車間是制造企業(yè)的基石，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，車間既是生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行主體，也是車間生產(chǎn)信息的主要反饋主體，產(chǎn)生了大量的實(shí)時(shí)信息，因此企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，很重要的一部分由車間生產(chǎn)管理和各類信息資源集成構(gòu)成，車間生產(chǎn)管理以及各類信息系統(tǒng)的敏捷程度在很大程度上決定著整個(gè)企業(yè)的敏捷程度。
MES的任務(wù)是根據(jù)計(jì)劃部門制定的生產(chǎn)計(jì)劃，利用車間的各類生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法以及大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速、高效率地制造出合乎質(zhì)量要求的產(chǎn)品，它的生產(chǎn)活動(dòng)涉及訂單、設(shè)備、庫(kù)存、物料、數(shù)據(jù)采集，以及模具維護(hù)管理、產(chǎn)品質(zhì)量控制及車間人員管理等。MES集成了硬件和軟件系統(tǒng)，用以管理和優(yōu)化從定單下達(dá)到產(chǎn)品出貨的生產(chǎn)活動(dòng)全過(guò)程，它基于實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的制造信息來(lái)指導(dǎo)、傳達(dá)、響應(yīng)和報(bào)告車間發(fā)生的各項(xiàng)活動(dòng)，同時(shí)為企業(yè)的各項(xiàng)決策提供依據(jù)和支持。
1 MES的發(fā)展
20世紀(jì)六七十年代，企業(yè)財(cái)務(wù)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)物料計(jì)劃相關(guān)功能模塊的擴(kuò)充，發(fā)展為物料需求計(jì)劃系統(tǒng)(Material Requirements Planning，MRP)。20世紀(jì)七八十年代，MRP系統(tǒng)中增加了車間報(bào)表管理和采購(gòu)等系統(tǒng)，發(fā)展成為了MRPⅡ。但MRPⅡ無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源配置，因此出現(xiàn)了資源配置計(jì)劃系統(tǒng)(DistributionResource Planning，DRP)，單功能制造過(guò)程管理系統(tǒng)(如質(zhì)量管理和庫(kù)存管理等系統(tǒng))也相繼出現(xiàn)。
到20世紀(jì)八九十年代，MRPⅡ逐漸演變?yōu)槠髽I(yè)資源計(jì)劃(Enterprise Resource Planning，ERP)，DRP演變?yōu)楣?yīng)鏈管理(Supply Chain Management，SCM)，而車間層的制造管理系統(tǒng)演變成集成的MES。
制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)理論作為一種提升企業(yè)執(zhí)行力的方法，被諸多企業(yè)應(yīng)用。其早由美國(guó)先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì)(AMR)提出。定義為：在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品完工的過(guò)程中，制造執(zhí)行系統(tǒng)起到傳遞信息以優(yōu)化生產(chǎn)活動(dòng)的作用。[2]1997年，MESA發(fā)布六個(gè)關(guān)于MES的白皮書(shū)，對(duì)MES定義和功能等進(jìn)行詳細(xì)闡述;2000年以來(lái)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)陸續(xù)發(fā)布MES標(biāo)準(zhǔn)(ANSI/ISA-95)。
現(xiàn)階段的MES相比MES初期，具有了易于配置，易于變更，易于使用，良好的可集成性等特點(diǎn)，得益于信息技術(shù)的快速發(fā)展，MES技術(shù)正在與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，形成新一代的MES體系，并逐步在國(guó)內(nèi)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
2 MES功能模塊
某MES廠商功能模塊見(jiàn)圖1。
2.1 生產(chǎn)排程功能模塊
生產(chǎn)排程功能模塊主要由集成的APS實(shí)現(xiàn)。APS采用線性規(guī)劃等數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)各種目標(biāo)約束的分析，定義各種計(jì)劃問(wèn)題。使用精確的或啟發(fā)式的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的優(yōu)化。由于龐大的可行計(jì)劃總量，通過(guò)枚舉來(lái)找到優(yōu)解是不大可能的，甚至找到一個(gè)可行的方案都相當(dāng)困難。基于此，應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)(operations research)中的數(shù)學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)劃優(yōu)化成為APS的首要任務(wù)。雖然通過(guò)線性規(guī)劃或網(wǎng)絡(luò)流算法能找到較為精確的優(yōu)解，然后實(shí)際過(guò)程中大多數(shù)組合問(wèn)題只能計(jì)算近似優(yōu)解(局部?jī)?yōu))。
2.2 生產(chǎn)進(jìn)度和過(guò)程可視化
生產(chǎn)進(jìn)度和過(guò)程可視化主要是方式是通過(guò)底層數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)以一定的邏輯整合后顯示在界面中，供管理人員管理使用。
2.3 設(shè)備異常可視化
設(shè)備異常可視化模塊主要通過(guò)數(shù)據(jù)采集和軟件邏輯實(shí)現(xiàn)，操作人員在停機(jī)時(shí)錄入停機(jī)原因，系統(tǒng)收集和轉(zhuǎn)化后呈現(xiàn)在軟件界面中。
2.4 模具進(jìn)出庫(kù)管理
模具進(jìn)出庫(kù)管理主要通過(guò)數(shù)據(jù)收集和邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。有多種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，包括但不限于二維碼或RFID等方式，系統(tǒng)記錄模具進(jìn)出庫(kù)數(shù)據(jù)并聯(lián)動(dòng)機(jī)臺(tái)對(duì)于模具的使用情況，對(duì)模具進(jìn)行管理。
3 MES的數(shù)據(jù)采集
MES數(shù)據(jù)采集是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程。常用的方式是讀取設(shè)備原有PLC數(shù)據(jù)，通過(guò)協(xié)議對(duì)接獲取參數(shù)。但實(shí)際過(guò)程中，設(shè)備廠商為了商業(yè)利益或設(shè)備穩(wěn)定性方面的原因，不愿意開(kāi)放接口。這種情況下，則需要集成廠商采用外掛采集裝置的方式收集數(shù)據(jù)。除此以外，還通過(guò)RFID以及其他手持掃碼設(shè)備等終端獲取數(shù)據(jù)。
3.1 MES企業(yè)引入基礎(chǔ)
3.1.1 系統(tǒng)基礎(chǔ)
MES的引入需要企業(yè)原有的系統(tǒng)支撐，包括原有的ERP/MRPII/CRM/SRM等系統(tǒng)的支撐，因此對(duì)企業(yè)的信息基礎(chǔ)有一定要求。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集對(duì)于設(shè)備也有一定要求。國(guó)內(nèi)某些設(shè)備廠商對(duì)于本企業(yè)設(shè)備PLC加鎖保護(hù)，一定程度上增加了MES集成商抓取數(shù)據(jù)的難度。
3.1.2 人員基礎(chǔ)
MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的引入，僅僅是工具的引入。工具要在企業(yè)生產(chǎn)管理中發(fā)揮應(yīng)有的價(jià)值，則依賴從基層至管理員人員對(duì)于工具的認(rèn)知和科學(xué)管理方法的使用。因此，MES的引入對(duì)于員工和管理者的素養(yǎng)有一定要求。
3.1.3 實(shí)際需求
MES作為信息化手段和工具，其引入很大程度上是為了填補(bǔ)傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)在生產(chǎn)車間的空白，將生產(chǎn)過(guò)程量化，并在有數(shù)據(jù)支撐的情況下展開(kāi)分析。鑒于MES本身較大的引進(jìn)軟硬件成本和管理成本，企業(yè)在MES引入時(shí)，需慎重考慮。(圖2)
3.2 MES導(dǎo)入企業(yè)的方式探索
3.2.1 從中心到局部構(gòu)建方式(圖3)
該方式先構(gòu)建生產(chǎn)系統(tǒng)“大腦”，將計(jì)劃、采購(gòu)和生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)等生產(chǎn)流程連接起來(lái)，形成中樞。其后，再將系統(tǒng)部署至車間局部，形成數(shù)據(jù)收集的觸手，完成整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建。
這種方式前期成本較高，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)影響大，人員學(xué)習(xí)成本高。但引入的邏輯更強(qiáng)，更有利于企業(yè)整體信息系統(tǒng)的布局，有利于系統(tǒng)本身搭建。
3.2.2 從局部至中心構(gòu)建方式
這種構(gòu)建方式先在車間或某種工藝構(gòu)建MES系統(tǒng)，形成獨(dú)立存在小系統(tǒng)，并逐步完成各個(gè)車間的部署，并在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行中樞設(shè)計(jì)和引入。
這種引入方式，對(duì)整體生產(chǎn)系統(tǒng)影響不大，試錯(cuò)成本較低，單點(diǎn)引入周期短。但是這種引入方式很難有立竿見(jiàn)影的成本改善，在分步搭建過(guò)程中，可能由于局部偏差增加中樞系統(tǒng)搭建難度。
3.3 MES引入可能引發(fā)的改變和阻力及對(duì)策
MES系統(tǒng)的引入，客觀上要求管理者從粗放式轉(zhuǎn)向精細(xì)化管理。多級(jí)異常處理機(jī)制能有效放大車間管理問(wèn)題，要求基層管理者迅速反應(yīng)。
同時(shí)，由于數(shù)據(jù)收集方式變化，原先的經(jīng)驗(yàn)式管理逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)相結(jié)合的管理方式，在生產(chǎn)實(shí)踐中，更注重?cái)?shù)據(jù)分析和基于數(shù)據(jù)的決策，一定程度上幫助企業(yè)擺脫對(duì)具備優(yōu)秀管理直覺(jué)的管理者的依賴。
因此，同其他信息系統(tǒng)引入一樣，MES的引入可能存在以下阻力：
3.3.1 來(lái)自管理層的阻力
部分管理者會(huì)擔(dān)心MES的引入會(huì)打破原有企業(yè)的流程和決策過(guò)程。失去對(duì)于企業(yè)的掌控。部分管理者已經(jīng)掌握了業(yè)務(wù)要害，并采取了有效手段控制整個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程。一旦采用新的技術(shù)，原有的業(yè)務(wù)核心可能會(huì)發(fā)生巨大變化，短時(shí)間難以重新形成控制。
其次有部分管理者對(duì)于MES引入的難度預(yù)估過(guò)低，急于求成，要求MES的導(dǎo)入在一個(gè)較短時(shí)間內(nèi)完成。MES引入涉及到原有業(yè)務(wù)流程的梳理和改造，這是一個(gè)相對(duì)系統(tǒng)的工程，要根據(jù)實(shí)際情況評(píng)估。在引進(jìn)過(guò)程緩慢或遲遲見(jiàn)不到效果時(shí)，管理層可能會(huì)產(chǎn)生懷疑，失去信心，這對(duì)于MES引入無(wú)疑是毀滅性的。
針對(duì)管理層可能存在的阻力，在引入過(guò)程中，需要企業(yè)尋找可靠的核心人員，經(jīng)常向管理者詳細(xì)匯報(bào)在引入過(guò)程中引發(fā)的流程改造，幫助其重新掌握流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
引入過(guò)程需要制定詳細(xì)的計(jì)劃，并充分預(yù)計(jì)可能導(dǎo)致的困難和后果，做好預(yù)案。
3.3.2 來(lái)自員工的阻力
對(duì)于中層管理而言，其阻力主要來(lái)源于權(quán)力削弱或者是對(duì)于即將引致的學(xué)習(xí)成本增加和工作量增加的不滿。中層管理對(duì)于引進(jìn)項(xiàng)目的阻撓常常是隱性的，限于管理層壓力，他們不會(huì)直接對(duì)抗，而是通過(guò)宣稱無(wú)用、推諉拖延或假意提出不可實(shí)現(xiàn)的徹底流程變革以阻撓MES引入過(guò)程中的流程梳理和再造。
對(duì)于中層管理的阻撓，要堅(jiān)持推進(jìn)的計(jì)劃不動(dòng)搖。在推進(jìn)過(guò)程中善于分析可能的沖突和利益點(diǎn)，分清哪些人贊成MES的引入，哪些人抵觸。對(duì)于假意提出更徹底的流程變革以阻撓現(xiàn)有改變的，可以要求其給出具體方案，視情況決定采納或推翻。
MES的引入中，員工的阻力主要來(lái)源于工作量的增加、原有習(xí)慣的改變。他們中一部分不愿意持續(xù)學(xué)習(xí)的員工，常常通過(guò)夸大工作增加的方式來(lái)抵觸信息系統(tǒng)的引入。MES引入中，勢(shì)必要增加部分人機(jī)互動(dòng)以完善信息采集。
對(duì)于員工的阻力，要充分評(píng)估其工作量和工作強(qiáng)度，保證引入前后其工作強(qiáng)度大體保持一致，同時(shí)，對(duì)于夸大工作量部分，用科學(xué)方式評(píng)估。引入過(guò)程進(jìn)行有效的宣傳和培訓(xùn)，消除員工的抵觸心理。
4 總結(jié)
MES彌合了企業(yè)不同信息系統(tǒng)之間的空白。保證信息在企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷流，形成完整的數(shù)據(jù)閉環(huán)。
MES中整合的包括模具管理、人員管理、設(shè)備管理等模塊，進(jìn)一步促進(jìn)企業(yè)信息化發(fā)展，向無(wú)紙化辦公邁進(jìn)了重要的一步。
近些年，企業(yè)逐步認(rèn)識(shí)到精細(xì)化管理的重要性，明確了企業(yè)資源配置在成本降低中的作用。MES為企業(yè)資源配置提供的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。原有的依靠人力報(bào)表收集數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)往往不夠準(zhǔn)確，人力成本也較高，MES為數(shù)據(jù)收集提供了新思路。
