注塑企業(yè)MES系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化

王昕燕

摘要：本文通過(guò)對(duì)注塑企業(yè)的特點(diǎn)和生產(chǎn)管理問(wèn)題的分析，探討制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）在注塑企業(yè)生產(chǎn)管理中的應(yīng)用的可能性，并設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)MES基本功能的途徑。本文分別介紹了基于MES的生產(chǎn)準(zhǔn)備，試生產(chǎn)，官方生產(chǎn)和包裝的生產(chǎn)管理方式，以及幾種處理MES收集到的數(shù)據(jù)的方法，以期提高注塑企業(yè)生產(chǎn)與物流效率，為公司帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

Abstract： This paper explores the possibility of Manufacturing Execution System（MES） in the production management of injection molding enterprises by analyzing the characteristics of injection molding enterprises and production management problems， and designs the ways to realize the basic functions of MES. This paper introduces MES-based production preparation， trial production， production management methods for official production and packaging， and several methods for processing data collected by MES， in order to improve the production and logistics efficiency of injection molding enterprises and bring more economic benefits to the company.

關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）;注塑企業(yè);生產(chǎn)管理

Key words： Manufacturing Execution System（MES）;injection molding enterprise;production management

中圖分類(lèi)號(hào)：F406.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0274-03

0 ?引言

目前，以ERP / PPS為代表的信息管理系統(tǒng)和自動(dòng)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造企業(yè)。ERP / PPS側(cè)重于提高企業(yè)資源利用率，提高財(cái)務(wù)部門(mén)的工作效率，降低庫(kù)存。而自動(dòng)化技術(shù)則致力于以自動(dòng)化、高效率的工作取代人工的重復(fù)性、高負(fù)荷勞動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。但這兩種方法之間缺乏溝通的橋梁，導(dǎo)致管理信息系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況做出決策，而車(chē)間執(zhí)行層又無(wú)法有效執(zhí)行上層系統(tǒng)的計(jì)劃，這使企業(yè)管理層面對(duì)市場(chǎng)變化時(shí)無(wú)法及時(shí)做出策略改變。

MES是介于ERP / PPS和車(chē)間執(zhí)行層之間的系統(tǒng)，它不僅是一個(gè)收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，也是一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度和執(zhí)行系統(tǒng)。所有相關(guān)的訂單、設(shè)備、工具、原材料、人力資源的實(shí)時(shí)信息都被收集并反饋到相關(guān)應(yīng)用程序，因而可以及時(shí)糾正異常生產(chǎn)情況——從這一點(diǎn)來(lái)看，MES系統(tǒng)的出現(xiàn)使得生產(chǎn)管理上升到了更高的水平。本文以注塑企業(yè)為例，提出了基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)管理優(yōu)化改進(jìn)方案。

1 ?注塑企業(yè)的特點(diǎn)與生產(chǎn)管理中的問(wèn)題

注塑成型是典型的離散生產(chǎn)工藝。注塑企業(yè)生產(chǎn)高度標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行的是多品種大批量生產(chǎn)。由于生產(chǎn)的高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，MES可用于注塑企業(yè)以進(jìn)行生產(chǎn)管理以提高企業(yè)效益。在往常沒(méi)有MES的情況下，注塑企業(yè)會(huì)遇到很多問(wèn)題：①首先，注塑產(chǎn)品質(zhì)量差的原因有很多，然而即使知道缺陷產(chǎn)品的特征表現(xiàn)，找出真正的原因也像大海撈針一樣難。②沒(méi)有準(zhǔn)確的模具使用壽命記錄，導(dǎo)致工作人員只能被動(dòng)地進(jìn)行模具的維護(hù)和保養(yǎng)，增加了機(jī)器停機(jī)損失與維護(hù)成本。③由于缺乏相關(guān)記錄，無(wú)法追溯產(chǎn)品。④員工有可能錯(cuò)誤地使用原材料。⑤由于無(wú)法獲得準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，管理層不知道產(chǎn)品的真實(shí)成本，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)產(chǎn)品科學(xué)地定價(jià)。如今，通過(guò)在生產(chǎn)管理中引入MES，上述問(wèn)題都可以得到解決。

2 ?生產(chǎn)模型的建立

為了提高生產(chǎn)的靈活性和注塑機(jī)的利用率，一些企業(yè)會(huì)將注塑生產(chǎn)工藝和包裝工藝分開(kāi)。向不同的客戶提供同種的產(chǎn)品時(shí)，針對(duì)不同客戶的要求，采用不同的包裝方式。為降低包裝材料庫(kù)存，企業(yè)在將產(chǎn)品交付給客戶之前才會(huì)包裝產(chǎn)品。不同部門(mén)之間依靠周轉(zhuǎn)箱實(shí)現(xiàn)在制品（WIP）的周轉(zhuǎn)流動(dòng)，生產(chǎn)模型如圖1所示。

3 ?構(gòu)建MES的基本功能

MES起著橋梁作用，連接企業(yè)中的規(guī)劃層和車(chē)間執(zhí)行層。 實(shí)現(xiàn)這種效應(yīng)的基礎(chǔ)是MES和其他層之間的數(shù)據(jù)傳輸，以下內(nèi)容介紹了MES在注塑企業(yè)中的數(shù)據(jù)傳輸方法。

3.1 與ERP/PPS系統(tǒng)對(duì)接

MES和ERP/PPS之間對(duì)接的主要目的是接收工作訂單和技術(shù)參數(shù)。ERP/PPS系統(tǒng)先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為XML格式，然后通過(guò)WEB SERVICE[1]或MSMQ與MES進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.2 與車(chē)間控制層對(duì)接

在注塑企業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集模式包括自動(dòng)采集模式和手動(dòng)輸入模式[2]。

自動(dòng)采集模式包括條形碼，RFID技術(shù)和OPC。條形碼利用光學(xué)信號(hào)來(lái)讀取信息，所使用的標(biāo)簽和采集設(shè)備的成本很低。RFID技術(shù)使用射頻技術(shù)，它的讀取器可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)RFID標(biāo)簽，但 RFID標(biāo)簽和RFID識(shí)別器相對(duì)昂貴[3]。生產(chǎn)車(chē)間有很多污染源，特別是注塑機(jī)和模具會(huì)粘油，需要定期清洗。如果標(biāo)簽被劃破、污染，掃描器就無(wú)法讀取其數(shù)據(jù)，因此模具和注塑機(jī)上不適合使用條形碼，而是配備RFID。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱也應(yīng)配備RFID以實(shí)現(xiàn)快速裝載，領(lǐng)料入庫(kù)操作。OPC[4]是一種通訊規(guī)范，它使用OPC SERVER作為協(xié)議轉(zhuǎn)換層以實(shí)現(xiàn)OPC SERVER與注塑機(jī)和機(jī)器人中其他PLC的通信，之后將OPC SERVER讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成XML數(shù)據(jù)格式，通過(guò)MSMQ與MES進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。與此同時(shí)，OPC CLIENT還可以用于自動(dòng)化層的實(shí)時(shí)監(jiān)控和歷史分析。

手動(dòng)輸入模式。從經(jīng)濟(jì)性和可行性來(lái)看，手動(dòng)輸入的方法是收集MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的必不可少的方法。對(duì)于無(wú)法自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)，可以由員工手動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作。一些收集方法如表1所示。

4 ?基于MES的生產(chǎn)管理的實(shí)施

通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，將MES的數(shù)據(jù)傳輸和邏輯處理集成到生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化的高效生產(chǎn)管理。 產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程可根據(jù)生產(chǎn)模型分為準(zhǔn)備、試生產(chǎn)、正式生產(chǎn)和包裝這幾個(gè)階段。

4.1 準(zhǔn)備工作和試生產(chǎn)

準(zhǔn)備工作和試生產(chǎn)是注塑成型的必要步驟。 在MES的幫助下，生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程可以變得快速又準(zhǔn)確，從而提高企業(yè)的整體生產(chǎn)效率、減少不必要的浪費(fèi)，并且可以起到防呆的作用。 其具體流程如圖2所示。

4.2 正式生產(chǎn)

在正式生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用MES可以使車(chē)間實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化生產(chǎn)，通過(guò)電子設(shè)備進(jìn)行信息傳遞，提高了信息傳輸效率[5]。生產(chǎn)經(jīng)理可以通過(guò)MES對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息的收集和反饋，清楚地了解WIP的數(shù)量、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率等情況?；贛ES的正式生產(chǎn)過(guò)程如圖3所示。

4.3 包裝操作

包裝需要考慮不同客戶對(duì)產(chǎn)品包裝的不同要求。一個(gè)生產(chǎn)工單通常包含多個(gè)發(fā)貨任務(wù)， MES需要將對(duì)應(yīng)于裝運(yùn)任務(wù)的成品標(biāo)簽與數(shù)據(jù)庫(kù)中生產(chǎn)任務(wù)列表中的半成品條形碼相關(guān)聯(lián)，以使產(chǎn)品獲得可追溯性。 當(dāng)周轉(zhuǎn)箱的容量大于成品箱的容量時(shí)，流程如圖4所示。

4.4 異常警示

MES異常警示功能提高了工作人員對(duì)事故的響應(yīng)速度，從而降低了事故率及減少了故障恢復(fù)時(shí)間，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。如果發(fā)生異常，操作員可以在MES中針對(duì)不同的異常進(jìn)行不同的異常調(diào)用[6]。當(dāng)操作員申請(qǐng)異常警示時(shí)，MES將通知負(fù)責(zé)人處理異常并記錄停機(jī)時(shí)間。MES異常警示可以進(jìn)行如下分類(lèi)，如表2所示。

4.5 壽命與期限監(jiān)控

維護(hù)保養(yǎng)模具時(shí)，操作員需要掃描模具的RFID并記錄操作;當(dāng)操作員完成模具的維護(hù)后，MES系統(tǒng)將自動(dòng)更新其維護(hù)壽命。當(dāng)模具的維修壽命或使用壽命達(dá)到警告限值時(shí)，MES將通知相關(guān)人;當(dāng)模具的維修壽命或使用壽命為0時(shí)，MES系統(tǒng)將鎖定模具，使所有相關(guān)操作都不能進(jìn)行，以預(yù)防生產(chǎn)事故的發(fā)生。

5 ?MES信息處理

5.1 關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）

注塑公司經(jīng)常采用減少注塑機(jī)的數(shù)量，減少模具更換的時(shí)間，優(yōu)化模具數(shù)量等方法來(lái)獲得更多的流動(dòng)性，提高其經(jīng)濟(jì)效率，這使得設(shè)備綜合效率（OEE）成為注塑公司衡量自身生產(chǎn)管理水平最重要的KPI。在MES的數(shù)據(jù)收集功能的幫助下，可以輕松計(jì)算OEE。由于過(guò)去數(shù)據(jù)采集功能不完整，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃不準(zhǔn)確，使得傳統(tǒng)的OEE計(jì)算模型受到限制，并且傳統(tǒng)模型沒(méi)有考慮設(shè)備的計(jì)劃停機(jī)時(shí)間?，F(xiàn)在，在MES的幫助下，可以采用更完整的OEE計(jì)算方法來(lái)實(shí)現(xiàn)包括生產(chǎn)計(jì)劃者在內(nèi)的整個(gè)生產(chǎn)管理的績(jī)效評(píng)估。公式是：OEE=E*A*PR*Q[7]。

E，A，PR和Q如圖5所示。OEE指數(shù)使用MES收集到的數(shù)據(jù)獲得。OEE可以通過(guò)車(chē)間LED屏幕為所有生產(chǎn)相關(guān)人員提供實(shí)時(shí)反饋，以便他們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正生產(chǎn)中的問(wèn)題。

5.2 作業(yè)成本分析法（ABC）

由于已經(jīng)采集到了生產(chǎn)信息以及人力資源信息，便可運(yùn)用作業(yè)成本法科學(xué)地算出每一個(gè)產(chǎn)品的成本。過(guò)去，我國(guó)制造企業(yè)采用傳統(tǒng)的成本核算體系，即制造成本法。隨著科技的發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步，導(dǎo)致資本的密集和直接人工工時(shí)減少[8]。在這種情況下，如果仍采用制造成本法中的直接人工標(biāo)準(zhǔn)法來(lái)分配制造費(fèi)用，則會(huì)導(dǎo)致成本信息失真，不能幫助管理層評(píng)估生產(chǎn)活動(dòng)的結(jié)果。因此設(shè)計(jì)了基于MES系統(tǒng)的ABC計(jì)算方法：

第一步是確定成本動(dòng)因。對(duì)于不同的運(yùn)營(yíng)成本基礎(chǔ)，相應(yīng)的成本動(dòng)因是不同的。通過(guò)分析注塑企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，得出成本動(dòng)因表，如表3所示。

第二步是結(jié)合MES收集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使用ABC進(jìn)行成本核算，并根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)訂單獲得直接人工、直接材料和制造費(fèi)用。

通過(guò)上述過(guò)程，可以獲得產(chǎn)品成本的核算值，管理層可以由此做出決策，也可以用它作為衡量生產(chǎn)管理水平的依據(jù)。

5.3 產(chǎn)品可追溯性

對(duì)于從事汽車(chē)制造和醫(yī)療用品行業(yè)的注塑企業(yè)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品具有可追溯性非常重要[9]?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)出的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品的可追溯系統(tǒng)可以通過(guò)掃描標(biāo)簽集成到MES中。由于在對(duì)產(chǎn)品包裝時(shí)，MES將半成品RFID與成品標(biāo)簽進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，因此當(dāng)企業(yè)需要追蹤一些產(chǎn)品時(shí)，工人可以掃描成品標(biāo)簽，然后MES就會(huì)輸出相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)清單、檢驗(yàn)計(jì)劃、操作員、生產(chǎn)時(shí)間、模具等信息。當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)MES的追溯功能快速找到造成質(zhì)量問(wèn)題的原因，以便及時(shí)做出應(yīng)對(duì)。

6 ?結(jié)論

基于MES的生產(chǎn)管理可以有效地規(guī)范員工的行為和生產(chǎn)過(guò)程，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)通過(guò)審查生產(chǎn)管理KPI進(jìn)行評(píng)估改善，逐步完善企業(yè)內(nèi)部管理標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，注塑企業(yè)的半自動(dòng)工藝和手工工藝將越來(lái)越少，MES的應(yīng)用與發(fā)展將會(huì)越來(lái)越受到矚目。在不久的將來(lái)，MES必將為注塑行業(yè)帶來(lái)新的變化。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡苗，饒豐，郭麗，趙劍道，王峰年.Web service在煙草倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013，35（8）：118-120.

[2]代緒強(qiáng)，孫亞振，許自力，戚寶運(yùn).基于MES系統(tǒng)的離散制造業(yè)質(zhì)量信息管理研究[J].信息技術(shù)，2014（02）：132-134.

[3]李昌健，劉偉，夏紹模，孫玉江.國(guó)內(nèi)圖書(shū)館RFID應(yīng)用評(píng)述[J].圖書(shū)館論壇，2014（05）：132-135.

[4]陳嬋娟，徐洋洋，杜景山，楊宇龍.基于OPC的啤酒生產(chǎn)車(chē)間數(shù)據(jù)集成與通信[J].食品工業(yè)，2017，38（03）：225-228.

[5]王琦峰，沈丹華.MES在汽車(chē)零部件制造企業(yè)應(yīng)用模式研究與實(shí)踐[J].工業(yè)工程，2009，12（1）：70-74.

[6]尹超，馬春斌，劉飛，尹勝.車(chē)間生產(chǎn)異常事件實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009（04）：719-726.

[7]胡朝暉，劉大成，劉穗宏，代亮，李娜.基于OEE的企業(yè)設(shè)備效率診斷與改善[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2006（01）：81-84.

[8]李然.作業(yè)成本法在我國(guó)制造業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].財(cái)會(huì)研究，2010（04）：50-57.

[9]海爭(zhēng)平，楊志紅，廖向陽(yáng).汽車(chē)零部件制造企業(yè)產(chǎn)品追溯過(guò)程問(wèn)題探究[J].價(jià)值工程，2012（14）：109-110.