集成环境下的车间生产MES系统.doc

集成环境下的车间生产MES系统2008-09-28作者:马绍奎 刘铁明 刘琳 来源:万方数据导读:本文描述了大型离散制造业企业，车间层生产管理MES系统与ORACLE ERP系统集成的实现方法和主要功能。重点论述了车间生产管理系统与ERP生产任务管理的集成设计方法。 1 概 述 在世界经济一体化的今天，制造企业面临的是激烈的市场竞争。但其核心表现在产品创新和管理创新上。向管理要效益，是不容回避的课题。为此目的，必然要求企业在最短的时间内，迅速完成观念更新、方法更新及手段更新。实现企业资源的信息化管理，是现代企业必经之路。企业能否对市场做出快速响应，取决于企业信息化管理的集成度。企业管理中的任何一块“短板”，都可能为企业带来灾难性的后果。当前，众多企业都在上ERP系统，但无论是采用国外或国内的软件，功能大多停留在企业的上层管理功能上，与车间管理产生了断层。产品是制造出来的，车间层在生产过程中能否对制造计划、生产进度、质量、物耗、成本等信息实施有效管理，将直接影响企业的经营决策和企业效益。沈鼓集团伴随ERP应用范围和水平的提升和企业网络化的普及，为车间生产管理与ORACLE ERP系统有效集成，提供了拓展平台。 企业管理数字化分为两个层次，上层和底层。上层包括：销售、采购供应、财务、计划（产品计划、投产计划、物料需求计划、进度计划等）、产品结构数据、工艺流程等管理模块；底层是对车间生产执行层的管理，包括任务下达、生产动态数据的采集与反馈。离散制造企业的管理模型和软件构成与流程制造企业也有着较大的区别。在流程制造业可以实现自动采集底层数据，经由车间制造执行过程的管理软件MES（Manufacturing Execution System）处理后向上层生产计划管理软件MRP厄RP系统报告计划执行信息，从而实现企业的数字化管理。但是，离散制造企业的底层基础数据主要靠人工录入。因而，将离散制造业的企业管理分为两层，上层是生产计划管理，底层是车间制造执行过程的管理。上层解决“生产什么？生产多少？”的问题，底层解决“如何生产？”的问题。 我国离散制造企业上层生产组织与底层车间制造执行之间的脱节现象十分严重。在为数不多的应用MRPERP生产计划管理系统的企业中，同时应用车间制造执行MES系统的企业可谓凤毛麟角。成熟的离散制造业MES商品软件尚未面市。上层生产计划与车间制造执行的集成应用尚无成功案例。这就严重地制约了离散制造企业生产效率的提高。导致企业上层生产计划管理与车间执行层无法进行良好的双向信息交流，也就不能实现生产的动态监控。十多年前流程制造企业MES系统应运而生，目前在发达国家已经普遍推广。而在装备制造业集中的沈阳市甚至辽宁省，绝大多数企业对离散制制造业MES还缺乏认识。沈鼓集团和北方电脑公司经过攻关，实施了基于上层生产计划管理系统的底层车间制造执行系统，在部分车间试运行取得了阶段性成果。 2 企业需求 我公司是国内研制大型透平压缩机、往复压缩机、泵类产品的龙头企业，是辽宁省及沈阳市装备制造业中的骨干企业。同时又是一个按订单设计生产的典型的离散制造企业，由于70年代引进压缩机技术的机遇，计算机应用已走过了20多年。随着ERP系统的实施，沈鼓集团已具有较为完善的上层生产计划、物料需求计划、投产及相关的管理功能，已成为生产管理不可缺少的支撑平台。但是由于缺少车间底层制造执行过程管理，ERP系统将车间出产计划和生产任务下达车间后，形成了信息中断。生产动态反映滞后，严重地影响了企业的运作。现行的ERP系统产生的生产指令下达到车间后，车间的生产进度、动态信息难以及时控制。上层生产管理需要的信息，都是通过人工统计报表得到。信息滞后，带来了调整决策的滞后。厂、车间两级生产主管，需要借助企业信息化平台，以最直接的方式、最快的速度掌握产品的生产动态，人员、设备能力及负荷，并能根据变化的市场情况及客户要求及时发出调整指令。当企业信息化走到一定程度，信息的断线会制约企业的发展。随着近几年经营指标呈两位数增长，车间制造过程的管理成为制约企业发展的瓶颈。为此，沈鼓集团需要在完成0RACLE ERP功能全面实施的同时，完成与之集成的底层车间生产管理系统的开发与应用。 3 单元MES和集成MES 美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”。对离散制造企业而言，MEs可以理解为是介于上层生产计划管理和底层数据采集之间的车间制造执行过程管理的计算机系统。MES大致可分为单元MES和集成MES两种。 单元MES系统主要是针对某个特定领域的问题而开发的系统，除车间维护、生产监控、资源管理等一般功能之外，还要具有车间计划编制、工艺编制等。明显特点是可以没有MRPERP或脱离MRPERP独立运行的孤岛系统。整个系统的通用性较弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。 集成MES系统在功能上已实现了与上层生产计划管理和下层数据采集系统的集成。目前大多应用于流程制造业，如钢铁、化工、电子产品、食品和卫生等行业。虽然，单元MES能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它应用系统集成。集成的MES具有很多优点，如系统与上层MRPERP通过关系数据库实现数据共享和集成等。目前在沈鼓集团实施的MEs，由于上层生产计划管理软件和底层MES软件均为北方电脑应用开发公司一家提供的产品，从方案设计开始就是基于信息集成的前提下进行的。 4 离散制造业MES的基本构成 离散制造业的底层管理是紧紧围绕企业经营目标，不断调整、不断适应的动态过程。每台产品成千上万的零部件都是分散在不同的车间、不同的设备、不同的操作者来完成的。大量的生产进度信息、加工质量信息、设备运行信息、制造成本信息、员工能力及业绩信息等，都是在车间实施产品制造的过程中产生的。如图1所示，离散制造业车间制造执行系统（MES）包括车间层基础数据，计划调度，任务管理，物流管理，资源管理，质量检验，车间生产统计查询，生产监控，成本核算等9个模块。 图1 离散制造业MES的基本构成 4.1 基础数据管理 基础数据是运行MES系统的前提，它包括车间人员属性定义、设备及工作单元定义、质检人员的属性定义等。只有经过定义的人员和设备单元，才能进行系统管理。基础数据将由人工初始录入或从ERP相关数据库中导入。 4.2 车间计划调度 车间计划调度主要是根据上层生产计划管理系统下达的车间作业计划及各生产指令的到料情况，适时制定、调整各班组的周生产计划。确保按日、旬等按期完成加工任务，并与ERP系统的车间作业计划集成。采集各序、件报完工信息，直接反映计划的执行情况。 4.3 任务管理 任务管理包括任务查询、人员设备的任务负荷查询、任务分配、任务调整、任务启动、报完工、工时分配等。由于车间任务管理共享了上层生产管理下达的车间任务数据，因此，车问生产主管可以通过网络，动态的查询、分配、调整任务，摆脱了生产指令台帐。对车间层的外协任务、临时任务、补充计划，也纳入系统统一管理。经授权的操作者，可以通过划卡方式或在工作单元所配置的计算机上随时查询承担的任务、启动任务、报完工，以及查询自己完成的工时总量。车间省掉了为工人开具任务小票的繁杂工作。由于任务的动态信息都存在系统中，为车间、厂两级的生产监控，关键件、关键设备查询，提供了及时的数据信息。 4.4 物流管理 物流管理用于管理从原材料、在制品和外购件进入车间起，经过加工、转序、成品装配，直至装箱入库的全部物流过程。它包括车间内部的物流和车间之间的物品流动。目前尚不包括企业之外与供应商之间的物品流动。 4.5 资源管理 资源管理包括车间设备、人员和刀刃具及工模具等管理。 加工设备尤其是关键加工设备是车间的重要资源。设备管理主要是对生产设备运行状况进行信息管理，要求能及时查询生产设备的负荷状况、完好状态、设备利用率及生产效率等。 人员管理是指对车间调度员、岗位操作员、库管员、质量检验员等相关人员的技能、技术等级、工资、绩效等进行管理。车间刀刃具及工模具管理，要求完成刀刃具及工模具的台帐管理，提供按产品、组部、零件，进行查询的功能。刀刃具及工模具当前状况是否完好，借用情况等，均能及时查询。刀刃具工模具的跨车间网上查询可以实现资源共享，节约时间和资金。各车间分别建立自己的工装、模具、胎具、量刃具库，实施计算机查询、汇总、借还帐务管理。车间保管人员可以根据生产计划，对某零件加工提前做好产前准备或需求报告。 4.6 质量检验管理 系统提供了质检人员随时查询待检零部件任务信息功能。并将检查结果输入计算机，只有经检查员确认合格的报完工件，工时才有效。对出现的工废、料废情况，系统生成工废、料废通知单，由上层生产管理系统根据工废、料废信息进行补制任务生成或回用处理。 4.7 车间生产统计查询 车间生产统计查询，包括车间零部件完成情况、员工完成工时、工资奖金、工废及回用等各类信息的旬、月综合统计查询，并与上层生产综合统计信息集成。 4.8 车间生产监控 车间生产监控，要求输入产品和零件号，就能立刻查询到该产品或零部件目前所在的工序和所在的工位，便于车间管理人员监控和任务调整，并与上层生产动态监控系统集成。 4.9 车间成本核算 车间成本由制造费用（工时费、质量损失费）、员工工资和管理费组成。加工小时费是计算工时费的基础，它是在对设备折旧、能耗等综合指标测算的基础上确定的，因车间而异。车间工时费即为加工小时费与该车间完成总工时数的乘积。当发生零件工废或料废时，质量损失费计算如下： 质量损失费材料费加工工时费加工工资 加工工时费和加工工资均为事故工序之前本车间和前历各车间已发生的费用总和。员工工资和管理费对各个企业而言均有固定的算法。 5 上层计划管理与下层计划执行的信息集成 要做到ERP系统与车间制造执行系统的集成运行，需要开发有关子系统与车间制造执行系统之间的接口程序。有关子系统如车间作业计划、车间任务下达、人力资源管理、设备管理等。图2所示为MES系统与ERP系统的生产管理、人力资源管理的集成关系。主要表现为：上层产生MRP计划数据库、车间计划库、任务库、员工信息库和工艺信息库；车间MES读取车间出产计划和任务库中的生产指令，平衡人员设备等资源进行任务调度，分配任务，经过信息处理将结果放入车间层数据库；通过对车间层数据库的分析处理，在完成车间动态查询的同时，也可完成对上层数据库的信息反馈，形成上层和下层的信息互动。 图2 MES与ERP、PDM的关系 集成运行的重要目标之一是实现生产动态查询和监控。为实现这一目标，在车间任务库记录中设计了任务状态码。它分为等待、执行、完工和合格4个状态。任务分派前的状态为等待，一旦分派成为执行状态，加工完毕为完工状态，质检通过为合格状态。MES的运行逐步将零部件加工任务从等待状态改变到合格状态，所发生的事件和数据的流动过程如下： 基于车间计划，将任务（生产指令单）分派给员工，任务处在等待状态。员工刷卡领任务，系统将任务记录从等待改置为执行状态。员工按任务要求完成某道工序的加工进行刷卡，系统将执行状态改置为完工状态。质量检验员对已完工的零部件进行质检，合格即进行刷卡，系统将完工改置为合格。并操作生产计划管理系统的MRP计划数据库，将MRP计划记录的工序号改写为“X”（X表示该零部件的第X道工序，一般为十进制2位数）。当所有工序均合格，即当X为任务记录的最大工序号时表示该任务完成。