基于精益供应链的制造执行系统MES的研究

　　      制造执行系统MES是以条形码技术、RFID等技术为核心的信息化综合解决方案，是构建与实施精益供应链管理的重要环节，可大大提高企业生产效率，实现企业供应链的赢利能力。

　　　　1 精益供应链MES及其实施的意义

　　　　1.1 国内外MES的研究现状

　　　　MES是美国管理学界90年代提出的新概念。美国先进制造研究机构AMR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。由于MEs强调控制和协调，使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能使计划落实到执行系统。因此MES在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了巨大的经济效益。企业认识到只有将数据信息从产品级取出，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全集成才能使企业在日益激烈的竞争中立于不败之地。

　　　　MES作为生产形态变革的产物，其大多源自工厂的内部需求。传统的MES(-MES)就是从70年代的零星车间级应用发展起来的，在积累了相当的经验后，逐渐形成了一些从事MES开发的专业公司。通常他们都是针对特定的生产类型，或特定的功能需求而开发出较为标准化的MES，并拥有了一定的市场份额。MES虽然它的提出是在MRPⅡ/ERP之后，处在控制层和计划层中间的执行层，它在计划层的控制下，从底层控制系统采集与生产有关的实时数据，并进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。

　　　　MES系统主要有专用MES系统和集成MES系统两类。若现有系统是专用系统，它就是针对某个特定领域的问题而开发的系统，如车间维护、生产监控、有限能力调度或是SCADA等。它的系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。若现有系统是集成MES系统，则具有良好的集成性，能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和原有系统的保护以及即插即用(P&P)等功能。企业则可以从一些成熟的、扩展性好的套装软件中选择适合自己企业需要的软件系统。

　　　　1.2 研究和实施MES的意义

　　　　21世纪的企业面临着日益激烈的国际竞争，企业普遍认为要想赢得市场就必须通过实施MRPII/ERP来加强管理。然而上层生产计划管理受市场影响越来越大，明显感到计划跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求，面对更多产品的改型，订单的不断调整，企业决策者认识到，计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态，而不能完全以物料和库存回报来控制生产。

　　　　同时MRPⅡ/ERP软件主要是针对资源计划，这些系统通常能处理昨天以前发生的事情(作历史分析)，亦可预计并处理明天将要发生的事件，但对今天正在发生的事件却往往留下了不规范的缺口。而传统生产现场管理只是一个黑箱作业，这已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此，如何将黑箱作业透明化，找出任何影响产品品质和成本的问题，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率，已成为目前每个企业十分关心的问题。制造执行系统(MES)恰好能填补这一空白。

　　　　MES是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供一种系统的在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式，从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。

　　　　随着企业生产模式逐渐向敏捷制造发展，企业业务流程重组(BPR)的实施、企业环境的异构性以及企业间动态联盟的组建等等对MES又提出了更高的要求，传统的MES解决方案难以适应精益供应链对于制造环节的要求，面向精益供应链MES不仅要费用合理更要具有良好的适应性(adptable)、可重构性(reconfigurable)和可集成性(integratable)，因此，国外许多组织和研究机构开始研究面向精益供应链中制造执行系统MES的研究。

　　　　2 基于精益供应链的MES系统解决方案的构建

　　　　2.1 MES的系统架构设计

　　　　针对企业目前存在的种种生产现场管理中的弊端和企业生产现场管理的种种需求，结合制造执行理论、精益生产、6 Sigma、看板管理等先进管理思想，以及先进的IT技术，MES系统必须包含原材料上线到成品入库的生产过程进行实时数据采集、控制和监控的全过程。精益供应链MES系统是从生产计划的下达，到成品的出货的整个过程进行实时数据采集、监控、管理的软件系统。以MES软件为核心，将数据采集技术、移动计算技术、自动化控制技术、数据库技术;敏捷制造、精益生产、工业系统工程理论有机结合，填补从ERP为代表的计划层到以HMI为代表的控制层之间的沟壑，实现生产现场透明化管理。根据这种设计思想，其系统架构设计如图1所示。

　　　3.2 MES实施方案

　　　　3.2.1 MES系统架构设计

　　　　根据MES的相关理论以及该企业的实际情况的需求，其MES系统架构及功能设计如图3所示。

　　　　3.2.2 MES实施技术与方法

　　　　(1)原材料仓库。原材料实施批次管理。产生并打印原材料入库批次条码，采集原材料供应商、PO、送货日期、数量、批次等基础信息，粘贴条码到实物，并随实物入库、领用出库，为产品追踪追溯提供源数据。

　　　　(2)生产车间。在生产车间，通过扫描流程卡条码，采集金属车间加工产出数据(工序、良品数、报废数、不良原因)等。

　　　　(3)装配车间。按生产工单产生并打印产品SN条码，在组装零部件工位，扫描零部件批次或SN条码，采集产品组装信息;通过扫描不良代码，采集产品检测信息;包装完成后，产生卡板信息，建立产品SN与卡板对应关系，等待入库。

　　　　(4)成品仓库。在入库环节，收集栈板信息并控制打印栈板条码，然后由RFID系统将成品信息通过RF网络传送给仓库，接收生产线信息。在出库环节，接收生产线信息并产生出货清单，根据出货清单重新装并板。

　　　　3.2.3 MES系统实施过程中的信息采集方案

　　　　在整个MES系统实施过程中，关键的技术难点是现场信息的采集方案，涉及到采集工位、采集内容和采集方式等方面的问题。根据该企业的实际，我们采用的信息采集方案如表1。

　　　　3.3 实施MES的效果分析

　　　　该企业实施MES一年后，由企业、项目组和第三方机构进行了项目验收。从使用和验收的情况看，实施MES后，企业除了在管理方面得到了很大的改善之外，工作效率和经济效益也都得到了明显的提高。其中，关于项目实施效果的测评如表2和表3所示。

　　　　 该企业成功导入MES系统后，解决了以前ERP系统无法解决的关于执行层监控与管理的难题，真正实现了管理的实时化、精细化和可视化，为实施精益供应链管理打下了坚实的基础。

　　　　4 结论

　　　　制造执行系统MES针对目前国内大中型制造企业ERP、SAP系统无法解决的执行层监控与管理的难题，提出了一系列的解决方案。MES解决方案包括系统架构设计、功能组件开发、信息采集等关键技术。在实际应用中，MES系统主要是针对制造企业各类仓库、车间生产线的物料管理、生产进度监控，以条形码技术、RFID等技术为核心的信息化解决方案。MES系统的推广和实施，对于提高我国生产制造企业的信息化具有重要意义。（wy）