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基于MES系统的精益生产管理体系设计与实现

[日期:2011-12-16] 来源:万方数据   作者:刘京广 黄胜 郭力 李建辉 张永川 王永贵 [字体: ]
  平台化的制造执行系统(MES)作为一种实时性的执行信息系统,为逐步实现精益生产所定义的目标“在必要的时间生产必要数量的必要产品”奠定了信息基础。同时可以将ERP“推式管理”系统与精益生产的“拉式”物料需求有机地结合起来,近年来受到了制造业的广泛关注。本文拟根据MES系统的功能特点,结合A卷烟厂实际案例,探讨基于MES系统的精益生产管理体系的设计与实现。

一、MES系统与精益生产管理的关系分析

    (一)MES系统构成及特点

   1.MES系统的构成。MES(Manufacturing Excution System,制造执行系统)是一个常驻工厂层的信息系统,介于企业领导层的计划系统与主生产过程的直接工业系统之间。它以当前视角向操作人员/管理人员提供生产过程的全部资源(人员,设备,材料,工具和客户要求)的数据和信息。它采用实时和精确的数据,对生产活动进行初始化,及时引导、响应和报告工厂的活动,对随时可能发生变化的生产状态和条件作出快速反应,重点削减不会产生附加值的活动,从而推动有效的工厂运行和过程。

    在企业的集成信息系统中,MES居于中间的执行层,连接着计划层的ERP系统和控制层的PCS系统,主要承担工厂级的协调/跟踪以及发现并监控趋势等任务。一般的MES系统由11个功能模块组成,包括:运行细节编制与调度(提供按分钟为时间单位编制的基于优先级、属性、特性和/或与具体特性相关的配方、工艺等的安排顺序)模块;资源(包括机械设备、工具、熟练劳工、材料、其它设备及文档等)配置和状态模块;生产单元(以任务、订单、批次、批量和工作命令等形式表达)调度模块;过程管理(监控生产,并自动校正或向操作人员提供决策支持,以校正和改善生产流程中的活动)模块;劳务管理模块;维护管理模块;质量管理模块;文件/文档控制模块;产品跟综模块;性能分析(提供不超过以分为计时单位的实际制造运行结果的报告,包括SPC/SQC)模块;数据采集/获取模块。

   2.MES的特点。我们认为,MES具有以下三个方面的特点:

    (1)承上启下,发挥“信息桥梁”作用。在AMR的MES集成企业模型中分为三层:承但企业全面管理,包括会计/财务系统的管理决策层ERP;承担工厂级协调/跟踪发现并监控趋势的执行层MES;承担工厂生产控制的控制层。MES在整个企业信息集成系统中承上启下,是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。

    (2)及时精确,动态全程优化。MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息,目的在于优化管理活动。实现动态全程优化管理。它强调是当前视角,即精确的实时数据。

    (3)双向通信,以“任务”为关键。MES通过双向通信,提供整个企业的生产活动以及供应链中以任务作为关键因素的(mission critical)信息,可以改善运行设备的回报,以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。MES信息的关键词是精确的实时数据,这是以业务为基础的(tranaaction-based)ERP和MRP-Ⅱ系统未曾加以考虑的。

    (二)MES系统在LP中的作用

    精益生产(Lean Production,简称LP)既是一种以最大限度地减少企业生产所占用的资源和降低企业管理和运营成本为主要目标的生产方式,又是一种理念、一种文化。实施精益生产就是决心追求完美、追求卓越,就是精益求精、尽善尽美。为实现零浪费的终极目标而不断努力。精益生产主要追求七个“零”目标,即:“零”转产工时浪费、“零”库存、“零”浪费、“零”不良、“零”故障、“零”停滞、“零”灾害。MES系统在追求精益生产七个“零”目标过程中将发挥积极作用。

   1.实现计划、生产和控制的实时化管理。MES是处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,提供了在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能。从而实现企业实时化的计划管理/制造执行/生产控制三层体系结构,改善了生产组织、缩短生产周期、减少在制品数量、减少生产提前期,提高产品的质量和降低人力资源消耗。

    2.减少无附加值活动,提高交货能力。MES能通过信息传递,对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时,MES能做出及时反应、报告,并对它们进行指导和处理。“这种状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效指导工厂的生产运作过程,从而使其即能提高工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产回报率”。

   3.实现对制造系统集成考虑,最终实现精益化战略。MES的关键是强调整个生产过程的优化,它需要收集生产过程中大量的实时数据,并对实时事件及时进行处理。把制造系统的计划和进度安排、追综、监视和控制、物料流动、质量管理、设备的控制和ERP集成等一体化去考虑,以最终实施制造精益化战略。

    显而易见,MES应作为企业实现精益生产的基础,企业进行生产流程优化,也就是引入精益生产方式。若能与实施MES同时进行,通过建立平台化的制造执行系统(MES)为实施精益生产提供技术支撑,将精益生产与MES完美结合,将加快企业信息改造的步伐,推进企业的精益生产流程优化。

二、MES系统在A卷烟厂精益生产中的具体应用

    (一)A卷烟厂及其LP提出背景

    A卷烟厂是我国烟草行业大型骨干企业,2006年。根据烟草行业改革与发展总体思路,A卷烟厂与本省另一家卷烟厂合并重组并进行改制。改制后,A卷烟厂的性质发生了较大变化:在主体资格上,由法人单位转变为非法人的独立核算单位;在经济性质上,由利润中心转变为成本中心;在运营模式上,由生产经营型转变为生产管理型。A卷烟厂根据性质的转变及时调整发展战略,提出打造“国际一流的行业样板生产线”的管理进步目标,对制造中心开展了两期技术改造。内外经营环境的变化、硬件的升级对A卷烟厂的管理模式提出了如下要求:

    1.外部环境的变化,迫切要求卷烟企业实施精益化生产。2010年卷烟制造企业面临复杂环境。国内、国际环境变化大,通胀风险、货币汇率等给行业带来不确定性,产业安全和食品安全上面临挑战,能源的持续紧张、原材料价格上涨、环境保护的压力给卷烟制造企业提出了新的要求。如何控制生产成本,降低生产消耗,节约生产能源,是卷烟生产企业面临研究的一项重要课题。

    2.重组后信息链条拉长,需要以MES系统为支撑??amp;ldquo;供产销”整个流程。A卷烟厂重组后生产计划信息链条拉长,“供产销”整个流程未理顺,以及由于生产订单供货所带来的市场需求多变,给A卷烟厂的生产组织带来较多变化和不确定因素性,结合A卷烟厂多区域生产格局,差异化的的生产模式,传统工艺与创新工艺并存的模式,需要我们创新管理模式,以MES系统为支撑,连通“供产销”整个流程。开展精益生产管理体系建设,不断提升生产组织运营能力、质量控制能力、成本控制能力,全面满足市场及对外合作的需求。

    3.两期技改的完成,为实施精益生产提供了现实基础。A卷烟厂自2002年开始启动十五技改,对生产技术和工艺装备高端设计、总体改造,整个工程统一进行规划,分一期、二期实施。A卷烟厂二期技改工程完成后,工艺技术和装备达到行业领先水平。这些变化给生产管理提出了新挑战,需要站在系统管理的高度。对整个管理模式进行“战略性”的研究,搭建一个适应实际需要的精益生产管理体系。

    (二)A卷烟厂基于MES系统的精益生产体系

    1.总体思路及体系架构。根据所面临的新的管理环境,A卷烟厂确定基于MES系统的精益生产体系的总体思路为:以生产为中心、以质量为核心,以二期技改为契机,以MES系统为支撑,围绕“安全、质量、成本、效率、团队、环境”六个方面,持续推进管理进步,提高生产运营能力、质量控制能力、成本控制能力,全力以赴满足商业订单与联营加工的需要。

    依托MES系统的建立,A卷烟厂从生产组织管理、设备管理、物料管理、统计核算管理和工艺质量管理五个方面对精益生产管理体系进行设计,具体架构如图1所示。

 图1 基于MES系统的烟卷厂精益生产体系架构

图1 基于MES系统的烟卷厂精益生产体系架构

  2.主要模块及功能

 

    A卷烟厂精益生产体系各主要模块及具体功能设计如表1所示。

表1 主要模块及具体功能

 表1 主要模块及具体功能

    (1)生产组织管理模型设计。生产组织模型设计主要包括三个方面内容:首先,通过搭建排产模型,构建一个上下贯通、从卷包到制丝全面集成的一级计划体系,实现扁平化管理,快速反应市场与联营加工需求;其次,通过对生产过程实时数据的采集,建立完善的生产经验库、现场管理考核库,围绕人、机、料、法、环五大要素,实现现场精细化评比;最后,通过对生产过程中的产量、消耗、生产效率等数据的统计分析,强化目标管理,提升生产小时效率,为生产评价提供依据。

    (2)设备管理模型设计。设备管理系统要体现实际工作中的管控模式,需要实行系统的规划设计。包括做好以设备资产台账建立为重点的设备基础管理,以设备预防维修为主线及时发现并记录设备运行的隐患;实现各类预防维修计划的计划编制下达、审核、实施、评价、验收流程,逐步以预防维修替代设备的现场维修;按寿命周期对设备分类、评级,并在设备的寿命周期内,运用有效的手段规范设备操作、设备保养、设备的维护等管理过程,应用分级制定不同的标准、进行不同的管控,保证设备保障能力,建立对维修操作人员、设备加工精度、设备管理团队的评价。

    (3)物料管理模型设计。结合卷包MES系统的搭建,通过建立卷包物料管理模块实现与ERP(NC)、自动化物流系统以及其它各自动化系统的全面数据集成,在统一规范物料基本信息的基础上,通过记录生产过程中在制品、成品、废次品、辅料的库存、消耗信息,实现对生产过程的物料有效监控;通过对生产全过程的物料跟踪和库存异常报警,实现对整个生产过程物料信息的全面跟踪;通过对生产作业过程的物料信息进行统计,为成本分析提供信息和依据。在物料管理模型设计中主要实现:物料基础数据及清单的管理、辅料需求管理、物料跟踪管理、废次品管理、物料库存管理、物料报警管理、返工烟支管理和剩余烟丝管理。

   (4)统计核算管理模型设计。统计核算管理模型依据MES系统,实现全厂的数据共享。各个系统之间数据的集成和联动,以供决策分析和成本核算、生产评价和目标考核,以及对质量、消耗等问题的追溯。统计核算管理以物耗统计分析为基础,构建全工序的成本管控模型;以产量统计为依据,提升制造成本控制水平;以消耗分析为基础,提高成本管控能力;通过对车间任务的细化管理,实现生产过程精准化成本控制、持续改进以改善成本管理;通过建立完善定岗定员机制、规范员工考勤体制,实现核算工作的快捷、简便。

    (5)工艺质量管理模型设计。以生产为中心,以质量为核心,针对A卷烟厂工艺质量的现状,依托MES系统和度量系统实现以事先预防、在线控制为主线,全面实现数字化的管理。由结果控制向过程控制转变,做到检控一体化,以达到协同运作、整体优化、全面分析、正确决策、实时响应的目标。在MES系统中实现:工艺质量标准管理、质量检测查询与监视、工艺质量统计分析、过程工艺质量管控、工艺预防管理、质量追溯、工艺质量隐患管理。

    (三)实施过程及初步效果

   1.实施过程。A卷烟厂基于MES精益生产管理体系的实施,具体划分为以下三个阶段:

   第一阶段:以精益生产目标为牵引,以MES系统为平台,不断提升精益生产管理技术含量,推进精益生产参数化、标准化、精细化管理,重点提升预警和分析纠偏能力,推动制造成本稳步下降,逐步提升成本竞争优势,精益生产总体控制水平力争达到行业先进水平。

    第二阶段:以工艺链控制研究为重点,充分利用MES平台,从原辅料投入到成品产出全过程进行结构化分析及工艺链研究,深入研究指标间的联动关系与参数间的交叉关系,使工序间相互关系达到最佳状态,系统解决质量问题,强化产品线(工艺链)对质量的保证能力。

    第三阶段:以先进的信息系统为平台构建过程能力领先的全面质量控制体系。全面建立过程能力领先的制造过程全面质量控制体系,达到全稳生产线、数字化生产线的目标,系统研究保证主流程有效运行方法,以产品加工工艺链为核心流程,拉动各专业线与中心部门管理层服务于主流程。利用各种检查与评估方法不断发现问题与组织改进,使制造中心各种资源达到最佳配置状态,强化运作体系对质量的保证能力。

    2.初步效果。A卷烟厂MES系统在精益生产中的应用与实施,突破了传统卷烟生产管理模式。真正做到“发现在源头上,控制在过程中”,适应了“以生产为中心,以质量为核心”的管理模式,系统实施以来,A卷烟厂生产管理初步实现了五个转变。

    (1)生产从被动指挥到实时调度的转变。实施后,系统以数据采集为基础,集成卷包、制丝、能源动力、物流等相独立的生产环节,提高各系统各部门间协调指挥的能力,使生产过程数字及体现,保障生产过程的快速反应与敏捷制造的能力,确保了生产执行率和交货及时准确率两个100%,柔性生产制造水平日益凸现。

   (2)设备从应急维修到预防维修的转变。实施前设备故障预见性不强,等设备出现故障再处理,维修计划的制定缺乏依据。通过系统预警维修制度,建立一套全面的设备维修周期库及零部件更换周期库,增加设备故障的可预见性。通过系统现场设备的写实和运行参数的研究,有效提高设备有效作业率,根据系统测算。实施后PT设备有效作业率≥98.5%、GD设备有效作业率≥91%,达到行业领先水平。

    (3)物料从零散控制到集成管理的转变。系统实施前,ERP系统主要用于辅料的采购、入库、消耗以及成品、半成品的制造管理;辅料高架库系统实现对主辅料的出入库存管理和机台的自动送料;成品高架库系统实现对成品的出入库存管理;老生产区的物料管理仍是手工作业的方式。就物料方面的数据而言,但各系统尚未集成和联动,导致物料管理的相关信息不畅通,不能共享,无法对物料进行跟踪。MES系统将以上各系统中的物料管理模块进行集成,实现了对整个卷烟生产过程物料信息的全面跟踪。

    (4)成本从事后核算到过程控制的转变。实施前,生产核算等生产结束后第二天进行人工核算统计,物料消耗无法握和控制生产过程中的物料消耗情况。系统实施后管理层和决策层能实时掌生产过程中的物料消耗情况,并能及时响应和决策,将物料消耗控制在过程中,与此同时也降低核算统计工作量。

    (5)质量从事后抽检到在线控制的转变。传统的事后抽检模式,不能将问题解决在过程中。由于缺乏先进的技术手段和技术支持,加大了一级检验模式的推行难度。通过质量在线控制,建立质量标准的参数化、程序化,从质量源头追溯,产品质量大大提升。根据系统实施计划,质量指标分别为:重大质量事故为0、成品抽检合格率≥99.9%、重点工序能力指数CPK≥1达标率95%、外审不符合项0次、外部抽检不合格品0次、较大顾客投诉事故为0、顾客A类投诉≤2次,百万箱。 



  2.主要模块及功能

 

    A卷烟厂精益生产体系各主要模块及具体功能设计如表1所示。

表1 主要模块及具体功能

 表1 主要模块及具体功能

    (1)生产组织管理模型设计。生产组织模型设计主要包括三个方面内容:首先,通过搭建排产模型,构建一个上下贯通、从卷包到制丝全面集成的一级计划体系,实现扁平化管理,快速反应市场与联营加工需求;其次,通过对生产过程实时数据的采集,建立完善的生产经验库、现场管理考核库,围绕人、机、料、法、环五大要素,实现现场精细化评比;最后,通过对生产过程中的产量、消耗、生产效率等数据的统计分析,强化目标管理,提升生产小时效率,为生产评价提供依据。

    (2)设备管理模型设计。设备管理系统要体现实际工作中的管控模式,需要实行系统的规划设计。包括做好以设备资产台账建立为重点的设备基础管理,以设备预防维修为主线及时发现并记录设备运行的隐患;实现各类预防维修计划的计划编制下达、审核、实施、评价、验收流程,逐步以预防维修替代设备的现场维修;按寿命周期对设备分类、评级,并在设备的寿命周期内,运用有效的手段规范设备操作、设备保养、设备的维护等管理过程,应用分级制定不同的标准、进行不同的管控,保证设备保障能力,建立对维修操作人员、设备加工精度、设备管理团队的评价。

    (3)物料管理模型设计。结合卷包MES系统的搭建,通过建立卷包物料管理模块实现与ERP(NC)、自动化物流系统以及其它各自动化系统的全面数据集成,在统一规范物料基本信息的基础上,通过记录生产过程中在制品、成品、废次品、辅料的库存、消耗信息,实现对生产过程的物料有效监控;通过对生产全过程的物料跟踪和库存异常报警,实现对整个生产过程物料信息的全面跟踪;通过对生产作业过程的物料信息进行统计,为成本分析提供信息和依据。在物料管理模型设计中主要实现:物料基础数据及清单的管理、辅料需求管理、物料跟踪管理、废次品管理、物料库存管理、物料报警管理、返工烟支管理和剩余烟丝管理。

   (4)统计核算管理模型设计。统计核算管理模型依据MES系统,实现全厂的数据共享。各个系统之间数据的集成和联动,以供决策分析和成本核算、生产评价和目标考核,以及对质量、消耗等问题的追溯。统计核算管理以物耗统计分析为基础,构建全工序的成本管控模型;以产量统计为依据,提升制造成本控制水平;以消耗分析为基础,提高成本管控能力;通过对车间任务的细化管理,实现生产过程精准化成本控制、持续改进以改善成本管理;通过建立完善定岗定员机制、规范员工考勤体制,实现核算工作的快捷、简便。

    (5)工艺质量管理模型设计。以生产为中心,以质量为核心,针对A卷烟厂工艺质量的现状,依托MES系统和度量系统实现以事先预防、在线控制为主线,全面实现数字化的管理。由结果控制向过程控制转变,做到检控一体化,以达到协同运作、整体优化、全面分析、正确决策、实时响应的目标。在MES系统中实现:工艺质量标准管理、质量检测查询与监视、工艺质量统计分析、过程工艺质量管控、工艺预防管理、质量追溯、工艺质量隐患管理。

    (三)实施过程及初步效果

   1.实施过程。A卷烟厂基于MES精益生产管理体系的实施,具体划分为以下三个阶段:

   第一阶段:以精益生产目标为牵引,以MES系统为平台,不断提升精益生产管理技术含量,推进精益生产参数化、标准化、精细化管理,重点提升预警和分析纠偏能力,推动制造成本稳步下降,逐步提升成本竞争优势,精益生产总体控制水平力争达到行业先进水平。

    第二阶段:以工艺链控制研究为重点,充分利用MES平台,从原辅料投入到成品产出全过程进行结构化分析及工艺链研究,深入研究指标间的联动关系与参数间的交叉关系,使工序间相互关系达到最佳状态,系统解决质量问题,强化产品线(工艺链)对质量的保证能力。

    第三阶段:以先进的信息系统为平台构建过程能力领先的全面质量控制体系。全面建立过程能力领先的制造过程全面质量控制体系,达到全稳生产线、数字化生产线的目标,系统研究保证主流程有效运行方法,以产品加工工艺链为核心流程,拉动各专业线与中心部门管理层服务于主流程。利用各种检查与评估方法不断发现问题与组织改进,使制造中心各种资源达到最佳配置状态,强化运作体系对质量的保证能力。

    2.初步效果。A卷烟厂MES系统在精益生产中的应用与实施,突破了传统卷烟生产管理模式。真正做到“发现在源头上,控制在过程中”,适应了“以生产为中心,以质量为核心”的管理模式,系统实施以来,A卷烟厂生产管理初步实现了五个转变。

    (1)生产从被动指挥到实时调度的转变。实施后,系统以数据采集为基础,集成卷包、制丝、能源动力、物流等相独立的生产环节,提高各系统各部门间协调指挥的能力,使生产过程数字及体现,保障生产过程的快速反应与敏捷制造的能力,确保了生产执行率和交货及时准确率两个100%,柔性生产制造水平日益凸现。

   (2)设备从应急维修到预防维修的转变。实施前设备故障预见性不强,等设备出现故障再处理,维修计划的制定缺乏依据。通过系统预警维修制度,建立一套全面的设备维修周期库及零部件更换周期库,增加设备故障的可预见性。通过系统现场设备的写实和运行参数的研究,有效提高设备有效作业率,根据系统测算。实施后PT设备有效作业率≥98.5%、GD设备有效作业率≥91%,达到行业领先水平。

    (3)物料从零散控制到集成管理的转变。系统实施前,ERP系统主要用于辅料的采购、入库、消耗以及成品、半成品的制造管理;辅料高架库系统实现对主辅料的出入库存管理和机台的自动送料;成品高架库系统实现对成品的出入库存管理;老生产区的物料管理仍是手工作业的方式。就物料方面的数据而言,但各系统尚未集成和联动,导致物料管理的相关信息不畅通,不能共享,无法对物料进行跟踪。MES系统将以上各系统中的物料管理模块进行集成,实现了对整个卷烟生产过程物料信息的全面跟踪。

    (4)成本从事后核算到过程控制的转变。实施前,生产核算等生产结束后第二天进行人工核算统计,物料消耗无法握和控制生产过程中的物料消耗情况。系统实施后管理层和决策层能实时掌生产过程中的物料消耗情况,并能及时响应和决策,将物料消耗控制在过程中,与此同时也降低核算统计工作量。

    (5)质量从事后抽检到在线控制的转变。传统的事后抽检模式,不能将问题解决在过程中。由于缺乏先进的技术手段和技术支持,加大了一级检验模式的推行难度。通过质量在线控制,建立质量标准的参数化、程序化,从质量源头追溯,产品质量大大提升。根据系统实施计划,质量指标分别为:重大质量事故为0、成品抽检合格率≥99.9%、重点工序能力指数CPK≥1达标率95%、外审不符合项0次、外部抽检不合格品0次、较大顾客投诉事故为0、顾客A类?端?amp;le;2次,百万箱。 



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