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MES在离散行业生产制造中的应用

[日期:2014-12-16] 来源:互联网  作者:沸腾网整理 [字体: ]

  近来企业信息化的发展越来越多的提到了MES(制造执行系统)。很多离散行业的企业,比如机械制造,电子行业,汽车行业等通过实施MES,提高了生产效率和管理水平。产品制造的精益化管理也成为了可能。以下我们根据具体项目的实践,针对离散行业MES的实施进行一些讨论。

  企业有了ERP还需要MES做什么?什么样的系统才能称之为MES?这也许是初次接触MES的企业信息主管们最多提出的问题。实施过ERP的企业不难发现:ERP不是万能的,对于生产制造环节有很多ERP无法解决的难点。怎样实时了解生产线的状态;怎样做到工序级的生产计划调度;怎样对生产中出现的质量问题、设备问题及时、准确地做出反映;怎样了解车间工位的实时物料状态等等。像这些具体生产过程中需要解决的问题都是让ERP实施顾问们头痛的难点。MES也就是在这种背景下诞生的。

  MES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。随着MES概念的提出,软件开发商(包括有软件开发能力的设备供应商)和有开发能力的企业纷纷推出了自己的MES系统。功能上各有千秋。是不是这些系统都能适合不同企业的应用,这还需要具体的实施效果来验证。我们认为判断一个成熟的制造执行系统(即MES)主要从这几个方面。 

  1. MES是承上启下的。承上指的是和ERP系统或者其他软件系统是否有衔接,启下指的是和设备控制层是否紧密结合。一方面,MES可以对来自上层管理软件系统,比如ERP,MRPII的生产数据进行接收、整理。把生产计划指令传递给车间生产管理人员和底层控制层;另一方面,MES可以采集智能设备、生产线的状态数据,从而方便、可靠地将控制系统与信息系统整合在一起,并将生产状况及时反馈给计划层。 

  2. MES是有工序级的生产计划调度的。这是MES的难点所在。工序级调度关系到设备、物料、质量、人员、工艺等很多方面。ERP(企业资源策划)系统局限于总体生产计划的编排,而没有考虑设备的实际运行状态和生产线的工艺约束,某些ERP或MRPII提供的车间级的生产计划无法细化到每一个加工中心,每一条预装线。如何合理的安排生产使得生产效率最高,如何对生产过程中的情况进行干预、处理,这就要求软件系统必须能够灵活的设置,提供车间作业计划重排功能和一套行之有效的算法。 

  3. MES是拥有一个可靠的数据采集手段的。数据采集是制造执行系统的基础,通过数据采集可以收集产品生产数据、设备状态数据、了解在制品的状态。通过这些信息的分析和处理对现场的事件及时做出反应。数据采集的手段有条码扫描、RFID跟踪等。对于底层智能设备的数据采集和控制可以通过设备提供的接口访问。232接口、485接口、以太网接口都是常见的接口方式。越来越多的智能设备自带的软件接口也为数据的采集和管理提供了方便。数据采集的方式是多样的,如何整合进MES是值得探讨的问题之一。 

  MES的概念大家也许都已经不再陌生,了解原理固然重要,更重要的是如何让这些理论应用到实际的项目中去。下面我们以一个实际案例作为MES应用的介绍。

  (一)、实施的企业背景:

  汽车行业某发动机制造工厂。拥有多条生产线,多系列的发动机,上百种机型。生产能力达到20万台每年,采用订单式混流生产。随着业务的扩展,对市场反应能力的要求不断提高,生产制造部门作为企业的利润中心,其作用也越来越明显。不仅要保证大批量客户的要求,也要保证小批量定制客户的要求。为了保证产品的质量,及时的把产品交到用户手中,都需要一套完整的管理系统的支持。

  (二)、实施前的生产状况:

  ★已经有一套ERP系统,计划通过文档的方式传递到生产现场。

  ★现场拥有一些智能设备,工人根据经验装配,采用跟单的方式记录装配数据。

  ★由于机型种类繁多,客户定制要求复杂,经常发生错装漏装的问题,对工人的要求非常高。 

  ★发动机从上线到下线一般需要2-4天时间,物料部门无法及时了解现场的物料状态,发料凭经验,经常发生现场物料堆积或者缺料的情况。

  ★物料倒冲不及时,导致成本核算困难。

  ★管理部门对现场的控制能力相对薄弱,无法及时了解各个生产区域的状态。

  ★由于各个智能设备厂家不一,自成体系,生产数据分散,基本上无法利用。

  (三)、实施后的生产情况:

  ★充分利用了ERP系统的基础数据,包括计划、工艺、BOM、物料等。

  ★ 生产计划通过MES生产计划模块接收传递到生产现场。 

  ★装配BOM传递到每个车间工位,工人按照提示装配。

  ★取消了跟单,通过自动采集、条码扫描等手段简化数据记录方法。

  ★物料部门根据生产段的生产情况进行发料,系统自动进行物料倒冲。

  ★ 提供了产品改制的处理办法。

  ★采用条码对产品进行跟踪,系统提供图形化实时监控发动机状态的功能。

  ★对于生产过程中的质量问题、设备问题、物料问题进行监控,并通过消息中心反馈给管

理人员。 

  (四)、具体实施方案:

  MES怎样在生产中发挥作用还要先了解一下该企业ERP中生产制造的流程。生产部门综合企业年度生产计划、市场预测和销售订单进行生产计划的编制,产品设计部门输入产品的基础数据,有了这些必要条件ERP系统进行MRP运算得到主生产计划、物料需求计划。物料部门根据MRP计算进行采购入库,根据上线计划把物料发放到车间。车间确定工艺路线,物料准备完成后上线生产。产品下线入库后还要进行物料倒冲等操作。随之还有财务相关的工作,这里就不做具体讨论了。 

  企业在设计与实施生产执行系统时,需要考虑的几个主要方面如下:

  4.1 数据采集方法数据采集方式很多,这里我们采用传统的连线条码扫描和无线扫描结合的方式,生产线工位安装计算机工作站,带连线式条码扫描器。发动机缸体上线时贴条码,定义机型,后续工位扫描条码,根据上线定义的机型装配。条码扫描器不仅可以识别机型,还可以采集装配零件数据,通过预先定义条码指令,操作工可以录入人员信息、质量状态、设备状态等。有关设备的数据采集,一般通过设备提供的接口进行数据采集,数据统一保存到数据库中。MES应支持多种接口方式的数据提取,适应不同的智能设备。

  4.2MES和其他软件系统的接口 MES在企业信息化的位置处于执行层,不仅要接受其他系统的数据,其他系统也要从MES中得到生产相关的信息,比如ERP,CRM,SCM等。这些系统基本上都采用市场上常见的关系数据库,接口标准比较容易制定。

  MES中生产相关基础数据很多,包括人员、工艺、物料、设备、文档资料等等。很多数据

  在ERP中已经作了定义。这些数据必须导入MES系统使用。每天从ERP系统导入的生产数据主要有:生产计划、工位、工序定义、工艺流程定义、物料信息、装配BOM、供应商信息等,这些数据也是MES系统所需要的基础数据,脱离了这些基础数据MES系统也就无法运行。因此如果ERP系统不能提供这些基础数据时,MES系统本身也需要通过相关模块自行定义。

  ERP系统也需要从MES得到生产数据。比如物料消耗、入库数量等。CRM系统需要了解产品装配的信息供采购和售后服务,比如零件批次、供应商、测试数据等。SCM系统需要掌握生产过程中的实时物料消耗。人力资源系统HRM需要了解工人的上班工作情况、劳动产出情况,以便掌握人工成本。MES可以实时的提供这些数据,脱离了MES,这些系统要得到这些基础数据将是非常困难的。

  4.3计划的下达和调整

  ERP系统已经提供主生产计划、物料需求计划,但是具体到车间的生产和排程,一个粗略的计划还是不够的。车间需要根据实际情况对计划进行细化和调整。如何进行调整,这和设备能力、产品特点有很大关系。MES可以让产品按照优化过的流程生产,协调辅助装配线或预装线配合主生产线的装配。计划发生更改的时候也能够使得物料部门,以及其它的辅助装配线、预装线、加工中心及时作出反映。 

  较复杂的产品在生产线上的装配时间一般要经历几天这样的一个过程。某个加工中心或者某段生产线如何了解即将处理的任务?这就涉及到工序级的计划任务调度。因为在关键工位做了产品跟踪,每段区域的产品就能够实时进行统计,然后根据设备能力等因素就可以对生产进行动态调整。这只是简单的描述,实际的算法是复杂的,这是MES系统必须能够解决的关键问题之一。

  4.5物料发放和回冲

  保证车间产品按计划正常装配必须提前进行物料准备。ERP可以根据生产计划和BOM计算出领料单,上线前发料到车间工位就可以保证生产了。有了MRP模块为什么还需要MES来管理物料?因为发料到车间后,具体的使用和消耗是其他上层管理系统无法了解的。现场发生补料和退料的时候,库房只能被动处理。由于设计原因或者物料原因发生的零件替换也要及时通知到操作工,这种非规律性的替换操作最终会导致错装、漏装的发生。因此,需要找到一种方法把车间装配和物料管理流畅的结合起来。 

  如果关键的装配工位拥有了计算机工作站,这样的问题迎刃而解,物料部门可以通过MES的相关功能根据实际物料发放修改标准装机BOM,而且这些信息可以实时显示到车间的装配工位。当车间的装配工位发现缺料等情况的时候又可以通过计算机通知物料部门。 

  装配的产品每经过一道工序就表示物料已经装配到此台(套)产品上,这时候就可以实时对物料进行倒冲处理。这样我们就能够统计准确的车间库存。解决了原来该企业两个部门实物和帐目对不上的问题。

  产品装配过程中有很多需要记录的零部件数据,比如产品号、零件号、辅件号等等,为了解每一台产品的实际装机零件,企业实行了重要零部件的条码化管理。现场工位装配时扫描记录这些零件数据,对于售后管理等系统这些基础数据是有很大的作用。

  4.6车间装配管理

  现场工位配备了计算机工作站和条码扫描设备,操作工进行装配工作前首先要扫描产品上的条码,MES根据上线的条码定义识别出该件产品型号和订单号。根据订单号又可以从导入的生产数据中获得该工位装配零件数据。需要注意的是该零件数据并不是ERP中的标准BOM,而是结合了物料替换和工艺更改的实际装配要求。机型和特殊零件通过计算机显示屏上颜色的变化或声音提示,最大程度上减少错漏装。

  工位计算机还可以查阅工艺文档,记录装配测量数据,采集设备信息等功能。工位计算机已经成为生产线的一部分,不仅有信息点的功能,也有生产控制功能。对于车间管理人员是一种解放,对装配人员也是有极大的帮助。 

  4.7生产质量管理

  质量贯穿了生产制造的全过程,MES的质量管理包含了产品的质量,零部件的质量,生产过程检验。质量问题也是与很多部门相关的,零部件的质量就可能关系到制造、材料、设计等多个部门。生产过程中的这些质量问题都要进行快速的记录和解决。制造过程中的检验设备比如力矩,泄漏,测试台架的测量数据MES也作了提取,对于超标的项目能够进行控制,避免不合格产品流向下一道工序。

   4.8生产,设备监控

  常用的监控方式是通过组态软件,现在市场上这样的软件很多。对于设备的监控确实灵活方便。MES系统中的监控功能不仅仅局限于设备的监控,还要求对生产过程进行监控,处理这样的监控,组态软件有时就有些局限性了。

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