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        智能制造MES系統及制造流程分析

        發布時間:2020-11-24丨點擊量:22

        智能制造MES系統及制造流程分析

        MES系統(manufacturing execution system)全程為制造執行系統,從系統名稱即可以看出,MES主要應用于“制造”流程。

        筆者曾有幸在H公司工作過,當時H公司為了響應國家“智能制造2025”的號召,同時也為了提升自身企業競爭力而決定引入MES系統,而我也有幸成為此公司初代MES的設計者。

        本文中,主要基于制造流程和工廠管理的介紹對MES系統的功能進行展開的解說。


        一、什么是MES

        MES-制造執行系統,在90年代由美國AMR公司提出,主要針對于生產制造過程中流程、資源的管理系統,目標是實現生產制造過程“黑匣子”的可視、可控,為智能生產提供支撐。

        對于B端的管理系統的功能拆解,我個人喜歡基于系統的定位、應用場景及業務流程來進行功能的分析。因此下面的分享主要也是側重于圍繞流程進行展開。


        二、制造流程簡述

        上文提到MES管理的是制造過程,可以說,從ERP計劃指令下達工廠后到成品入倉完成都屬于MES的系統范疇。而其中主要涉及到的核心流程包括了生產排程、生產資源準備、生產制造(其中包含了加工、測試、包裝)、質檢、入庫。

        這里需要特別注意的點和供應鏈的設計一樣,不可忽視過程中逆向和異常處理流程在系統中的設計。在制造型企業中,會存在不同商品的前序制造流程相同而后續工藝不同(且為了減少企業備貨壓力,近年越來越多的企業會盡量后置差異工序)。

        企業在備貨過程中如果A款商品備貨過多,會存在拆解A款重新組裝成B款的需求。也存在生產完成后,發現部分部件不合格,導致商品需要批量拆解重新生產。

        逆向流程包括上述場景中成品的拆解、生產退料等和正常生產流程“相逆”的流程。

        而異常是指缺料、設備故障、測試異常等影響正常生產流程的情況,系統需要具備快速響應及處理異常的容錯能力。

        MES系統及制造流程分析


        1. 生產計劃/返工計劃

        生產計劃來自于上游ERP銷售(交付)計劃的拆解。對于企業(EPR)級別的計劃來說,僅需要輸出企業整體在指定日期用戶或內部期望的交付內容即可。

        但實際的生產過程則需要細化到車間、產線、工位的維度,而這就是MES計劃模塊所需要實現的功能?;诮桓队媱?,結合生產資源進行制造計劃的拆解。

        STEP1:明確交付計劃

        交付計劃中應包含最終交付商品明細、要求交付日期及交付對象。

        STEP2:計劃拆解

        交付商品BOM拆解,確認生產提前期。H公司生產的為電子設備,電子設備中的PCB板也均為內部生產,那么在成品排產時系統需要具備子級成品同步排程的功能。

        但如果子級物料的生產是基于安全庫存拉動觸發生產而不是按單生產,那么在計劃拆解時,則需要判斷上游的物料庫存是否會低于安全庫存而不是每次都產生生產計劃。

        此外,因為涉及到原料,因此也存在觸發采購計劃的可能。

        MES系統及制造流程分析

        STEP3:生產能力確認

        因生產工藝和設備的限制,通常企業內部對于不同產品會布局不同的生產線。

        所以在生產計劃排程前需要確認相關產線的生產能力,如產線A1每日可生產控制器100件,要求19日供貨200件(為了簡化說明,本次不涉及到在倉庫存,此處的供貨數量是指需要入庫到倉庫的數量),因此要求產線18號需要投入控制器的生產。

        MES系統及制造流程分析

        STEP4:輸出計劃

        根據拆解的物料結合各生產線(車間)的生產能力輸出最終的排產計劃。

        工廠的生產計劃往往是前置排程的,并且直接受上游ERP的訂單操作(接單、訂單取消)的影響,所以計劃模塊需要實現和ERP計劃的聯動,自動計劃調節功能的實現成本很大,但至少需要在ERP計劃變更時,產生預警及時提示計劃人員進行計劃調整。

        同時需要監控已經創建的計劃在下游的交付情況,對于異常交付的排產計劃進行跟進和調整。

        MES系統及制造流程分析


        2. 生產資源安排

        計劃安排了之后下一步就是計劃的執行。在確認計劃后,生產開始之前,企業需要準備好生產所需的資源,其中包括:生產人員、設備、原材料、作業指導書。

        生產人員企業要對每天產線的人員進行生產排班,根據人員技能矩陣及當天的生產計劃安排合適的人員在崗進行生產。

        設備

        不同產品的生產需要使用不同的設備,或者是同一設備的不同程序/模式。此外,生產前需確保產線設備的狀態必須是可用的。

        原材料

        生產前需要確保庫內有足量的原材料(或其他產線有足夠的半成品)能夠在進入生產前送達產線,確保不因為缺料而停產。此處涉及到半成品的管控和送料/叫料模式的設計。

        此外,計劃階段如發現原料短缺,還涉及到采購需求的生成。

        作業指導(WI)

        產品生產制造的操作說明書。作業指導書通常在產品試產階段更加重要,因為在量產后通常員工本身就是經過培訓具備一定生產技能的。


        3. 生產制造流程

        生產制造流程是整個系統最為核心的環節。涉及物料管理、生產訂單管理、核心環節的節點上報(如測試結果)、過程質量抽檢、異常報警(Andon)、效率管控等。

        物料管理

        生產過程中,物料按照生產狀態可分為三種形態:原材料、半成品(WIP)、成品。而產線上的管理主要是針對于原材料和半成品,通常成品在生產完成裝箱下線后會由倉庫員工統一進行入庫。

        產線上對原料的操作主要包含:主動叫料,收料(包含數量、品質的驗收),消耗,退料,還有部分會涉及線邊盤點。

        對于有追溯需求的物料,在使用過程中,需要在系統中記錄成品使用的精確物料編碼及物料批次的。此數據可用于長期質量追溯。

        而對于半成品更多的則是中間在制品數量的管控,中間WIP過多一定程度上說明工位間分工的不均衡,會造成生產力的浪費。

        訂單管理此處的訂單是指上游計劃模塊下發到具體產線需要產線進行生產交付的訂單。在這個階段中,產線可以對訂單執行的操作主要包括:開始生產(投產),異常申報,結束生產,訂單切換。

        開始生產后,此訂單涉及的生產資源(人、設備、物料)的核心信息都將進入系統的管控范圍。系統通過連接的設備(PDA、掃碼槍、測試設備等)采集生產過程中商品關聯的作業用戶、核心物料、測試數據等,為后續系統報表及決策提供數據支撐。

        因為產線的切換通常需要進行上一個商品的原材料清理、夾具設備切換調試等無效工時,因此如沒有特殊情況發生,產線都是按照既定的計劃完成當前訂單后再進入下一個訂單的生產。

        但是如果臨時設備異?;蛉绷?,也有可能需要暫停當前訂單切換到下一個訂單,此時系統需要記錄中間數據,包括上一個訂單的完成量、過程中的半成品等,確保在下次開始生產時,通過系統數據和實物比對沒有物料損失。

        異常管理(Andon)

        Andon管理(又叫安燈),最初源自于日本豐田,指通過現場報警燈可視化生產現場的異常,主要是為了及時發現異常減少效率和品質損失。而隨著制造業的發展,安燈的形式也開始變得多樣化。

        對于產線來說,異常包括很多種:如缺料、設備故障、產能不達標等,嚴格的說,只要造成實際與期望產出不一致的情況都可以稱為異常。除了人員主動發起異常提報外,企業也會通過自動收集數據(如安置傳感器)逐級上報異常。

        效率管控

        效率管控是為了準時完成成品需求的交付。

        效率的提升也是各大制造企業追求的核心指標之一,同樣的產品,更高的效率意味著更高的市場利潤和更強的競爭力,因此這也是MES比較重要的核心指標之一。

        首先我們簡單了解下效率的定義。

        效率=目標時間內的實際產出/理論產出;理論產出=投入時間/產品工時。效率通常和工時平衡率、產線自動化程度、員工熟練度、產線布局等都存在一定關聯。因此效率的提升方式也是多維度的。MES系統中對于效率的管控更多的是數據的采集和呈現,實現車間效率、產線效率、人員效率的橫縱向對比,以此達到長期良性循環的向上趨勢。


        4. 質量管控

        質量管控的系統范疇是貫穿在整個制造環節,甚至是在制造環節開始之前,在產品設計之初就已經需要進行質量管控點的設計了,比如FEMA(失效模式和影響分析)。因此在MES中的質量模塊也是一樣,并不只是指對于成品的質量管控,更多的是過程管控,可以從事前、事中、事后三個維度進行分析。

        事前預控

        針對于產品特性和目標,提前定義生產的關鍵崗位、測試核心指標、風險點;

        原材料品質的質量管控;

        操作人員培訓規范;

        事中監控

        生產過程中品控標準的執行;

        員工操作規范性的把控及抽檢;

        不良品攔截;

        核心指標趨勢監控(六西格瑪);

        事后管控

        成品品質把控;

        用戶質量反饋追溯和分析;


        三、總結

        基于以上的流程點梳理,我們最后總結下MES通常包含的功能模塊及系統架構如下(主要是基礎數據、實操及過程管控部分):

        MES系統及制造流程分析


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