制造執(zhí)行系統(tǒng)在嬰幼兒配方奶粉行業(yè)的應用

文/李鴻奎

（黑龍江立高科技股份有限公司）

制造執(zhí)行系統(tǒng)在嬰幼兒配方奶粉行業(yè)的應用

文/李鴻奎

（黑龍江立高科技股份有限公司）

概括介紹目前困擾國內大中型嬰幼兒配方奶粉企業(yè)的生產(chǎn)管理問題，提出了智能制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的概念，針對該行業(yè)，介紹了MES的各個功能模塊的功能，為企業(yè)的精細化生產(chǎn)，自動化、信息化兩化融合，管理模式提檔升級提供了參考。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）；嬰幼兒配方奶粉；生產(chǎn)管理

阜陽“大頭娃娃”、三鹿牌“嬰幼兒奶粉事件”等發(fā)生后，國家監(jiān)管層與消費者對食品質量安全的關注度越來越高，陸續(xù)推出了強制性的國家標準及法規(guī)，企業(yè)也相應地對環(huán)境設施、生產(chǎn)設備、生產(chǎn)工藝、檢驗檢測方法等進行改造和提檔升級，但只提高硬件設施，管理跟不上，也無法適應當前乃至未來的要求。

制造業(yè)再升級是各國提振經(jīng)濟的重點戰(zhàn)略，德國提出了“工業(yè)4.0”，美國倡導“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，而中國制定了“中國制造2025”。在這種情況下，企業(yè)應結合自身條件，積極響應國家的發(fā)展戰(zhàn)略，從基礎做起，做好“工業(yè)2.0”及“工業(yè)3.0”，再認真理解“工業(yè)4.0”的精髓。

而對于嬰幼兒配方奶粉企業(yè)，也應按照國家的戰(zhàn)略發(fā)展愿景與發(fā)展規(guī)劃，引進制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。該系統(tǒng)在汽車、電子行業(yè)應用的較早，目前在煙草、制藥、石油、鋼鐵、化工、食品飲料等各行各業(yè)均有應用，但在乳制品行業(yè)還沒有較為成功的案例。

1 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）定義

M E S系統(tǒng)，即制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES），是由美國先進制造研究機構AMR（Advanced Manufacturing Research）于1990年11月提出的概念，將MES定義為“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員/管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設備、物料、客戶需求等）的當前狀態(tài)。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能及時做出反應，并做出報告，用當前準確數(shù)據(jù)進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。

2 嬰幼兒配方奶粉企業(yè)的管理問題

我國嬰幼兒配方奶粉企業(yè)根據(jù)規(guī)?？煞譃榇笮推髽I(yè)及中小型企業(yè)，但無論企業(yè)規(guī)模大小，都有共同的管理需求。目前，困擾企業(yè)管理層和生產(chǎn)管理人員的主要問題主要有以下幾個方面。

2.1 面對市場變化莫測的需求，產(chǎn)品形式不斷地變化，訂單不斷地調整，如何制定生產(chǎn)計劃、原材料采購計劃，在滿足市場供應的同時，減少產(chǎn)品、原材料的積壓，有效地降低庫存，節(jié)省活動資金；

2.2 當生產(chǎn)計劃臨時調整時，生產(chǎn)車間如何快速的響應，原材料、包裝材料是否能夠及時供應；

2.3 如何保證生產(chǎn)人員操作的標準化、程序化，配方工藝執(zhí)行的標準性、一致性，而沒有人為因素或失誤的操作發(fā)生；

2.4 如何保證產(chǎn)品出品率、產(chǎn)品合格率以及原材料的損耗率、物料的平衡率一致、穩(wěn)定，且各項指標最優(yōu)；

2.5 如何實現(xiàn)產(chǎn)品的準確追蹤溯源，滿足監(jiān)管及公眾的要求，當有產(chǎn)品遭到投訴時，能否根據(jù)產(chǎn)品名稱、批號，追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過程信息，如原料供應商、生產(chǎn)設備、操作人員、經(jīng)過的工序、生產(chǎn)時間和關鍵的工藝參數(shù)等；

2.6 如何保證環(huán)境、產(chǎn)品的微生物指標合格、恒定，生產(chǎn)出合格、放心的產(chǎn)品；

2.7 如何保證設備的最大效能，如何時刻監(jiān)視設備的運行狀態(tài)，知道保養(yǎng)時間以按需供應備件；

2.8 如何進行能源管理，如何發(fā)現(xiàn)哪里有浪費，如何降低能源的消耗，按需供應。

2.9 如何管理人員的績效，如何準確地采集數(shù)據(jù)進行量化考核，追究責任人。2.10 如何管理車間。目前對車間的管理還主要是靠生產(chǎn)管理人員走動和巡視進行管理，并沒有做到流程化、標準化，生產(chǎn)車間的每個環(huán)節(jié)的人員狀態(tài)、設備關鍵數(shù)據(jù)、物料信息、環(huán)境條件、生產(chǎn)進度、能源消耗等不能一目了然地呈現(xiàn)在管理人員的面前。

2.11 如何實現(xiàn)上層信息化和底層自動化的有效溝通?，F(xiàn)代化的大型企業(yè)管理系統(tǒng)很全面，如企業(yè)資源規(guī)劃管理系統(tǒng)（ERP）、客戶關系管理系統(tǒng)（CRM）、供應鏈管理系統(tǒng)（SCM）等；生產(chǎn)車間的過程控制系統(tǒng)（PCS）配備的也很齊全，如先進的自動化生產(chǎn)線設備、自動包裝機、機械手裝箱機、機械手碼垛機、自動化立體倉庫等。但上層的信息化與底層的自動化之間缺少了有效的、直接的溝通，各個自動化的生產(chǎn)線也是來自不同的廠家、系統(tǒng)，數(shù)據(jù)不能直接采集，形成孤島。

2.12 每天有幾百張乃至上千張的生產(chǎn)記錄、運行數(shù)據(jù)、庫存報表、物料信息、檢驗數(shù)據(jù)等需要人員手工進行記錄、錄入，而這些數(shù)據(jù)的人工錄入不但在數(shù)據(jù)的及時性、真實性、有效性、規(guī)范性等方面存在問題，也消耗了大量的勞動力和人力成本，而且生產(chǎn)車間各工段之間的指導性數(shù)據(jù)，如物料信息、檢驗數(shù)據(jù)等不能實時傳遞，導致了生產(chǎn)的延誤和生產(chǎn)效率的低下。

3 解決方案

基于以上所述，要解決這些問題，就需要有一個承上啟下、管理生產(chǎn)的系統(tǒng)——MES。

3.1 MES適合什么企業(yè)

MES并不適合所用的企業(yè)。大型企業(yè)有著先進的制造設備，從物料接收到成品包裝都有先進的自動化生產(chǎn)設備（PLC、上位機），先進的實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS），有成型的立體庫房管理系統(tǒng)（WMS），成熟的信息化管理系統(tǒng)（ERP），有做MES的基本硬件基礎；而中小型企業(yè)不具備全廠的自動化生產(chǎn)設備，或是沒有成型的庫房管理系統(tǒng)，或是缺少實驗室管理系統(tǒng)，即還沒有達到“工業(yè)3.0”的要求，因此，很難做好功能全面的MES，只能做MES系統(tǒng)的某一個功能模塊，如物料防錯、投料防錯、產(chǎn)品追溯等定制開發(fā)功能。

3.2 MES系統(tǒng)主要配置的功能模塊

食品飲料的流程制造行業(yè)關心3 個問題：生產(chǎn)什么、生產(chǎn)多少、如何生產(chǎn)，ERP回答的是前2 個問題，而MES解決和掌控的是“如何生產(chǎn)、可以生產(chǎn)什么、在什么時間生產(chǎn)、在什么時間已生產(chǎn)了什么、質量如何、效率如何”。對于“計劃”如何下達到“生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程中變化因素如何快速反應給“計劃”，在“計劃”與“生產(chǎn)”之間需要有一個“實時的信息通道”，MES就是計劃管理層與生產(chǎn)過程控制層之間承上啟下的“信息樞紐”。

針對嬰幼兒配方奶粉的生產(chǎn)工藝及管理需求，MES系統(tǒng)主要應配置“生產(chǎn)流程管理”“稱量配料與物料防錯”“車間庫存管理”“追蹤追溯”“設備管理”“質量管理”“能源管理”“績效管理”等功能模塊。

3.2.1 生產(chǎn)流程管理

“生產(chǎn)流程管理”主要有“配方管理”“工單管理”“物料平衡”等子模塊。

（1）配方管理

“配方管理”主要管理企業(yè)所有產(chǎn)品的配方升級、歸檔、實施，保證在用配方版本唯一，由專門部門發(fā)放，防止配方版本混亂。

（2）工單管理

“工單管理”是根據(jù)ERP下達的周計劃、日計劃而拆解的各個工段、崗位作業(yè)的依據(jù)和標準，保證各個工段作業(yè)的一致性。車間主任或工藝員下達各個崗位的工單，領料員根據(jù)“領料工單”進行領料；脫包員根據(jù)“脫包工單”對原料的外包裝袋進行脫包，內袋進行賦碼；配料員根據(jù)“預混料工單”“稱量分裝工單”“投料工單”進行小料的稱量分裝，微料的預混放大，大料及各種小料、微料的投料等操作；包裝崗位人員根據(jù)“叫料工單”進行各種產(chǎn)品的包材、包裝箱的供應。

（3）物料平衡

“物料平衡”是以各個工段為單位，對物料的投入與產(chǎn)出，自動計算物料平衡率、出品率、損耗率等，并設定標準限值，超出限值能報警提示，并能自動生成從原料接收到成品入庫總的物料平衡率、出品率、損耗率等信息。

3.2.2 稱量配料與物料防錯

“稱量配料與物料防錯”主要是根據(jù)工單，對各種物料進行條碼掃描與稱量控制，通過原料、包裝材料條碼的唯一性，根據(jù)配方將其進行一一綁定。在掃描條碼時，驗證物料的所有信息，如物料名稱、生產(chǎn)廠家、批號、失效期、檢驗合格與否等，保證所投物料品種的正確性，并且通過電子稱確定返回到MES系統(tǒng)的精確實際重量，驗證是否在允許誤差范圍內，來控制所投物料數(shù)量的正確性，從而保證產(chǎn)品配方執(zhí)行的準確性、精確性、安全性。

3.2.3 車間庫存管理

“車間庫存管理”是將從物流供應庫領進車間的物料進行管理，車間內各個原料暫存庫、冷庫、小料庫、配料現(xiàn)場的原料、包裝現(xiàn)場的包裝材料等，都作為“庫房”進行管理，從而使生產(chǎn)車間各個工段、環(huán)節(jié)的物料狀態(tài)、數(shù)量一目了然，并且通過條碼掃描，實現(xiàn)物料實時的轉移，同時各個庫房的物料是一個動態(tài)、平衡的流轉關系，可以實現(xiàn)車間與現(xiàn)場的物料管理的可控性。此外，“車間庫存管理”可以提供有效期預警、領用量估算、領用批次提醒（先進先出、零頭先出、失效期優(yōu)先等）、庫位（貨位）管理等功能。

3.2.4 追蹤追溯

“追蹤追溯”可實現(xiàn)對產(chǎn)品追溯的完整性、準確性、真實性的要求，與ERP集成，記錄原材料的各種信息，如生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、批次、數(shù)量、版本號等，追溯物料的源頭；與自動控制系統(tǒng)集成，記錄原料罐、配料罐、成品罐、包裝機等物料的流向，記錄各個工段生產(chǎn)設備的關鍵參數(shù)，從而實現(xiàn)追蹤追溯的全面性、完整性，保證譜系數(shù)據(jù)的準確、真實。

3.2.5 設備管理

“設備管理”可通過對設備的數(shù)據(jù)采集，獲取運行時間、停機時間、設備狀態(tài)等，對設備關鍵性能指標（KPI）和設備綜合效率做出分析和評價，形成量化的指標，如設備OEE、設備利用率、設備達產(chǎn)率等；可有效地管理設備，了解設備狀態(tài)，如維修保養(yǎng)、停機、運行、故障、清洗、已清洗、未清洗等，提示何時維修保養(yǎng)，提供保養(yǎng)備件清單和備件庫庫存信息，備件預警等。

3.2.6 質量管理

“質量管理”可與實驗室管理系統(tǒng)（LIMS）進行數(shù)據(jù)集成，直接采集化驗、檢驗數(shù)據(jù)，如各種原材料、半成品、成品的檢驗數(shù)據(jù)等，取消人工錄入數(shù)據(jù)操作，減少等待時間，縮短生產(chǎn)周期；可與空調系統(tǒng)集成，自動控制環(huán)境的溫度、濕度、換風次數(shù)；控制人員進出清潔作業(yè)區(qū)、準清潔作業(yè)區(qū)的規(guī)范流程等。

4 結論

4.1 嬰幼兒配方奶粉企業(yè)應用MES后，可實現(xiàn)實時的現(xiàn)場作業(yè)管理、現(xiàn)場無紙化作業(yè)、實時數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)批記錄即時報表、現(xiàn)場物料追蹤、實時品質控制、配料及物料防錯、實時設備運行狀態(tài)監(jiān)控；可做到系統(tǒng)運行“智能化”，體系運行“標準化”，過程管控“信息化”，生產(chǎn)監(jiān)控“可視化”，質量管控“嚴格化”，追蹤溯源“一鍵化”，生產(chǎn)記錄“即時化”，物料數(shù)據(jù)“動態(tài)化”；可為企業(yè)縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低運營成本，降低產(chǎn)品不良率，提高能源利用率，滿足工信部對智能制造的要求。4.2 MES具有很強的行業(yè)特性，并非所有的功能模塊均適用于所有行業(yè)，不同行業(yè)、不同生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)，甚至相同行業(yè)，都具有不同的管理模式，對于MES的需求有極大的差異。因此需要不同行業(yè)的具有管理經(jīng)驗的人，把生產(chǎn)管理的需求明確的表達出來，讓做MES的工程人員完全理解該行業(yè)的生產(chǎn)工藝、管理模式，需要有信息化、自動化、生產(chǎn)管理人員共同組成的團隊，而且需要一個既懂信息化，又懂自動化，還有行業(yè)管理經(jīng)驗的人來牽頭組織，這樣才能做出一個好的、適合于企業(yè)的MES，而平臺與技術并不是難題，這就是為什么嬰幼兒配方奶粉行業(yè)還沒有一個成功案例的原因。

李鴻奎（1978-），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，主要從事乳品企業(yè)的工藝設計、咨詢服務等工作。

2016-07-12）