企業管理中精益ＭＥＳ系統的運用研究

[提要]世界范圍內市場競爭的不斷加劇和全球能源供應緊張，迫使制造企業要以最少的資源消耗、最短的制造周期生產出質量最好的產品，并以最快的速度送到訂貨者手中。在這樣的條件下，現有的MES系統因其本身固有的缺陷，越來越無法滿足企業生產的需要。本文基于精益的思想，分析了現有的MES系統的弊端，提出了精益MES的概念，構建了精益MES的功能模型及信息模型，最后提出了實現精益MES的關鍵技術。

[關鍵詞]精益；生產；MES；功能架構

[作者簡介]孟笑揚(1979—)，女，焦作大學經濟管理學院。(河南焦作 454003)

“精益”的概念起源于日本豐田汽車公司的準時生產方式(JIT)，它強調“人是生產諸要素中的首要因素”，注重調動員工的積極性和創造性，在此基礎上消除一切不必要的浪費，持續改進、不斷完善，追求零庫存、高柔性和零缺陷，運用kanban、平準化等技術實現流動式柔性生產。

制造執行系統(MES)是在企業資源計劃(ERP)的基礎上發展而來的，它位于上層計劃管理系統與底層的工業控制系統之間，分為生產調度管理、人力資源管理、生產質量管理等11個功能模塊，能夠通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠發生實時事件時，能夠對此及時地做出反應和報告，并用當前的準確數據對它們進行分析和處理。

但是在企業精益化的趨勢下，現有的MES系統所暴露出來的問題也越來越明顯，比如在進行生產調度時采用“推式生產”，容易產生計劃安排和實際生產的差異，也容易造成車間內部在制品的積壓，提高了企業的生產成本；忽視了現場管理中人的重要作用；質量管理手段落后等等。而這些方面恰恰是精益生產的優勢所在。因而，本文考慮將精益生產與MES系統結合起來，提出精益MES的概念，并對其功能架構進行研究。

一、現有MES系統的功能及其缺陷

美國先進制造研究機構(AMR)于20世紀90年代提出了三層企業集成模型，它將MES系統定位于企業計劃層與控制層之間的執行層。MES系統一方面把從上層取得的計劃信息(如生產信息、工藝報表等)在系統內進行識別、分解，然后將信息傳遞給底層控制器，操縱設備、指導人員進行生產；另一方面，從底層控制器取得反饋，將采集到的實時生產數據、設備狀態、產品加工信息等儲存到系統中，經過統計分析處理，再回傳給上層計劃層，從而保證計劃層與控制層的信息通暢。

MES系統大致可以分兩種：傳統的MES(T—MES)和可集成MES(I—MES)，前者具有較強的行業專用特征；后者具有模塊化、可重構、可擴展等特性。

現有的MES系統主要在如下幾個功能模塊中存在不足：

(1)生產調度管理模塊。MES系統的生產調度是一種典型的推式生產調度，但由于生產的不確定性，實際生產情況往往與計劃存在很大差別，因而這種調度方式會造成大量的在制品積壓，以及某些工序的待料停工。

(2)人力資源管理模塊。MES系統中將人看作設備的延伸，操作者只能被動地接受系統的命令，無法主動地與系統進行溝通，因而限制了工人主觀能動性的發揮。另外，缺少對操作工人必要的激勵。

(3)工序級生產計劃模塊。MES系統把從上層ERP系統獲得的車間級生產計劃分解為工序級詳細生產序列計劃，安排到各個工作地。但是生產條件和工人水平往往存在較大的差異，而這些差異會造成生產的波動，使得實際生產情況很難與計劃相吻合。因而需要對此模塊進一步地細化。

(4)資源分配和狀態管理模塊。MES系統中，資源分配和狀態管理的含義是：“對資源狀態及分配信息進行管理，包括機床、輔助工具、物料、勞動者等其他生產能力實俸以及開始進行加工時必須具備的文檔和資源詳細歷史數據，還包括為滿足生產計劃的要求而對資源所作的預留和調度。”而這些的前提是系統對資源的配置是合理、有效的，因而需要采用相應的方法予以輔助。

(5)生產過程管理模塊。MES系統通過各種儀器和設備從現場采集實時生產信息，實現對生產過程的監控，達到自動修正生產中錯誤的效果。然而這種靠儀器進行的監控僅僅是一種被動的監控——等待著錯誤發生，然后捕捉錯誤，再采取措施進行補救。對生產過程的控制必須變被動為主動，防患于未然。

二、精益MES的功能架構

精益MES以I-MES為基礎，其功能涵蓋了傳統的生產調度管理、人力資源管理、工序級生產計劃、資源分配和狀態管理、產品跟蹤和產品數據管理、生產過程管理、生產質量管理、生產設備管理、現場數據采集、文檔管理、生產性能分析等方面。同時，精益MES強調精益的思想，彌補了現有MES系統的不足。

(一)精益MES功能模塊。基于以上對MES系統缺陷的描述，精益MES需要在生產調度管理、人力資源管理、工序級生產計劃、資源分配和狀態管理、生產過程管理等5個方面對現有MES系統進行擴充和改進，改進后的精益MES系統應具有以下功能模塊：

(1)推拉結合的調度模塊。在生產調度方面，該采用“推式計劃，拉式生產”的方式，即制定調度計劃時按照“推式”，分配好各種資源。規定各工序產品投入和出產的時間；而在實際生產時，采用“拉式”，某道工序完成任務時，向系統發送一條完工信息，系統接到信息后通過電子kanban向其上道工序發出需求指令，這樣通過工序間的拉動，實現流動生產。在這里，調度計劃僅僅是一種參考而非指令，真正的指令是“電子kanban”。每經過一定的時間，系統必須對調度計劃進行一次更新，以適應當時的實際生產情況。

(2)以人為本的人力資源管理模塊。在人力資源管理方面，除了提供工人的基本信息和實時的工作狀態信息外，還應該采用實時通訊技術實現生產現場與車間控制間的信息溝通；增加崗位評比功能，利用實時記錄的工人工作信息進行統計分析，通過車間的電子看板展示出來，從而在一定程度上提高員工的積極性，并為年終評優提供數據依據。另外，為了提高生產效率。降低車間運營成本，企業必須培養能勝任多種工作的多能工。因此，MES系統應該為每個員工建立適合他們的培養計劃，定期考核，并將工人掌握的工種記錄下來，作為生產調度時人力資源分配的依據。

(3)工步級生產計劃模塊。引入精益生產的工作標準化方法，首先通過動作分析技術實現操作的標準化，詳細規定各種加工的操作條件、操作內容和操作步驟等，并細化到具體的動作。然后利用秒表法或者預定時間標準法(PTS)確定標準化時間，并將以上信息錄入MES系統數據庫。最后在MES系統進行工序級生產計劃分解時，自動從數據庫中取出這些信息，加入到工藝卡片中，從而更好地指導工人進行高效率的生產操作。

(4)定置化的資源分配和狀態管理模塊。采用精益生產的定置管理方法，在MES系統進行資源分配前，先要根據動作經濟原則和工藝要求確定各類物品(如設備、原材料、刀具、卡具等)的擺放位置及狀態，以保證作業者能迅速、準確且省力地拿到所需的物品。然后將這些物品信息以及它們對應的位置信息存入MES系統中。在系統進行資源分配時，根據上面記錄的信息，綜合考慮成本、時間等因素，完成對設備、人員、材料、輔具等的配置。一旦系統完成資源分配，就要嚴格按照事先確定的定置方法對現場進行定置管理。這樣才能保證MES系統資源管理的合理性以及準確地在作業現場得到體現。

(5)目視化生產過程管理模塊。在這方面。一個有經驗的管理人員相比儀表設備具有更大的優勢。因為使用人來管理，不但可以發現和解決生產過程中已經發生的錯誤，而且對正在或將要發生的錯誤也有更敏銳的預見能力。所以，首先需要在MES系統中引入精益生產的“目視管理”方法，將現場的問題直觀化，然后在生產現場配置一定數量的現場管理人員來配合MES系統完成生產過程管理。為了達成這一目標，精益MES系統在功能上需要實現一個無線網絡接口，以便現場管理人員通過終端(如掌上電腦等)與系統進行實時的交互。

(6)其它模塊。精益MES系統中，設備管理、文檔管理、生產性能管理、質量管理、產品跟蹤/產品數據管理以及現場數據采集模塊與現行MES系統基本相同，不再贅述。

(二)精益MES系統的信息模型。基于上述功能模型，構建精益MES信息模型。精益MES系統的輸入有2項，輸出有9項，各模塊具體的信息傳遞描述如下：

“現場數據采集”模塊與底層控制系統相連，它通過人工或者自動的方式從底層控制系統采集現場的各種生產信息，并傳遞給相應的模塊進行處理。

“定置化資源分配和狀態管理”、“設備管理”、“文檔管理”4個模塊把從現場收集到的有關人力資源、生產資源、設備、生產記錄等信息進行統計分析，然后將人力資源信息(包括工人的自然條件、掌握的技能情況、工作狀態、疲勞程度、意見和建議等)、生產資源信息(包括各種設備和輔具的基本信息、存放位置、可用狀態等)、設備的信息(包括設備型號、位置、加工精度、可靠性等)、文檔信息(包括生產工藝、工藝卡片、作業標準等)傳遞給“工步級生產計劃”模塊，為計劃的分解提供數據依據。同時將這些信息以圖表的形式輸出給系統使用者。

“目視化生產過程管理”、“產品跟蹤/產品數據管理”、“精益質量管理”、“生產性能分析”4個模塊將從現場收集的生產過程信息、產品信息、質量信息、生產統計等信息進行記錄分析，并將分析結果實時地傳遞給推拉結合調度模塊。其中包括生產過程中的延遲停頓、錯誤操作；產品的種類、數量、任務完成情況；產品關鍵尺寸信息、缺陷率；生產產量、生產費用等信息。同時將這些信息以圖表、報表、標準等形式輸出給系統使用者。

推拉結合調度”模塊一方面與上層ERP系統連接，接收ERP下達的產品需求計劃(通常為EXCEL表格或BOM文件)，另一方面接收現場采集的實時生產數據，不斷修正自己的計劃和調度，最后將生成的車間級生產計劃傳遞給“工步級生產計劃”進一步分解。

“工步級生產計劃”模塊將車間級生產計劃進一步細分，分解計劃前要綜合考慮目前現有的人力、物料和設備等資源是否可以滿足生產要求。如果條件滿足，則通過控制器向底層控制系統發送制造指令；如果不滿足，則向上級模塊報警，請求修改生產計劃。

(三)實現精益MES的關鍵技術。由于精益MES系統與現有MES系統功能上有所不同，因而在實現技術上也必然存在一些差別。為了實現精益MES，在現有MES系統的基礎上，本文引入以下兩項關鍵技術：

(1)工作標準化技術。所謂工作標準化，就是對各個崗位的工作制定相應的標準，并在工作過程中嚴格按標準執行。它是一種面向生產最底層的控制技術，它的引入可以使MES系統得到的結果更準確，同時也可以降低生產的不平衡性，是精益MES系統的基礎技術。它包括動作分析和作業測定兩個主要內容。

動作分析就是以一個完整的工作或一組操作為研究對象，將操作者全過程的作業動作拆分成最基本的動作單元，消除浪費、無用的動作，制定一個輕松、快捷、高效的動作序列組合，使其滿足動作經濟原則。將優化后的動作序列存入MES系統數據庫，生成各項作業的作業標準，輸出為各工序的工作卡片，以規范現場操作。

作業測定是指為達成某一作業的目的，以具體的時間值為尺度，對作業效率進行評價的分析手法，通常在動作分析后使用。運用作業測定技術可以為MES系統提供各項操作的準確時間，為MES系統的生產計劃分解、調度、人員績效考核等功能提供可靠的數據依據。

(2)MES kanban技術。kanban技術是精益思想下實現拉式生產的關鍵技術，通過kanban控制生產節奏可以有效地平衡各工序的生產，減少在制品積壓和停工等待的發生。

MES kanban技術是精益MES實現推拉結合調度功能的基礎，它通過生產kanban傳遞MES系統下達的生產任務號、生產時間、需要生產的產品數量等信息；通過生產情況kan，ban，完成MES系統對生產節奏的控制。并統計出各生產單位的投入產出和不良率；通過質量kanban向MES系統反饋實時的質量信息，使用6σ、質量圖等工具對生產現場的質量進行控制；通過物料kanban傳送物料需求信息，避免待料停工和物料堆積的現象。因此，引入kanban技術。可以有效地實現精益MES系統對生產現場的狀況進行控制。

綜上所述，精益MES系統的開發和應用是企業向精益化發展的必然趨勢。要構造精益MES，就必須在生產調度管理、人力資源管理、生產過程管理、資源分配和狀態管理、工序級生產計劃等模塊對現有MES進行擴展和深化，在其中集成精益的思想和方法，使之適應精益生產的需求。本文通過對現有MES系統架構的研究，提出了精益MES的概念，構建了精益MES的功能模型和信息模型，實現了MES系統與精益思想的集成。