精益生產(chǎn)管理

文/ 南京優(yōu)倍自動(dòng)化 董健 馬傳榮

隨著電子制造行業(yè)MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）應(yīng)用的迅速普及，越來(lái)越多的制造企業(yè)購(gòu)買了或者自主研發(fā)了適合自己工廠的MES，而且均定位于實(shí)現(xiàn)智能工廠（車間）的目標(biāo)。

目前全國(guó)大大小小、各行各業(yè)的國(guó)產(chǎn)MES就有數(shù)百家，國(guó)外的MES也有很多，如何在這些MES企業(yè)里找到適合自己的MES產(chǎn)品？如何參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的MES來(lái)提升自己的MES？希望本文對(duì)此起到拋磚引玉的作用。

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技術(shù)架構(gòu)

雖然絕大多數(shù)的用戶不會(huì)關(guān)心MES設(shè)計(jì)的技術(shù)架構(gòu)，但如果是好的MES產(chǎn)品，需首先必須具備先進(jìn)的技術(shù)支撐（如SOA架構(gòu)），只有先進(jìn)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)配合上可配置的模塊模組，才可快速構(gòu)建出符合不同用戶場(chǎng)景的業(yè)務(wù)功能。試想一下：在制造管理中每個(gè)人的業(yè)務(wù)愿景和管理風(fēng)格都不一樣，有的要求嚴(yán)謹(jǐn)、有的希望靈活，有的注重管控、有的專注執(zhí)行，如果沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)龍骨而無(wú)限制地堆積客制化模塊，那么再好的系統(tǒng)都會(huì)崩塌、宕機(jī)。這就是為什么西門子、達(dá)索等工業(yè)軟件產(chǎn)品大多采用SOA架構(gòu)的原因，在此基礎(chǔ)上，再配合上MVVM模式的代碼編寫(xiě)規(guī)則，往往用幾百、數(shù)千個(gè)靈活的、低耦合性的基礎(chǔ)模組就能構(gòu)建出百萬(wàn)種不同的業(yè)務(wù)功能，讓眾口不再難調(diào)。因此，對(duì)于有高要求、特別是以面向智能制造為目標(biāo)的客戶，有必要在選擇MES產(chǎn)品之前，先了解一下該產(chǎn)品的底層技術(shù)。

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基本功能

從功能涵蓋性上而言，功能全面的MES系統(tǒng)需具備產(chǎn)品和工藝管理、計(jì)劃調(diào)度生產(chǎn)管理、物料物流管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理、車間設(shè)備維護(hù)管理的五大基本模塊，當(dāng)然也應(yīng)同時(shí)包括生產(chǎn)資源管理等模塊。而面對(duì)智能制造的MES，還必須具備系統(tǒng)集成和設(shè)備接口模塊（另述），否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)部各類信息互通，并支撐智能化車間所需的智能調(diào)度、優(yōu)化、可視化等功能。這也是即將發(fā)布的國(guó)標(biāo)《數(shù)字化車間通用技術(shù)要求》、《智能工廠通用技術(shù)要求》中所明確要求的，因此，具備以上功能的MES才具備了建設(shè)智能車間的基礎(chǔ)條件。

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平臺(tái)化

市場(chǎng)上的MES主要分為基于客戶需求的項(xiàng)目級(jí)、客制化產(chǎn)品，以及通用的平臺(tái)化產(chǎn)品兩種類型。項(xiàng)目級(jí)別MES優(yōu)點(diǎn)是：個(gè)性化、適用性強(qiáng)、低成本、快速交付，但帶來(lái)的缺點(diǎn)是：開(kāi)發(fā)需求描述中會(huì)缺少行業(yè)的普遍性規(guī)則，容易造成系統(tǒng)不符合多變的業(yè)務(wù)需求及行業(yè)規(guī)則，一旦企業(yè)未來(lái)發(fā)展后有新的需求就需要投入大量的二次開(kāi)發(fā)，這對(duì)軟件架構(gòu)的穩(wěn)定性也是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。所以在條件允許的前提下，推薦選用產(chǎn)品級(jí)別的、并具有很好可擴(kuò)展性能的平臺(tái)化MES，雖然前期投入的資金、人力較大，但該類產(chǎn)品的穩(wěn)定性也將有很大的保障，降低了上線應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)、并大大延長(zhǎng)了產(chǎn)品的應(yīng)用期。

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應(yīng)用性

平臺(tái)化MES產(chǎn)品要求開(kāi)發(fā)者們能夠深入理解并且熟悉各行業(yè)的實(shí)際制造流程，甚至對(duì)主要工序的深入到的工藝也要了解，而不是僅從程序開(kāi)發(fā)的角度來(lái)設(shè)計(jì)MES。同時(shí)，開(kāi)發(fā)者們更要根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求將所有的工序流程關(guān)系梳理清楚，并按照ISA95等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建平臺(tái)化MES產(chǎn)品，以利于與其它各類標(biāo)準(zhǔn)化的軟件實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)及數(shù)據(jù)共享。以上的產(chǎn)品需求不僅需要開(kāi)發(fā)者們具有橫向的廣度，而且在應(yīng)用深度上也是選型的重要考量。優(yōu)秀、資深的MES企業(yè)應(yīng)該具備行業(yè)專家，可以根據(jù)該行業(yè)生產(chǎn)特性的需求，在軟件上依靠模塊化、可插拔等技術(shù)自由配置系統(tǒng)，促使工廠快速實(shí)施既符合行業(yè)共性，又滿足企業(yè)個(gè)性需求的MES系統(tǒng)。

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易操作性

隨著IT技術(shù)的快速發(fā)展，新的視覺(jué)感及操作正在深刻影響著用戶的應(yīng)用習(xí)慣。特別作為基于工廠實(shí)際應(yīng)用的軟件產(chǎn)品，由于用戶是基于車間層，因此需具備易學(xué)、易用、快速上手的特點(diǎn)，如：采用一目了然的界面功能圖標(biāo)、以流程引擎來(lái)推動(dòng)快速應(yīng)用的操作方式。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，每個(gè)操作人員進(jìn)入系統(tǒng)后，不管是熟手還是新手都能快速的進(jìn)入自己的應(yīng)用界面、并找到自己需要的功能菜單，并明晰與自己有關(guān)的全業(yè)務(wù)流程，并大量采用拖拉、鏈接等類似于Win7、Win10等操作模式實(shí)現(xiàn)快速、便捷的組合、拆分、放大、縮小、隱藏等操作。當(dāng)然，不僅限如此，易操作性還包括美觀、綠色、適用的界面以及既適用鼠標(biāo)又適用與觸摸屏等方式的顯示器等。

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庫(kù)房管理功能

大多傳統(tǒng)的MES只能管控到物料，而將倉(cāng)庫(kù)交給ERP或WMS進(jìn)行管理。但在近些年智能工廠的建設(shè)中，由于生產(chǎn)對(duì)柔性化、動(dòng)態(tài)性、實(shí)時(shí)性的要求更高，MES僅對(duì)物料管理已經(jīng)無(wú)法滿足這一需求，因此勢(shì)必將向倉(cāng)庫(kù)端延伸，以獲得更多管控、調(diào)度權(quán)限。
MES的一個(gè)重要作用是把各類庫(kù)房高效有序地管理起來(lái)。因為很多企業(yè)的隕落不是其產(chǎn)品或者市場(chǎng)做的不好，而是其過(guò)低的庫(kù)存周轉(zhuǎn)率導(dǎo)致大量原料、產(chǎn)品、資金積壓而造成的。MES的設(shè)計(jì)者必須將其中包括的：原材料庫(kù)、電子料庫(kù)、裝配件庫(kù)、保稅庫(kù)、外協(xié)庫(kù)、線邊倉(cāng)、物料塔、立體庫(kù)、半成品庫(kù)、成品庫(kù)等最基本的物流關(guān)系梳理清楚，并按照ISA95標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建新一代MES，以便把ERP非實(shí)時(shí)的靜態(tài)庫(kù)房變成MES實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)庫(kù)房，并且與之一一對(duì)應(yīng)、雙向同步起來(lái)。如果上了ERP系統(tǒng)還要在用WMS系統(tǒng)去和制造的數(shù)字化數(shù)據(jù)對(duì)接，這將嚴(yán)重影響到生產(chǎn)計(jì)劃的節(jié)拍，造成更多的管理資源浪費(fèi)并產(chǎn)生更多的孤島數(shù)據(jù)。所以一個(gè)好的MES系統(tǒng)必須覆蓋WMS庫(kù)房管理的基本功能，做到與ERP直接銜接。

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數(shù)字化排產(chǎn)

作為計(jì)劃調(diào)度和生產(chǎn)管理人員，他們最關(guān)心的是如何按時(shí)快速交付生產(chǎn)訂單？這就要求MES系統(tǒng)考慮如何對(duì)接ERP里面的無(wú)限排產(chǎn)MRP運(yùn)算結(jié)果？如何根據(jù)已知的工單數(shù)量、產(chǎn)線配置、工序時(shí)間、人員分布、生產(chǎn)成本、交付時(shí)間等約束條件做出MES里面的自動(dòng)APS高級(jí)計(jì)劃與排程？如何一目了然的在APS數(shù)字化排產(chǎn)界面中看到動(dòng)態(tài)的工單執(zhí)行狀態(tài)？如何自動(dòng)計(jì)算工單發(fā)料、生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)量和庫(kù)房實(shí)際物料數(shù)量的齊套性？如何將自動(dòng)APS高級(jí)計(jì)劃與排程數(shù)據(jù)發(fā)送到仿真系統(tǒng)進(jìn)行全面的模擬生產(chǎn)和閉環(huán)優(yōu)化排產(chǎn)？很多企業(yè)在數(shù)字化都沒(méi)實(shí)現(xiàn)的情況下就過(guò)高的要求上全自動(dòng)排產(chǎn)，結(jié)果導(dǎo)致大幅的人力資源投入、并引發(fā)利潤(rùn)被這些增加的成本蠶食。反之毫無(wú)數(shù)字化要求的紙質(zhì)人工排產(chǎn)勢(shì)必讓企業(yè)離智能制造的趨勢(shì)漸行漸遠(yuǎn)，最后徹底掉隊(duì)，失去了中國(guó)制造2025這個(gè)彎道超車的機(jī)會(huì)和政策紅利。以上這些數(shù)字化自動(dòng)排產(chǎn)的基本要素都是大家選擇一個(gè)適合的MES產(chǎn)品的依據(jù)。

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可視化功能

隨著中國(guó)制造水平的突飛猛進(jìn)，以前很多國(guó)外的所謂先進(jìn)制造技術(shù)在中國(guó)已經(jīng)嚴(yán)重落后了。比如傳統(tǒng)的IT人員根據(jù)使用部門固化的需求去開(kāi)發(fā)一個(gè)個(gè)水晶報(bào)表和看板的客制化模式，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今中國(guó)制造快速的個(gè)性化生產(chǎn)管理需要。再比如以前單調(diào)乏味的報(bào)表&看板的格式內(nèi)容，早就難以滿足現(xiàn)今客戶的要求和品位。好的MES產(chǎn)品可視化表現(xiàn)形式已經(jīng)越來(lái)越豐富：點(diǎn)狀圖、線狀圖、柱狀圖、餅狀圖、雷達(dá)圖、甘特圖、漏斗圖、三維圖等都不在話下。基本要求：美觀震撼、一看就懂、信息全面。
MES的可視化功能還要滿足多變的客戶報(bào)表要求、靈活的用戶參觀看板需要，越來(lái)越多的移動(dòng)端訪問(wèn)數(shù)據(jù)等，這些都在要求MES可視化背后的技術(shù)必須是便捷的組建方式：智能化可配置、客戶可任意搭建、自由拖拽方式、所見(jiàn)即所得等。

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系統(tǒng)集成能力

這里所說(shuō)的系統(tǒng)集成包括兩個(gè)方面：1、與信息系統(tǒng)的集成：作為面向智能制造的MES系統(tǒng)，系統(tǒng)集成能力應(yīng)為重要考量，這包括與SQL、ORCAL等數(shù)據(jù)庫(kù)集成，與PDM（對(duì)接BOM、工藝）、ERP（對(duì)接計(jì)劃、物料）、WMS（對(duì)接物流、運(yùn)輸）、仿真（對(duì)接數(shù)據(jù)）等軟件集成，與IOS、Android移動(dòng)端集成等。
2、與數(shù)據(jù)格式的集成：這是上面描述的那些信息集成的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，比如：XML、CSV、TXT、雙方約定的中間表、Web service、開(kāi)放的API接口等。

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設(shè)備接口能力

最近工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)等概念越來(lái)越多的被大家提及，說(shuō)白了其核心就是讓制造執(zhí)行系統(tǒng)或其他系統(tǒng)去和各種類型的物理設(shè)備做虛擬對(duì)接，并提取到生產(chǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)。類型包括下圖所示七個(gè)不同物理層的各種設(shè)備：儀器儀表、傳感器、AGV、機(jī)器人、工控設(shè)備、數(shù)控裝備、貼片機(jī)、AOI等等。一個(gè)好的MES系統(tǒng)不但能夠收集這些設(shè)備的數(shù)據(jù)，而且采用的收集方式也是以符合國(guó)標(biāo)要求和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的通用格式為主。在MES選型時(shí)請(qǐng)注意考察其數(shù)據(jù)采集的規(guī)范性和可拓展性，而不僅僅是達(dá)到暫時(shí)的目的。
各種工業(yè)總線的集成（例如OPC），其設(shè)備通訊協(xié)議例如：Profibus、Profinet、Modbus、 DF1協(xié)議、SNP協(xié)議、設(shè)備專用API、自定義等。
還有一些是直接用設(shè)備數(shù)據(jù)格式對(duì)接，例如JSON、XML、CSV、TXT等。

上文淺述了基于智能制造的新一代MES的一些特征性要求，當(dāng)然尚無(wú)法概全，這還涉及到具有行業(yè)特性的材料、工藝分析、診斷、優(yōu)化等功能。本文旨在期望通過(guò)以上闡述，對(duì)新型MES的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用起到一定的拋磚引玉的作用。

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