控制工程师论坛

    制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中心地位。伴随中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一点，就是以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力的跨越式发展。

    纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统（Shop Floor Control System, SFC）两个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新的局面。

    工厂制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES）恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业（家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药），能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。

    1制造执行系统MES及其功能

    MES的定义

    MES是美国管理界90年代提出的新概念。美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)通过对大量企业的调查发现现有的企业生产管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA、HMI(Human Machine Inteface)为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全面集成的MES软件群组成。根据调查结果，AMR于1992年提出三层企业集成模型（如图一）。 
 

    MESA International (MES国际联合会)是以宣传MES思想和产品为宗旨的贸易联合会，它为了帮助其成员组织在企业界推广MES制定了一系列研究、分析和开发计划。MESA协会白皮书（MESA White Paper No.6，1997）对MES 系统作如下之定义：

•MES 系统在产品从工票发出到成品、半成品产出的过程中，扮演生产活动最佳化的信息传递者。
•当事件发生变异时，借着实时正确的信息、生产执行系统规范、原始工作情况、资料反应及回馈，作出快速的响应以减少无附加价值之生产活动，提升工厂生产的效率。
•MES 改善生产条件及准时出货、库存周转、生产毛利及现金流量效益，MES 并且也在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流。

    MESA协会白皮书（MESA White Paper No.3，1997）中提出说明企业资源规划（ERP）、MES与控制系统间的作业互动与信息流模式，如图二所示。 
 

    图中左边ERP等系统需随时注意产品库存量、客户订单状况与材料需求，然后将这些信息传送至MES，由执行系统进行生产或安排库存以满足客户订单需求。对MES而言，这一层就是生产的计划层。
中间部分为MES系统，负责完成产品制造工作，产品的规格、型号、参数等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料转化为作业程序提供给控制系统之作业人员或机器设备来使用。

    2.MES的功能

    由MES的定义可见，MES为一系列管理功能，它完全可以是各种生产管理的功能软件集合。MESA通过其各成员的实践归纳了十一个主要的MES功能模块，包括：

工序详细调度
资源分配和状态管理
生产单元分配
过程管理
人力资源管理
维护管理
质量管理
文档控制
产品跟踪和产品清单管理
性能分析和数据采集

    MES的各功能模型与企业其它信息化系统的关系如图三所示。实际的MES产品可能同时包含了其中一个或几个功能模块。

    二、
XX股份制冷车间MES系统的需求分析

    XX制冷机厂的生产管理系统已经运行将近两年时间，相关的生产计划系统、仓库系统、采购系统等已经完成。目前已经到了建立MES系统的时候。建立企业的MES可以解决企业目前存在的以下问题：

1．分厂管理人员，无法及时知道车间目前的加工状况；分厂的管理无法做到实时控制；
2．无法及时统计生产线每一台设备的加工情况：待加工件、正加工件、已完成件等信息；
3．无法及时统计车间的设备利用率，设备空转、停转、运行的时间，分析和统计形成的原因；
4．产品因质量出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？
5．无法及时统计和监控车间每一个零件的质量信息。对于出现质量异常情况的零件，及时提供监控和控制。
6.同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？
7．不能及时统计分析车间加工过程中，出现的质量问题，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中；
8．无法及时提供设备的运行态势情况；
9．无法实时统计车间的关键零件的运行情况。比如机体、转子等。
10．无法实时监控每一个订单的运行情况，并且以图形的方式显示出来。
11．如何对辅料进行分类处理，同时对每一辅料成本的分摊方式进行定义。
12．如何利用信息技术进行车间的二级成本核算和成本详细列表。

    总之，建立企业实时的MES系统，不仅可以提高车间的管理水平，而且可以大大提高企业的管理水平。在同行业的管理水平始终处于领先地位。

    三、XX股份制冷机厂车间加工流程图

    下面描述制冷机厂生产车间的数据流程图： 
 

点击看原图

车间加工过程流程图

点击看原图

                                                            车间现场调度流程图 
 
    该流程图反应车间主要的加工过程，这些过程有的地方需要细化。具体的功能在以后的功能描述中，均已经体现。

    三、车间MES系统的功能描述

    MES系统功能很多，我们前一期的车间系统，已经有了许多的重叠功能。本方案将给出MES系统需要增加的功能。

    3.1 工艺管理系统的改进

    3.1.1加工零件的分类处理。 
    3.1.2录入产品工艺路线：修改和编辑车间的工艺路线系统：产品工艺路线的借用、拷贝、多项录入等。对于不同的工艺加工方式，可以编制不同的加工路线。也就是采用不同的工艺版本。 

    3.1.3 车间关键工序定义：定义每一个零件或者关键零件的关键工序。同时定义关键工序检验的标准.检验标准主要包括:设计尺寸,许可尺寸,以及相关的技术要求.主要公差范围。质量检验的检验方式:全部检验、抽检，同时定义抽检的比例等。 

    3.1.4 车间零件属性定义：根据车间的零件加工方式，定义每一个零件的属性：关键零件和一般零件；关键零件在生产中控制到每一个个体，按个体产生流水码，一般零件按批次管理。 

    3.1.5 材料管理系统:建立企业的原材料数据库。系统包括：材料的编号、材料名称、材料的规格、材料计划价格、材料实际价格、材料的分类(生产材料、辅助材料、混合方式)以及材料的分摊 方式。生产用的原材料一般系统定义为一次分摊。辅助材料一般包括以下几种分摊方式：一次分摊、按工时分摊、按数量分摊、按人员分摊、按设备分摊等方式。定义分摊方式目的是为车间的二级成本核算做准备。
 
    3.1.6 工装管理：管理企业的工装、仪表、仪器、量具、刃具等信息。这些设备一般情况下按设备的折旧年限，对设备的费用进行折旧分摊，计入车间或者班组的成本。某些设备按其他的一次性分摊方式，计入车间的成本. 

    3.1.7 以图形的方式显示车间的工艺加工过程。
当系统的工艺路线录入完成以后，系统根据车间设备网络图。自动以图形的方式来显示每一种零件的加工流动过程。 

    3.1.8 统计每一个产品的车间工序工时汇总分布图。 

    3.1.9 以产品的制造BOM为起点，利用工序，重新配置车间产品的组装过程。并且把组装过程以图形化方式来显示。

    3.2 车间设备管理系统

    3.2.1 车间设备档案的定义

    定义每一个车间的所有设备的编号、名称、规格、型号、设备的原值、转资时间、制造厂商、购进日期、保险等信息。设备的额定加工时间、每一个工时设备消耗费用率等信息。同时定义每一个设备的计提折旧的年限，剩余的原值等信息.

    3.2.2 车间设备安装示意图

    以图形化的方式，定义每一个车间的设备分布情况。设备的分布情况主要按工作中心来表示。同时需要定义每一个工作中心的额定工时、每一台设备的额定工时、以及每一台设备的操作人员等。

    3.2.3 车间设备故障填报

    车间的设备管理员或者车间的其他管理人员，发现车间的设备出现故障，立即对设备的状态进行修改。使该设备的图形状态显示为红色。为其他生产管理人员提供警示信息。同时以及时信息处理的方式,迅速地通知设备管理部。

    3.2.4 车间故障设备处理

    车间的设备管理员，接到设备故障的信息以后，接受该信息状态显示为黄色。同时填写相关的处理意见。并着手对设备进行维修，当设备修理完成以后，修改设备状态为正常状态。同时以及时通信的方式通知车间的管理人员。如果处于维修状态的设备，生产管理排程系统会自动排除这些设备，不参与整个系统的工时核算。

    3.2.5 车间设备状态查询

    车间生产管理人员，可以以图形的方式显示每一类设备目前的状态。这些状态包括：设备的总加工工时、已经完成工时、待加工能力、每一日加工能力的排程图、已加工零件的清单、未加工零件的清单等数据。

    3.2.6 车间设备能力核算

    根据生产设备的额定工时，与订单工时的比较和运算，完成车间加工工时的核算。对超车间工时能力的工序、设备进行警告，提示车间的调度人员，进行工序和工艺的处理。

    3.3 生产车间制造执行系统

    3.3.1 车间主计划的编制和审核：根据产品的销售订单和 预测订单，来编制企业的月度生产计划。对于重要的生产订单，必须输入企业的销售订单号。以便对该订单的生产过程进行跟踪。

    3.3.2 零件票号打印系统

    根据车间的日计划，和车间的工艺路线，以及每一个零件的加工方式，如果是关键零件，直接按流水的方式进行打印关键零件的条码；如果是非关键零件，打印每一类零件的生产作业过程的工票。

    3.3.3 关键零件的入库管理

    对关键的零件需要编制零件的条码，同时扫描这些关键零件的条码，同时办理关键零件的入库；

    3.3.4 车间现场调度管理

    车间的现场调度管理分为两个部分：关键零件的现场调度和非关键零件的现场调度。由车间的调度人员，根据车间现场的实际情况。来进行实时的调度处理。监控车间的工序运作情况；车间的现场调度主要包括：人力资源的分配、零件加工工序的调整、设备的调整、订单的加工顺序调整等。所有的这些操作，可以在无线条码设备上完成，也可在普通的终端机上完成。

    3.3.5 零件工票打印系统

    根据车间的日计划和工艺路线、和检验标准来打印出车间加工的工票。工票的内容主要包括：

    任务号（计划号）、产品的零件号、计划日期、需加工数量、已加工数量、最后完成日期、工序号、工作中心 、设备编号 、理论工时等。

    这些工票必须打印出产品的条码。条码包括：任务号、产品零部件的条码、工作中心、工序号等。

    3.3.6 车间基本条码制做：

    在车间现场必须有以下条码，提供车间现场管理：

设备旁边的打印设备条码；
在工作中心的打印出工作中心的条码；
打印每一个工作人员的身份条码；
打印出该设备的加工工序条码；

质量缺陷代码、产品品质代码等 。

    这些代码放到设备的旁边或者工作人员的身上。质量检查人员或者生产调度可以根椐这些条码迅速完成现场数据的采集工作。

    3.3.7 日计划的车间设备负荷态势图

    以日计划的方式，显示出每一个零件的加工流向图；或者以设备为核心显示每一台设备的待加工产品零件清单、已加工零件的清单。

    3.3.8 让步品零件的形态转换管理

    对于质检人员判定为让步品、废品的零件，可以利用手持终端，改变零件的形态，形成新的零件。同时报废原零件，形成新零件。同时，一方面冻结该让步品所有的相关记录，以作相应的处理，另一方面对形成的新的零件进行相应的开帐处理。

    3.3.9 车间的资源动态分配与管理：车间的资源包括：人员、设备、工具、以及辅料等信息。由车间的调度人员根据需要对这些资源进行调整，同时，对这些资源的状态进行管理。车间资源调动过程是由车间的调度人员在扫描枪上完成的。

    3.3.10 车间现场初始化数据的录入：根据车间现场的盘点情况，把车间现场零件数据、辅料数据等录入到计算机系统中去。具体方式可采用条码扫描的方式进行。

    3.3.11 工序、设备等能力核算管理

    计算每一天的工序能力和设备的能力；打印出设备、工序能力清单列表；对于超能力的工序或者设备，系统自动提出警告信息；

    3.3.12 订单的进度实时跟踪与监控

    对车间每一个订单，可实时监督运行情况。主要的关键零件目前处于车间的哪一台设备前，已经加工多少，未加工多少。已经投料多少，已经入库多少等信息。将以大屏幕的方式来显示目前车间的实际运行状况。

    3.3.13 对车间加工人员的每天，每旬、每月的工时进行统计；对数据进行环比、同比分析；

    3.3.14 设备利用率的统计分析，同时绘制出必要的曲线；

    3.3.15 根据销售售后的客户投诉，跟踪订单中每一个零件的加工历史记录。

    3.3.16 车间工序的详细调度管理：由车间的调度人员，利用无线条码设备，对车间的工序，进行详细的工序的调度。

    3.3.17 建立关键零件的对帐管理系统:给供应商打印出每一个关键零件的供货清单，以及每一个零件个体的具体的供货时间。

    3.3.18 在月底自动进行仓库的围帐处理。

    3.3.19 主要控制的零件可在同一个报表中列示其在各工序的数量分布情况。

    3.4 质量管理和工序质量控制

    3.4.1 质量参数的定义：

分类参数的定义：合格品、不合格品、让步品、废品等，以及分类条码的定义。

    3.4.2 质量缺陷分类结构树：定义出产品质量缺陷等级、质量缺陷代码。同时以结构树的形式来显示。

    3.4.3 关键件的质量考核

    质量管理员利用无线终端设备，首先扫描工作中心的条码、扫描设备的条码、物料的条码、加工工序的条码。扫描完成以后，系统自动提出，输入已经完成零件的数量、合格品的数量、废品的数量、加工人员的代码、实际零件加工时间。对于关键的工序，系统自动弹出企业的质量检验标准。要求质量检查人员输入相关的检测数据。对于不合格的零件，需要输入不合格品的数量。以及造成不合格的质量缺陷原因代码。对于关键零件，由于按单件进行加工。如果系统判定不合格，系统保存现场的一切数据。转入零件异常处理流程。

    3.4.5 非关键件的质量考核

    质量管理员，利用无线终端设备，首先扫描工作中心的条码、扫描设备条码、物料的条码（包括让步品条码）、加工工序的条码。扫描完成以后，系统自动提出，输入已经完成零件的数量、合格品的数量、废品的数量、加工人员的代码、实际零件加工时间。对于关键的工序，系统自动弹出企业的质量检验标准。要求质量检查人员输入相关的检测数据。对于不合格的零件，需要输入不合格品的数量。以及造成不合格的质量缺陷原因代码。

    3.4.6 质量报警功能：质量检查员在输入或者扫描质量缺陷代码，当系统的累计超过系统的警戒要求。系统自动提示，以便质量管理人员能及时了解质量情况，并给与质量报警提示，同时冻结相关的设备，等待设备人员或者其他人员给出继续加工的命令。

    3.4.7 月度缺陷统计。可以按设备、人员、班组、零件等分类确定每一个质量缺陷出现的几率和出现质量事故的个数。同时按一段时间进行同比分析和环比分析。

    3.4.8 车间质量统计管理，根据车间的质量统计信息，及时调整车间加工过程，提高车间的质量管理水平。

    3.5 车间成本核算系统

    3.5.1 定义每一台设备单位时间的加工费用。即每一台设备每工时的加工费用。不同设备的加工费用是不一致的。 
    3.5.2 建立车间辅料、工具、油料数据库。定义每一类辅料的具体分摊方式。这些分摊方式有：一次性分摊、按工时分摊、按数量分摊、按人员分摊、按设备分摊等方式。 
    3.5.3 成本计算：根据车间的加工工序，和每一道加工工序所领用的辅料、主料。车间设备的加工工时等数据，计算每一个产品的成本费用，形成产品的成本台帐。 
    3.5.3 按车间、班组、员工等分类统计废次品损失的重量和成本。以及利用这成本进行同比和环比分析。 
    3.5.5 产品成本分析：计算每一个产品成本，增加和降低的成本曲线。分析每一种产品成本曲线变化的具体原因。 
    3.5.6 可按生产线、班组、机台或者个人分别统计各类费用的发生情况，实现分厂二级成本核算的信息化。

    3.6 生产统计系统

    3.6.1 工票统计

    通过计算机的相关数据进行统计分析以后，加工线23日、装配线25日反馈的班组核算表及工票计算出四项指标完成情况表，28日网上供总监、厂长及生产制造部统计查阅；从此表中能体现出四率，即定额完成率、不合格品率、工时利用率及出勤率，并于月末登记年度四项指标台帐。

定额实现率%＝（定额工时/实动工时）*100%
不合格品率%＝（不合格品工时/定额工时+不合格品工时）*100%
工时利用率%＝（实发生工时/应发生工时）*100%
出勤率%＝（实出勤工时/应出勤工时）*100%

根据工票，装配按照产品类型、机加工按照零部件类型进行分类，并将分类后的工票汇总出定额工时和实耗工时，以生产线为单位填报产品耗用工时，并于月末28日前报财务部门为成本核算提供数据。

    3.6.2 不合格品统计

    不合格品统计分析月报是根据相关数据分类统计出操作者、锈蚀碰疤、设备工装、设计、铸件、外协、外购及其它等项不合格品工时、件数及重量。

    主要经济指标表是依据不合格品统计月报和四项指标表中数据计算出机加工不合格品率、综合加工不合格品率和责任不合格品率。

机加工不合格品率%＝（机加工责任不合格品工时/合格品工时+责任不合格品工时）*100%

综合加工不合格品率%＝（全部不合格品工时/合格品工时+全部不合格品工时）*100%

根据财务报表中数据每季度填报内、外部质量损失报表，于季后第一个月6号前报股份公司管理部。

根据所统计的不合格品作出不合格品统计分析报告。

    3.6.3 成品、半成品入库单的统计

    通过计算机的相关数据进行统计分析以后，成品保管25日、半成品保管21日上报的成品、半成品入库单计算出产品产量及产值(不变价和现价)，填报产值、产量报表，并依据此表登记年度产品产量台帐，28日前上报生产制造部。生产供应科科长、厂长可在网上查阅。

    根据生产作业计划和成品、半成品入库单填报月份生产作业计划执行情况表，此表即能看出当月的产量、产品品种，又能反映当月的计划执行率。28日前上报生产制造部，各线总监、生产供应科科厂、厂长可在网上查阅，月末登记年度产量台帐。

计划实现率%＝（计划内完工产量/计划产量）*100%

    根据产值报表和财务部门的制造费用表和损益表中的有关数据填报工业增加值，次月3日前上报生产制造部。

    根据产品产值报表将产品按照125系列、100系列、170系列、螺杆系列、桶泵系列及备件分类计算出产量、不变价产值和现价产值并累计，填报机械工业产销存报表，于月末28日前上报生产制造部。

    每月25日仓库保管员根据入库单、领料单、退库单上报原材料、燃料、收支与库存量，从提供的资料中的数据填报原材料、燃料收支与库存表，于月末28日前上报生产制造部。

    根据保管员的入库单填报原材料、燃料、动力价格表，于17日上报股份公司生产制造部。每月25日仓库保管员根据入库单和出库单上报物资购进、消费总值，依据上报数据填报物资购进、消费总值月报表，于月末28日前上报生产制造部。

    3.6.4 设备运转情况统计。

    根据设备修理通知单和生产操作指示单，填报设备运转情况表，此表反映了设备应开动台时、实开动台时、维修台时、利用率。月末30日前报厂机修科，登记年度设备利用率台帐，厂长可在网上查阅。