基于MES 系統(tǒng)的D 公司生產(chǎn)管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究★

牛耀彬

（揚州大學商學院， 江蘇 揚州 225127）

0 引言

D 公司屬于典型的離散型制造企業(yè)，離散型制造企業(yè)因自身特性，存在許多生產(chǎn)管理問題。一方面，企業(yè)本身面臨著客戶的需求多樣性、變更頻繁性，這使得生產(chǎn)計劃的制定復雜且困難。另一方面，由于產(chǎn)品需要經(jīng)過不同的加工車間，且每個生產(chǎn)任務對同一車間的需求又是不同的，導致工作流經(jīng)常出現(xiàn)不平衡問題[1]。這些問題致使生產(chǎn)數(shù)據(jù)難以收集，維護和檢索的時間大幅增加，同時，阻礙了生產(chǎn)過程的管理。為了解決這些生產(chǎn)管理過程中的問題，D 公司引入MES 系統(tǒng)。

1 案例介紹

1.1 D 公司簡介

D 公司是中國中車股份有限公司旗下的全資子公司，以機車制造、研發(fā)、出口、銷售為主營業(yè)務。目前，D 公司主攻城軌市場，城軌車輛也成為企業(yè)出口國外的支柱性產(chǎn)品。自公司始建以來，先后經(jīng)過六次大規(guī)模技術改造，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展成為能夠設計制造具有世界先進水平的軌道交通運輸裝備大型企業(yè)。

但是，D 公司仍存在一些生產(chǎn)管理上的問題，D公司在很長一段時間內(nèi)都保有傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，這降低了公司的生產(chǎn)效率。由于控制層與調(diào)度層分離，公司主要依靠調(diào)度員的經(jīng)驗去分析應對各種情況，且管理部門對生產(chǎn)車間的生產(chǎn)過程缺乏有效的監(jiān)控，這就導致生產(chǎn)過程對車間調(diào)度員的工作能力依賴性較強。為了實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，D 公司引入制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES），并將MES 系統(tǒng)結(jié)合ERP 系統(tǒng)、業(yè)務管理系統(tǒng)、生產(chǎn)設備控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)協(xié)作，擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)對整個車間制造過程的優(yōu)化。

1.2 MES 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

D 公司制造執(zhí)行系統(tǒng)的基本構(gòu)架包含制造全程管理控制、設備狀態(tài)管制、異常監(jiān)控與處理三個版塊。

1.2.1 制造執(zhí)行控制版塊

MES 系統(tǒng)將追蹤從創(chuàng)建訂單、物料準備、加工作業(yè)、批次流轉(zhuǎn)、質(zhì)檢返工、異常、暫停、報廢、組托、入庫等的生產(chǎn)全過程，對生產(chǎn)作業(yè)過程的每一個行動細節(jié)進行記錄追蹤，實時地反饋生產(chǎn)現(xiàn)場的在制品狀況，批次作業(yè)情況，生成完成情況。

1.2.2 設備狀態(tài)管制版塊

設備狀態(tài)管制版塊對設備運行期間的全狀態(tài)進行管制，并配備PM管理模式。這一模塊會對設備狀態(tài)、當前作業(yè)批次與等待作業(yè)批次進行監(jiān)控，同時記錄每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時間和原因。模塊配備PM模式，可以記錄作業(yè)時間，以滿足不同設備和不同生產(chǎn)模式的排產(chǎn)計劃。此外，嚴格管控PM模式下的作業(yè)過程，以便記錄生產(chǎn)過程并進行追蹤和分析。

1.2.3 異常監(jiān)控與處理版塊

異常監(jiān)控與處理版塊對異常情況進行監(jiān)控與處理，監(jiān)控在產(chǎn)品流通情況，作業(yè)時間情況，并采集工藝參數(shù)，對良率異常設備進行維護。該版塊對工廠可能出現(xiàn)的異常情況進行預測和監(jiān)管，并可由監(jiān)管人員自定義發(fā)生異常的處理動作，如遇異常生產(chǎn)情況可以選擇發(fā)送報警信息或是暫停生產(chǎn)。

1.3 MES 系統(tǒng)應用效果

D 公司應用MES 系統(tǒng)已達17 年之久，運用MES系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)收集有效促進了D 公司的信息化建設工作，一方面，運用MES 系統(tǒng)有效提高生產(chǎn)效率。由于人員實時監(jiān)控物料在生產(chǎn)進程中的使用，使得備料更加準確，數(shù)據(jù)記錄更加完整，這大大減少了月末核算成本的時間。大型機車制造工廠在生產(chǎn)中耗用的物料類型多、數(shù)量龐大，實施MES 系統(tǒng)有效將半成品、零件的領用直接歸結(jié)在相關產(chǎn)品上，減少了統(tǒng)計成本時間，提高了管理的效率。另一方面，MES 系統(tǒng)中各項數(shù)據(jù)豐富，精益化管理企業(yè)。通過分析產(chǎn)成品價格，有效篩選適合企業(yè)的原料供應商。D 公司之所以能夠維持產(chǎn)成品成本的一部分原因就是根據(jù)系統(tǒng)篩選原料價格低、物料利用效率高的供應材料。

自應用專門針對軌道交通行業(yè)特點定制開發(fā)的生產(chǎn)信息化管理和中控系統(tǒng)以來，D 公司生產(chǎn)能力提高了50%，產(chǎn)品不良率下降了90%，年節(jié)約各項成本費用1 300 余萬元，初步實現(xiàn)了數(shù)字賦能。

2 D 公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型策略

2.1 戰(zhàn)略引領推動轉(zhuǎn)型升級

為了順應數(shù)字經(jīng)濟時代的轉(zhuǎn)變，D 公司推行數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，以需求為導向，明晰數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑。為了實現(xiàn)智慧城市的建設，快速響應客戶需求，D 公司通過標準化、精益化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化五大路徑實現(xiàn)數(shù)字化研發(fā)、數(shù)字化運營、數(shù)字化制造、數(shù)字化服務、數(shù)字化安全五大工程。以及通過數(shù)字化建設提升“快速響應客戶服務能力”“模塊化產(chǎn)品快速設計能力”，縮短產(chǎn)前準備周期、平均生產(chǎn)周期，提升訂單準時交付率、生產(chǎn)計劃完成率。由戰(zhàn)略規(guī)劃部門牽頭，生產(chǎn)部門、質(zhì)保部門、運營管理部門、信息化部門配合，制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型實施方案，D 公司從戰(zhàn)略上堅定了企業(yè)數(shù)字化研發(fā)與運營的決心，為推進智能制造，提供智能服務，制造智能化產(chǎn)品打下堅實基礎。

2.2 集成智能系統(tǒng)推動轉(zhuǎn)型升級

搭建智能系統(tǒng)促進企業(yè)降本增效，推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以D 公司為例，引入MES 系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、生產(chǎn)設備PLC、DCS 控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS），形成集生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量、設備、倉儲、信息等多個方面為一體的立體化系統(tǒng)構(gòu)架。ERP 系統(tǒng)將生產(chǎn)計劃導入MES 系統(tǒng)，MES 系統(tǒng)將生產(chǎn)計劃傳遞至車間作業(yè)現(xiàn)場，將生產(chǎn)指令發(fā)送至指揮底層生產(chǎn)設備，通過MES 系統(tǒng)反饋生產(chǎn)設備的運行情況，以此來跟蹤生產(chǎn)進度，監(jiān)控車間生產(chǎn)任務。MES 系統(tǒng)對PLC/DCS 系統(tǒng)進行生產(chǎn)指導，PLC/DCS系統(tǒng)可以實現(xiàn)機車生產(chǎn)線的控制需求，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與存儲。PLC/DCS 系統(tǒng)將生產(chǎn)設備數(shù)據(jù)反饋，最后將生產(chǎn)完畢的入庫數(shù)據(jù)導入WNS 系統(tǒng)。D 公司以MES 系統(tǒng)為中心，接收來自其他系統(tǒng)中人員、設備、原料、訂單、計劃的信息，通過集成智能系統(tǒng)綜合收集企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以期進一步推動智能生產(chǎn)制造。

2.3 智能生產(chǎn)推動轉(zhuǎn)型升級

D 公司作為老牌機車企業(yè)，擁有多年的制造經(jīng)驗，在應用MES 系統(tǒng)的基礎上進行數(shù)字化車間建設，利用智能系統(tǒng)配合智能制造。公司在新廠區(qū)設置10個核心作業(yè)區(qū)，運作RGV 有軌制導搬運機器人、AGV自動導引搬運機器人等智能裝備實施智能生產(chǎn)。同時，建立8 個數(shù)字化車間和32 條數(shù)字化生產(chǎn)線，每個車間和生產(chǎn)線均應用集成智能化系統(tǒng)，重點應用MES系統(tǒng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進行生產(chǎn)調(diào)度，運用電子看板判斷生產(chǎn)信息并做出生產(chǎn)決策。研制形成新一代智能化六軸電力機車、無人化運輸車產(chǎn)品、系列化中國標準智慧市域列車等一批具有市場競爭力的先進軌道交通裝備產(chǎn)品。

3 D 公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型中存在的問題

3.1 人員與團隊能力未能匹配數(shù)字化戰(zhàn)略

D 公司雖然堅定數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，但是在生產(chǎn)制造過程中依舊是勞動密集型企業(yè)，依賴一線工人配合生產(chǎn)。由于一線員工以重復勞動為主，而公司又疏于對一線員工的技術培養(yǎng)，使得這部分員工未能很好地配合企業(yè)轉(zhuǎn)型[2]。此外，作為生產(chǎn)制造企業(yè)的D公司更多地關注智能系統(tǒng)的引入、產(chǎn)品技術的研發(fā)，但對生產(chǎn)運營技術提升方面投入不足，轉(zhuǎn)型需要從上至下的意識統(tǒng)一，D 公司對數(shù)字化轉(zhuǎn)型相應的人才培養(yǎng)機制不夠完善，導致人員及團隊能力未能跟進數(shù)字化戰(zhàn)略。

3.2 數(shù)據(jù)資源利用效率低

首先，D 公司在生產(chǎn)過程中利用到多款智能制造系統(tǒng)，其中幾款系統(tǒng)顯現(xiàn)出數(shù)據(jù)收集重復，系統(tǒng)功能浪費的問題。采購訂單系統(tǒng)（POM）與企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）均有采購管理功能，兩種系統(tǒng)在生產(chǎn)中重復記錄了訂單信息、供應商信息、采購價格等基礎數(shù)據(jù)，這種重復記錄使系統(tǒng)維護成本提高，同時增加了一道管理人員的審批流程，降低了工作效率。其次，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享不完全也是一大問題。MES 系統(tǒng)中的過賬信息與ERP 系統(tǒng)中的物料狀態(tài)轉(zhuǎn)換和賬本可以相互轉(zhuǎn)化，但是在實際應用中，財務人員依舊需要將MES 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)手工錄入ERP 系統(tǒng)中。因此，多款系統(tǒng)實現(xiàn)有效對接才能切實提升轉(zhuǎn)型效率。最后，受系統(tǒng)功能限制，MES 系統(tǒng)已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)未能充分利用[3]。在一個制程內(nèi)，產(chǎn)品不良率、返修信息與最終良率等關聯(lián)站之間的數(shù)據(jù)實質(zhì)上存在內(nèi)在聯(lián)系，但D 公司當前系統(tǒng)由于缺乏數(shù)據(jù)預處理功能，僅能就單站數(shù)據(jù)進行分析，而無法進行數(shù)據(jù)對比與追溯分析。這就導致工程師需要額外花費時間對數(shù)據(jù)進行處理，增加了工作量。

3.3 業(yè)務流與數(shù)據(jù)流無法正常匹配

由于供應鏈系統(tǒng)未能第一時間收集到終端客戶的提貨情況，MES 系統(tǒng)管理員未能及時收集訂單數(shù)據(jù)。受系統(tǒng)限制，D 公司整個供應鏈系統(tǒng)中顧客提貨的信息無法獲得，只能通過倉庫庫存的變化結(jié)合以前的訂單經(jīng)驗去預測客戶需求，這造成了數(shù)據(jù)收集失真的問題[4]。而數(shù)據(jù)收集失真導致客戶真實需求情況無法獲取，訂單波動很大，反而影響到生產(chǎn)計劃和備料計劃，造成了原材料供應的壓力。

4 推進傳統(tǒng)制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對策

4.1 建立適應數(shù)字化轉(zhuǎn)型的企業(yè)組織架構(gòu)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型在落地層面通常涉及兩部分內(nèi)容，業(yè)務模式的重構(gòu)和信息系統(tǒng)的引入。業(yè)務模式的重構(gòu)會涉及企業(yè)組織變革。傳統(tǒng)制造企業(yè)實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略需要自上而下進行轉(zhuǎn)變，適合的企業(yè)組織架構(gòu)有利于推進轉(zhuǎn)型過程。傳統(tǒng)制造企業(yè)應當添加數(shù)字賦能部門或是對傳統(tǒng)信息化部門進行改造。由于傳統(tǒng)信息化部門業(yè)務融合性較差，部門人員需要進一步了解企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的痛點，信息化部門員工應當積極與業(yè)務部門溝通，挖掘業(yè)務盲點，生產(chǎn)制造流程的斷點，以期減少業(yè)務流與數(shù)據(jù)流不匹配問題。同時，建立驅(qū)動數(shù)字化的組織以便推動轉(zhuǎn)型，由于轉(zhuǎn)型實施過程中問題較多，落實決策顯得更加重要，引入驅(qū)動數(shù)字化的組織搭建起信息化部門與其他部門的橋梁，解決部門間的溝通問題并推動數(shù)據(jù)決策的進程。

4.2 搭建數(shù)字技術平臺，支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型

數(shù)字經(jīng)濟時代，制造企業(yè)應利用數(shù)字技術搭建數(shù)字化平臺，降低內(nèi)部交易成本。建設數(shù)據(jù)基礎設施，利用云服務所提供的計算能力提升企業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)處理能力，支撐企業(yè)利用數(shù)據(jù)進行有效決策。搭建存儲設施、計算設施、網(wǎng)絡設施，通過存儲設施提升數(shù)據(jù)存儲容量，以存儲為支撐協(xié)同算力達成數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡間的安全傳遞。完成設施搭建后，應進一步推進打造企業(yè)中臺。對于傳統(tǒng)制造企業(yè)而言，打造業(yè)務中臺與數(shù)據(jù)中臺有利于緩解集成智能系統(tǒng)工作中的缺陷。業(yè)務中臺可以解決系統(tǒng)重復建設、系統(tǒng)割裂、數(shù)據(jù)孤島等問題。數(shù)據(jù)中臺具有數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)治理以及數(shù)據(jù)共享功能，可以加強與上下游合作伙伴的溝通，對數(shù)據(jù)進行提純和加工。最重要的是，數(shù)據(jù)中臺可以提供實時流數(shù)據(jù)分析，彌補數(shù)據(jù)開發(fā)人員不足的問題，打造企業(yè)中臺可以有效加強內(nèi)外部協(xié)作，提升數(shù)據(jù)處理效率，有利于傳統(tǒng)制造企業(yè)進一步推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

4.3 加強數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化

制造企業(yè)應注重數(shù)據(jù)采集，從源頭上保障數(shù)據(jù)準確性。一方面，數(shù)據(jù)采集的準確性與數(shù)據(jù)治理很重要。為更好實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，制造企業(yè)可以引入“副本數(shù)據(jù)管理”新技術——Copy Data Management，簡稱CDM[5]。CDM 以“原格式”獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)各個時間序列的副本，將備份的數(shù)據(jù)管理和使用。此外，CDM也是一種副本數(shù)據(jù)管理平臺，集中業(yè)務系統(tǒng)中抽離的數(shù)據(jù)資源，引入這一技術可以保存完整數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)失真的問題。另一方面，生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控很重要。為了提高效率，促進客戶提貨數(shù)據(jù)、庫存實時數(shù)據(jù)、訂單交付狀態(tài)數(shù)據(jù)等動態(tài)數(shù)據(jù)的及時應用，制造企業(yè)應推動數(shù)據(jù)可視化。利用可視化工具，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動決策的動力，讓整個生產(chǎn)管理過程可視化與透明化。

5 結(jié)語

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是促進制造企業(yè)發(fā)展的有效途徑，為了應對競爭壓力，制造企業(yè)應積極提升員工素質(zhì)，搭建數(shù)字化平臺并有效利用數(shù)字技術，通過系統(tǒng)集成,進一步提升企業(yè)在管理、研發(fā)設計、工藝、制造、售后及質(zhì)量等各環(huán)節(jié)的核心競爭力，逐步實現(xiàn)制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。