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管理大講堂:制造執(zhí)行系統(tǒng)(三)MES應(yīng)用舉例

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三、MES應(yīng)用舉例——流程企業(yè)(鋼鐵企業(yè))的制造執(zhí)行系統(tǒng)

 

1.現(xiàn)代流程企業(yè)的定義和分類

   

現(xiàn)代流程工業(yè)通常是指以從原料到制成品兼具物理變化和化學(xué)變化的連續(xù)性生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)增值的工業(yè)。如此定義也僅僅是將服務(wù)業(yè)和部分加工行業(yè)劃分出去,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)過程中的物流情況對生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行分類,即能區(qū)分不同類型企業(yè),又能在準(zhǔn)確反映生產(chǎn)增值狀況的過程中實(shí)現(xiàn)企業(yè)從宏觀控制到微觀協(xié)調(diào)的科學(xué)管理方法。

 

如圖2,“V”型物流情況,易看出其特點(diǎn)原材料少、加工路線相似、最終產(chǎn)品種類多,生產(chǎn)過程中“V”型物流占多數(shù)的企業(yè)如鋼鐵、煉油等。而與之相對應(yīng)的流程行業(yè)的一種是“A”型物流為主的企業(yè),如造船廠,具有原材料多、加工路線繁雜、最終產(chǎn)品較少等特點(diǎn)。介于兩者之間就是“T”型物流為主的企業(yè),比如汽車制造廠、裝配廠,特點(diǎn)是材料中通用件較多、加工路線、最終產(chǎn)品種類都不算多。

 

如果根據(jù)上文的說法,嚴(yán)格意義上的流程企業(yè),多數(shù)都是“V”型物流為主的,基本上都屬于基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),是典型的資本密集型工業(yè),在一定的范圍內(nèi)增加企業(yè)規(guī)??梢杂行Ы档统杀?,工藝技術(shù)和材料技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,技術(shù)的剛性大,目前我國流程企業(yè)普遍存在的一些弱點(diǎn)主要是規(guī)模經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)程度很低、技術(shù)裝備仍舊比較落后、產(chǎn)能相對需求過剩以及產(chǎn)品中高附加值部分所占比例小等等。實(shí)施MES有助于從管理方法和技術(shù)層面上改進(jìn)現(xiàn)狀。

 

 

2 以物流特點(diǎn)為依據(jù)的企業(yè)分類

2.流程企業(yè)供應(yīng)鏈模式

 

任何生產(chǎn)系統(tǒng)都應(yīng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)意義,即最優(yōu)處理生產(chǎn)系統(tǒng)的物流、資金流和信息流,憑借最低的資源消耗生產(chǎn)符合市場要求的產(chǎn)品。因此在對現(xiàn)代流程工業(yè)生產(chǎn)的研究是從分析其物流、資金流和信息流特點(diǎn)開始的。以鋼鐵企業(yè)為例。

 

1)物流特點(diǎn):多段生產(chǎn)、多段運(yùn)輸、多段存儲(chǔ),物流種類多、工序多且形式不一、并伴有多種原料。在制品和制成品包括:鐵礦石、粉礦、原煤、生鐵、廢鋼、鐵水、鋼水、最終產(chǎn)品(板、管、卷、線、型)。所使用的都是大型設(shè)備,成本高、操作復(fù)雜,工序連接緊密、作業(yè)的連續(xù)性強(qiáng)、對時(shí)間要求條件高,不僅存在時(shí)間平衡和溫度平衡問題,還存在資源能力和物流平衡的問題。

 

2)資金流特點(diǎn):企業(yè)投資巨大、資金流動(dòng)頻繁、復(fù)雜的物流特征,以及為龐大的生產(chǎn)規(guī)模做的財(cái)務(wù)分析都為資金流的控制增加了難度,必須遵守嚴(yán)格的財(cái)會(huì)制度并實(shí)施靈活的資金管理,才能準(zhǔn)確全面和及時(shí)地反映企業(yè)經(jīng)營狀況,并有效地加以控制。資金等財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的滯后性與控制資金流向的實(shí)時(shí)性要求為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等提供了用武之地。

 

3)信息流特點(diǎn):生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)需要大量的特征值來描述,涉及內(nèi)容從財(cái)務(wù)、人事等傳統(tǒng)信息管理領(lǐng)域延伸到生產(chǎn)管理領(lǐng)域。不僅要根據(jù)定單進(jìn)行生產(chǎn)、制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃、實(shí)施全面質(zhì)量管理,還應(yīng)以對生產(chǎn)過程進(jìn)行全面監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集來滿足生產(chǎn)管理的實(shí)時(shí)性要求,不斷更新的人員、物料、產(chǎn)品等信息、全面詳盡的統(tǒng)計(jì)信息輔助管理者發(fā)布最合理的控制信息,從而盡善盡美地實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營目標(biāo)。

 

分析完這些特點(diǎn)之后,可得到鋼鐵企業(yè)的基本供應(yīng)鏈模式如圖3

 

3流程企業(yè)典型供應(yīng)鏈模式

 

3. 鋼鐵企業(yè)集成模型

 

在得到企業(yè)外部的供應(yīng)鏈模式之后,還需對企業(yè)內(nèi)部根據(jù)分析需求而進(jìn)行功能模型設(shè)計(jì),對系統(tǒng)按照功能分,而在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候則要按照計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而分級(jí)。鋼鐵企業(yè)的經(jīng)營管理可劃分為三層,通過七級(jí)實(shí)現(xiàn)。

 

1.計(jì)劃層:包括經(jīng)營決策級(jí)和企業(yè)計(jì)劃級(jí)。主要功能模塊:生產(chǎn)經(jīng)營決策;長期、中長期生產(chǎn)計(jì)劃編制;財(cái)務(wù)管理;人力資源管理;采購分銷;成本管理;庫存管理;定單處理;輔助決策等。

2.執(zhí)行層:包括車間生產(chǎn)級(jí)和生產(chǎn)調(diào)度級(jí)。主要功能模塊:生產(chǎn)調(diào)度和作業(yè);質(zhì)量管理;人員和設(shè)備管理;物料追蹤和產(chǎn)品追蹤;對運(yùn)作過程的分析。

3.控制層:包括過程控制級(jí)、設(shè)備控制級(jí)和檢測驅(qū)動(dòng)級(jí)。主要功能模塊:生產(chǎn)線范圍的監(jiān)控;自適應(yīng)控制;設(shè)備控制;現(xiàn)場各種信號(hào)檢測。集成模型的層級(jí)如圖4

 

 

4流程企業(yè)典型集成模型的層級(jí)結(jié)構(gòu)

 

4.企業(yè)運(yùn)作系統(tǒng)(BOS)的功能模塊

 

在流程企業(yè)外部供應(yīng)鏈模式和集成模型的層級(jí)結(jié)構(gòu)都已確定之后,可定義詳細(xì)的企業(yè)運(yùn)作系統(tǒng)(BOSBusiness Operation System)的功能模塊,如圖5(其中BPS為計(jì)劃層——經(jīng)營計(jì)劃系統(tǒng),Business Planning System;PCS為控制層——過程控制系統(tǒng),Process Control System)。

 

 

5:企業(yè)運(yùn)作系統(tǒng)(BOS)的功能模塊

 

其中,制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)主要包括八個(gè)模塊,分別為:

 

生產(chǎn)計(jì)劃:處理屬性關(guān)聯(lián)的定單生成按照成本目標(biāo)優(yōu)化后的車間級(jí)計(jì)劃,保留定單的原始數(shù)據(jù)以便于控制。

車間調(diào)度:根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史案例,現(xiàn)場動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)人員、物料、設(shè)備以最大可能優(yōu)化生產(chǎn)。

作業(yè)計(jì)劃:實(shí)現(xiàn)以小時(shí)間單位為基準(zhǔn)的批量組合計(jì)劃、生產(chǎn)排序計(jì)劃,以維持車間的高效運(yùn)作。

人員管理:對行為的詳實(shí)記錄,不僅與人員薪酬相聯(lián)系,且能為生產(chǎn)分析提供依據(jù),便于管理并能有效地提高生產(chǎn)率。

設(shè)備管理:預(yù)防性設(shè)備維修為主,分析、優(yōu)化設(shè)備能力以消除瓶頸環(huán)節(jié)對生產(chǎn)的制約,實(shí)現(xiàn)設(shè)備最大利用率。

質(zhì)量管理:整合后的功能支持各種與質(zhì)量計(jì)劃、檢查和控制相關(guān)的工作,動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)分析為車間調(diào)度提供依據(jù)。

物料跟蹤:由現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)對物料變化情況進(jìn)行跟蹤,為企業(yè)實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部條件和外部環(huán)境的變化作出快速反應(yīng)提供可能。

產(chǎn)品跟蹤:由現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)對在制品變化情況進(jìn)行跟蹤,變動(dòng)中的產(chǎn)品信息便于生產(chǎn)管理的同時(shí)還能為客戶提供服務(wù)。

 

5MES目標(biāo)與設(shè)計(jì)原則

 

為流程企業(yè)定制制造執(zhí)行系統(tǒng),其最主要的目標(biāo)就是建立和完善生產(chǎn)管理體系,包括根據(jù)客戶定單、市場預(yù)測和內(nèi)部資源狀況來制定生產(chǎn)計(jì)劃;從整體角度優(yōu)化、協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程;生產(chǎn)計(jì)劃的動(dòng)態(tài)調(diào)整等等。與此同時(shí),要建立保證質(zhì)量管理的信息體系,包括在線物料跟蹤和質(zhì)量控制的在線反饋與調(diào)整,以及對產(chǎn)品質(zhì)量零缺陷的追求。以上述兩個(gè)目標(biāo)為契機(jī),構(gòu)建流程企業(yè)MES系統(tǒng)可以促進(jìn)生產(chǎn)方式和管理思路的轉(zhuǎn)變,這將是一個(gè)漸進(jìn)的過程。

 

MES的設(shè)計(jì)將以軟件工程為規(guī)范,主要考慮全局性、通用性,既要實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的優(yōu)化,又要提供標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的應(yīng)用程序框架;同時(shí)要以可擴(kuò)充性、開放性和兼容性為原則,這樣在生產(chǎn)能力變動(dòng)時(shí)不至于影響系統(tǒng)功能,還要提供標(biāo)準(zhǔn)、開放的通訊接口以及減少由于開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具的變化帶來的影響;在可操作性、可視性和魯棒性上也要注意,友好而操作簡單的界面、監(jiān)控跟蹤的仿真示意圖和較強(qiáng)的容錯(cuò)能力都有助于各級(jí)用戶的使用;最后是必須具備實(shí)時(shí)性,只有最短的反應(yīng)時(shí)間才能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和調(diào)整。

 

6MES信息庫設(shè)計(jì)

 

在現(xiàn)代流程企業(yè)中流動(dòng)的信息具有強(qiáng)烈的動(dòng)態(tài)特征且大量冗余信息與缺失信息、信息斷裂并存的現(xiàn)象,無論是從現(xiàn)場采集來的生產(chǎn)數(shù)據(jù)還是從市場獲得的定單信息都可能因不能真實(shí)體現(xiàn)而對企業(yè)造成不可估量的后果,為保證有價(jià)值的信息能對企業(yè)決策和運(yùn)作有著正確的指導(dǎo)意義,在流程企業(yè)運(yùn)作系統(tǒng)中要構(gòu)建好多種信息庫;并且不同的信息庫具有不同的特點(diǎn)。

 

物料信息庫:企業(yè)庫存狀況和需外部采購或內(nèi)部調(diào)整的物料情況,部分信息與供應(yīng)商共享;定單信息庫:定單對產(chǎn)品的要求(鋼種、質(zhì)量、數(shù)量等)情況,部分信息與合同商共享;產(chǎn)品信息庫:產(chǎn)品目錄和與特定合同商聯(lián)系的在制品狀態(tài),部分信息與分銷商/用戶共享;基礎(chǔ)信息庫:企業(yè)人員、設(shè)備狀況,財(cái)會(huì)數(shù)據(jù)等企業(yè)運(yùn)營的基礎(chǔ)信息,在系統(tǒng)內(nèi)部按照不同密級(jí)使用,還包括部分經(jīng)常更新的政策、市場等外部信息;生產(chǎn)信息庫:生產(chǎn)過程中人員、設(shè)備的實(shí)時(shí)變化情況等動(dòng)態(tài)性要求較高的信息,以及基本不變的工藝路線等生產(chǎn)相關(guān)信息,外部不可見。

 

這些信息庫都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,建立信息庫將降低車間級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān),同時(shí)減少了因數(shù)據(jù)保存和操作故障而引發(fā)的一系列后果。物料、定單、產(chǎn)品信息庫可供對應(yīng)的外部人員進(jìn)行查詢等操作,便于結(jié)成與供應(yīng)商密切的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。而較穩(wěn)定的基礎(chǔ)信息庫為人事、財(cái)務(wù)、設(shè)備方面的日常管理提供極大的方便。生產(chǎn)信息庫則是動(dòng)態(tài)性能要求最高的,每時(shí)每刻都有大量的流動(dòng)數(shù)據(jù)注入其他信息庫,因此對它的設(shè)計(jì)要求也最高。這些信息庫常見功能有:報(bào)表、保存與備份、恢復(fù)與刪除,以及口令與權(quán)限。

 

動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)信息庫中,與數(shù)據(jù)采集模塊相連的部分成為重中之重,實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、主生產(chǎn)流程的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集點(diǎn),以確保采集的數(shù)據(jù)可靠而不冗余,充分而不斷裂。

 

7MES數(shù)據(jù)流圖設(shè)計(jì)

   

長期以來,對于企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營狀況的改善總是圍繞著計(jì)劃層進(jìn)行,而對于真正的增值環(huán)節(jié)生產(chǎn)、調(diào)度、過程控制等環(huán)節(jié)仍舊采用經(jīng)驗(yàn)方法來維持,即使是引進(jìn)的世界先進(jìn)水平的生產(chǎn)線,在數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控方面與計(jì)劃層脫節(jié)情況也比較突出,而且根據(jù)國內(nèi)流程企業(yè)的實(shí)情,不少企業(yè)已經(jīng)構(gòu)建了ERP等計(jì)劃系統(tǒng),所以本文主要討論國內(nèi)流程企業(yè)很少實(shí)施卻亟需構(gòu)建的MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖設(shè)計(jì)(由于實(shí)際情況的限制,將劃分在控制層中的功能模塊也一并考慮進(jìn)來)。

 

流程企業(yè)運(yùn)作系統(tǒng)的外部實(shí)體為:供應(yīng)商、合同商、系統(tǒng)維護(hù)和分銷商/用戶。

 

供應(yīng)商:提供設(shè)備、物料、運(yùn)輸?shù)任锲坊蚍?wù)的部門,向系統(tǒng)提供相關(guān)物料(服務(wù))信息。

合同商:生產(chǎn)定單的另一方,向系統(tǒng)提供相關(guān)定單信息。

系統(tǒng)維護(hù):企業(yè)成員,負(fù)責(zé)更新、維護(hù)企業(yè)基礎(chǔ)信息庫。

分銷商/用戶:產(chǎn)品使用方,需要企業(yè)提供相關(guān)產(chǎn)品信息和信息服務(wù)。

 

至此,可得到流程企業(yè)運(yùn)作系統(tǒng)BOS的數(shù)據(jù)流圖,包括系統(tǒng)頂級(jí)DFD圖、一級(jí)DFD總圖和MES二級(jí)DFD圖,圖6主要描述了MES二級(jí)DFD圖。

 

6:流程企業(yè)2級(jí)DFD圖(MES/PCS

 

結(jié)語:

MES對于制造企業(yè)的作用已經(jīng)非常明朗,但人們對MES的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如ERPCRM、SCM等管理系統(tǒng)。由于認(rèn)識(shí)不清,自然就會(huì)導(dǎo)致需求不清楚,也就難以形成一定的市場規(guī)模。目前美國的MES發(fā)展是已25%速度發(fā)展,而國內(nèi)基本是局部MES功能的發(fā)展,具體是一些簡單的數(shù)據(jù)采集,物流管理等,其實(shí)這些也屬于MES功能的范疇。但隨著人們對MES認(rèn)識(shí)的逐步加深,MES在企業(yè)中的應(yīng)用必將會(huì)逐步深入。

 

參考文獻(xiàn)

 

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4.         曹江輝,王寧生.制造執(zhí)行系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.上海:AMT,2002

5.         饒運(yùn)清,李培根,李淑霞等.制造執(zhí)行系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.北京:機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2002

 

 

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發(fā)布:2007-03-25 10:05    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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