制造執行系統在嬰幼兒配方奶粉行業的應用

文/李鴻奎

（黑龍江立高科技股份有限公司）

制造執行系統在嬰幼兒配方奶粉行業的應用

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的生產管理問題，提出了智能制造執行系統（MES）的概念，針對該行業，介紹了MES的各個功能模塊的功能，為企業的精細化生產，自動化、信息化兩化融合，管理模式提檔升級提供了參考。

制造執行系統（MES）；嬰幼兒配方奶粉；生產管理

阜陽“大頭娃娃”、三鹿牌“嬰幼兒奶粉事件”等發生后，國家監管層與消費者對食品質量安全的關注度越來越高，陸續推出了強制性的國家標準及法規，企業也相應地對環境設施、生產設備、生產工藝、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。

制造業再升級是各國提振經濟的重點戰略，德國提出了“工業4.0”，美國倡導“工業互聯網”，而中國制定了“中國制造2025”。在這種情況下，企業應結合自身條件，積極響應國家的發展戰略，從基礎做起，做好“工業2.0”及“工業3.0”，再認真理解“工業4.0”的精髓。

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

1 制造執行系統（MES）定義

M E S系統，即制造執行系統（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與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統”，它為操作人員/管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源（人、設備、物料、客戶需求等）的當前狀態。當工廠發生實時事件時，MES能及時做出反應，并做出報告，用當前準確數據進行指導和處理。這種對狀態變化的迅速響應使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，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，又能提高生產回報率。

2 嬰幼兒配方奶粉企業的管理問題

我國嬰幼兒配方奶粉企業根據規模可分為大型企業及中小型企業，但無論企業規模大小，都有共同的管理需求。目前，困擾企業管理層和生產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，產品形式不斷地變化，訂單不斷地調整，如何制定生產計劃、原材料采購計劃，在滿足市場供應的同時，減少產品、原材料的積壓，有效地降低庫存，節省活動資金；

2.2 當生產計劃臨時調整時，生產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 如何保證生產人員操作的標準化、程序化，配方工藝執行的標準性、一致性，而沒有人為因素或失誤的操作發生；

2.4 如何保證產品出品率、產品合格率以及原材料的損耗率、物料的平衡率一致、穩定，且各項指標最優；

2.5 如何實現產品的準確追蹤溯源，滿足監管及公眾的要求，當有產品遭到投訴時，能否根據產品名稱、批號，追溯這批產品的所有生產過程信息，如原料供應商、生產設備、操作人員、經過的工序、生產時間和關鍵的工藝參數等；

2.6 如何保證環境、產品的微生物指標合格、恒定，生產出合格、放心的產品；

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

2.8 如何進行能源管理，如何發現哪里有浪費，如何降低能源的消耗，按需供應。

2.9 如何管理人員的績效，如何準確地采集數據進行量化考核，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，生產車間的每個環節的人員狀態、設備關鍵數據、物料信息、環境條件、生產進度、能源消耗等不能一目了然地呈現在管理人員的面前。

2.11 如何實現上層信息化和底層自動化的有效溝通。現代化的大型企業管理系統很全面，如企業資源規劃管理系統（ERP）、客戶關系管理系統（CRM）、供應鏈管理系統（SCM）等；生產車間的過程控制系統（PCS）配備的也很齊全，如先進的自動化生產線設備、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，各個自動化的生產線也是來自不同的廠家、系統，數據不能直接采集，形成孤島。

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

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、管理生產的系統——MES。

3.1 MES適合什么企業

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

3.2 MES系統主要配置的功能模塊

食品飲料的流程制造行業關心3 個問題：生產什么、生產多少、如何生產，ERP回答的是前2 個問題，而MES解決和掌控的是“如何生產、可以生產什么、在什么時間生產、在什么時間已生產了什么、質量如何、效率如何”。對于“計劃”如何下達到“生產”環節，生產過程中變化因素如何快速反應給“計劃”，在“計劃”與“生產”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工藝及管理需求，MES系統主要應配置“生產流程管理”“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 生產流程管理

“生產流程管理”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”主要管理企業所有產品的配方升級、歸檔、實施，保證在用配方版本唯一，由專門部門發放，防止配方版本混亂。

（2）工單管理

“工單管理”是根據ERP下達的周計劃、日計劃而拆解的各個工段、崗位作業的依據和標準，保證各個工段作業的一致性。車間主任或工藝員下達各個崗位的工單，領料員根據“領料工單”進行領料；脫包員根據“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“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“叫料工單”進行各種產品的包材、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，來控制所投物料數量的正確性，從而保證產品配方執行的準確性、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、配料現場的原料、包裝現場的包裝材料等，都作為“庫房”進行管理，從而使生產車間各個工段、環節的物料狀態、數量一目了然，并且通過條碼掃描，實現物料實時的轉移，同時各個庫房的物料是一個動態、平衡的流轉關系，可以實現車間與現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”可實現對產品追溯的完整性、準確性、真實性的要求，與ERP集成，記錄原材料的各種信息，如生產廠家、生產日期、批次、數量、版本號等，追溯物料的源頭；與自動控制系統集成，記錄原料罐、配料罐、成品罐、包裝機等物料的流向，記錄各個工段生產設備的關鍵參數，從而實現追蹤追溯的全面性、完整性，保證譜系數據的準確、真實。

3.2.5 設備管理

“設備管理”可通過對設備的數據采集，獲取運行時間、停機時間、設備狀態等，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、設備達產率等；可有效地管理設備，了解設備狀態，如維修保養、停機、運行、故障、清洗、已清洗、未清洗等，提示何時維修保養，提供保養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（LIMS）進行數據集成，直接采集化驗、檢驗數據，如各種原材料、半成品、成品的檢驗數據等，取消人工錄入數據操作，減少等待時間，縮短生產周期；可與空調系統集成，自動控制環境的溫度、濕度、換風次數；控制人員進出清潔作業區、準清潔作業區的規范流程等。

4 結論

4.1 嬰幼兒配方奶粉企業應用MES后，可實現實時的現場作業管理、現場無紙化作業、實時數據采集、生產批記錄即時報表、現場物料追蹤、實時品質控制、配料及物料防錯、實時設備運行狀態監控；可做到系統運行“智能化”，體系運行“標準化”，過程管控“信息化”，生產監控“可視化”，質量管控“嚴格化”，追蹤溯源“一鍵化”，生產記錄“即時化”，物料數據“動態化”；可為企業縮短生產周期，提高生產效率，降低運營成本，降低產品不良率，提高能源利用率，滿足工信部對智能制造的要求。4.2 MES具有很強的行業特性，并非所有的功能模塊均適用于所有行業，不同行業、不同生產規模的企業，甚至相同行業，都具有不同的管理模式，對于MES的需求有極大的差異。因此需要不同行業的具有管理經驗的人，把生產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的生產工藝、管理模式，需要有信息化、自動化、生產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，還有行業管理經驗的人來牽頭組織，這樣才能做出一個好的、適合于企業的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，主要從事乳品企業的工藝設計、咨詢服務等工作。

2016-07-12）