基于MES的制造企業(yè)生產(chǎn)管理改進(jìn)研究

李旺達(dá)

（東莞華科電子有限公司，廣東 東莞 523799）

制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，如何提升市場競爭力成為制造企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在MLCC電容制造行業(yè)日趨加劇的市場競爭中，要想讓產(chǎn)品得到市場和顧客的認(rèn)同就必須重視產(chǎn)品制造過程中的生產(chǎn)管理改進(jìn)，確保生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)作業(yè)之間的協(xié)調(diào)配合，全面提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

一、MES概述和發(fā)展歷程

美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)A M R（A d v a n c e d Manufacturing Research）將MES（Manufacturing Execution System）定義為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，MES集生產(chǎn)車間層面上的控制功能與各類軟硬件設(shè)施于一體，提供實(shí)施執(zhí)行計(jì)劃所需的各項(xiàng)資源（客戶、人、機(jī)、料等）的當(dāng)前狀態(tài)。1992年，AMR首次引入了三層結(jié)構(gòu)的企業(yè)集成模型，包括計(jì)劃層（面向客戶）、實(shí)施層（面向生產(chǎn)控制）和控制層（面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場）。MES的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)時(shí)期：

（一）專用MES

專用MES是20世紀(jì)70年代興起的針對車間維修、生產(chǎn)調(diào)度等具體問題而發(fā)展起來的一種獨(dú)立系統(tǒng)。專用MES帶來兩大難題，一是橫向的信息孤立，二是縱向的系統(tǒng)整合（ERP、PDM等）。

（二）綜合MES

通常情況下，綜合MES是為某一特定行業(yè)開發(fā)的，例如航空、半導(dǎo)體、食品等，具備較強(qiáng)的兼容性。與專用MES相比，綜合MES優(yōu)勢在于具有獨(dú)立數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)內(nèi)部高度集成、數(shù)據(jù)模式統(tǒng)一，但是其整體可重構(gòu)性較差，難以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行功能重設(shè)，難以隨著業(yè)務(wù)流程的變化而進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

（三）智能MES

智能MES最明顯的特征是基于各種人工智能技術(shù)和設(shè)備，如RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）、傳感器，可以對生產(chǎn)過程的狀況進(jìn)行更為準(zhǔn)確地跟蹤，并且可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行更為全面的記錄，從而得到更充分、更明確的數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)管理效率。智能MES還可以通過智能化技術(shù)，如多代理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)自動化。

二、華新科技生產(chǎn)管理中存在的問題

（一）企業(yè)概況

憑借著一次購足的產(chǎn)品解決方案與遍布全球的快速供貨平臺，華新科技股份有限公司（以下簡稱“華新科技”）成為被動元件領(lǐng)導(dǎo)品牌。自1992年成立以來，華新科技在短短10年間依靠產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的策略聯(lián)盟，迅速成長。目前全球員工人數(shù)已達(dá)7000人；有8座生產(chǎn)基地布局在亞太地區(qū)，并通過環(huán)球50多家區(qū)域性大型分銷商的供貨與倉儲網(wǎng)絡(luò)服務(wù)國際一流企業(yè)客戶。產(chǎn)品線包括積層陶瓷芯片電容（MLCC）、芯片電阻（Chip-R）、射頻元件（RF Components）、RF天線、圓板電容（DISC）、氧化鋅變阻器（Varistor）、電感（Inductor）及芯片保險(xiǎn)絲（Chip Fuse），產(chǎn)品市場占有率處于領(lǐng)先地位。

華新科技深刻了解技術(shù)創(chuàng)新能力的重要性，自2001年以來持續(xù)以年?duì)I收的3%投資于技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，致力于微型化、成本效益優(yōu)化、綠色環(huán)保及材料自主研發(fā)等各式特殊產(chǎn)品開發(fā)。順應(yīng)3C產(chǎn)品輕薄短小、多功能整合的趨勢，華新的元件產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于各式電子產(chǎn)品中，從電腦、通信設(shè)備、消費(fèi)性電子商品以至于車用及工業(yè)應(yīng)用，早已深入廣大消費(fèi)者的生活于無形，徹底實(shí)踐“華新，常在您身邊”的品牌承諾。

（二）企業(yè)生產(chǎn)管理現(xiàn)狀

華新科技生產(chǎn)管理組織架構(gòu)具體如圖1所示。

企業(yè)董事會制定并下發(fā)生產(chǎn)規(guī)劃，總經(jīng)理負(fù)責(zé)對接集團(tuán)的生產(chǎn)計(jì)劃以及物流管理，電容事業(yè)部、電阻事業(yè)部、射頻元件事業(yè)部、曲板電容事業(yè)部等生產(chǎn)車間主要工作是編制具體的生產(chǎn)計(jì)劃并下發(fā)、組織生產(chǎn)及控制生產(chǎn)過程，資材處主要按照生產(chǎn)計(jì)劃向供應(yīng)商發(fā)出采購要約并負(fù)責(zé)跟蹤物流到貨、倉儲、配送等環(huán)節(jié)，品質(zhì)中心檢驗(yàn)到貨物料及產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題及時(shí)處理，各生產(chǎn)車間根據(jù)計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)，人資福利暨發(fā)展處按照物流部門制定的生產(chǎn)計(jì)劃及各車間的人員需求進(jìn)行人員招聘，研發(fā)事業(yè)部負(fù)責(zé)提供生產(chǎn)技術(shù)支持，全球后援中心的主要工作是進(jìn)行生產(chǎn)線的調(diào)試、維護(hù)等。

（三）企業(yè)生產(chǎn)管理存在的問題

1.效率問題

該企業(yè)大朗廠區(qū)電容事業(yè)部月產(chǎn)能規(guī)劃24B，但實(shí)際產(chǎn)能只有22B。尤其在旺季，由于生產(chǎn)線的低端產(chǎn)能難以適應(yīng)市場及顧客的需要，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下問題越來越突出。在企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中被用于評價(jià)生產(chǎn)效率的主要指標(biāo)包括產(chǎn)品的數(shù)量交付率、種類交付率，其中，數(shù)量交付率的目標(biāo)是100%，種類交付率的目標(biāo)是97%。2021年度電容生產(chǎn)線實(shí)際交付率如表1所示，總體處于較低水平，且存在較大波動。

表1 2021年度電容生產(chǎn)線交付率

長期以來，由于產(chǎn)能不足，導(dǎo)致該企業(yè)電容生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)受到很大限制，往往需要采用拖延時(shí)間或者加班方式來減少顧客投訴以及對銷售造成的沖擊。雖然加班對提高產(chǎn)能起到了一定作用，但無法徹底改變產(chǎn)能低下的問題。此外，長時(shí)間加班也會導(dǎo)致員工不滿，并不是最優(yōu)解決方案，同時(shí)還會增加生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間及生產(chǎn)費(fèi)用，如何提升生產(chǎn)線產(chǎn)能、保證準(zhǔn)時(shí)、保質(zhì)、保量交付產(chǎn)品是企業(yè)生產(chǎn)管理迫切需要解決的問題。

2.成本問題

由于該企業(yè)MLCC生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率不高，經(jīng)常組織員工加班，導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間拉長，使生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行成本以及人力成本大幅增加。同時(shí)生產(chǎn)質(zhì)量管理不到位導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量損耗與維護(hù)費(fèi)用提升。

此外，由于MLCC結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多樣、生產(chǎn)計(jì)劃波動大以及組裝工藝復(fù)雜，產(chǎn)品生產(chǎn)周期較長，非標(biāo)準(zhǔn)零件無法通用，致使部分高價(jià)值非標(biāo)零部件和車間內(nèi)在制品長期存放，造成存貨增多，對企業(yè)的資金周轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響，從而加劇產(chǎn)品生產(chǎn)成本壓力。除此之外，因?yàn)樯a(chǎn)物料清單不精確，導(dǎo)致現(xiàn)場材料管理混亂，生產(chǎn)物料清單中有但是并沒有真正用到的零部件常年堆放在現(xiàn)場，而真正需要用到的而生產(chǎn)物料清單中沒有的零部件則通過不規(guī)范方式提取，導(dǎo)致車間生產(chǎn)成本核算混亂，增加了生產(chǎn)成本控制難度。

三、基于MES的制造企業(yè)生產(chǎn)管理改進(jìn)及效果分析

（一）MES系統(tǒng)的實(shí)施

MLCC車間生產(chǎn)MLCC電容高度自動化，具有設(shè)備整合、信息收集能力，同時(shí)ERP系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等已建立，可以和MES系統(tǒng)對接。基于精益化生產(chǎn)管理要求，按照集團(tuán)總體發(fā)展戰(zhàn)略，研究開發(fā)一套完整的MES體系對MLCC車間進(jìn)行MES系統(tǒng)改造，全面控制車間生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)以及車間實(shí)際生產(chǎn)效率。MES系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：生產(chǎn)規(guī)劃與生產(chǎn)過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、物流管理，為該企業(yè)MLCC車間實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)管理奠定基礎(chǔ)。從2022年開始，MES系統(tǒng)在MLCC車間進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用測試，以“以精益化生產(chǎn)”為理念，以MLCC車間的優(yōu)良的自動化技術(shù)為依托進(jìn)行MES系統(tǒng)實(shí)施。

（二）MES系統(tǒng)對企業(yè)生產(chǎn)管理的改進(jìn)

1.效率提升

（1）生產(chǎn)規(guī)劃和生產(chǎn)過程監(jiān)控

對該企業(yè)生產(chǎn)管理實(shí)際狀況展開深入分析，以該企業(yè)生產(chǎn)管理對MES系統(tǒng)的要求為依據(jù)，以生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)過程跟蹤與控制為重點(diǎn)，通過生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)過程跟蹤與控制模塊，達(dá)到對電容生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、執(zhí)行、完成等過程的管控，及時(shí)了解生產(chǎn)現(xiàn)狀與進(jìn)展，同時(shí)對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，確保數(shù)據(jù)的精度、實(shí)時(shí)性和可追溯性。該模塊是MES系統(tǒng)中覆蓋范圍最廣、最重要的模塊，包括生產(chǎn)計(jì)劃導(dǎo)入、經(jīng)中間各工序的生產(chǎn)過程直到下線完工的全程追蹤與記錄，并著重開展試驗(yàn)件、設(shè)備件的管理，從而形成完善的產(chǎn)品譜系，其基本流程如圖2所示：

圖2 生產(chǎn)規(guī)劃和生產(chǎn)過程監(jiān)控

（2）數(shù)據(jù)采集與設(shè)備管理

主要涉及數(shù)據(jù)采集和設(shè)備管理兩大模塊，數(shù)據(jù)采集模塊包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、報(bào)警數(shù)據(jù)采集與管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理等7個(gè)子模塊，設(shè)備管理包括了設(shè)備突發(fā)故障管理、設(shè)備保全管理、設(shè)態(tài)鑒定等7個(gè)子模塊。在構(gòu)建完備的數(shù)據(jù)庫后，如果設(shè)備在實(shí)際工作過程中發(fā)生故障，設(shè)備管理部門可以快速發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行針對性檢修和維護(hù)，以確保設(shè)備整車運(yùn)行。

2.成本降低

（1）物料管理

針對電容生產(chǎn)特點(diǎn)，物料管理改進(jìn)建議包括標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件兩大類：

標(biāo)準(zhǔn)件的物料管理以“雙箱制”為物料管理模式，確保電容生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件大量、及時(shí)供給，同時(shí)可以強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)件使用情況監(jiān)控，及時(shí)反饋生產(chǎn)現(xiàn)場存在的用料問題，為標(biāo)準(zhǔn)件物料管理改進(jìn)提供更多的數(shù)據(jù)，有利于減少物料浪費(fèi)，從而降低生產(chǎn)成本。

非標(biāo)件的物料管理采用“點(diǎn)到點(diǎn)”的物料管理模式，結(jié)合MES系統(tǒng)中的訂單管理、成品追蹤等功能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的非標(biāo)件物料管理，體現(xiàn)精益生產(chǎn)中的拉動式生產(chǎn)方式。利用MES系統(tǒng)的信息中心功能可做到物料管理者與使用者之間的信息對稱，利用產(chǎn)品用材料需求信息和材料流動數(shù)據(jù)指導(dǎo)物料管理，達(dá)到提高非標(biāo)件物料管理效率、提升生產(chǎn)管理水平的目的。以MES系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對生產(chǎn)過程中物料管理進(jìn)行改進(jìn)，有效解決以往因數(shù)據(jù)及信息傳輸?shù)木窒扌詫?dǎo)致的生產(chǎn)線物料管理低下問題，尤其是物料在倉儲、運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的大量浪費(fèi)。同時(shí)，增強(qiáng)物料儲運(yùn)與生產(chǎn)進(jìn)程之間的協(xié)調(diào)性，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

（2）質(zhì)量管理

在了解產(chǎn)品質(zhì)量管理要求的基礎(chǔ)上運(yùn)用MES系統(tǒng)的質(zhì)量管理模塊主要改進(jìn)包括從設(shè)備中收集質(zhì)量數(shù)據(jù)、返修管理和質(zhì)量統(tǒng)計(jì)。其中，有關(guān)設(shè)備質(zhì)量的參數(shù)主要有試疊、維修手冊更新、綜合測量等，返修管理主要是現(xiàn)場進(jìn)行產(chǎn)品記錄，質(zhì)量檢驗(yàn)人員對產(chǎn)品質(zhì)量的判定（正常、上線不良、放行、廢品），產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)主要有機(jī)加工合格率、毛坯合格率、毛坯上線合格率、放行率、一次裝配合格率等。具體管理流程如圖3所示。

圖3 基于MES系統(tǒng)的質(zhì)量管理流程

（三）MES系統(tǒng)實(shí)施效果分析

實(shí)施MES系統(tǒng)后，該企業(yè)電容生產(chǎn)車間生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本的改進(jìn)效果如下：

1.實(shí)施MES系統(tǒng)后，該企業(yè)MLCC電容數(shù)量交付率比2021年提高了7.8%，全年交付率達(dá)到99%，生產(chǎn)效率大大提升。

2.實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線PLC聯(lián)網(wǎng)與控制，能實(shí)時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)，提升維修效率，2022年全年節(jié)省維修費(fèi)用、能源費(fèi)用105萬元。

3.改變物料管理方式，通過拉動要貨方式使物料庫存儲備降低，物料配送準(zhǔn)時(shí)率達(dá)到98%以上。

4.有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量管理水平，顯著降低產(chǎn)品返修率以及客戶投訴率，裝調(diào)一次合格率提升7.5%，質(zhì)量損耗及返修成本降低。

四、結(jié)語

綜上所述，MES系統(tǒng)集成了生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)過程跟蹤與控制、物料管理、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析等模塊，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)可視化、管理精細(xì)化、決策科學(xué)化，從而提高企業(yè)的市場競爭力。