MES帮助企业掌控现场 突破中国制造业的软肋

2015-05-29 15:08:29 sophie
在国家大力支持物联网以及国际巨头IBM提出智慧地球后,企业开始认识到要从最基础的生产管理上提升竞争力,即只有将数据信息从产品级(基础自动化级)取出,穿过操作控制级,送达管理级,通过连续信息流来实现企业信息集成才能使企业在日益激烈的竞争中立于不败之地。
  近年来,随着面向订单生产的多品种小批量的生产模式和精益生产管理模式模式的提出,以及客户、市场对产品质量提出更高要求,MES更加得到很多制造企业重视。尤其是在国家大力支持物联网以及国际巨头IBM提出智慧地球后,企业开始认识到要从最基础的生产管理上提升竞争力,即只有将数据信息从产品级(基础自动化级)取出,穿过操作控制级,送达管理级,通过连续信息流来实现企业信息集成才能使企业在日益激烈的竞争中立于不败之地。
 
  当然,企业面对外部环境的挑战,如产品生命周期越来越短、少量多样市场变化快速且难以预测,国家的号召、政策的导向,竞争门槛越来越多(ISO/RoHS/精益/缺陷召回...),客户评审越来越苛刻,竞争对手已经开始弯道超车。同时也要面对企业内部环境的挑战,如生产单执行到哪一步?能否准时满足交付?制造工序中如何防错、防呆?在制品WIP/直通率/品质情况是否正常?紧急插单/撤单可行吗?物料来料品质如何?关键物料使用到了哪些订单上?先进先出(FIFO)如何保障?工艺路线是否最优化?生产瓶颈在那里?设备利用率如何?人员/班次产量以及标准工时?如何向客户提供完整追溯记录?等等。
 
  在物理世界中,数字技术已经得到了普遍应用,人们对数控机床、装备了数字设备的各种运输工具等早已司空见惯,但是这个浸入了数字技术的物理世界并不是一个数字化的世界,它缺少数字化的一个重要的特征-信息流。
 
  这些现象使得数字技术的效率没有得到应有的发挥,这是制造业的软肋所在,这就使得传统的制造业在实现信息化的过程中遇到了一个瓶颈-信息断层。
 
  MES就是打通这个信息断层,通过对信息实施微观掌控,从而实现精细化管理,由此来达到提高效率的目的。MES是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁,计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。 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,对随时可能发生变化的生产状况作出快速反应。它强调是精确的实时数据。MES改善设备投资回报率,以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。
 
  MES是车间执行管理系统,主要是追踪、监督、控制、管理。实现上层ERP管理与底层PCS(Process Control System)控制层之间的实时通信和指令执行,并与企业内其它制造管理信息系统进行信息传输与交换,实现企业信息无缝集成。
 
  越往制造深度应用,行业性要求就越高,所以,我们就要对行业进一步深入研究。所以MES对于离散行业和流程行业各有专注:
 
  离散行业的MES:
 
  在过程管理与控制方面:通过对过程的离散事件动态监控,自动纠正生产操作或提供决策支持,以实现生产调度要求;在出现例外或生产进程偏离太大时,及时报警相关人员使其采取相应的措施。
 
  在生产调度与任务派工方面:根据工厂设备实际加工、运输、存储能力的变化,制定并优化生产的具体过程及各设备的详细操作顺序;为了提高生产柔性,生产任务根据生产执行具体情况及设备情况,结合资源配置进行现场动态分配。
 
  在资源配置和状态控制方面:提供各种资源的实时状态,与任务分配紧密协调,为各生产工序配置工具、设备、物料、文档等资源,保证各操作按调度要求准备和执行。
 
  在质量管理方面:跟踪产品原料、各加工的零件的设备、操作人员、工序批次等,为产品的使用、改进设计及质量控制提供依据;根据检测结果确定产品问题、提供相应的决策支持。
 
  在维护管理方面:管理和指导设备、工模具的维护活动,却报其可用。
 
  在劳动力管理方面:提供人员的状态和相关的信息,跟踪个人的工作执行情况,为操作人员提供决策支持。
 
  在文档管理方面:管理产品的设计、操作流程、工艺说明等;根据任务分配,为生产工序提供相应的程序和信息等。在数据采集方面:获取各工序、设备、物料、产品等数据,并汇总成其它系统、管理者所需的信息。
 
  在性能分析和模拟方面:分析对比资源利用率、资源可用性、产品加工周期等的实际与标准的对比分析,做出相应的评估;通过模拟仿真为生产调度提供可视化的分析。
流程行业的MES:
 
  在过程管理与控制方面:与数据采集、质量控制底层控制系统进行实时通信;以控制层的控制能力为基础,提供各种先进的算法,实时地监控生产动态过程按调度要求安全、稳定地进行;提供对生产失控或出现故障的实时报警,并能采取相应得紧急措施。
 
  在生产调度与任务派工方面:根据生产计划,综合流程的实际能力、物料与能源的供应可用、预防维护及切换线的代价等因素,制定生产的具体班次安排、生产进度安排等;由于产品的生产周期长、切换较少,以及流程设备柔性小,所以各任务的加工设备在调度时已经确定。
 
  在资源配置和状态控制方面:由于生产存在波动变化的特性,为了保证生产连续、顺利进行,实时地监控生产过程的资源和设备状态,按调度要求安全、稳定地进行;并提供对生产波动或出现故障的实时预警。
 
  在质量管理方面:把直接或间接质量测量及分析结果实时反馈,保证产品符合行业标准和客户要求,跟踪产品原料的相关的信息、生产控制参数和配方、质量检测结果及相关的批次号和数量。
 
  在维护管理方面:管理和指导设备、工具的维护活动;根据数据采集的数据进行故障分析和诊断。
 
  在劳动力管理方面:提供人员的状态及所在班次等相关的信息,跟踪个人的工作执行情况,为操作人员提供决策支持。
 
  在文档管理方面:管理产品的配方、工艺流程、控制参数、相关行业标准、污染控制标准。在数据采集方面:及时为其它系统提供所需的数据,从工厂层实时地采集数据,并进行数据校验及数据格式的转换等处理;为管理者、上层如计划系统提供所需的信息。
 
  在性能分析和模拟方面:产品的相关的数据、能源耗费、设备的使用情况进行综合评估;依据采集的数据建立、修正生产模型,使其真实有效的反映实际生产过程,通过模拟仿真可视化的分析、改善控制效果。
 
  我们在实施MES系统,首先应进行精益思想的现场改善,再考虑在“料、法、机”的思路才能成功应用MES系统。所谓“料”,就是产品的生产日程安排、物料批次跟踪、关键工序管理、原辅料管理和生产统计分析。所谓“法”,就是:质量检验数据采集、过程分析、SPC。所谓“机”,就是:设备状态监控、设备基本信息管理、设备故障分析、设备任务管理、设备统计分析等。
 
  在实施MES系统,也要特别注意行业的特点,如:
 
  汽车与零配件行业:需要确保质量TS16949,客户订单跟踪,需要制造的生产历史记录,优化机器的性能,物料JIT拉动与配送管理与过程与监控等。采用JIT精益生产方式。
 
  需要实现具体功能:条码化物流管理,以及生产全过程控制与100%追溯以及防错。主要实现: 供应商来料跟踪、物料批次管理FIFO、标准容器管理与标识、看板管理与下达、物料JIT配送到工位、装配防错验证、工装夹具防错验证、与SCADA/PLC完全集成、设备报警与预警、ANDON管理、与ERP完全集成。
 
  电子行业,希望采用MES进行物料管理、SMT上料对料管理,产品的装配,老化、测试、包装管理,以满足产品召回以及追溯的需求。
 
  主要实现功能:供应商远程条码打印标签,IQC处理,先进选出库存作业,Feeder管理
 
  SMT上料/对料/追溯作业,禁用、限用料管理,DIP、MAC、装配、老化、测试管理,与测试系统集成,客户条码标签定制,成品入库及发货管理,客户数据EDI-FTP自动上传,向ERP工单报工等。
 
  光伏行业,对其产品有严格的追溯性需求,希望能保留至少15年的制造数据用于客户服务。主要实现:电池片的来料批次记录,选片及IQC处理,各装配站批次数据采集以及防错扫描各测试站的数据上传以及结果判定,产品分级(外观/功率),产品包装作业,客户标签输出以及效验,出货等级自动筛选匹配,电子看板数据发布,异常作业流程支持。
 
  还有流程行业包括啤酒、化工、炼油、制药等,通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法,使原材料增值。最终产品类型有固体、液体、能量和气体,通常以批量或连续的方式进行生产。物料和物料之间的数量关系可能随温度、压力、湿度、季节、人员技术水平、工艺条件不同而不同。其次,在每个工艺过程中,伴随产出的不只是产品或中间产品,可能细分为主产品、副产品、协产品、回流物和废物。描述这种产品结构的配方还应具有批量、有效期等方面的要求。流程工业企业的特点是品种繁多、固定、批量大,生产设备投资高,而且按照产品进行布置,通常设备是专用的,很难改做其他用途。工艺流程复杂,多条路径,串行、并行和混合路径进行。流程工业企业的原材料和产品通常是液体、气体、粉状等。因此,存储通常采用罐、箱、柜、桶等进行存储。物料类别多,数量大,价值高。库存控制,调运优化意义重大。流程工业企业采用大规模生产方式,生产工艺技术成熟,生产自动化设备比较成熟。由于生产需求、原料供应、能源供应等变动及设备故障等原因,使得计划经常变动,原计划执行十分困难。流程工业对物资的管理需要有严格的批号。需要记录从原材料、供应商、中间品以及销售给用户的产品,产品质量与产量均需要回溯。
 
  如有色金属加工行业,考虑APS、熔铸的投料管理、铸轧管理、热轧管理、冷轧管理、精整管理、包装管理、废料管理、设备管理等。还有医疗设备与医药行业的遵守FDA、GMP,批量跟踪,需要制造的生产历史记录,工作指令管理,需要确保质量,性能分析,产品跟踪/产品系列清单,配方管理,文档控制。 食品和饮料行业的批量跟踪,需要确保质量,遵守FDA,配方管理,需要增加产量和收益。
 
  总之,MES是业务应用系统与PCS集成的平台桥梁:
 
  (1)向ERP提供实际生产数据,如成本、周期时间、产出等其它生产数据。
 
  (2)向APS提供实际的订货状态、生产能力、班次等实时变化的约束。可以成功实时重排优化计划排程。
 
  (3)向销售服务系统提供生产设备及能力可以成功进行交货期的承诺CTP和报价。
 
  (4)向工程研发提供产品产出和质量的实时数据,便于CAD/CAM做出适当调整。
 
  (5)向过程控制PCS提供生产设备以优化的方式进行生产的工艺规程与指令,并下载。
 
  当然,可视化工厂很重要,人机交互也很实用,但是,动态复杂的车间现场,更应该利用人工智能及智能运筹APS,以人工干预的方式进行远程控制则不具备决策自动化能力,应该实现以决策自动化为主的管理控制系统。
 
  虽然在APS软件里融入了MES部分功能,MES软件也融合部分APS功能,形成互相融合,也就是体现了计划与执行的区别在多变的时代更加模糊。MES系统需要结合APS系统,来达到感知,即感受到又要智能决策:MES与APS在物联网或智慧地球的世界里,所承担的角色和任务还是有侧重点的,以下图示就说明了工厂级的APS与MES的分工,但是,APS还承担着供应链级(多工厂制造、分销、物流、运输、配送等)优化功能。
 
  ERP等业务系统也在向执行层渗透,PCS过程控制系统也在向计划层渗透。实际上MES受到上下的挤压,所以MES在实际行业运用中各有不同。现在,作为一个集成计划层和控制层的中间的平台,MES从单一功能的MES已转向集成的MES,向计划层与控制层扩展;利用最新技术发展为敏捷的MESII。
 
  掌控现场,我们可以感知目标:搜索、发现目标,跟踪、监视目标;对目标的自动识别;对状态趋势的预测与控制;高效的决策;来完成目标,对KPI评估。只有MES和APS的融合,冲出数字化,让我们展望为未来吧,迎接物联网和智慧地球的智能时代到来。