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专题论述

离散制造企业如何建立一个成功的MES
信息来源:e-works 上传日期:2017-05-19 点击率:337次

MES制造执行系统主要用来解决整体优化中,生产计划与生产过程的脱节问题——这一问题长期以来不仅直接影响企业的生产效率,而且成为制约现代企业内部信息集成和企业之间供应链优化的瓶颈。

MES制造执行系统主要用来解决整体优化中,生产计划与生产过程的脱节问题——这一问题长期以来不仅直接影响企业的生产效率,而且成为制约现代企业内部信息集成和企业之间供应链优化的瓶颈。

MESA国际联合会对MES的定义是:MES能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时,MES能及时对这些事件做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。

目前,MES关键技术的发展都己至相当成熟的地步,要开发一个MES就制作技术而言,并不是问题,困难的是如何订出系统功能规格,及如何成功地使用MES以发挥它的功能。 所遇到的困难大致可分为下列几项:

1)工厂本身尚未有完整的制度,人员流动性大,组织变更也大,前者定的规格,制作完成后,变更负责人员,其规格也随之改变。

2MES在国内研发才刚起步,各制造业尚缺乏成功的范例,也缺少专业的实施公司,对其没有正确的观念与认识,推行信心及决心不够。

3)工厂性质多属少量多样,订单式生产型态,生产现场多混乱,经常有例外状况,作业上较难配合。

4)要达到实时精确的监控管理功能,须现场作业人员充份的配合,一般而言,作业人员忙于生产,较难要求其确实输入数据。而一般MISERP系统多是on-line批次作业,而非 Real-time 作业,执行上较具弹性。

5 MES 现场第一线管理者(如组长)可能难以正确理解MES导入的意义,反而因透明化使权力有被剥夺的感觉。

6)一般人习惯于用笔记录,较不习惯Paperless 电子化作业。

7)因MES 强调 real-time数据收集、监督及控制较诸一般数据处理的应用系统,其技术难度较高,须有专业计算机系统技术经验者才足以胜任。对使用者而言,此系统包含现场实时作业的软件、硬件,维护上也较困难些。

MES的应用,要充分考虑到企业的具体情况,以谋求最合适的信息化解决方案。

企业的生产方式,主要可以分为按定单生产、按库存生产或上述两者的组合。从生产类型上考虑,则可以分为批量生产和单件小批生产。从产品类型和生产工艺组织方式上,企业的行业类型可分为流程生产行业和离散制造行业。

典型的流程生产行业有医药、石油化工、电力、钢铁制造、能源、水泥等领域。这些企业,主要采用按库存、批量、连续的生产方式。典型的离散制造行业主要包括机械制造、电子电器、航空制造、汽车制造等行业。这些企业,则既有按定单生产,也有按库存生产;既有批量生产,也有单件小批生产。

MES系统,无论从功能模型还是信息模型以及相关技术上,都覆盖了流程生产行业和离散制造行业。但是,无论从工艺流程还是生产组织方式方面,流程生产行业和离散制造行业都存在较大的差别。所以,在MES具体实施上,要根据行业特征区别对待。

行业的需求差异

流程生产行业,主要是通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法,使原材料增值。通常,他们以批量或连续的方式进行生产。而离散工业主要是通过对原材料物理形状的改变、组装,成为产品,使其增值。在MES需求、应用环境等诸多方面,两者都有较大的差异。

产品结构

离散制造企业的产品结构,可以用的概念进行描述——其最终产品一定是由固定个数的零件或部件组成,这些关系非常明确并且固定。流程企业的产品结构,则有较大的不同,它们往往不是很固定上级物料和下级物料之间的数量关系,可能随温度、压力、湿度、季节、人员技术水平、工艺条件不同而不同。

在流程生产行业MES中,一般采用配方的概念来描述这种动态的产品结构关系。其次,在流程生产行业每个工艺过程中,伴随产出的不只是产品或中间产品,还可能细分为主产品、副产品、协产品、回流物和废物。MES在描述这种产品结构的配方的时候,还应具有批量、有效期等方面的要求。

工艺流程

面向订单的离散制造业,其特点是多品种和小批量。因此,生产设备的布置不是按产品而是按照工艺进行布置的。例如,离散制造业往往要按车、磨、刨、铣等工艺过程来安排机床的位置。因为每个产品的工艺过程都可能不一样,而且可以进行同一种加工工艺的机床有多台。因此,离散制造业需要对所加工的物料进行调度。并且中间品需要进行搬运。

流程生产行业企业的特点是品种固定,批量大,生产设备投资高,而且按照产品进行布置。通常,流程生产行业企业设备是专用的,很难改作其他用途。MES系统规划的时候,要考虑到不同行业生产设备布置的特点,做好配置。

离散工业企业的原材料主要是固体,产品也为固体形状。因此,存储多为室内仓库或室外露天仓库。流程生产行业企业的原材料和产品,通常是液体、气体、粉状等。因此,存储通常采用罐、箱、柜、桶等进行存储,并且多数存储的数量可以用能转变为电信号的传感器进行计量。MES系统,可以从这些传感器获得必要的信息。

自动化水平

离散制造业企业由于是离散加工,产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平。离散制造业企业自动化主要在单元级,例如数控机床、柔性制造系统。因此,离散制造业企业一般是人员密集型企业,自动化水平相对较低。

流程生产行业企业,则大多采用大规模生产方式,生产工艺技术成熟,广泛采用PCS(过程控制系统),控制生产工艺条件的自动化设备比较成熟。因此,流程生产行业企业生产过程多数是自动化的,生产车间的人员主要是管理、监视和设备检修。

生产计划管理

主要从事单件、小批量生产的离散制造业企业,由于产品的工艺过程经常变更,它们需要具有良好的计划能力。对于按订单组织生产的企业,由于很难预测订单在什么时候到来。因此,对采购和生产车间的计划就需要很好的生产计划系统,特别需要计算机来参与计划系统的工作。只要应用得当,在生产计划系统方面投资所产生的效益在离散制造业可以相当高。

流程企业,主要是大批量生产。只有满负荷生产,企业才能将成本降下来,在市场上具有竞争力。因此,在流程生产行业企业的生产计划中,年度计划更具有重要性,它决定了企业的物料需求。

设备

流程生产行业的产品比较固定,而且一旦生产就有可能是十几年不变;机械制造等行业的产品,寿命相对要小得多。体现在设备上,流程企业的设备是一条固定的生产线,设备投资比较大、工艺流程固定。其生产能力有一定的限制,生产线上的设备维护特别重要,不能发生故障。离散加工业则不是这样,可以单台设备停下来检修,并不会影响整个系统生产。

批号管理和跟踪

流程生产行业的生产工艺过程中,会产生各种协产品、副产品、废品、回流物等,对物资的管理需要有严格的批号。例如,制药业中的药品生产过程要求有十分严格的批号记录和跟踪,从原材料、供应商、中间品以及销售给用户的产品,都需要记录。一旦出现问题,企业要可以通过批号反查出是谁的原料、哪个部门、何时生产的,直到查出问题所在。而离散制造业一般对这种要求并不十分强调,虽然现在很多离散制造业企业也在逐渐完善批号跟踪管理。

MES的应用特点

流程生产行业企业与离散制造业企业之间的上述差异,导致MES在面向离散制造业和流程业的应用有所区别。

MRPII/ERP的要求不同

MES处于企业的计划执行层,从MRPII/ERP层接受计划指令,并向MRPII/ERP反馈信息。因此,无论流程生产行业还是离散制造行业,MES都要与MRPII/ERP建立紧密的信息集成。

目前,市场上的大多数MRPII/ERP系统是在离散制造业发展过来的,对离散制造业比较适合。适用于流程生产行业的ERP产品,目前还很少。MRPII/ERP系统所用的一些术语、提供的管理概念与流程企业的概念习惯不一致。因此,流程企业与离散制造业是有区别的,流程企业的ERP需要专门对待。

流程生产行业和离散行业的MRPII/ERP的不同要求,主要表现在:

两者对于生产模型的要求不同——流程生产行业中体现了以配方为核心的生产模型,而离散行业中体现了以产品BOM为核心的生产模型。

生产计划方式方面,流程企业根据市场的需求进行生产的观念已经逐步加深。但一般情况下,特别是对市场需求量大的产品,是以产促销”——通过大批量生产,降低成本,提高竞争力。因此,作为流程企业生产计划的依据,主要是市场预测。离散企业一方面可以根据定单进行生产,另一方面也可以根据市场预测作为生产计划制订的依据。离散企业的MRPII/ERP系统向MES下达作业计划指令主要以工作令Job OrderWork Order)的方式,而流程企业的作业计划下达主要以指令计划形式方式。

成本核算方式方面,离散企业的计算产品成本是按照产品BOM所描述的加工装配过程,从低层向高层逐层累积得出的。这种按照成本发生的实际过程计算成本的方法称为逐层累积法,或称成本滚加计算法(cost roll-up),它反映了产品增值的实际过程。流程企业的成本核算方式一般采用平行结转法,在其成本组成中,生产成本中占比例最大的是原材料。通常,原材料占产品成本的70%80%,人工成本所占比例较小,约占2%5%,其他为分摊成本。

作业计划调度

离散企业的生产作业计划调度,需要根据优先级、工作中心能力、设备能力、均衡生产等方面对工序级、设备级的作业计划进行调度。这种调度,是基于有限能力的调度并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确地计算工序的开工时间、完工时间、准备时间、排队时间以及移动时间。通过良好的作业顺序,可以明显地提高生产效率。

流程企业的产品,是以流水生产线方式组织、连续的生产方式,只存在连续的工艺流程,不存在与离散企业对应的严格的工艺路线。因此,在作业计划调度方面,不需要也无法精确到工序级别,而是以整个流水生产线为单元进行调度。从作业计划的作用和实现上,比离散企业相对简单。

数据采集

MES的数据采集功能,可以实现对生产现场各种数据的收集、整理工作,是进行物料跟踪、生产计划、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。

离散企业的数据采集,以手工上报为主,并可以结合条形码采集等半自动信息采集技术进行工时、设备、物料、质量等信息的采集。这种数据采集方式,时间间隔较大,容易受到人为因素的影响,要特别注意保障数据的准确性。

流程生产行业的自动化程度较高,设备控制级大量采用DCSPLC。在检测驱动方面,各种智能仪表、数字传感器已普遍应用;过程控制则广泛采用以小型机为主的自动控制系统。传统的计、电、仪分工界限已不再明显,计算机技术的应用已深入各个领域。这些自动化设备,能自动准确记录各种生产现场信息。对于MES而言,重点在于系统构建的时候与这些自动化设备做好数据接口。

作业指令的下达

在离散行业的MES 中,将作业计划调度结果下达给操作人员的方式一般采用派工单、施工单等书面方式进行通知,或采用电子看板方式让操作人员及时掌握相关工序的生产任务。作业计划的内容,包括该工序的开工、完工时间、生产数据等方面。

流程生产行业的MES中,不仅要下达作业指令以及PDIPanel Data Interface,面板数据接口)数据,而且要将作业指令转化为各个机组及设备的操作指令和各种基础自动化设备的控制参数(例如PID控制参数——Proportional Integral Derivative,比例积分微分控制),并下达给相应的PCS系统(Production Control System,生产控制系统)。

反冲处理

流程生产行业的生产完工上报,广泛采用反冲处理。一般在工艺流程的最后设置完工上报点,而对前面工序流程实行反冲处理,如人工工时反冲、设备工时反冲、物料反冲,从而对在制品和成本进行跟踪。

离散制造中的完工上报,一般对每道工序都要进行上报,或在关键工序设置反冲点,对前面工序进行反冲处理。

MES系统在配置相应模块的时候,要注意这些差异,以符合企业的需求。

设备管理

离散行业的生产设备的布置,不是按产品而是按照工艺进行布置的。可以进行同一种加工工艺的机床一般有多台。单台设备的故障不会对整个产品的工艺过程产生严重的影响,一般需要重点管理关键、瓶颈设备。

在流程生产行业的流水线生产中,生产线上的设备维护特别重要,每台设备都是关键设备,不能发生故障,一台设备的故障会导致整个工艺流程的终止。

库房物料管理

离散行业中,一般对半成品库也设有相应的库房,各工序根据生产作业计划以及配套清单分别进行领料。

流程生产行业中,对连续生产方式,一般不设中间半成品库房,配方原料的库位一般设置在工序旁边。配方领料不是根据工序分别领料,而是根据生产计划一次领料放在工序库位中。

质量管理

无论离散行业还是流程生产行业的质量检验和管理都相当重要,但在MES中对质量检验和管理的方式有所区别。离散行业中,对单件小批生产,一般需要检验每个零件、每道工序的加工质量;对批量生产,一般采用首检、抽检、SPC分析相结合。

流程生产行业中,一般采用对生产批号产品进行各工序上的抽样检验。

当然,在每个行业的不同生产方式和生产类型中(例如离散行业的单件小批或大批大量生产,在医药、化工、钢铁等不同流程生产行业),MES的应用还存在一些差别,仍然需要根据各自特点进行综合分析。

制造执行系统MES是为使上至管理阶层,下至生产单位(车间、班次),能充分掌握作业现场信息,有效地控管生产流程而设计的。就整体而言,使整个公司的生产效率提升,缩短制造的前置时间,提供快速响应供应链体系变动的后盾。

MES以提供生产所需实时、有用、准确的信息为目标,人机界面亲善,系统基于分布式架构,运作稳定且高效,使管理者能针对生产现况作适切的判断与决策,使制造周期时间大幅降低,并提供弹性生产及适应客户需求变更绝佳环境,进而提升制造品质,使财务周转时间缩短,并提升客户服务品质。

在没有实施MES之前,公司ERP系统与生产现场之间透过人为方式沟通,使生产现场如同黑箱作业,无法掌握实时正确信息。而导入MES之后除了提供现场信息流自动化之外,它扮演承上启下的功能。不难看出:MRPManufacturing Resource Planning)或ERPEnterprise Resource Planning)系统之间的互动关系,一个是上层的规划系统(Planning),一个是下层实际的执行系统(Execution)。

比如:如果生产部门走制令的方式,当MRP算出来这个制令单今天早上900开工,明天下午200完工,车间料已领完,准备开始生产,MES系统如何来做?

MRP算出制令单某时间完工。MES能利用条码识别技术,为你进行在生产时产品流在那里、品质如何(质量如没达到要求:MES能准确的知道是哪一道工序出了问题,如何出了问题、哪一个人出了错)、仓库的安全库存如何等等,并把这些信息及时(实时)的通知各部门主管和通知你的客户。

也可以实时发布在工厂的电子看板上面,让全体员工们知道我应该注意那些问题、现在还有多少没做、做出来的成品(或半成品)如何等。所谓的MES其实就是能了解工厂的实时动态和生产的黑箱作业等,使自己的工厂真正达到现代化的数码车间。

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