面向AM和LP的离散制造业MES研究

        随着经济全球化的不断发展，企业间的竞争越发激烈。离散制造企业要想提高其竞争力就要实现敏捷制造和精益生产，如此才能在根据市场变化迅速地调节产品的种类和数量的同时不断地减少不必要的浪费以降低成本。而制造执行系统作为企业信息化体系中控制系统与管理系统的衔接部分，是提高企业生产制造管理水平的重要工具，对企业实现敏捷制造和精益生产具有重要作用。

        1 敏捷制造与精益生产

        敏捷制造(AM)是指制造企业采用现代网络信息技术手段，通过动态地、有效地协调整合各种生产要素，快速配置各种资源(包括技术、管理和人)，响应用户需求，实现制造敏捷化的一种现代制造模式。其核心是制造业要在不断变化、不可预测的经营环境中，着力提升企业市场应变能力和快速反应能力的一种战略性举措，是现代制造业发展的方向，更是制造业信息化的必然趋势和本质要求。

        精益生产(LP)是一种及时制造、消灭故障、消除一切浪费的生产管理方式，也是全员参与持续改善的一种管理状态。它综合了大量生产与单件生产方式的优点，力求在大量生产中实现多品种、高质量、低成本。它不但使制造工业获得了飞速发展，同时也带动其他领域乃至整个社会发生了深刻的变化。

        精益生产和敏捷制造虽然分别代表了东西方管理模式的发展方向，但也有许多相同点。他们都强调利用市场知识和先进的现代化技术来为客户提供所需的产品。由于敏捷制造适于处理动态变化的市场需求，而精益生产提供了均衡生产调度和降低系统运行成本的功能，因此将二者综合集成应用到生产制造过程中，可以使制造企业利用现代化技术合理配置各种资源生产出满足客户需求的多品种、高质量、低成本的产品，从而增强其市场竞争优势。

        2 离散制造业实现LP和AM需要MES

        制造业按其产品制造工艺过程特点总体上可概括为连续制造和离散制造。离散制造的产品往往由多个零件经过一系列并不连续的工序的加工最终装配而成。对于离散制造、业来说，要实现精益生产和敏捷制造就要把重点放在生产车间上，借用先进的计算机网络技术、数字通讯技术、企业建模技术等来提高企业现场的生产制造管理水平和过程管控能力，以便减少浪费、加快生产节拍、减少库存和提高产品质量等。目前，离散制造业在进行敏捷制造和精益生产时普遍存在着物料浪费、交货拖期、库存资金被大量占压、产品质量不稳定、有订单但做不出来等许多问题。离散制造业要想解决以上问题就需要不断提高其信息化水平，运用信息技术来实现精益生产和敏捷制造。

        目前，离散制造业基本上都实现了ERP和车间内的现场控制系统(FCS)，但是ERP系统和FCS系统都具有各自的局限性，从而在企业范围的信息化过程中暴露出上层计划系统与底层控制系统之间的生产执行领域的空白，使得排产和调度过于依赖经验，计划的可行性和应变能力较差，生产执行过程不透明，管理者难以及时准确地获取生产信息。因此，离散制造业急需运用制造执行系统(MES)来连接上层计划系统与底层控制系统。

        MES是美国管理界于20世纪90年代提出的新概念。MES是处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层，在整个企业信息系统中起着承上启下的作用。MES对生产过程进行实时监视、诊断和控制，完成生产单元整合和系统优化，在生产过程层进行物料平衡、制订生产计划、实时排程、优化调度，进而对生产过程物料、能量、质量、设备、资金，甚至人力资源统一进行监测、分析、控制和优化，实现了从订单下达到产品完成整个生产过程的优化管理。

        3 AM和LP下的MES应具备的功能

        相对于连续制造业来说，离散制造业对MES的要求更高：数据采集系统更为复杂、对作业计划调度管理的要求达到工序级别、采用以产品BOM为核心的生产模型等。根据精益生产和敏捷制造的特点并结合MES全球协会对MES功能模块的划分以及相关文献，离散制造业的MES应具备以下几个基本功能：

        a．数据采集，即获取产品生产加工过程中的各种数据和参数。为方便采集数据，在标识产品时尽量采用条码或无线射频技术。

        b．工艺管理，即根据库存管理提供的物料的规格、状态、库存情况和设备、人力的能力、状态、利用情况，利用CAD和CAM进行工艺设计和编制，为车间、计划部门提供工艺图纸、技术参数等信息。

        c．高级作业计划调度。它接收ERP系统下达的生产计划，并对计划进行逐级分解，根据资源约束和均衡生产的要求，通过高效实用的车间作业计划与调度算法合理安排生产过程中的各种资源。

        d．过程控制。该功能监控生产过程、自动纠正生产中的错误并向用户提供决策支持以提高生产效率。通过连续跟踪生产操作流程，在被监视和被控制的机器上实现一些比较底层的操作；通过报警功能，使车间人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的加工过程。

        e．质量管理。质量管理作为MES在制造企业应用的重要部分，其核心思想是帮助企业建立PDCA式的闭环质量管理体系，固化当前的企业质量管理流程，提高质量计划编制、质量检验、质量跟踪分析、质量改进业务执行的效率。

        f．设备管理。记录生产设备的状态数据，通过活动监控和指导保证设备的正常运转。包括设备状态监控、设备台账管理、设备维修管理和备品备件管理等。

        g．人力资源管理。通过记录员工在生产过程中的数据来评估工人的工作能力和核算劳动工时等，为员工激励和培训提供依据。

        h．产品跟踪。通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史记录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性。

        i．执行分析。该功能通过对过去记录和预想结果的比较，提供以分为单位报告实际的作业运行结果。执行分析结果包含资源可用性、资源活用生产单元的周期、日程遵守及标准遵守的测试值，可以为管理者提供决策支持。