如何建立一個成功的MES?

2020-04-24 16:45:02 飛訊軟件 86

MES(Manufacturing Execution System) 在ERP中的定義:MES的作用就是對生產線各個重要環節相關的數據,用終端硬件以一定的數據格式記錄下來(如條碼槍和專用的數據采集器),經過系統歸類整理和分析后,轉化成有效的信息,輸入ERP系統,提供給各個生產職能及管理部門使用。


  MES制造執行系統主要用來解決整體優化中,生產計劃與生產過程的脫節問題——這一問題長期以來不僅直接影響企業的生產效率,而且成為制約現代企業內部信息集成和企業之間供應鏈優化的瓶頸。


  MESA國際聯合會對MES的定義是:MES能通過信息的傳遞對從生產命令下發到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠中有實時事件發生時,MES能及時對這些事件做出反應、報告,并用當前的準確數據對它們進行約束和處理。


  目前,MES關鍵技術的發展都己至相當成熟的地步,要開發一個MES就制作技術而言,并不是問題,困難的是如何訂出系統功能規格,及如何成功地使用MES以發揮它的功能。 
所遇到的困難大致可分為下列幾項:

  (1)工廠本身尚未有完整的制度,人員流動性大,組織變更也大,前者定的規格,制作完成后,變更負責人員,其規格也隨之改變。

  (2)MES在國內研發才剛起步,各制造業尚缺乏成功的范例,也缺少專業的實施公司,對其沒有正確的觀念與認識,推行信心及決心不夠。

  (3)工廠性質多屬少量多樣,訂單式生產型態,生產現場多混亂,經常有例外狀況,作業上較難配合。

  (4)要達到實時精確的監控管理功能,須現場作業人員充份的配合,一般而言,作業人員忙于生產,較難要求其確實輸入數據。而一般MIS或ERP系統多是on-line批次作業,而非 Real-time 作業,執行上較具彈性。

  (5) MES 現場第一線管理者(如組長)可能難以正確理解MES導入的意義,反而因透明化使權力有被剝奪的感覺。

  (6)一般人習慣于用筆記錄,較不習慣Paperless 電子化作業。

  (7)因MES 強調 real-time數據收集、監督及控制較諸一般數據處理的應用系統,其技術難度較高,須有專業計算機系統技術經驗者才足以勝任。對使用者而言,此系統包含現場實時作業的軟件、硬件,維護上也較困難些。

  MES的應用,要充分考慮到企業的具體情況,以謀求最合適的信息化解決方案。

  企業的生產方式,主要可以分為按定單生產、按庫存生產或上述兩者的組合。從生產類型上考慮,則可以分為批量生產和單件小批生產。從產品類型和生產工藝組織方式上,企業的行業類型可分為流程生產行業和離散制造行業。

  典型的流程生產行業有醫藥、石油化工、電力、鋼鐵制造、能源、水泥等領域。這些企業,主要采用按庫存、批量、連續的生產方式。典型的離散制造行業主要包括機械制造、電子電器、航空制造、汽車制造等行業。這些企業,則既有按定單生產,也有按庫存生產;既有批量生產,也有單件小批生產。

  MES系統,無論從功能模型還是信息模型以及相關技術上,都覆蓋了流程生產行業和離散制造行業。但是,無論從工藝流程還是生產組織方式方面,流程生產行業和離散制造行業都存在較大的差別。所以,在MES具體實施上,要根據行業特征區別對待。

  行業的需求差異

  流程生產行業,主要是通過對原材料進行混合、分離、粉碎、加熱等物理或化學方法,使原材料增值。通常,他們以批量或連續的方式進行生產。而離散工業主要是通過對原材料物理形狀的改變、組裝,成為產品,使其增值。在MES需求、應用環境等諸多方面,兩者都有較大的差異。

  ◆產品結構

  離散制造企業的產品結構,可以用“樹”的概念進行描述——其最終產品一定是由固定個數的零件或部件組成,這些關系非常明確并且固定。流程企業的產品結構,則有較大的不同,它們往往不是很固定—上級物料和下級物料之間的數量關系,可能隨溫度、壓力、濕度、季節、人員技術水平、工藝條件不同而不同。

  在流程生產行業MES中,一般采用配方的概念來描述這種動態的產品結構關系。其次,在流程生產行業每個工藝過程中,伴隨產出的不只是產品或中間產品,還可能細分為主產品、副產品、協產品、回流物和廢物。MES在描述這種產品結構的配方的時候,還應具有批量、有效期等方面的要求。

  ◆工藝流程

  面向訂單的離散制造業,其特點是多品種和小批量。因此,生產設備的布置不是按產品而是按照工藝進行布置的。例如,離散制造業往往要按車、磨、刨、銑等工藝過程來安排機床的位置。因為每個產品的工藝過程都可能不一樣,而且可以進行同一種加工工藝的機床有多臺。因此,離散制造業需要對所加工的物料進行調度。并且中間品需要進行搬運。

  流程生產行業企業的特點是品種固定,批量大,生產設備投資高,而且按照產品進行布置。通常,流程生產行業企業設備是專用的,很難改作其他用途。MES系統規劃的時候,要考慮到不同行業生產設備布置的特點,做好配置。

  離散工業企業的原材料主要是固體,產品也為固體形狀。因此,存儲多為室內倉庫或室外露天倉庫。流程生產行業企業的原材料和產品,通常是液體、氣體、粉狀等。因此,存儲通常采用罐、箱、柜、桶等進行存儲,并且多數存儲的數量可以用能轉變為電信號的傳感器進行計量。MES系統,可以從這些傳感器獲得必要的信息。

  ◆自動化水平

  離散制造業企業由于是離散加工,產品的質量和生產率很大程度依賴于工人的技術水平。離散制造業企業自動化主要在單元級,例如數控機床、柔性制造系統。因此,離散制造業企業一般是人員密集型企業,自動化水平相對較低。

  流程生產行業企業,則大多采用大規模生產方式,生產工藝技術成熟,廣泛采用PCS(過程控制系統),控制生產工藝條件的自動化設備比較成熟。因此,流程生產行業企業生產過程多數是自動化的,生產車間的人員主要是管理、監視和設備檢修。

  ◆生產計劃管理

  主要從事單件、小批量生產的離散制造業企業,由于產品的工藝過程經常變更,它們需要具有良好的計劃能力。對于按訂單組織生產的企業,由于很難預測訂單在什么時候到來。因此,對采購和生產車間的計劃就需要很好的生產計劃系統,特別需要計算機來參與計劃系統的工作。只要應用得當,在生產計劃系統方面投資所產生的效益在離散制造業可以相當高。

  流程企業,主要是大批量生產。只有滿負荷生產,企業才能將成本降下來,在市場上具有競爭力。因此,在流程生產行業企業的生產計劃中,年度計劃更具有重要性,它決定了企業的物料需求。

  ◆設備

  流程生產行業的產品比較固定,而且一旦生產就有可能是十幾年不變;機械制造等行業的產品,壽命相對要小得多。體現在設備上,流程企業的設備是一條固定的生產線,設備投資比較大、工藝流程固定。其生產能力有一定的限制,生產線上的設備維護特別重要,不能發生故障。離散加工業則不是這樣,可以單臺設備停下來檢修,并不會影響整個系統生產。

  ◆批號管理和跟蹤

  流程生產行業的生產工藝過程中,會產生各種協產品、副產品、廢品、回流物等,對物資的管理需要有嚴格的批號。例如,制藥業中的藥品生產過程要求有十分嚴格的批號記錄和跟蹤,從原材料、供應商、中間品以及銷售給用戶的產品,都需要記錄。一旦出現問題,企業要可以通過批號反查出是誰的原料、哪個部門、何時生產的,直到查出問題所在。而離散制造業一般對這種要求并不十分強調,雖然現在很多離散制造業企業也在逐漸完善批號跟蹤管理。

  MES的應用特點

  流程生產行業企業與離散制造業企業之間的上述差異,導致MES在面向離散制造業和流程業的應用有所區別。

  ◆對MRPII/ERP的要求不同

  MES處于企業的計劃執行層,從MRPII/ERP層接受計劃指令,并向MRPII/ERP反饋信息。因此,無論流程生產行業還是離散制造行業,MES都要與MRPII/ERP建立緊密的信息集成。

  目前,市場上的大多數MRPII/ERP系統是在離散制造業發展過來的,對離散制造業比較適合。適用于流程生產行業的ERP產品,目前還很少。MRPII/ERP系統所用的一些術語、提供的管理概念與流程企業的概念習慣不一致。因此,流程企業與離散制造業是有區別的,流程企業的ERP需要專門對待。

  流程生產行業和離散行業的MRPII/ERP的不同要求,主要表現在:

  兩者對于生產模型的要求不同——流程生產行業中體現了以配方為核心的生產模型,而離散行業中體現了以產品BOM為核心的生產模型。

  生產計劃方式方面,流程企業根據市場的需求進行生產的觀念已經逐步加深。但一般情況下,特別是對市場需求量大的產品,是“以產促銷”——通過大批量生產,降低成本,提高競爭力。因此,作為流程企業生產計劃的依據,主要是市場預測。離散企業一方面可以根據定單進行生產,另一方面也可以根據市場預測作為生產計劃制訂的依據。離散企業的MRPII/ERP系統向MES下達作業計劃指令主要以“工作令”(Job Order或Work Order)的方式,而流程企業的作業計劃下達主要以指令計劃形式方式。

  成本核算方式方面,離散企業的計算產品成本是按照產品BOM所描述的加工裝配過程,從低層向高層逐層累積得出的。這種按照成本發生的實際過程計算成本的方法稱為逐層累積法,或稱成本滾加計算法(cost roll-up),它反映了產品增值的實際過程。流程企業的成本核算方式一般采用平行結轉法,在其成本組成中,生產成本中占比例最大的是原材料。通常,原材料占產品成本的70%~80%,人工成本所占比例較小,約占2%~5%,其他為分攤成本。

  ◆作業計劃調度

  離散企業的生產作業計劃調度,需要根據優先級、工作中心能力、設備能力、均衡生產等方面對工序級、設備級的作業計劃進行調度。這種調度,是基于有限能力的調度并通過考慮生產中的交錯、重疊和并行操作來準確地計算工序的開工時間、完工時間、準備時間、排隊時間以及移動時間。通過良好的作業順序,可以明顯地提高生產效率。

  流程企業的產品,是以流水生產線方式組織、連續的生產方式,只存在連續的工藝流程,不存在與離散企業對應的嚴格的工藝路線。因此,在作業計劃調度方面,不需要也無法精確到工序級別,而是以整個流水生產線為單元進行調度。從作業計劃的作用和實現上,比離散企業相對簡單。

  ◆數據采集

  MES的數據采集功能,可以實現對生產現場各種數據的收集、整理工作,是進行物料跟蹤、生產計劃、產品歷史記錄維護以及其它生產管理的基礎。

  離散企業的數據采集,以手工上報為主,并可以結合條形碼采集等半自動信息采集技術進行工時、設備、物料、質量等信息的采集。這種數據采集方式,時間間隔較大,容易受到人為因素的影響,要特別注意保障數據的準確性。

  流程生產行業的自動化程度較高,設備控制級大量采用DCS、PLC。在檢測驅動方面,各種智能儀表、數字傳感器已普遍應用;過程控制則廣泛采用以小型機為主的自動控制系統。傳統的“計、電、儀”分工界限已不再明顯,計算機技術的應用已深入各個領域。這些自動化設備,能自動準確記錄各種生產現場信息。對于MES而言,重點在于系統構建的時候與這些自動化設備做好數據接口。

  ◆作業指令的下達

  在離散行業的MES 中,將作業計劃調度結果下達給操作人員的方式一般采用派工單、施工單等書面方式進行通知,或采用電子看板方式讓操作人員及時掌握相關工序的生產任務。作業計劃的內容,包括該工序的開工、完工時間、生產數據等方面。

  流程生產行業的MES中,不僅要下達作業指令以及PDI(Panel Data Interface,面板數據接口)數據,而且要將作業指令轉化為各個機組及設備的操作指令和各種基礎自動化設備的控制參數(例如PID控制參數——Proportional Integral Derivative,比例積分微分控制),并下達給相應的PCS系統(Production Control System,生產控制系統)。

  ◆反沖處理

  流程生產行業的生產完工上報,廣泛采用反沖處理。一般在工藝流程的最后設置完工上報點,而對前面工序流程實行反沖處理,如人工工時反沖、設備工時反沖、物料反沖,從而對在制品和成本進行跟蹤。

  離散制造中的完工上報,一般對每道工序都要進行上報,或在關鍵工序設置反沖點,對前面工序進行反沖處理。

  MES系統在配置相應模塊的時候,要注意這些差異,以符合企業的需求。

  ◆設備管理

  離散行業的生產設備的布置,不是按產品而是按照工藝進行布置的。可以進行同一種加工工藝的機床一般有多臺。單臺設備的故障不會對整個產品的工藝過程產生嚴重的影響,一般需要重點管理關鍵、瓶頸設備。

  在流程生產行業的流水線生產中,生產線上的設備維護特別重要,每臺設備都是關鍵設備,不能發生故障,一臺設備的故障會導致整個工藝流程的終止。

  ◆庫房物料管理

  離散行業中,一般對半成品庫也設有相應的庫房,各工序根據生產作業計劃以及配套清單分別進行領料。

  流程生產行業中,對連續生產方式,一般不設中間半成品庫房,配方原料的庫位一般設置在工序旁邊。配方領料不是根據工序分別領料,而是根據生產計劃一次領料放在工序庫位中。

  ◆質量管理

  無論離散行業還是流程生產行業的質量檢驗和管理都相當重要,但在MES中對質量檢驗和管理的方式有所區別。離散行業中,對單件小批生產,一般需要檢驗每個零件、每道工序的加工質量;對批量生產,一般采用首檢、抽檢、SPC分析相結合。

  流程生產行業中,一般采用對生產批號產品進行各工序上的抽樣檢驗。

  當然,在每個行業的不同生產方式和生產類型中(例如離散行業的單件小批或大批大量生產,在醫藥、化工、鋼鐵等不同流程生產行業),MES的應用還存在一些差別,仍然需要根據各自特點進行綜合分析。

  制造執行系統MES是為使上至管理階層,下至生產單位(車間、班次),能充分掌握作業現場信息,有效地控管生產流程而設計的。就整體而言,使整個公司的生產效率提升,縮短制造的前置時間,提供快速響應供應鏈體系變動的后盾。

  MES以提供生產所需實時、有用、準確的信息為目標,人機界面親善,系統基于分布式架構,運作穩定且高效,使管理者能針對生產現況作適切的判斷與決策,使制造周期時間大幅降低,并提供彈性生產及適應客戶需求變更絕佳環境,進而提升制造品質,使財務周轉時間縮短,并提升客戶服務品質。

  在沒有實施MES之前,公司ERP系統與生產現場之間透過人為方式溝通,使生產現場如同黑箱作業,無法掌握實時正確信息。而導入MES之后除了提供現場信息流自動化之外,它扮演承上啟下的功能。不難看出:MRP(Manufacturing Resource Planning)或ERP(Enterprise Resource Planning)系統之間的互動關系,一個是上層的規劃系統(Planning),一個是下層實際的執行系統(Execution)。

  比如:如果生產部門走制令的方式,當MRP算出來這個制令單今天早上9:00開工,明天下午2:00完工,車間料已領完,準備開始生產,MES系統如何來做?

  當MRP算出制令單某時間完工。MES能利用條碼識別技術,為你進行在生產時產品流在那里、品質如何(質量如沒達到要求:MES能準確的知道是哪一道工序出了問題,如何出了問題、哪一個人出了錯)、倉庫的安全庫存如何等等,并把這些信息及時(實時)的通知各部門主管和通知你的客戶。也可以實時發布在工廠的電子看板上面,讓全體員工們知道我應該注意那些問題、現在還有多少沒做、做出來的成品(或半成品)如何等。所謂的MES其實就是能了解工廠的實時動態和生產的黑箱作業等。使自己的工廠真正達到現代化的數碼車間。


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