【牛工厂】MES的行业应用MES系统的实施准备

    MES的应用，要充分考虑到企业的具体情况，以谋求最合适的信息化解决方案。
　　企业的生产方式，主要可以分为按定单生产、按库存生产或上述两者的组合。从生产类型上考虑，则可以分为批量生产和单件小批生产。从产品类型和生产工艺组织方式上，企业的行业类型可分为流程生产行业和离散制造行业。
　　典型的流程生产行业有医药、石油化工、电力、钢铁制造、能源、水泥等领域。这些企业，主要采用按库存、批量、连续的生产方式。典型的离散制造行业主要包括机械制造、电子电器、航空制造、汽车制造等行业。这些企业，则既有按定单生产，也有按库存生产；既有批量生产，也有单件小批生产。
　　MES系统，无论从功能模型还是信息模型以及相关技术上，都覆盖了流程生产行业和离散制造行业。但是，无论从工艺流程还是生产组织方式方面，流程生产行业和离散制造行业都存在较大的差别。所以，在MES具体实施上，要根据行业特征区别对待。

　　行业的需求差异

　　流程生产行业，主要是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。通常，他们以批量或连续的方式进行生产。而离散工业主要是通过对原材料物理形状的改变、组装，成为产品，使其增值。在MES需求、应用环境等诸多方面，两者都有较大的差异。

　　产品结构
　　离散制造企业的产品结构，可以用“树”的概念进行描述——其最终产品一定是由固定个数的零件或部件组成，这些关系非常明确并且固定。流程企业的产品结构，则有较大的不同，它们往往不是很固定—上级物料和下级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。
　　在流程生产行业MES中，一般采用配方的概念来描述这种动态的产品结构关系。其次，在流程生产行业每个工艺过程中，伴随产出的不只是产品或中间产品，还可能细分为主产品、副产品、协产品、回流物和废物。MES在描述这种产品结构的配方的时候，还应具有批量、有效期等方面的要求。

　　工艺流程
　　面向订单的离散制造业，其特点是多品种和小批量。因此，生产设备的布置不是按产品而是按照工艺进行布置的。例如，离散制造业往往要按车、磨、刨、铣等工艺过程来安排机床的位置。因为每个产品的工艺过程都可能不一样，而且可以进行同一种加工工艺的机床有多台。因此，离散制造业需要对所加工的物料进行调度。并且中间品需要进行搬运。
　　流程生产行业企业的特点是品种固定，批量大，生产设备投资高，而且按照产品进行布置。通常，流程生产行业企业设备是专用的，很难改作其他用途。MES系统规划的时候，要考虑到不同行业生产设备布置的特点，做好配置。
　　离散工业企业的原材料主要是固体，产品也为固体形状。因此，存储多为室内仓库或室外露天仓库。流程生产行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，并且多数存储的数量可以用能转变为电信号的传感器进行计量。MES系统，可以从这些传感器获得必要的信息。

　　自动化水平
　　离散制造业企业由于是离散加工，产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平。离散制造业企业自动化主要在单元级，例如数控机床、柔性制造系统。因此，离散制造业企业一般是人员密集型企业，自动化水平相对较低。
　　流程生产行业企业，则大多采用大规模生产方式，生产工艺技术成熟，广泛采用PCS（过程控制系统），控制生产工艺条件的自动化设备比较成熟。因此，流程生产行业企业生产过程多数是自动化的，生产车间的人员主要是管理、监视和设备检修。

　　生产计划管理
　　主要从事单件、小批量生产的离散制造业企业，由于产品的工艺过程经常变更，它们需要具有良好的计划能力。对于按订单组织生产的企业，由于很难预测订单在什么时候到来。因此，对采购和生产车间的计划就需要很好的生产计划系统，特别需要计算机来参与计划系统的工作。只要应用得当，在生产计划系统方面投资所产生的效益在离散制造业可以相当高。
　　流程企业，主要是大批量生产。只有满负荷生产，企业才能将成本降下来，在市场上具有竞争力。因此，在流程生产行业企业的生产计划中，年度计划更具有重要性，它决定了企业的物料需求。

　　设备
　　流程生产行业的产品比较固定，而且一旦生产就有可能是十几年不变；机械制造等行业的产品，寿命相对要小得多。体现在设备上，流程企业的设备是一条固定的生产线，设备投资比较大、工艺流程固定。其生产能力有一定的限制，生产线上的设备维护特别重要，不能发生故障。离散加工业则不是这样，可以单台设备停下来检修，并不会影响整个系统生产。

　　批号管理和跟踪
　　流程生产行业的生产工艺过程中，会产生各种协产品、副产品、废品、回流物等，对物资的管理需要有严格的批号。例如，制药业中的药品生产过程要求有十分严格的批号记录和跟踪，从原材料、供应商、中间品以及销售给用户的产品，都需要记录。一旦出现问题，企业要可以通过批号反查出是谁的原料、哪个部门、何时生产的，直到查出问题所在。而离散制造业一般对这种要求并不十分强调，虽然现在很多离散制造业企业也在逐渐完善批号跟踪管理。

　　MES的应用特点

　　流程生产行业企业与离散制造业企业之间的上述差异，导致MES在面向离散制造业和流程业的应用有所区别。

　　对MRPII/ERP的要求不同
　　MES处于企业的计划执行层，从MRPII/ERP层接受计划指令，并向MRPII/ERP反馈信息。因此，无论流程生产行业还是离散制造行业，MES都要与MRPII/ERP建立紧密的信息集成。
　　目前，市场上的大多数MRPII/ERP系统是在离散制造业发展过来的，对离散制造业比较适合。适用于流程生产行业的ERP产品，目前还很少。MRPII/ERP系统所用的一些术语、提供的管理概念与流程企业的概念习惯不一致。因此，流程企业与离散制造业是有区别的，流程企业的ERP需要专门对待。
　　流程生产行业和离散行业的MRPII/ERP的不同要求，主要表现在：
　　两者对于生产模型的要求不同——流程生产行业中体现了以配方为核心的生产模型，而离散行业中体现了以产品BOM为核心的生产模型。
　　生产计划方式方面，流程企业根据市场的需求进行生产的观念已经逐步加深。但一般情况下，特别是对市场需求量大的产品，是“以产促销”——通过大批量生产，降低成本，提高竞争力。因此，作为流程企业生产计划的依据，主要是市场预测。离散企业一方面可以根据定单进行生产，另一方面也可以根据市场预测作为生产计划制订的依据。离散企业的MRPII/ERP系统向MES下达作业计划指令主要以“工作令”（Job Order或Work Order）的方式，而流程企业的作业计划下达主要以指令计划形式方式。
　　成本核算方式方面，离散企业的计算产品成本是按照产品BOM所描述的加工装配过程，从低层向高层逐层累积得出的。这种按照成本发生的实际过程计算成本的方法称为逐层累积法，或称成本滚加计算法(cost roll-up)，它反映了产品增值的实际过程。流程企业的成本核算方式一般采用平行结转法，在其成本组成中，生产成本中占比例最大的是原材料。通常，原材料占产品成本的70%～80%，人工成本所占比例较小，约占2%～5%，其他为分摊成本。

　　作业计划调度
　　离散企业的生产作业计划调度，需要根据优先级、工作中心能力、设备能力、均衡生产等方面对工序级、设备级的作业计划进行调度。这种调度，是基于有限能力的调度并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确地计算工序的开工时间、完工时间、准备时间、排队时间以及移动时间。通过良好的作业顺序，可以明显地提高生产效率。
　　流程企业的产品，是以流水生产线方式组织、连续的生产方式，只存在连续的工艺流程，不存在与离散企业对应的严格的工艺路线。因此，在作业计划调度方面，不需要也无法精确到工序级别，而是以整个流水生产线为单元进行调度。从作业计划的作用和实现上，比离散企业相对简单。

　　数据采集
　　MES的数据采集功能，可以实现对生产现场各种数据的收集、整理工作，是进行物料跟踪、生产计划、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。
　　离散企业的数据采集，以手工上报为主，并可以结合条形码采集等半自动信息采集技术进行工时、设备、物料、质量等信息的采集。这种数据采集方式，时间间隔较大，容易受到人为因素的影响，要特别注意保障数据的准确性。
　　流程生产行业的自动化程度较高，设备控制级大量采用DCS、PLC。在检测驱动方面，各种智能仪表、数字传感器已普遍应用；过程控制则广泛采用以小型机为主的自动控制系统。传统的“计、电、仪”分工界限已不再明显，计算机技术的应用已深入各个领域。这些自动化设备，能自动准确记录各种生产现场信息。对于MES而言，重点在于系统构建的时候与这些自动化设备做好数据接口。

　　作业指令的下达
　　在离散行业的MES 中，将作业计划调度结果下达给操作人员的方式一般采用派工单、施工单等书面方式进行通知，或采用电子看板方式让操作人员及时掌握相关工序的生产任务。作业计划的内容，包括该工序的开工、完工时间、生产数据等方面。

　　流程生产行业的MES中，不仅要下达作业指令以及PDI（Panel Data Interface，面板数据接口）数据，而且要将作业指令转化为各个机组及设备的操作指令和各种基础自动化设备的控制参数（例如PID控制参数——Proportional Integral Derivative，比例积分微分控制），并下达给相应的PCS系统（Production Control System，生产控制系统）。

　　反冲处理
　　流程生产行业的生产完工上报，广泛采用反冲处理。一般在工艺流程的最后设置完工上报点，而对前面工序流程实行反冲处理，如人工工时反冲、设备工时反冲、物料反冲，从而对在制品和成本进行跟踪。
　　离散制造中的完工上报，一般对每道工序都要进行上报，或在关键工序设置反冲点，对前面工序进行反冲处理。
　　MES系统在配置相应模块的时候，要注意这些差异，以符合企业的需求。

　　设备管理
　　离散行业的生产设备的布置，不是按产品而是按照工艺进行布置的。可以进行同一种加工工艺的机床一般有多台。单台设备的故障不会对整个产品的工艺过程产生严重的影响，一般需要重点管理关键、瓶颈设备。
　　在流程生产行业的流水线生产中，生产线上的设备维护特别重要，每台设备都是关键设备，不能发生故障，一台设备的故障会导致整个工艺流程的终止。

　　库房物料管理
　　离散行业中，一般对半成品库也设有相应的库房，各工序根据生产作业计划以及配套清单分别进行领料。
　　流程生产行业中，对连续生产方式，一般不设中间半成品库房，配方原料的库位一般设置在工序旁边。配方领料不是根据工序分别领料，而是根据生产计划一次领料放在工序库位中。

　　质量管理
　　无论离散行业还是流程生产行业的质量检验和管理都相当重要，但在MES中对质量检验和管理的方式有所区别。离散行业中，对单件小批生产，一般需要检验每个零件、每道工序的加工质量；对批量生产，一般采用首检、抽检、SPC分析相结合。
　　流程生产行业中，一般采用对生产批号产品进行各工序上的抽样检验。
　　当然，在每个行业的不同生产方式和生产类型中（例如离散行业的单件小批或大批大量生产，在医药、化工、钢铁等不同流程生产行业），MES的应用还存在一些差别，仍然需要根据各自特点进行综合分析。

    在引入MES系统的过程中，实施是一个极其关键却经常被忽视的环节。将MES系统导入到企业的运作体系之中，企业需要先完善管理基础，根据自身情况选择好“合身”的MES软件系统，而后采用科学的实施方法充分准备，才能促使MES正式运行、发挥效用。
　　在引入MES系统的过程中，实施是一个极其关键也是经常被忽视的环节。MES项目，只有夯实管理基础并在一定的科学方法指导下实施，才能够成功实现企业的应用目标。

　　MES的管理基础

　　要想充分发挥MES系统的功效，企业需要先健全自身的管理体系——没有严格的管理约束机制，MES系统信息的及时维护就难以保证；没有先进的管理模式，MES整理出来的信息就不能得到有效利用，从而也不能产生效益。因此，信息技术可以成为提高企业管理水平的有效手段，但不会自动地解决企业的管理问题。要想成功实施MES，企业必须先在管理上下功夫——与MES密切相关的工作，包括车间环境、职责分工以及人员保障等方面。

　　定置，改善车间环境
　　定置，是指通过对生产和工作环境的分析，把生产和工作需要的物品按照工艺的需要科学地确定位置。定置管理，则是指对现场物品定置的设计、组织、实施、控制，使现场管理达到科学化、规范化、经常化的全过程。定置管理为生产者在较短的时间内用较低的成本制造出高质量产品提供良好的客观条件。通过定置管理，理顺物流，可以为MES的实施提供良好的车间环境。

　　合理分工、明确责职
　　“计算机能够解决一切管理问题。”——这是相当一部分企业领导在实施MES时的一个误区。事实上，许多企业面临的管理问题是不可能靠计算机来解决的，必须靠企业自身通过科学的组织、严格的规章及有效的控制来解决。计算机只能通过信息的获取与加工、一定的流程控制来支持企业管理思想的贯彻。
　　有些企业的组织结构不合理、职能相互重叠，其结果是责任不清、相互扯皮。这一方面妨碍了MES的顺利实施，另一方面也难以保证MES正常高效地运行。因此，在实施MES时，必须对企业的业务流程进行合理重组，去除重叠的部门责能，减少无效劳动，合理分工、明确责职。这样既可以简化MES软件的权限设置和流程控制，又能够保证信息处理的及时性，为MES的实施提供组织保证。

　　提供人员保证
　　MES系统实施，通常涉及到计算机人员、企业管理人员、车间现场操作人员和具体业务人员等方面。不仅涉及面广，而且各类人员的文化水平、业务能力、计算机应用水平也参差不齐。因此，为了保证MES的顺利实施，必须对相关人员进行足够的培训。
　　对不同类型、不同层次人员的培训方式应有所不同。实际上，在整个MES实施过程中，培训工作是贯彻始终的。不仅要在实施准备阶段进行原理培训，而且在实施准备、模拟运行与试运行、切换运行、新系统运行过程中也要进行有关培训，如软硬件产品培训、系统管理员培训和持续扩大培训等。只有企业员工对MES软硬件产品有了一定的了解，才能够保证系统最终的顺利实施和应用。
　　完善了管理环节，就可以考虑实施MES项目了。一个典型的MES实施进程，主要包括前期工作、实施准备、模拟运行与试运行、切换运行以及新系统运行几个阶段，如图1所示。

 

　　图1 典型的MES实施进程

　　项目前期，打好基础

　　项目前期，是指MES软硬件安装之前的阶段。这个阶段非常重要，关系到项目的成败，但往往为实际操作所忽视。这个阶段的工作主要包括前面提到的MES培训、车间现场问题诊断、需求分析以及软件选型等方面的工作。
　　车间现场问题诊断，是指由企业的高层领导、车间（分厂）领导和项目组人员用MES的思想对车间（分厂）现行业务流程和存在问题进行评议和诊断，寻求解决方案，用书面形式明确预期目标，并确定评价实现目标的标准。
　　需求分析方面，企业需要理智地进行分析以下问题：

　　◆企业当前最迫切需要解决的问题是什么，MES系统是否能够解决？
　　◆MES系统的投资回报率如何？
　　◆在财力上，企业能不能支持MES的实施？
　　◆上MES的目的所在，系统到底能够解决哪些问题、达到哪些目标？
　　◆基础管理工作有没有理顺或准备在上MES之前让咨询公司帮助理顺？人员的素质够不够高？

　　认真考虑以上问题之后，企业应该将分析结果写成需求分析和投资效益分析正式书面报告，从而做出是否上MES项目的正确决策。

　　实施准备，“软”“硬”兼顾

　　在运行MES系统之前，要准备并录入一系列基础数据，部分基础数据是在运用系统之前往往没有或未明确规定的，故需要做大量分析研究的工作。基础数据通常包括产品结构、物料（包括物料编码规则、零件、毛坯、在制品、刀具、工装、工具、量检具等）、工艺路线、加工工时、物料库存、设备与人员资源、各种例外代码与原因代码等信息。
　　在MES系统安装和实施之前，必须把网络系统建设好。MES所需的网络，除了一般的局域网外，还涉及车间现场数据采集与控制网络。车间现场网络可采用多种形式，如工业以太网、现场总线、RS-485网络或RS-232网络等。具体的网络形式，应根据数据采集系统的要求来确定。
　　在人员、基础数据和网络基本准备好的情况下，可以将系统安装到车间（分厂）和相关的业务部门中，并进行一系列原型测试。原型测试用企业的典型数据对软件功能进行测试，也称计算机模拟。
　　由于MES系统是信息集成系统，所以在测试时，应当是全系统的测试，相关部门的人员都应该同时参与，这样才能理解各个数据、功能和流程之间相互的集成关系，找出不足的方面，提出解决问题的方案，以便接下来进行补充开发、二次开发或用户化。
　　由于行业与企业的特殊性以及MES系统的成熟性问题，在系统原型测试后常常会发现许多问题以及部分功能上的不足，需要对系统进行补充开发与二次开发。由于MES与ERP、数据采集系统、DCS系统等有数据集成要求，因此，为了简化数据准备时间，必要时应在系统二次开发的同时进行系统的集成开发。

　　MES软件的选型

　　目前，国内市场上的大部分MES软件还不是很成熟。因此，软件选型对MES项目的成败有重要影响。MES软件通常可分为三类：具有标准功能的、成熟的商品化软件；为满足特定需要而专门设计开发的软件；标准产品和其它系统的集成软件。
　　在选型过程中，首先要“知己知彼”。知己，就是要弄清楚企业的需求，即先对车间（分厂）本身的需求进行细致的分析和充分的调研；知彼，就是要弄清MES软件的管理思想和功能是否满足企业的需求。这两者是相互交织进行的，可以通过软件先进的管理思想来找出企业现有的管理问题。
　　企业要调查好行业、企业或车间（分厂）的特殊要求，根据这些要求来设计流程和功能，从“用户化”和“本地化”的角度来为MES选型。下面这些因素，需要重点注意：

　　厂商能力要过硬
　　MES产品，需要一个复杂的过程才能生产出来。如同我们考察制造企业一样，我们同样要看MES厂商的性质和开发能力，看看厂商的管理是否规范，工作是否严谨等，看看厂商是否有一支完整的开发队伍、实施队伍和系统维护队伍–从系统分析师、系统设计师、软件编程员、系统测试员、实施顾问直到系统维护人员。

　　产品要简单易用
　　MES软件产品，主要是为车间（分厂）的现场管理人员所使用的，这些现场管理人员不是IT人员，他们的文化水平通常也不高。所以，MES产品的使用要很方便，几乎要做到只要熟悉自己的业务就能使用软件系统，要将技术屏蔽在后台。

　　适应性要好
　　MES产品可在流程制造业、离散制造业应用。流程制造业和离散制造业又可细分为许多行业。即使同一行业，由于生产批量和产品定货方式的不同，其生产的组织方式也各不相同，其对MES产品要求也不完全相同。另外，同一企业的生产组织方式也不是一成不变的，也会随着企业的发展变化而变化。

　　通常，成熟的产品常有较多的应用，其适应性也相对较好。适应性较好的MES软件，用户可以根据需要自行进行系统配置，以协调企业在应用范围、组织结构、用户权限甚至业务流程等方面的变化。
　　因此，企业最好选择有一定成熟度的产品，至少在本行业是有过应用的，哪怕是失败的应用。因为失败的教训也是财富，这点不仅对软件公司，对用户也是一样。

　　扩展、集成要可靠
　　现在，企业实施信息与自动化系统都不是单一的一套系统，从制造业早期的财务管理软件、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺（CAPP）、产品数据管理（PDM）到企业资源计划（ERP）、办公自动化（OA）、集散控制系统（DCS），企业或多或少都会使用其中多套软件系统。为了防止出现信息孤岛问题，MES软件产品不仅在功能上要满足企业现在的需求，还要能尽可能满足未来的需求，这就要求软件具备一定的扩展性，将来能够和其他的系统（如ERP、DCS等）进行集成，以适应企业信息化整体的需求。

　　产品升级要保障
　　MES软硬件产品的升级，是一项必须要考虑的因素。IT技术发展速度日新月异，从开发平台到网络技术都在迅速改变，所以软硬件的更新速度也非常快。能否及时给企业使用的MES产品升级，而且是在不影响正常工作的前提下平滑升级，是判断产品好坏的基本条件之一，也是企业日后持续稳定应用的基本保障。

　　价格体系要明晰
　　大型软件产品的价格，很难说单一价格，大多数都是有一个体系构成的，分别包括软件产品价格、实施指导价格、客户化价格、二次开发价格、年服务费等。所以，一定要搞清楚供应商的价格体系，其中具体包括哪些项目。软件产品价格方面，各个厂商的数据都是比较明晰的。而其他部分的价格，就各有千秋了。现在行业内还没有统一的标准，基本上是各家软件公司自己定的，有的按人天计费，有的按人月计费等等。

　　运行阶段的管理

　　在用户基本掌握系统功能的基础上，企业可以将各种必要的数据录入或导入系统。带着车间（分厂）日常工作中经常遇到的问题，组织项目小组进行实战性模拟。此时，要对测试和模拟中发现的不合适系统界面与报表进行用户化。

 

　　图2 MES系统运行前后业务人员的工作量对比

　　在模拟运行和制定工作规程的基础上，可以对系统进行试运行。试运行时既要按原来的手工管理模式进行操作，同时又要按MES的管理模式进行操作。此时，相关业务人员的工作量就会增加，特别是那些需要进行大量人工数据录入的工作岗位，工作量会大大增加，如图2所示。对此，企业领导需要采取相应的对策。
　　切换运行是指把原来并行运行的业务切换到只有MES单系统运行。系统切换要根据企业的条件来决定应采取的步骤，可以各模块平行一次性实施，也可以先切换一两个模块。在这个阶段，所有最终用户必须在自己的工作岗位上使用终端或客户机操作，处于真正应用状态。原则上，系统并行运行的时间不宜过长，在条件合适的情况下尽早切换。
　　一个新系统被应用到企业后，实施的工作其实并没有完全结束，而是将转入到业绩评价和下一步的后期支持阶段。这是因为我们有必要对系统实施的结果做一个小结和自我评价，以判断是否达到了最初的目标，从而在此基础上制定下一步的工作方向。
　　由于市场竞争形势的发展，将会不断有新的需求提出，再加之系统的更新换代，数据量的快速增加，IT技术的进步都会对原有系统构成新的挑战。所以，无论如何，都必须在巩固的基础上，通过自我业绩评价，制定下一目标，再进行改进，不断地巩固和提高。