基于MES的離散制造企業(yè)物流信息體系研究

（中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001）

1 引言

離散制造業(yè)如車輛零部件制造、機(jī)械裝備制造等在經(jīng)濟(jì)增長中占有主導(dǎo)性作用。離散制造企業(yè)生產(chǎn)過程中的物流具有復(fù)雜、多變、快捷的特點(diǎn)，適應(yīng)其特點(diǎn)的物流信息體系有助于離散制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)物流信息化、提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）是面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，其實(shí)施可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。MES可以將物流、工藝流和信息流進(jìn)行統(tǒng)一整合[1]。MES通過對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、診斷和控制，可以為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)信息，進(jìn)而有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程。目前MES系統(tǒng)在離散制造企業(yè)信息化管理領(lǐng)域的研究中已有諸多應(yīng)用：文獻(xiàn)[1]研究了某制造企業(yè)MES系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案以及實(shí)施保障措施。文獻(xiàn)[2]研究了MES與企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（Enter-prise Resource Planning，ERP）和過程控制系統(tǒng)（Process Control System，PCS）的功能邊界。文獻(xiàn)[3]研究了MES與ERP在物流管理功能中的區(qū)分。文獻(xiàn)[4]研究了MES與其它信息系統(tǒng)間信息流的傳遞。文獻(xiàn)[5]研究了MES與ERP集成下物流的精益化管理，分析了物流業(yè)務(wù)流程。文獻(xiàn)[6]研究了某造紙企業(yè)MES與ERP的集成方法，以及系統(tǒng)集成所開發(fā)的功能模塊。文獻(xiàn)[7]研究了MES與ERP的關(guān)系和集成模型。文獻(xiàn)[8]研究了MES與控制層的集成關(guān)系，設(shè)計(jì)了集成平臺(tái)的框架和基本功能。

以上關(guān)于離散制造企業(yè)MES的研究，多考慮MES與ERP之間的軟件平臺(tái)集成，對(duì)離散制造企業(yè)生產(chǎn)過程中物流進(jìn)行信息化優(yōu)化管理的研究較少，同時(shí)側(cè)重于在企業(yè)已有信息系統(tǒng)的情況下MES嵌入過程中存在的問題的研究也較少。本文以中國中車株洲電力機(jī)車有限公司（以下簡稱中車株機(jī)公司）這一典型離散制造企業(yè)為例，研究MES與企業(yè)已有信息系統(tǒng)的交互與集成，構(gòu)建以MES為中心、集成現(xiàn)有ERP系統(tǒng)、倉庫管理信息系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）的物流信息體系，使中車株機(jī)公司實(shí)現(xiàn)物流精益化管理。

2 現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)

中車株機(jī)公司作為規(guī)模最大、品種最全的軌道交通裝備供應(yīng)商之一，是典型的離散制造型企業(yè)，為滿足顧客不斷增加的個(gè)性化需求，其生產(chǎn)形成了品種多、批量小、周期短和需求變化快的特點(diǎn)。相應(yīng)地，中車株機(jī)公司生產(chǎn)過程中的物流具有復(fù)雜、多變、快捷的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在：（1）物流管理復(fù)雜。多品種、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)使得企業(yè)生產(chǎn)線多、物流復(fù)雜。（2）物料繁多。機(jī)車制造涉及零部件種類與數(shù)量繁雜，對(duì)物料倉儲(chǔ)與配送能力要求高。（3）物流準(zhǔn)時(shí)性要求高。機(jī)車制造工藝流程要求工序所需零部件及時(shí)送達(dá)，因此生產(chǎn)過程中的物流配送必須準(zhǔn)時(shí)。

為進(jìn)行信息化管理，中車株機(jī)公司目前已經(jīng)應(yīng)用了一系列管理信息系統(tǒng)，例如金蝶EAS系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)。中車株機(jī)公司目前使用面向項(xiàng)目管理的金蝶EAS系統(tǒng)，屬于ERP系統(tǒng)，可以高效有序地組織項(xiàng)目執(zhí)行，進(jìn)而縮短制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、控制和降低生產(chǎn)成本，以及快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。金蝶EAS系統(tǒng)以生產(chǎn)、技術(shù)和財(cái)務(wù)為信息核心，將銷售和采購作為信息源頭，信息可以在ERP內(nèi)部有效地傳輸。對(duì)于倉儲(chǔ)管理，中車株機(jī)公司使用倉庫管理系統(tǒng)（WMS），可以對(duì)大部分物料進(jìn)行項(xiàng)目管理、批次追溯、移動(dòng)化作業(yè)和區(qū)分多種庫存狀態(tài)。

然而，現(xiàn)有各系統(tǒng)之間相對(duì)獨(dú)立，存在“信息孤島”問題，同時(shí)缺乏對(duì)物流過程的信息化掌控，而MES的實(shí)施可以更好地實(shí)現(xiàn)物流信息的傳遞。

3 物流信息體系功能劃分

物流信息體系的構(gòu)建需要考慮MES引入后與企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)的集成，這一步存在的主要問題是各系統(tǒng)間需要考慮各自的定位和功能劃分。例如：ERP與MES共同為企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃服務(wù)，而ERP重點(diǎn)在依據(jù)訂單，基于無限產(chǎn)能制定主生產(chǎn)計(jì)劃，MES重點(diǎn)在獲取底層控制的信息和對(duì)ERP下發(fā)的主生產(chǎn)計(jì)劃基于有限產(chǎn)能進(jìn)行細(xì)化。系統(tǒng)間的功能定位、功能劃分的不清晰可能導(dǎo)致物流信息的不準(zhǔn)確，影響各系統(tǒng)充分發(fā)揮各自的功能。

圖1 物流信息體系關(guān)系定位

物流信息體系中各子系統(tǒng)的定位如圖1所示，MES在物流信息體系中起承上啟下的作用。一方面，它接收來自計(jì)劃層的生產(chǎn)計(jì)劃信息，在它的生產(chǎn)計(jì)劃模塊中可以將較粗的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行細(xì)化，并將生產(chǎn)指令傳遞給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；另一方面，它接收來自底層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過處理后傳遞給計(jì)劃層，方便企業(yè)管理層實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，適應(yīng)市場(chǎng)需要。

（1）計(jì)劃層（金蝶EAS）。面向企業(yè)的長期規(guī)劃，按訂單進(jìn)行生產(chǎn)，目標(biāo)是充分利用企業(yè)的各項(xiàng)資源，對(duì)企業(yè)進(jìn)行整體控制。

（2）執(zhí)行層（MES和WMS）。MES的主要功能是為企業(yè)其他信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)車間信息，將來自金蝶EAS的計(jì)劃進(jìn)行細(xì)化并將操作指令傳遞給底層控制。WMS的功能是管理車間級(jí)、廠級(jí)倉庫和配送中心，WMS中的物料庫存信息傳輸給MES的生產(chǎn)計(jì)劃模塊，可以實(shí)現(xiàn)精確排產(chǎn)的需要。

（3）控制層（PCS）。實(shí)現(xiàn)底端生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)流程作業(yè)的控制。

具體功能劃分方面，在物流信息體系下，各子系統(tǒng)之間有部分功能存在交叉，容易發(fā)生分工不清的問題。各子系統(tǒng)的功能劃分見表1。

表1 物流信息體系子系統(tǒng)功能劃分

4 物流信息體系子系統(tǒng)交互分析

企業(yè)現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)一方面存在無法追蹤及控制車間層次物流的問題，另一方面現(xiàn)有系統(tǒng)間信息流孤立，導(dǎo)致企業(yè)無法對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的生產(chǎn)及物流過程進(jìn)行整體優(yōu)化管理。以MES為核心構(gòu)建物流信息體系，分析各子系統(tǒng)間信息流的交互，達(dá)到溝通各子系統(tǒng)的目的，從供應(yīng)鏈及生產(chǎn)全過程整體上取得更好的優(yōu)化管理效果。

（1）生產(chǎn)計(jì)劃與控制方面。金蝶EAS的生產(chǎn)計(jì)劃模塊通過市場(chǎng)訂單制定主生產(chǎn)計(jì)劃；MES的生產(chǎn)調(diào)度模塊將較粗的主生產(chǎn)計(jì)劃細(xì)化并發(fā)送給底層控制系統(tǒng)；MES的過程監(jiān)控模塊和數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)生產(chǎn)過程、設(shè)備和質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，MES將采集到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給ERP，ERP據(jù)此調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。

（2）生產(chǎn)執(zhí)行方面。MES的生產(chǎn)執(zhí)行模塊依據(jù)ERP的生產(chǎn)計(jì)劃和PCS的車間設(shè)備情況來安排生產(chǎn)。

（3）在數(shù)據(jù)采集方面。MES的數(shù)據(jù)采集模塊搜集來自車間生產(chǎn)的信息（包括物料消耗、設(shè)備狀態(tài)和人員信息等），信息經(jīng)過處理后，傳輸給ERP，ERP的生產(chǎn)計(jì)劃模塊可以據(jù)此調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。

（4）車間物料管理方面。MES的數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)搜集車間的使用情況，當(dāng)車間物料使用量下降到安全庫存點(diǎn)時(shí)，MES向WMS發(fā)送領(lǐng)料請(qǐng)求，WMS將物料送至線邊庫后，向MES進(jìn)行領(lǐng)料反饋。

5 物流信息體系構(gòu)建

通過上述對(duì)物流信息體系功能劃分以及子系統(tǒng)交互的分析，由MES與企業(yè)已有的ERP、WMS、PCS等信息系統(tǒng)共同構(gòu)建物流信息體系，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部物流、信息流的無縫銜接，提高企業(yè)對(duì)車間生產(chǎn)管理的控制能力，讓企業(yè)計(jì)劃層和控制層連接起來，企業(yè)得以獲取底層的物料、質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)等信息來實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)，以適應(yīng)市場(chǎng)的需要。

本文構(gòu)建的物流信息體系如圖2所示。

圖2 物流信息體系架構(gòu)

在物流信息體系中，MES是信息流傳遞的核心控制系統(tǒng)。MES與金蝶EAS交換生產(chǎn)計(jì)劃信息、生產(chǎn)進(jìn)度和物料消耗等信息，與WMS交換物料需求和配送等信息，與PCS交換作業(yè)指令和作業(yè)狀態(tài)等信息。MES可以將來自上下層的生產(chǎn)信息和控制信息經(jīng)過處理后，再實(shí)時(shí)傳遞到對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)中去。

該物流信息體系將車間生產(chǎn)信息和企業(yè)經(jīng)營管理連接起來，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)對(duì)計(jì)劃、工期、質(zhì)量、設(shè)備等信息的監(jiān)控，為企業(yè)管理層優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃提供了保障，能夠解決企業(yè)生產(chǎn)與管理脫節(jié)的問題。物流信息體系的功能主要有物料管理、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行與質(zhì)量管理等。

（1）物料管理。在物流信息體系中，可以對(duì)物料進(jìn)行精益化管理。在庫存方面，金蝶EAS依據(jù)WMS中的物料庫存情況和生產(chǎn)計(jì)劃中的物料需求制定企業(yè)的物料需求計(jì)劃，MES對(duì)物料需求計(jì)劃進(jìn)行細(xì)化，以便各供應(yīng)商在準(zhǔn)確的時(shí)間提供物料，減少企業(yè)的庫存。在物料配送方面，對(duì)物料實(shí)施ABC管理，A級(jí)物料可以依據(jù)MES的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃準(zhǔn)時(shí)送到線邊庫，C級(jí)物料可以按照定期定量的方式運(yùn)送到線邊庫。在物料運(yùn)送到線邊庫后要進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)于質(zhì)量不符合要求的物料由MES采集信息后傳輸給金蝶EAS，由金蝶EAS反饋給供應(yīng)商。

（2）生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度。金蝶EAS將制定的主生產(chǎn)計(jì)劃、物料信息和訂單信息發(fā)送給MES，MES通過從PCS獲得的設(shè)備信息、生產(chǎn)信息和物料狀態(tài)，對(duì)主生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行細(xì)化，具體到每一個(gè)工位或設(shè)備的生產(chǎn)任務(wù)，MES將生產(chǎn)數(shù)據(jù)提供給PCS。

物流信息體系下的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度功能可以充分利用企業(yè)現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

（3）生產(chǎn)執(zhí)行與質(zhì)量管理。生產(chǎn)執(zhí)行中，MES與底層控制系統(tǒng)的集成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車間物料、設(shè)備等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在物流信息體系下，MES為各子系統(tǒng)和企業(yè)部門提供生產(chǎn)進(jìn)度信息，為調(diào)整生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

質(zhì)量管理中，MES數(shù)據(jù)采集模塊收集質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給質(zhì)量管理模塊，質(zhì)量管理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，將物料的質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告?zhèn)鬏斀o金蝶EAS，金蝶EAS可以據(jù)此對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行評(píng)價(jià)并調(diào)整物料采購計(jì)劃。

6 物流信息體系預(yù)期效果分析

物流信息體系集成了MES與企業(yè)現(xiàn)有的管理信息系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物流的信息化和精益化。MES在計(jì)劃層與控制層架起橋梁，物流信息在金蝶EAS、MES、WMS等信息系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)了物流、信息流的實(shí)時(shí)有效傳遞，提高了企業(yè)的信息化水平。首先，基于MES的物流信息體系的實(shí)施，消除了各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)孤島，可以讓物流信息在各子系統(tǒng)中實(shí)時(shí)傳輸。企業(yè)信息系統(tǒng)的融合保證了物流信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，企業(yè)的物料管理水平得到提升。MES可以對(duì)生產(chǎn)中的關(guān)鍵物料進(jìn)行條碼管理，收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸給ERP系統(tǒng)。實(shí)時(shí)的信息反饋使庫存狀態(tài)更加可靠[9]。MES可以通過ERP的生產(chǎn)排產(chǎn)計(jì)劃輸出物料需求清單，通過WMS的物料庫存情況[10]，將物料信息傳輸給ERP系統(tǒng)，ERP系統(tǒng)據(jù)此提出物料采購計(jì)劃，企業(yè)的生產(chǎn)在物流信息體系下得以準(zhǔn)確有效的進(jìn)行。

其次，在物流信息體系下，管理層下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)后，可以通過MES即時(shí)了解任務(wù)完成進(jìn)度和預(yù)期完成時(shí)間。ERP可以即時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，在企業(yè)整體的物流、倉儲(chǔ)等管理方面有重大作用。ERP根據(jù)MES采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。企業(yè)內(nèi)部信息傳遞的暢通，有利于及時(shí)根據(jù)市場(chǎng)調(diào)整生產(chǎn)，響應(yīng)市場(chǎng)的需要。

再次，在物流信息體系下，ERP與MES在供應(yīng)鏈方面的集成，可以精確地了解物料流動(dòng)所需時(shí)間和數(shù)量，進(jìn)而減少庫存。

最后，物流信息體系可以提高企業(yè)物流管理水平，各子系統(tǒng)間的信息集成讓數(shù)據(jù)之間快速準(zhǔn)確的傳遞，為企業(yè)管理層決策提供必要的信息支持。

7 結(jié)語

本文在對(duì)中車株機(jī)公司現(xiàn)有信息系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了基于MES的物流信息體系，目的是通過MES連接企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物流信息在管理層和控制層實(shí)時(shí)的上傳和下達(dá)，提高企業(yè)管理層對(duì)車間生產(chǎn)的控制。通過分析MES引入后與企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)潛在的信息交互關(guān)系，提出各子系統(tǒng)間信息交互需解決的問題并給出解決方案。構(gòu)建了以MES為核心的物流信息體系并分析了該體系的功能與效果?；贛ES的物流信息體系的實(shí)施可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，提高企業(yè)工作效率，進(jìn)而獲得更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。