淺談多品種小批量生產(chǎn)模式下線纜行業(yè)MES建設(shè)

丁 然，蔣 偉，焦國濤，許 練

（1.中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京，100007；2.南京全信傳輸科技股份有限公司，江蘇南京，210036）

1 引言

市場競爭的日益加劇，迫使企業(yè)紛紛采用精細(xì)化的管理手段來加快生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，MES系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)企業(yè)精細(xì)化管理的有效工具，已然成為制造型企業(yè)實(shí)施智能制造的必然選擇。相比民品線纜少品種、大批量的相對固化生產(chǎn)模式，軍品線纜有多品種、小批量、產(chǎn)品換型頻繁、生產(chǎn)異常頻發(fā)等特點(diǎn)，生產(chǎn)過程中物流、信息流、價值流復(fù)雜，生產(chǎn)資源要素配置要求較高，對于MES系統(tǒng)的建設(shè)要求因此更高，實(shí)現(xiàn)難度更大。

2 MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)范圍

多品種、小批量線纜制造業(yè)的普遍特征是BOM結(jié)構(gòu)和工藝加工過程較為復(fù)雜，具體特征表現(xiàn)如下。

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)方面，該類企業(yè)大多面向訂單進(jìn)行個性化設(shè)計和制造，異構(gòu)數(shù)據(jù)普遍存在，對于數(shù)據(jù)在全生命周期各個環(huán)節(jié)的及時性、有效性、準(zhǔn)確性和完整性有較高要求；

2）生產(chǎn)計劃方面，盡管很多企業(yè)上了ERP系統(tǒng)，但上層計劃并不能及時準(zhǔn)確傳遞到執(zhí)行層，導(dǎo)致計劃與執(zhí)行嚴(yán)重脫節(jié)；

3）生產(chǎn)執(zhí)行方面，各種插單，急單，撤單，各類生產(chǎn)資源短缺的現(xiàn)象時有發(fā)生，導(dǎo)致生產(chǎn)過程難以控制，生產(chǎn)交付及時性難以有效保證；

4）生產(chǎn)設(shè)備方面，線纜制造對生產(chǎn)設(shè)備依賴程度高，生產(chǎn)過程中對應(yīng)的設(shè)備數(shù)據(jù)需要進(jìn)行記錄及分析，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的有效追溯與控制；

5）質(zhì)量控制方面，產(chǎn)品品種繁多，導(dǎo)致檢測方案及項(xiàng)目復(fù)雜，并且大多依據(jù)檢測設(shè)備。

針對上述特征及問題，線纜制造企業(yè)可以通過MES系統(tǒng)，在對公司各個環(huán)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、管理與統(tǒng)計分析，從而進(jìn)一步幫助公司將工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化、透明化、無紙化以及精細(xì)化，以達(dá)成生產(chǎn)過程有效管控以及工作效率提升的管理目標(biāo)。

一般線纜行業(yè)MES應(yīng)用范圍包括工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理（如物料及工藝BOM數(shù)據(jù)）、計劃排產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、工具工裝管理、生產(chǎn)看板管理、生產(chǎn)過程控制、設(shè)備數(shù)據(jù)采集及控制、系統(tǒng)集成、能源及環(huán)境智能管控、設(shè)備自動化控制等管理模塊。MES建設(shè)無法一蹴而就，可根據(jù)企業(yè)自身的情況，包括核心需求關(guān)切程度、各管理板塊的依賴關(guān)系、設(shè)備的自動化數(shù)字化程度以及項(xiàng)目規(guī)劃的漸進(jìn)明細(xì)原則，將MES項(xiàng)目進(jìn)行分期規(guī)劃，穩(wěn)扎穩(wěn)打，逐步實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)，如，

1）一期-基礎(chǔ)框架應(yīng)用：工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、計劃排產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、質(zhì)量管理、庫存管理、生產(chǎn)過程控制、系統(tǒng)集成；

2）二期-技術(shù)管理提升：設(shè)備管理、工裝管理管理、設(shè)備數(shù)據(jù)采集及控制（若設(shè)備具備采集及控制條件，也可考慮放一期）、能源及環(huán)境智能管控。

3）三期-智能制造拓展：設(shè)備自動化控制及其他智能化、自動化拓展。

3 MES系統(tǒng)建設(shè)難點(diǎn)及對策

建設(shè)MES系統(tǒng)需要按照信息化管理系統(tǒng)實(shí)施的方法來進(jìn)行推進(jìn)，主要環(huán)節(jié)包括，明確MES系統(tǒng)需求及實(shí)施范圍、廠商選型（若具備研發(fā)能力，也可自行開發(fā)）、藍(lán)圖設(shè)計、系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)、系統(tǒng)上線運(yùn)行。在這個過程中，除系統(tǒng)本身與及企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的適配難度外，還需注意以下幾個方面：

3.1 MES系統(tǒng)邊界的劃分

企業(yè)在實(shí)施MES之前，一般都會應(yīng)用其他信息化系統(tǒng)，如ERP、PLM等，尤其對于ERP，MES在功能的描述上很多與ERP一致，具體功能上也存在一定的重疊與交叉，如果對各個系統(tǒng)沒有深入的研究與行業(yè)積累，很難進(jìn)行界定，同時各個系統(tǒng)廠商只會關(guān)注各自系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，無法站在更高的層面，進(jìn)行各個系統(tǒng)的范圍及職能界定，企業(yè)更多的要從對于各個系統(tǒng)的定位及系統(tǒng)擅長領(lǐng)域，并結(jié)合行業(yè)標(biāo)桿的成功應(yīng)用案例，展開規(guī)劃，以達(dá)成各個系統(tǒng)各盡其能，高效銜接。

1）ERP：供應(yīng)鏈前端（合同、訂單等）、財務(wù)核算；

2）MES：生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)收集、監(jiān)控及異常管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理及設(shè)備數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)看板、過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析；

3）WMS：出入庫管理；

4）CAPP：設(shè)計過程及結(jié)果管理；

5）PLM：物料庫及圖文檔管理。

建議增加線纜行業(yè)生產(chǎn)制造過程，各個系統(tǒng)之間邊界劃分內(nèi)容。

3.2 MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理

多品種、小批量生產(chǎn)模式下，MES系統(tǒng)對于所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如物料編碼、生產(chǎn)BOM、工藝路線、工藝文件等，數(shù)據(jù)整理的及時性、規(guī)劃性以及全面性，依賴程度更高，對于少品種大批量生產(chǎn)，往往可以通過初期導(dǎo)入的方式一次性將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入至MES，然后反復(fù)引用數(shù)據(jù)，效率高，不易出錯，而多品種、小批量生產(chǎn)，物料及工藝BOM會頻繁增加及變更，通過手工錄入或?qū)氲姆绞竭M(jìn)入MES，效率較低，易出錯，無法起到快速指導(dǎo)生產(chǎn)的作用。

傳統(tǒng)ERP中對于生產(chǎn)BOM及工藝路線的規(guī)劃，更多的是從物料需求計劃、材料耗用、成本核算的角度出發(fā)，往往忽視了計劃排產(chǎn)及全過程追溯的要求，導(dǎo)致原有生產(chǎn)BOM及工藝路線的層次結(jié)果及細(xì)化程度，往往無法滿足MES系統(tǒng)計劃排產(chǎn)與執(zhí)行監(jiān)控的要求，兩者存在差異性?；谏鲜鰡栴}與風(fēng)險，對策如下：

1）對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，建立內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，規(guī)范物料、工序、工作中心、工藝BOM、條碼等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的編碼規(guī)則及命名，加強(qiáng)物料申請流程的有效審核，杜絕一料多碼、一碼多標(biāo)準(zhǔn)的情況發(fā)生。

2）根據(jù)線纜行業(yè)計劃排產(chǎn)及過程全面監(jiān)控的管理要求，對BOM層次及工藝進(jìn)行合理拆分及優(yōu)化，線纜制造不同于普通離散裝配行業(yè)，其生產(chǎn)過程中，會由多根線芯多次絞合而成，上下游工序間并不是嚴(yán)格的1：1數(shù)量關(guān)系，也就要求加工過程中包含多股導(dǎo)線或線芯絞合的產(chǎn)品，需將絞合至成纜的各個工序一一進(jìn)行分層，并設(shè)置BOM上下游層級準(zhǔn)確數(shù)量消耗關(guān)系，以滿足后續(xù)計劃排產(chǎn)及完工反饋的數(shù)據(jù)一致性要求；另外，線纜產(chǎn)品工藝BOM需涵蓋生產(chǎn)加工相關(guān)所有串行及并行工序，對于工序區(qū)分太粗，無法達(dá)到全方位過程管控的要求，則需要將工序進(jìn)行細(xì)分，例如多次成纜等。

3）引入成熟線纜行業(yè)化PLM或CAPP軟件，管理前端產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)及變更過程，結(jié)合MES系統(tǒng)多生產(chǎn)全過程追溯的要求，建立細(xì)化層級的BOM數(shù)據(jù)管理模型，通過并建設(shè)與MES接口，將設(shè)計研發(fā)結(jié)果，如物料編碼、工藝BOM、工藝規(guī)程、工藝變更等，實(shí)時傳遞至MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計制造一體化。提升工藝BOM搭建的效率，減少人為參與的數(shù)據(jù)傳遞，降低錯誤發(fā)生率，為智能制造MES系統(tǒng)提供足夠細(xì)度的BOM數(shù)據(jù)及相關(guān)工藝參數(shù)的支持，以支持后續(xù)生產(chǎn)管理的深化，從而為企業(yè)從制造到智造打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 MES計劃排產(chǎn)優(yōu)化

多品種、小批量生產(chǎn)模式，對于生產(chǎn)計劃要求較高，再加上行業(yè)特有的緊急插單、生產(chǎn)變更及異常，大量的生產(chǎn)管理不是依賴計劃來控制，督促，協(xié)調(diào)，而是依賴少數(shù)管理人員的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)計劃實(shí)現(xiàn)率低，對生產(chǎn)執(zhí)行缺乏指導(dǎo)與監(jiān)督。企業(yè)迫切需要通過MES系統(tǒng)對計劃排產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，提升計劃排產(chǎn)的合理性與可執(zhí)行性。在此需求的驅(qū)動下，一般會涉及APS自動排產(chǎn)的范疇，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容包括，全自動智能排程，快速制定合理，優(yōu)化的生產(chǎn)計劃；自動處理緊急插單，模擬排程，訂單交期評估，可視化計劃顯示與調(diào)整等。但是，APS自動排產(chǎn)對于車間管理及行業(yè)要求較高，首先需要獲取準(zhǔn)確全面的運(yùn)算數(shù)據(jù)，包括，訂單、工單、機(jī)臺、產(chǎn)能等，尤其對于工序加工時間、設(shè)備產(chǎn)能等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，還需要保證一定程度上的確定性要求，否則計算結(jié)果有可能會差之毫厘，謬以千里。對照多品種、小批量線纜生產(chǎn)，產(chǎn)品加工設(shè)備間存在一定替代性、設(shè)備產(chǎn)能受加工工人經(jīng)驗(yàn)、加工現(xiàn)場異常（如換模、清機(jī)等）因素影響，都存在不確定性、緊急插單后影響范圍廣調(diào)整大，這些因素都影響APS自動排產(chǎn)的模型搭建，導(dǎo)致計算出的結(jié)果，在一定程度無法直接指導(dǎo)后續(xù)計劃的執(zhí)行，這也是APS排產(chǎn)在多品種、小批量線纜生產(chǎn)行業(yè)一直難有突破的原因。

針對此問題，建議在MES建設(shè)初期，多品種小批量線纜生產(chǎn)企業(yè)不要盲目推進(jìn)APS自動排程，在MES實(shí)施過程中，首先要通過引導(dǎo)，降低生產(chǎn)計劃對APS自動排程的預(yù)期，通過不確定的數(shù)據(jù)模型，想要計算出確定可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果，邏輯上本身就不成立。同時，企業(yè)可通過設(shè)備技改、提升操作工技能、車間現(xiàn)場6S等一系列管理措施，提升車間加工數(shù)據(jù)的相對確定性及一致性，如關(guān)鍵的設(shè)備產(chǎn)能數(shù)據(jù)，后續(xù)結(jié)合MES系統(tǒng)中設(shè)備實(shí)際加工情況，對訂單需求進(jìn)行產(chǎn)能模擬，計算出產(chǎn)能負(fù)荷下所能承載的訂單以及各訂單工序的初步開完工時間。然后再結(jié)合實(shí)際情況，采取人機(jī)交互的方式，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行合理調(diào)整，最大限度地為計劃排產(chǎn)提供有效的參考依據(jù)。

4 結(jié)語

MES系統(tǒng)作為智能工廠的基礎(chǔ)與核心框架，其建設(shè)無法一蹴而就，需要企業(yè)長期的努力與變革，MES的應(yīng)用也不是簡單的車間現(xiàn)場軟硬件的自動化改造，其根本是運(yùn)營模式的變化。多品種小批量線纜行業(yè)企業(yè)應(yīng)結(jié)合各自生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)際情況合理推行推進(jìn)精細(xì)化智能管理，既不在落后的管理上搞信息化，也不在落后的工藝上搞自動化，更不在不具備數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上搞智能化。