MES在稀有金屬制品工廠的實施方案及風險規(guī)避

郭長遠 楊少武

1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司 寧夏 石嘴山 753000；

2.中色（寧夏）東方集團有限公司 寧夏 石嘴山 753000

引言

MES（生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng) manufacturing execution system）由美國AMR公司提出，并由MESA對其定義，目的是通過將生產(chǎn)管理過程透明化、提升制造業(yè)生產(chǎn)過程的管理水平，對計劃排產(chǎn)與現(xiàn)場進度、質(zhì)量管理有機結合，利用MES系統(tǒng)對生產(chǎn)全過程做數(shù)字化采集、信息化管理，達到資源的合理高效配置，最終實現(xiàn)精益生產(chǎn)。

稀有金屬制品是以鉭、鈮及其合金生產(chǎn)的板帶、箔材、管棒絲材、制品件（非標圖紙定制如異型坩堝、加熱器等），是公司全產(chǎn)業(yè)鏈的最后一個產(chǎn)品類別，產(chǎn)品廣泛應用在電子、通訊、航空、航天、冶金、化工、醫(yī)療、原子能等領域。隨著市場競爭的加劇、客戶對產(chǎn)品質(zhì)量、交期等要求不斷提高，以往傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理方式很難適應現(xiàn)在的要求，并且隨著智能制造、數(shù)字孿生的興起、作為其底層基礎的MES系統(tǒng)的應用也提上了加強工廠管理的日程。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前稀有金屬制品工廠現(xiàn)場生產(chǎn)管理不透明，車間的生產(chǎn)情況、設備運行狀況、生產(chǎn)任務進度等信息缺乏及時有效的反饋方式，更無法做到預先控制，各種問題只能現(xiàn)場臨時協(xié)調(diào)解決，因此生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)成本高，質(zhì)量追溯過程緩慢，雖然處于稀有金屬加工的末端，但產(chǎn)品的附加值越來越低、市場競爭持續(xù)加劇、質(zhì)量的追溯響應要求越來越高，傳統(tǒng)的管理模式難以滿足現(xiàn)在的市場競爭[1]。如何打造高效透明化的數(shù)字化車間生產(chǎn)，作業(yè)流程全過程的數(shù)字化記錄、智能化排產(chǎn)、自動實時進度跟蹤管控是現(xiàn)在最關心的問題。從實際來看，工廠生產(chǎn)的不透明、生產(chǎn)調(diào)度的緩慢等問題亟待解決，而MES系統(tǒng)引入是十分必要的。

稀有金屬制品工廠目前的管理模式是調(diào)度排產(chǎn)、跟蹤生產(chǎn)進度、制訂生產(chǎn)工藝、質(zhì)量技術檢驗標準、現(xiàn)場監(jiān)督等生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)分別由分廠調(diào)度員、技術員、質(zhì)量員進行。由于稀有金屬產(chǎn)品原材料較貴重、并且公司加大在線“兩金”占用的考核，致使制品件的生產(chǎn)是小批量、多規(guī)格、多種類離散式訂單生產(chǎn)，其中的制品件在生產(chǎn)中后期的剪切、鉚接、點焊、縫合裝配等工序全部是手工作業(yè)，這對管理人員的要求十分的苛刻，調(diào)度員、技術員每天疲于奔命的協(xié)調(diào)各種的任務沖突。并且在質(zhì)量追溯、現(xiàn)場進度查詢追溯的快速等方面，傳統(tǒng)的質(zhì)量紙質(zhì)記錄的查詢已無法快速響應。為了有效解決這些矛盾，MES系統(tǒng)的如期實施就顯得尤為重要。

2 MES功能架構

MES系統(tǒng)跨度涵蓋三個層次，包括過程控制層、生產(chǎn)執(zhí)行層、決策經(jīng)營層。過程控制層以終端設備及數(shù)據(jù)采集傳感器等控制系統(tǒng)為基礎，通過數(shù)據(jù)平臺，采集設備設施實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)；生產(chǎn)執(zhí)行層通過智能排產(chǎn)、工藝管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、物料管理、設備管理、能源管理、報表管理、BOM管理、基礎數(shù)據(jù)管理等模塊，對生產(chǎn)基礎數(shù)據(jù)進行整合、分析，實現(xiàn)對企業(yè)生產(chǎn)的精細化智能管控；管理決策層對生產(chǎn)相關的能效、設備、物料、計劃等各類信息進行多維度分析和展示，通過管理智慧駕駛艙和數(shù)字孿生工廠應用，構建“智能化運營管控平臺”輔助管理決策。與ERP、OA等系統(tǒng)集成，獲取訂單、BOM等信息，最終產(chǎn)品及物料信息回傳ERP，實現(xiàn)企業(yè)運營閉環(huán)管理。

基于上述構想，MES系統(tǒng)管理系統(tǒng)至少需配置兩類服務器，用于生產(chǎn)線監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理。其中，用于在線監(jiān)控的服務器與生產(chǎn)設備、檢測器具相連，采集各項生產(chǎn)檢測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)管理的服務器主要是存儲數(shù)據(jù)、編輯數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)等功能。系統(tǒng)采用B/S結構，易于安裝和維護，通過IE 等瀏覽器就實現(xiàn)所有功能的訪問和業(yè)務操作。系統(tǒng)使用JAVA開發(fā)語言，能多平臺部署和應用，能在電腦、平板、手機端無縫銜接、自由訪問，合理是使用網(wǎng)閘、網(wǎng)關、人員權限最大限度地保護企業(yè)數(shù)據(jù)的安全。系統(tǒng)前端后臺業(yè)務能有效分離。前端、后臺業(yè)務的分離使系統(tǒng)運行高效。系統(tǒng)使用關系型數(shù)據(jù)庫，將ERP、OA和MES數(shù)據(jù)進行整合，加強管理過程的信息交互，為數(shù)據(jù)協(xié)同管理的實現(xiàn)，奠定基礎。

3 MES具體實施

MES管理系統(tǒng)是個“一把手”工程，MES的應用及管理思想、體系，勢必會和原有的管理體系、管理思想產(chǎn)生沖突；實際執(zhí)行人員的思維慣性對新思想、新理念、新的工作方式的接受執(zhí)行程度都會有一定的折扣或抵觸，因此一把手的態(tài)度、實施的決心、決策是MES系統(tǒng)是否能夠落地執(zhí)行及順利運行的決定性因素。

MES的實施需要按照體系工程來推進，應設立專門的項目組。項目組要“一把手”牽頭，專人負責，工廠、車間、工段、班組、各職能機構及各位專項負責人都要參加，共同搭建起真正適合工廠特點使用的MES系統(tǒng)。MES的實施是一個漫長的過程，是用信息技術手段替代現(xiàn)有的管理，實現(xiàn)現(xiàn)有管理的數(shù)字化轉型。

MES的實施一般分為4至5個階段實施[2]：①項目準備，時長一個月，具體工作內(nèi)容包括：成立項目組、劃分人員職責、項目實施范圍、功能規(guī)劃等；以項目啟動為里程碑。②項目藍圖，時長兩個月，主要開展工作有業(yè)務調(diào)研、業(yè)務梳理、組織架構、需求確定、平臺設計、項目培訓等，以項目藍圖的確認為里程碑。③系統(tǒng)開發(fā)，時長四個月，完成系統(tǒng)配置、建模、報表、接口開發(fā)、數(shù)據(jù)采集轉換等等，以最終集成測試為里程碑。④系統(tǒng)試運行，時長二個月，即開發(fā)的各模塊，各種功能的測試、權限的測試、系統(tǒng)管理、用戶培訓、上線清單確認、聯(lián)合測試等，以系統(tǒng)上線為里程碑。⑤系統(tǒng)上線，時長4個月，內(nèi)容是上線、優(yōu)化；項目回顧、階段驗收，以階段驗收為里程碑。

有些MES項目是將4與5合并執(zhí)行，每個階段的實施時長會因MES系統(tǒng)管理生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)業(yè)務、流程的復雜程度而不同，不能生搬硬套。稀有金屬制品工廠因其產(chǎn)品的品種多、規(guī)格多、業(yè)務流程長并且有反復循環(huán)的作業(yè)流程、質(zhì)量要求嚴格等因素，雖然企業(yè)規(guī)模不大，但是MES系統(tǒng)實施起來用時也是比較漫長的，落地并行的時間也會持續(xù)很長時間，需要不停地完善系統(tǒng)策略、強力推進等。

4 MES在制品加工廠實施的風險

MES在分廠是生產(chǎn)過程與分廠管理信息互通的橋梁，MES成功的實施能給企業(yè)帶來極大的價值。但是，實施過程中也存在一些風險點，具體點及規(guī)避方法如下：

4.1 加工工序多，涉及范圍廣，人員多、協(xié)調(diào)頻次高、難度大

MES的實施需要將生產(chǎn)管理流程進行重組和優(yōu)化，包括工廠管理、生產(chǎn)管理、車間管理、設備管理、質(zhì)量管理、物料管理、人員管理等，需要對這些相關的管理、業(yè)務和技術等人員進行溝通交流、協(xié)調(diào)，涉及面廣難度大，必須要由一把手參與MES項目，保證項目運行順暢，提高項目執(zhí)行力度和及時性。

4.2 總體規(guī)劃不足

MES的總體定位是工廠生產(chǎn)制造集成，系統(tǒng)的實施也不同步，造成了與各個系統(tǒng)集成的難度，協(xié)調(diào)起來非常困難。在實施MES系統(tǒng)前，應充分發(fā)揮信息化建設總體規(guī)劃的優(yōu)勢，對其他系統(tǒng)如OA、ERP等提出明確的信息交換的要求，包括邊界要求與技術方案。

4.3 容易陷入“大而全”風險

MES涉及的業(yè)務范圍較廣，很容易陷入做“大而全”系統(tǒng)的誤區(qū)，做“大而全”的MES會湮沒主要目標，導致把精力投入在無價值或價值不大的業(yè)務流程上，“需求蔓延”和“需求鍍金”都必須杜絕，要嚴格按照技術方案要求，以系統(tǒng)成功為最終目標，相關單位密切合作，精力都放在做最有效的事情上[3]。

4.4 數(shù)據(jù)采集與集成不全面

MES的總體定位是工廠生產(chǎn)制造集成，所涉及的系統(tǒng)較多，系統(tǒng)供應商較多，而各個系統(tǒng)供應商的工作重點是完成本系統(tǒng)內(nèi)部功能，內(nèi)部功能完成了就去申請驗收了，對集成需求不重視。好的做法是在實施MES系統(tǒng)前將數(shù)據(jù)采集與集成作為選擇相應自動化系統(tǒng)實施商的一個重要指標，也要作為項目驗收的關鍵項，在項目實施過程中，將數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)集成作為重中之重來抓。

4.5 系統(tǒng)上線后的維護風險

MES涉及詳細業(yè)務流程和管理流程，系統(tǒng)的維護需要既懂業(yè)務又懂信息技術的復合型人才，而這樣的人才非常少，MES項目實施過程中，培養(yǎng)一支能夠支持系統(tǒng)維護與可持續(xù)發(fā)展的技術隊伍，這樣，至少能在發(fā)生問題時，提升雙方的溝通效率，節(jié)省雙方的成本，推行聯(lián)合開發(fā)模式，降低MES項目維護成本和風險。

4.6 存在與現(xiàn)有應用系統(tǒng)對接的風險

MES實施的部分功能需要與現(xiàn)有信息系統(tǒng)對接、集成，業(yè)務數(shù)據(jù)已存在于其他系統(tǒng)，為此，項目中明確系統(tǒng)切換和業(yè)務數(shù)據(jù)遷移計劃，為業(yè)務數(shù)據(jù)的訪問存儲滑轉到MES系統(tǒng)中做好準備。

5 存在問題

在稀有金屬制品的生產(chǎn)過程中，由于品種規(guī)格的多樣性，工藝流程的復雜性，本MES系統(tǒng)運行時還存在一些問題待近一步的優(yōu)化，來更加匹配我們的生產(chǎn)。

比如上下道工序交接時質(zhì)量問題：上道工序控制質(zhì)量已經(jīng)偏離，如果按MES事先設定的質(zhì)量控制標準已經(jīng)判廢，但是下道工序能通過加工余量的調(diào)整挽救回來的，但這樣會增加下道工序的工作量，這就有了矛盾的沖突，如果在質(zhì)量的設置中降低工序的質(zhì)量標準勢必會造成全道工序質(zhì)量要求的降低。

整個生產(chǎn)線上有許多數(shù)據(jù)需要人工錄入，無法自動獲取，在MES設計前期就考慮到了人工錄入的煩瑣，職工的抗拒情緒，故選擇了一些帶自動采集的計量器具，但這些器具與之前的器具使用時有些差別，就造成了效率的降低等，影響了MES數(shù)據(jù)的即時性。MES數(shù)據(jù)詳細完善的指導生產(chǎn)還需要仔細深度發(fā)掘。由于稀有金屬制品的加工屬于傳統(tǒng)的金屬壓力加工，故現(xiàn)場的環(huán)境不是十分理想，潔凈度、照度都會影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量，但是這些因素在MES系統(tǒng)時未加以量化采集，這些對質(zhì)量的影響分析，管控都是要后期完善的。

有些關鍵設備的數(shù)據(jù)沒有采集進MES系統(tǒng)，也降低了MES的運行理想度。

一些臨時生產(chǎn)任務單，如非常規(guī)的科研開發(fā)、非常規(guī)的新品訂單的工藝制定、質(zhì)量管控等都是未納入MES系統(tǒng)的，但這又是實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的，如何合理的盡快納入MES系統(tǒng)，使之不要妨礙現(xiàn)有的脆弱的MES系統(tǒng)運行。

針對以上問題，MES系統(tǒng)實施的廠家也給出了一些優(yōu)化的解決方案，工廠方面也根據(jù)實際情況計劃做一些設備的升級改造和加強員工的培訓、加大考核力度，來更好的發(fā)揮MES系統(tǒng)的作用。通過MES系統(tǒng)實施運行不斷改進的過程中，使工廠整體的軟硬件環(huán)境、員工整體的生產(chǎn)效率、質(zhì)量理念都有很大提升。

6 結束語

MES系統(tǒng)在稀有金屬制品工廠中的順利實施，將提升工廠的生產(chǎn)效率，提高質(zhì)量管理水平；并且極大的解放工廠技術人員的日常繁重的管理任務，合理的降低人力、物料、生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品的競爭力。隨著MES系統(tǒng)的不斷完善并向著數(shù)字化工廠的建設，會給企業(yè)的發(fā)展帶來更多的動力。MES系統(tǒng)實施過程是復雜的,在項目實施前，應充分考慮實施可能會碰到的各種風險，并采取有效措施降低系統(tǒng)的實施風險，以提高MES項目實施的成功率。