基于大型復合材料制品行業(yè)MES的數(shù)據(jù)分析在生產(chǎn)管理中的應用研究

潘藝+劉佳欣+李華新+殷賓

[摘 要] 大型復合材料制品的生產(chǎn)是典型的離散型生產(chǎn)過程，通過搭建MES來解決生產(chǎn)過程管控中的一些問題，雖然通過搭建MES對生產(chǎn)過程管控取得了一定的成效，但卻對生產(chǎn)過程采集到的數(shù)據(jù)運用不夠，沒有對其進行深入的分析研究；本文在MES的基礎上，對采集到的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行分析研究，并將研究結(jié)果用于生產(chǎn)過程的管控和優(yōu)化，從而提升生產(chǎn)效率。

[關(guān)鍵詞] MES；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)分析；大型復合材料制品

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 01. 029

[中圖分類號] F270.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）01- 0070- 05

0 引 言

MES（Manufacturing Executive System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）是一款面向生產(chǎn)車間生產(chǎn)過程管控的實時信息系統(tǒng)，彌補了企業(yè)計劃層和車間操作層之間的斷層，實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)傳輸和共享，增強企業(yè)對車間的生產(chǎn)管控能力[1-3]。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，MES在流程制造業(yè)取得了很好的理論研究成功經(jīng)驗和應用效益，但在離散制造業(yè)開發(fā)和應用成功的案例很少[4]，MES雖然與生產(chǎn)、設備、質(zhì)量、工藝等結(jié)合緊密，但世界上目前卻沒有一款適用于所有行業(yè)的通用產(chǎn)品[5]。MES作為優(yōu)化生產(chǎn)過程與管理的核心環(huán)節(jié)，不僅需要采集大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，還需要大量的數(shù)據(jù)分析來支撐生產(chǎn)過程的優(yōu)化和管理，生產(chǎn)過程中采集到的數(shù)據(jù)不僅反映了整個生產(chǎn)過程的狀態(tài)，生產(chǎn)過程中工藝、質(zhì)量等技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)的實時動態(tài)變化，還隱藏著大量的生產(chǎn)過程信息，若對其進行深入分析和整理，可從中找出生產(chǎn)過程中隱藏的異常風險點和異常發(fā)生規(guī)律，這些信息不僅可為生產(chǎn)管理提供科學依據(jù)，還可用來預測生產(chǎn)異常發(fā)生的可能性和范圍[6]。

大型復合材料制品的生產(chǎn)是典型的離散型制造模式，產(chǎn)品體積大、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)管控難度大，雖然企業(yè)引進了MES，對生產(chǎn)過程管理和監(jiān)控取得了一定的成效，但與MES強大功能對比取得的成效簡直是微不足道，究其原因主要是現(xiàn)有MES雖然有報表輸出功能，但只對生產(chǎn)過程中采集到的數(shù)據(jù)做了統(tǒng)計匯總而未對數(shù)據(jù)真正進行深入分析研究和運用，使得采集到的大量數(shù)據(jù)無法為生產(chǎn)過程提供預測、決策、預防和優(yōu)化的依據(jù)，白白浪費了大量的數(shù)據(jù)。因此，本文提出在MES定制開發(fā)的基礎上，通過多種數(shù)據(jù)采集技術(shù)來采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運用Office、Project等工具對采集到的數(shù)據(jù)進行深入分析，將分析結(jié)果用于工藝、質(zhì)量、設備、生產(chǎn)等過程的優(yōu)化，找出制約生產(chǎn)效率、影響產(chǎn)品質(zhì)量等問題，解決信息流通滯后、信息斷層等帶來的管理瓶頸，從而提高生產(chǎn)效率，加強風險管控，縮短產(chǎn)品成型周期。

1 整體業(yè)務設計方案

1.1 MES整體業(yè)務設計思路

UniMax MES 是針對中國離散制造業(yè)特點推出的新一代MES系統(tǒng)，在標準工廠模型的基礎上可根據(jù)企業(yè)實際情況進行定制化開發(fā)，并將適合國內(nèi)離散型制造企業(yè)生產(chǎn)模式和管理思想的特色功能與模塊融入其中，采用行業(yè)領先的建模技術(shù)和全新的模塊插件架構(gòu)，通過計劃調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制等，實時傳遞生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，從而對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種復雜問題進行實時處理，在信息化中起到了核心關(guān)鍵作用。

根據(jù)大型復合材料制品生產(chǎn)過程的實際情況和存在的問題，對MES功能進行了定制化設計開發(fā)，其主要設計思路是通過計劃層的SAP系統(tǒng)ERP功能，運算出計劃訂單，通過SAP系統(tǒng)和MES做集成將生產(chǎn)訂單傳遞至MES，MES通過訂單發(fā)布、物料分解、物料配送、異常管控、質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)來控制和管理訂單、物料、設備、工藝、質(zhì)量等車間的所有資源，并將控制層的PDA、掃描槍、二維碼等與MES集成配套使用，從而提升生產(chǎn)管控能力，具體情況如圖1所示。

1.2 MES業(yè)務設計方案及主要模塊功能

不同行業(yè)的MES 功能差異很大，本企業(yè)通過梳理實際業(yè)務流程，將各個模塊優(yōu)化后的業(yè)務流程及模塊之間的關(guān)系在MES中進行固化，使系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況高度吻合，打造出基于公司業(yè)務特點的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含計劃模塊、生產(chǎn)執(zhí)行模塊、異常管理模塊、物料管理模塊、質(zhì)量管理模塊，各模塊內(nèi)部流程及模塊之間的對應關(guān)系如圖2所示，具體內(nèi)容如下：

（1）計劃模塊。在SAP系統(tǒng)中下達月度計劃及日生產(chǎn)計劃，通過SAP系統(tǒng)與MES的接口將訂單信息同步到MES系統(tǒng)中，并根據(jù)模具的開工時間及模具的負載情況、實際生產(chǎn)情況等選擇相應的工作中心進行排產(chǎn)，并發(fā)布工單，生產(chǎn)人員進行生產(chǎn)。

（2）生產(chǎn)模塊。在MES系統(tǒng)中通過工單發(fā)布下達生產(chǎn)任務，在系統(tǒng)中進行開、完工操作，并在生產(chǎn)過程中強制控制過程檢驗，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進行。

（3）異常處理。異常設置的是三級反饋機制，當發(fā)生相應原因的異常時，系統(tǒng)根據(jù)異常處理流程將異常信息通過短信發(fā)送給相應人員，從而確保生產(chǎn)過程中的異常得到及時、快速的處理，減少異常造成的損失。

（4）物料管理。原材料到貨檢驗合格后，通過MES系統(tǒng)工序拉動機制，生成物料需求信息，相關(guān)人員根據(jù)物料需求信息在2小時內(nèi)將物料配送到現(xiàn)場，減少生產(chǎn)現(xiàn)場場地占用和因材料污染造成的損失。

（5）質(zhì)量管理。在MES中對生產(chǎn)過程設置報檢點、停止點和控制點，嚴格控制生產(chǎn)過程中的質(zhì)量，并根據(jù)正反向追溯功能，確保生產(chǎn)出來的產(chǎn)品和原材料有溯可查。

（6）設備管理。設備通過PLC改造后，用力控軟件將設備生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集到MES系統(tǒng)中，對設備運行情況進行實時監(jiān)控，并對設備異常數(shù)據(jù)進行分析，制訂設備保養(yǎng)計劃及風險控制。

1.3 基于MES的數(shù)據(jù)分析應用研究

MES最核心的價值就是信息和數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，而信息和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換靠的就是數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析是一個用適當?shù)慕y(tǒng)計分析方法對收集來的大量數(shù)據(jù)進行詳細研究和分析，提取有用信息并形成結(jié)論的過程。在實際應用中，數(shù)據(jù)分析可幫助管理者做出判斷，以便采取適當行動。數(shù)據(jù)分析過程由識別信息需求、采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)、分析收集數(shù)據(jù)、根據(jù)分析結(jié)果提出改進措施構(gòu)成，如圖3所示。endprint

1.3.1 基于MES的數(shù)據(jù)采集方案

作為典型離散型生產(chǎn)的大型復合材料制品，其生產(chǎn)數(shù)據(jù)可分為：生產(chǎn)過程質(zhì)量、工藝、設備等技術(shù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)異常信息、測量數(shù)據(jù)等，為了保證數(shù)據(jù)采集的全面性、可靠性及實用性，數(shù)據(jù)采集的方案如圖4所示。數(shù)據(jù)采集時，需注意如下原則：

（1）全面性和實時性原則。系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)必須是實時的、全面的車間動態(tài)數(shù)據(jù)，否則由于某個模塊部分數(shù)據(jù)的缺失或延時都可能會導致MES應用錯誤甚至失敗。

（2）多種數(shù)據(jù)采集工具和人工結(jié)合原則。大型離散型制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中不僅有大量的復雜制造模具和設備，還有大量的手工操作工位，任何單一方法都難以采集到生產(chǎn)過程中的全部數(shù)據(jù)，必須是多種數(shù)據(jù)采集工具的綜合應用。盡管人工數(shù)據(jù)采集方式存在一定的風險，但為了保證采集數(shù)據(jù)的全面性和采集經(jīng)濟性，人工數(shù)據(jù)采集方式是無法避免的 [2]。

（3）開放性原則。MES不僅要對采集到的實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)訂單、物料等的管理，將這些數(shù)據(jù)及信息用可視化的圖表在車間實時顯示，還需要有開放式的接口，便于MES與其他軟件做接口，進行數(shù)據(jù)傳遞及集成。

1.3.2 基于MES的數(shù)據(jù)分析方法

由于大型復合材料制品生產(chǎn)過程的復雜性，目前MES仍停留在數(shù)據(jù)收集階段，雖然對產(chǎn)品過程中取得的一些數(shù)據(jù)通過開發(fā)相應的報表進行了統(tǒng)計匯總，卻無法對采集到的數(shù)據(jù)直接進行分析，更別說將數(shù)據(jù)分析結(jié)果用于預測、決策及優(yōu)化方面的工作了，因此，為了充分發(fā)揮MES的功效，讓MES不僅僅只是充當了手工勞動的替代品，將MES采集到的數(shù)據(jù)通過分析研究作用于生產(chǎn)管理和優(yōu)化，從而促進生產(chǎn)管理的提升，具體分析流程見圖5所示。

2 應用效果

由于A產(chǎn)品生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)過程不可控因素過多，為了減少設備異常造成的停機時間，縮短該產(chǎn)品成型周期，在MES的基礎上，通過一定的數(shù)據(jù)分析方法和工具，對MES系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)及手工收集到的數(shù)據(jù)進行分析，找出生產(chǎn)過程中的問題并提出改善措施進行優(yōu)化，制定措施進行提前預防和對A產(chǎn)品關(guān)鍵工序進行分析及調(diào)整，優(yōu)化生產(chǎn)工序和節(jié)拍，從而將A產(chǎn)品的成型周期縮短至48h，具體內(nèi)容如下：

（1）設備關(guān)鍵點預防。因A產(chǎn)品生產(chǎn)過程的特殊性，灌膠過程需一次成型，此過程對設備密封性要求很高，因此設計設備漏氣風險點點檢表，如表1所示，并對設備上不同漏氣點劃分不同責任人（如圖6所示），每天進行多次點檢，提前對漏氣風險點進行預防，確保生產(chǎn)順利進行，通過對設備漏氣風險進行預防，使得因漏氣造成的成型延誤時間縮短了74.96%。

（2）工序優(yōu)化。根據(jù)成型周期節(jié)拍統(tǒng)計表如表2所示，收集該產(chǎn)品的實際開始時間和結(jié)束時間，并記錄造成生產(chǎn)延誤的時間和原因，通過原因問題分析及實際的工序節(jié)拍時間，使用Project軟件記錄標注作業(yè)組合，運用ECRS分析方法并對關(guān)鍵工序進行優(yōu)化，從而將A產(chǎn)品的標準工時縮到48h左右，如圖7所示。

3 結(jié) 語

數(shù)據(jù)管理是生產(chǎn)管理的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)分析是數(shù)據(jù)管理的核心，對于離散型制造企業(yè)尤其如此，在MES的基礎上，運用恰當?shù)臄?shù)據(jù)分析方法，不僅可以及時地發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，提出改善措施進行優(yōu)化，從而提升生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品成型周期，而且可促進MES系統(tǒng)改進和功能優(yōu)化。

主要參考文獻

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