MES在五金制造企業(yè)的應(yīng)用

任耀華

摘要：從MES的發(fā)展介紹，各功能模塊介紹，MES引入的策略以及引進(jìn)過(guò)程可能遇到的阻力及對(duì)策等方面對(duì)企業(yè)引入MES進(jìn)行了綜述與評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）;生產(chǎn)制造企業(yè);企業(yè)信息系統(tǒng);引進(jìn)策略

Abstract： From the introduction of the development of MES， the introduction of each functional module， the strategy of MES introduction and the resistance and countermeasures that may be encountered during the introduction process， the paper introduces and evaluates the introduction of MES.

0? 引言

車間是制造企業(yè)的基石，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，車間既是生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行主體，也是車間生產(chǎn)信息的主要反饋主體，產(chǎn)生了大量的實(shí)時(shí)信息，因此企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，很重要的一部分由車間生產(chǎn)管理和各類信息資源集成構(gòu)成，車間生產(chǎn)管理以及各類信息系統(tǒng)的敏捷程度在很大程度上決定著整個(gè)企業(yè)的敏捷程度[1]。

MES的任務(wù)是根據(jù)計(jì)劃部門制定的生產(chǎn)計(jì)劃，利用車間的各類生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法以及大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速、高效率地制造出合乎質(zhì)量要求的產(chǎn)品，它的生產(chǎn)活動(dòng)涉及訂單、設(shè)備、庫(kù)存、物料、數(shù)據(jù)采集，以及模具維護(hù)管理、產(chǎn)品質(zhì)量控制及車間人員管理等。MES集成了硬件和軟件系統(tǒng)，用以管理和優(yōu)化從定單下達(dá)到產(chǎn)品出貨的生產(chǎn)活動(dòng)全過(guò)程，它基于實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的制造信息來(lái)指導(dǎo)、傳達(dá)、響應(yīng)和報(bào)告車間發(fā)生的各項(xiàng)活動(dòng)，同時(shí)為企業(yè)的各項(xiàng)決策提供依據(jù)和支持。[1]

1? MES的發(fā)展

20世紀(jì)六七十年代，企業(yè)財(cái)務(wù)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)物料計(jì)劃相關(guān)功能模塊的擴(kuò)充，發(fā)展為物料需求計(jì)劃系統(tǒng)（Material Requirements Planning，MRP）。20世紀(jì)七八十年代，MRP系統(tǒng)中增加了車間報(bào)表管理和采購(gòu)等系統(tǒng)，發(fā)展成為了MRPⅡ。但MRPⅡ無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源配置，因此出現(xiàn)了資源配置計(jì)劃系統(tǒng)（DistributionResource Planning，DRP），單功能制造過(guò)程管理系統(tǒng)（如質(zhì)量管理和庫(kù)存管理等系統(tǒng)）也相繼出現(xiàn)。

到20世紀(jì)八九十年代，MRPⅡ逐漸演變?yōu)槠髽I(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP），DRP演變?yōu)楣?yīng)鏈管理（Supply Chain Management，SCM），而車間層的制造管理系統(tǒng)演變成集成的MES。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）理論作為一種提升企業(yè)執(zhí)行力的方法，被諸多企業(yè)應(yīng)用。其最早由美國(guó)先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì)（AMR）提出。定義為：在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品完工的過(guò)程中，制造執(zhí)行系統(tǒng)起到傳遞信息以優(yōu)化生產(chǎn)活動(dòng)的作用。[2]1997年，MESA發(fā)布六個(gè)關(guān)于MES的白皮書(shū)，對(duì)MES定義和功能等進(jìn)行詳細(xì)闡述;2000年以來(lái)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）陸續(xù)發(fā)布MES標(biāo)準(zhǔn)（ANSI/ISA-95）。

現(xiàn)階段的MES相比MES初期，具有了易于配置，易于變更，易于使用，良好的可集成性等特點(diǎn)，得益于信息技術(shù)的快速發(fā)展，MES技術(shù)正在與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，形成新一代的MES體系，并逐步在國(guó)內(nèi)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

2? MES功能模塊

某MES廠商功能模塊見(jiàn)圖1。

2.1 生產(chǎn)排程功能模塊

生產(chǎn)排程功能模塊主要由集成的APS實(shí)現(xiàn)。APS采用線性規(guī)劃等數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)各種目標(biāo)約束的分析，定義各種計(jì)劃問(wèn)題。使用精確的或啟發(fā)式的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的優(yōu)化。由于龐大的可行計(jì)劃總量，通過(guò)枚舉來(lái)找到最優(yōu)解是不大可能的，甚至找到一個(gè)可行的方案都相當(dāng)困難。基于此，應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)（operations research）中的數(shù)學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)劃優(yōu)化成為APS的首要任務(wù)。雖然通過(guò)線性規(guī)劃或網(wǎng)絡(luò)流算法能找到較為精確的最優(yōu)解，然后實(shí)際過(guò)程中大多數(shù)組合問(wèn)題只能計(jì)算近似最優(yōu)解（局部最優(yōu)）[3]。

2.2 生產(chǎn)進(jìn)度和過(guò)程可視化

生產(chǎn)進(jìn)度和過(guò)程可視化主要是方式是通過(guò)底層數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)以一定的邏輯整合后顯示在界面中，供管理人員管理使用。

2.3 設(shè)備異常可視化

設(shè)備異?？梢暬K主要通過(guò)數(shù)據(jù)采集和軟件邏輯實(shí)現(xiàn)，操作人員在停機(jī)時(shí)錄入停機(jī)原因，系統(tǒng)收集和轉(zhuǎn)化后呈現(xiàn)在軟件界面中。

2.4 模具進(jìn)出庫(kù)管理

模具進(jìn)出庫(kù)管理主要通過(guò)數(shù)據(jù)收集和邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。有多種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，包括但不限于二維碼或RFID等方式，系統(tǒng)記錄模具進(jìn)出庫(kù)數(shù)據(jù)并聯(lián)動(dòng)機(jī)臺(tái)對(duì)于模具的使用情況，對(duì)模具進(jìn)行管理。

3? MES的數(shù)據(jù)采集

MES數(shù)據(jù)采集是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程。常用的方式是讀取設(shè)備原有PLC數(shù)據(jù)，通過(guò)協(xié)議對(duì)接獲取參數(shù)。但實(shí)際過(guò)程中，設(shè)備廠商為了商業(yè)利益或設(shè)備穩(wěn)定性方面的原因，不愿意開(kāi)放接口。這種情況下，則需要集成廠商采用外掛采集裝置的方式收集數(shù)據(jù)。除此以外，還通過(guò)RFID以及其他手持掃碼設(shè)備等終端獲取數(shù)據(jù)。

3.1 MES企業(yè)引入基礎(chǔ)

3.1.1 系統(tǒng)基礎(chǔ)

MES的引入需要企業(yè)原有的系統(tǒng)支撐，包括原有的ERP/MRPII/CRM/SRM等系統(tǒng)的支撐，因此對(duì)企業(yè)的信息基礎(chǔ)有一定要求。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集對(duì)于設(shè)備也有一定要求。國(guó)內(nèi)某些設(shè)備廠商對(duì)于本企業(yè)設(shè)備PLC加鎖保護(hù)，一定程度上增加了MES集成商抓取數(shù)據(jù)的難度。

3.1.2 人員基礎(chǔ)

MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的引入，僅僅是工具的引入。工具要在企業(yè)生產(chǎn)管理中發(fā)揮應(yīng)有的價(jià)值，則依賴從基層至管理員人員對(duì)于工具的認(rèn)知和科學(xué)管理方法的使用。因此，MES的引入對(duì)于員工和管理者的素養(yǎng)有一定要求。

3.1.3 實(shí)際需求

MES作為信息化手段和工具，其引入很大程度上是為了填補(bǔ)傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)在生產(chǎn)車間的空白，將生產(chǎn)過(guò)程量化，并在有數(shù)據(jù)支撐的情況下展開(kāi)分析。鑒于MES本身較大的引進(jìn)軟硬件成本和管理成本，企業(yè)在MES引入時(shí)，需慎重考慮。（圖2）

3.2 MES導(dǎo)入企業(yè)的方式探索

3.2.1 從中心到局部構(gòu)建方式（圖3）

該方式先構(gòu)建生產(chǎn)系統(tǒng)“大腦”，將計(jì)劃、采購(gòu)和生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)等生產(chǎn)流程連接起來(lái)，形成中樞。其后，再將系統(tǒng)部署至車間局部，形成數(shù)據(jù)收集的觸手，完成整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建。

這種方式前期成本較高，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)影響大，人員學(xué)習(xí)成本高。但引入的邏輯更強(qiáng)，更有利于企業(yè)整體信息系統(tǒng)的布局，有利于系統(tǒng)本身搭建。

3.2.2 從局部至中心構(gòu)建方式

這種構(gòu)建方式先在車間或某種工藝構(gòu)建MES系統(tǒng)，形成獨(dú)立存在小系統(tǒng)，并逐步完成各個(gè)車間的部署，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行中樞設(shè)計(jì)和引入。

這種引入方式，對(duì)整體生產(chǎn)系統(tǒng)影響不大，試錯(cuò)成本較低，單點(diǎn)引入周期短。但是這種引入方式很難有立竿見(jiàn)影的成本改善，在分步搭建過(guò)程中，可能由于局部偏差增加中樞系統(tǒng)搭建難度。

3.3 MES引入可能引發(fā)的改變和阻力及對(duì)策

MES系統(tǒng)的引入，客觀上要求管理者從粗放式轉(zhuǎn)向精細(xì)化管理。多級(jí)異常處理機(jī)制能有效放大車間管理問(wèn)題，要求基層管理者迅速反應(yīng)。

同時(shí)，由于數(shù)據(jù)收集方式變化，原先的經(jīng)驗(yàn)式管理逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)相結(jié)合的管理方式，在生產(chǎn)實(shí)踐中，更注重?cái)?shù)據(jù)分析和基于數(shù)據(jù)的決策，一定程度上幫助企業(yè)擺脫對(duì)具備優(yōu)秀管理直覺(jué)的管理者的依賴。

因此，同其他信息系統(tǒng)引入一樣，MES的引入可能存在以下阻力：

3.3.1 來(lái)自管理層的阻力

部分管理者會(huì)擔(dān)心MES的引入會(huì)打破原有企業(yè)的流程和決策過(guò)程。失去對(duì)于企業(yè)的掌控。部分管理者已經(jīng)掌握了業(yè)務(wù)要害，并采取了有效手段控制整個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程。一旦采用新的技術(shù)，原有的業(yè)務(wù)核心可能會(huì)發(fā)生巨大變化，短時(shí)間難以重新形成控制。

其次有部分管理者對(duì)于MES引入的難度預(yù)估過(guò)低，急于求成，要求MES的導(dǎo)入在一個(gè)較短時(shí)間內(nèi)完成。MES引入涉及到原有業(yè)務(wù)流程的梳理和改造，這是一個(gè)相對(duì)系統(tǒng)的工程，要根據(jù)實(shí)際情況評(píng)估。在引進(jìn)過(guò)程緩慢或遲遲見(jiàn)不到效果時(shí)，管理層可能會(huì)產(chǎn)生懷疑，失去信心，這對(duì)于MES引入無(wú)疑是毀滅性的。

針對(duì)管理層可能存在的阻力，在引入過(guò)程中，需要企業(yè)尋找可靠的核心人員，經(jīng)常向管理者詳細(xì)匯報(bào)在引入過(guò)程中引發(fā)的流程改造，幫助其重新掌握流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

引入過(guò)程需要制定詳細(xì)的計(jì)劃，并充分預(yù)計(jì)可能導(dǎo)致的困難和后果，做好預(yù)案。

3.3.2 來(lái)自員工的阻力

對(duì)于中層管理而言，其阻力主要來(lái)源于權(quán)力削弱或者是對(duì)于即將引致的學(xué)習(xí)成本增加和工作量增加的不滿。中層管理對(duì)于引進(jìn)項(xiàng)目的阻撓常常是隱性的，限于管理層壓力，他們不會(huì)直接對(duì)抗，而是通過(guò)宣稱無(wú)用、推諉拖延或假意提出不可實(shí)現(xiàn)的徹底流程變革以阻撓MES引入過(guò)程中的流程梳理和再造。

對(duì)于中層管理的阻撓，要堅(jiān)持推進(jìn)的計(jì)劃不動(dòng)搖。在推進(jìn)過(guò)程中善于分析可能的沖突和利益點(diǎn)，分清哪些人贊成MES的引入，哪些人抵觸。對(duì)于假意提出更徹底的流程變革以阻撓現(xiàn)有改變的，可以要求其給出具體方案，視情況決定采納或推翻。

MES的引入中，員工的阻力主要來(lái)源于工作量的增加、原有習(xí)慣的改變。他們中一部分不愿意持續(xù)學(xué)習(xí)的員工，常常通過(guò)夸大工作增加的方式來(lái)抵觸信息系統(tǒng)的引入。MES引入中，勢(shì)必要增加部分人機(jī)互動(dòng)以完善信息采集。

對(duì)于員工的阻力，要充分評(píng)估其工作量和工作強(qiáng)度，保證引入前后其工作強(qiáng)度大體保持一致，同時(shí)，對(duì)于夸大工作量部分，用科學(xué)方式評(píng)估。引入過(guò)程進(jìn)行有效的宣傳和培訓(xùn)，消除員工的抵觸心理。

4? 總結(jié)

MES彌合了企業(yè)不同信息系統(tǒng)之間的空白。保證信息在企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷流，形成完整的數(shù)據(jù)閉環(huán)。

MES中整合的包括模具管理、人員管理、設(shè)備管理等模塊，進(jìn)一步促進(jìn)企業(yè)信息化發(fā)展，向無(wú)紙化辦公邁進(jìn)了重要的一步。

近些年，企業(yè)逐步認(rèn)識(shí)到精細(xì)化管理的重要性，明確了企業(yè)資源配置在成本降低中的作用。MES為企業(yè)資源配置提供的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。原有的依靠人力報(bào)表收集數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)往往不夠準(zhǔn)確，人力成本也較高，MES為數(shù)據(jù)收集提供了新思路。

參考文獻(xiàn)：

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