MES在五金制造企業(yè)的應用

任耀華

摘要：從MES的發(fā)展介紹，各功能模塊介紹，MES引入的策略以及引進過程可能遇到的阻力及對策等方面對企業(yè)引入MES進行了綜述與評價。

關鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）;生產(chǎn)制造企業(yè);企業(yè)信息系統(tǒng);引進策略

Abstract： From the introduction of the development of MES， the introduction of each functional module， the strategy of MES introduction and the resistance and countermeasures that may be encountered during the introduction process， the paper introduces and evaluates the introduction of MES.

0? 引言

車間是制造企業(yè)的基石，在實際生產(chǎn)過程中，車間既是生產(chǎn)計劃的執(zhí)行主體，也是車間生產(chǎn)信息的主要反饋主體，產(chǎn)生了大量的實時信息，因此企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，很重要的一部分由車間生產(chǎn)管理和各類信息資源集成構成，車間生產(chǎn)管理以及各類信息系統(tǒng)的敏捷程度在很大程度上決定著整個企業(yè)的敏捷程度[1]。

MES的任務是根據(jù)計劃部門制定的生產(chǎn)計劃，利用車間的各類生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法以及大量的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)快速、高效率地制造出合乎質(zhì)量要求的產(chǎn)品，它的生產(chǎn)活動涉及訂單、設備、庫存、物料、數(shù)據(jù)采集，以及模具維護管理、產(chǎn)品質(zhì)量控制及車間人員管理等。MES集成了硬件和軟件系統(tǒng)，用以管理和優(yōu)化從定單下達到產(chǎn)品出貨的生產(chǎn)活動全過程，它基于實時、準確的制造信息來指導、傳達、響應和報告車間發(fā)生的各項活動，同時為企業(yè)的各項決策提供依據(jù)和支持。[1]

1? MES的發(fā)展

20世紀六七十年代，企業(yè)財務系統(tǒng)通過對物料計劃相關功能模塊的擴充，發(fā)展為物料需求計劃系統(tǒng)（Material Requirements Planning，MRP）。20世紀七八十年代，MRP系統(tǒng)中增加了車間報表管理和采購等系統(tǒng)，發(fā)展成為了MRPⅡ。但MRPⅡ無法實現(xiàn)資源配置，因此出現(xiàn)了資源配置計劃系統(tǒng)（DistributionResource Planning，DRP），單功能制造過程管理系統(tǒng)（如質(zhì)量管理和庫存管理等系統(tǒng)）也相繼出現(xiàn)。

到20世紀八九十年代，MRPⅡ逐漸演變?yōu)槠髽I(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP），DRP演變?yōu)楣湽芾恚⊿upply Chain Management，SCM），而車間層的制造管理系統(tǒng)演變成集成的MES。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）理論作為一種提升企業(yè)執(zhí)行力的方法，被諸多企業(yè)應用。其最早由美國先進制造研究協(xié)會（AMR）提出。定義為：在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品完工的過程中，制造執(zhí)行系統(tǒng)起到傳遞信息以優(yōu)化生產(chǎn)活動的作用。[2]1997年，MESA發(fā)布六個關于MES的白皮書，對MES定義和功能等進行詳細闡述;2000年以來，美國國家標準協(xié)會（ANSI）陸續(xù)發(fā)布MES標準（ANSI/ISA-95）。

現(xiàn)階段的MES相比MES初期，具有了易于配置，易于變更，易于使用，良好的可集成性等特點，得益于信息技術的快速發(fā)展，MES技術正在與網(wǎng)絡技術相融合，形成新一代的MES體系，并逐步在國內(nèi)企業(yè)中得到廣泛應用。

2? MES功能模塊

某MES廠商功能模塊見圖1。

2.1 生產(chǎn)排程功能模塊

生產(chǎn)排程功能模塊主要由集成的APS實現(xiàn)。APS采用線性規(guī)劃等數(shù)學模型，通過對各種目標約束的分析，定義各種計劃問題。使用精確的或啟發(fā)式的優(yōu)化算法，實現(xiàn)計劃的優(yōu)化。由于龐大的可行計劃總量，通過枚舉來找到最優(yōu)解是不大可能的，甚至找到一個可行的方案都相當困難。基于此，應用運籌學（operations research）中的數(shù)學方法來實現(xiàn)計劃優(yōu)化成為APS的首要任務。雖然通過線性規(guī)劃或網(wǎng)絡流算法能找到較為精確的最優(yōu)解，然后實際過程中大多數(shù)組合問題只能計算近似最優(yōu)解（局部最優(yōu)）[3]。

2.2 生產(chǎn)進度和過程可視化

生產(chǎn)進度和過程可視化主要是方式是通過底層數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)以一定的邏輯整合后顯示在界面中，供管理人員管理使用。

2.3 設備異常可視化

設備異常可視化模塊主要通過數(shù)據(jù)采集和軟件邏輯實現(xiàn)，操作人員在停機時錄入停機原因，系統(tǒng)收集和轉化后呈現(xiàn)在軟件界面中。

2.4 模具進出庫管理

模具進出庫管理主要通過數(shù)據(jù)收集和邏輯運算實現(xiàn)。有多種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，包括但不限于二維碼或RFID等方式，系統(tǒng)記錄模具進出庫數(shù)據(jù)并聯(lián)動機臺對于模具的使用情況，對模具進行管理。

3? MES的數(shù)據(jù)采集

MES數(shù)據(jù)采集是一個相對復雜的過程。常用的方式是讀取設備原有PLC數(shù)據(jù)，通過協(xié)議對接獲取參數(shù)。但實際過程中，設備廠商為了商業(yè)利益或設備穩(wěn)定性方面的原因，不愿意開放接口。這種情況下，則需要集成廠商采用外掛采集裝置的方式收集數(shù)據(jù)。除此以外，還通過RFID以及其他手持掃碼設備等終端獲取數(shù)據(jù)。

3.1 MES企業(yè)引入基礎

3.1.1 系統(tǒng)基礎

MES的引入需要企業(yè)原有的系統(tǒng)支撐，包括原有的ERP/MRPII/CRM/SRM等系統(tǒng)的支撐，因此對企業(yè)的信息基礎有一定要求。同時，數(shù)據(jù)采集對于設備也有一定要求。國內(nèi)某些設備廠商對于本企業(yè)設備PLC加鎖保護，一定程度上增加了MES集成商抓取數(shù)據(jù)的難度。

3.1.2 人員基礎

MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的引入，僅僅是工具的引入。工具要在企業(yè)生產(chǎn)管理中發(fā)揮應有的價值，則依賴從基層至管理員人員對于工具的認知和科學管理方法的使用。因此，MES的引入對于員工和管理者的素養(yǎng)有一定要求。

3.1.3 實際需求

MES作為信息化手段和工具，其引入很大程度上是為了填補傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)在生產(chǎn)車間的空白，將生產(chǎn)過程量化，并在有數(shù)據(jù)支撐的情況下展開分析。鑒于MES本身較大的引進軟硬件成本和管理成本，企業(yè)在MES引入時，需慎重考慮。（圖2）

3.2 MES導入企業(yè)的方式探索

3.2.1 從中心到局部構建方式（圖3）

該方式先構建生產(chǎn)系統(tǒng)“大腦”，將計劃、采購和生產(chǎn)、倉儲等生產(chǎn)流程連接起來，形成中樞。其后，再將系統(tǒng)部署至車間局部，形成數(shù)據(jù)收集的觸手，完成整個系統(tǒng)的構建。

這種方式前期成本較高，對生產(chǎn)系統(tǒng)影響大，人員學習成本高。但引入的邏輯更強，更有利于企業(yè)整體信息系統(tǒng)的布局，有利于系統(tǒng)本身搭建。

3.2.2 從局部至中心構建方式

這種構建方式先在車間或某種工藝構建MES系統(tǒng)，形成獨立存在小系統(tǒng)，并逐步完成各個車間的部署，并在恰當?shù)臅r候進行中樞設計和引入。

這種引入方式，對整體生產(chǎn)系統(tǒng)影響不大，試錯成本較低，單點引入周期短。但是這種引入方式很難有立竿見影的成本改善，在分步搭建過程中，可能由于局部偏差增加中樞系統(tǒng)搭建難度。

3.3 MES引入可能引發(fā)的改變和阻力及對策

MES系統(tǒng)的引入，客觀上要求管理者從粗放式轉向精細化管理。多級異常處理機制能有效放大車間管理問題，要求基層管理者迅速反應。

同時，由于數(shù)據(jù)收集方式變化，原先的經(jīng)驗式管理逐步轉變?yōu)榻?jīng)驗和數(shù)據(jù)相結合的管理方式，在生產(chǎn)實踐中，更注重數(shù)據(jù)分析和基于數(shù)據(jù)的決策，一定程度上幫助企業(yè)擺脫對具備優(yōu)秀管理直覺的管理者的依賴。

因此，同其他信息系統(tǒng)引入一樣，MES的引入可能存在以下阻力：

3.3.1 來自管理層的阻力

部分管理者會擔心MES的引入會打破原有企業(yè)的流程和決策過程。失去對于企業(yè)的掌控。部分管理者已經(jīng)掌握了業(yè)務要害，并采取了有效手段控制整個業(yè)務過程。一旦采用新的技術，原有的業(yè)務核心可能會發(fā)生巨大變化，短時間難以重新形成控制。

其次有部分管理者對于MES引入的難度預估過低，急于求成，要求MES的導入在一個較短時間內(nèi)完成。MES引入涉及到原有業(yè)務流程的梳理和改造，這是一個相對系統(tǒng)的工程，要根據(jù)實際情況評估。在引進過程緩慢或遲遲見不到效果時，管理層可能會產(chǎn)生懷疑，失去信心，這對于MES引入無疑是毀滅性的。

針對管理層可能存在的阻力，在引入過程中，需要企業(yè)尋找可靠的核心人員，經(jīng)常向管理者詳細匯報在引入過程中引發(fā)的流程改造，幫助其重新掌握流程關鍵節(jié)點。

引入過程需要制定詳細的計劃，并充分預計可能導致的困難和后果，做好預案。

3.3.2 來自員工的阻力

對于中層管理而言，其阻力主要來源于權力削弱或者是對于即將引致的學習成本增加和工作量增加的不滿。中層管理對于引進項目的阻撓常常是隱性的，限于管理層壓力，他們不會直接對抗，而是通過宣稱無用、推諉拖延或假意提出不可實現(xiàn)的徹底流程變革以阻撓MES引入過程中的流程梳理和再造。

對于中層管理的阻撓，要堅持推進的計劃不動搖。在推進過程中善于分析可能的沖突和利益點，分清哪些人贊成MES的引入，哪些人抵觸。對于假意提出更徹底的流程變革以阻撓現(xiàn)有改變的，可以要求其給出具體方案，視情況決定采納或推翻。

MES的引入中，員工的阻力主要來源于工作量的增加、原有習慣的改變。他們中一部分不愿意持續(xù)學習的員工，常常通過夸大工作增加的方式來抵觸信息系統(tǒng)的引入。MES引入中，勢必要增加部分人機互動以完善信息采集。

對于員工的阻力，要充分評估其工作量和工作強度，保證引入前后其工作強度大體保持一致，同時，對于夸大工作量部分，用科學方式評估。引入過程進行有效的宣傳和培訓，消除員工的抵觸心理。

4? 總結

MES彌合了企業(yè)不同信息系統(tǒng)之間的空白。保證信息在企業(yè)運轉過程中不斷流，形成完整的數(shù)據(jù)閉環(huán)。

MES中整合的包括模具管理、人員管理、設備管理等模塊，進一步促進企業(yè)信息化發(fā)展，向無紙化辦公邁進了重要的一步。

近些年，企業(yè)逐步認識到精細化管理的重要性，明確了企業(yè)資源配置在成本降低中的作用。MES為企業(yè)資源配置提供的數(shù)據(jù)基礎。原有的依靠人力報表收集數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)往往不夠準確，人力成本也較高，MES為數(shù)據(jù)收集提供了新思路。

參考文獻：

[1]饒運清，李培根，李淑霞，等.制造執(zhí)行系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機械科學與技術，2002（06）：1011-1016.

[2]柴天佑，鄭秉霖，胡毅，等.制造執(zhí)行系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].控制工程，2005，12（06）：4-9.

[3]丁斌，陳曉劍.高級排程計劃APS發(fā)展綜述[J].運籌與管理，2004（03）：155-159.