基于大型復(fù)合材料制品行業(yè)MES的數(shù)據(jù)分析在生產(chǎn)管理中的應(yīng)用研究

潘藝+劉佳欣+李華新+殷賓

[摘 要] 大型復(fù)合材料制品的生產(chǎn)是典型的離散型生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)搭建MES來(lái)解決生產(chǎn)過(guò)程管控中的一些問題，雖然通過(guò)搭建MES對(duì)生產(chǎn)過(guò)程管控取得了一定的成效，但卻對(duì)生產(chǎn)過(guò)程采集到的數(shù)據(jù)運(yùn)用不夠，沒有對(duì)其進(jìn)行深入的分析研究；本文在MES的基礎(chǔ)上，對(duì)采集到的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，并將研究結(jié)果用于生產(chǎn)過(guò)程的管控和優(yōu)化，從而提升生產(chǎn)效率。

[關(guān)鍵詞] MES；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)分析；大型復(fù)合材料制品

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 01. 029

[中圖分類號(hào)] F270.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）01- 0070- 05

0 引 言

MES（Manufacturing Executive System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）是一款面向生產(chǎn)車間生產(chǎn)過(guò)程管控的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，彌補(bǔ)了企業(yè)計(jì)劃層和車間操作層之間的斷層，實(shí)現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)傳輸和共享，增強(qiáng)企業(yè)對(duì)車間的生產(chǎn)管控能力[1-3]。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，MES在流程制造業(yè)取得了很好的理論研究成功經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用效益，但在離散制造業(yè)開發(fā)和應(yīng)用成功的案例很少[4]，MES雖然與生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量、工藝等結(jié)合緊密，但世界上目前卻沒有一款適用于所有行業(yè)的通用產(chǎn)品[5]。MES作為優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程與管理的核心環(huán)節(jié)，不僅需要采集大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，還需要大量的數(shù)據(jù)分析來(lái)支撐生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和管理，生產(chǎn)過(guò)程中采集到的數(shù)據(jù)不僅反映了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)，生產(chǎn)過(guò)程中工藝、質(zhì)量等技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化，還隱藏著大量的生產(chǎn)過(guò)程信息，若對(duì)其進(jìn)行深入分析和整理，可從中找出生產(chǎn)過(guò)程中隱藏的異常風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和異常發(fā)生規(guī)律，這些信息不僅可為生產(chǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)，還可用來(lái)預(yù)測(cè)生產(chǎn)異常發(fā)生的可能性和范圍[6]。

大型復(fù)合材料制品的生產(chǎn)是典型的離散型制造模式，產(chǎn)品體積大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)管控難度大，雖然企業(yè)引進(jìn)了MES，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程管理和監(jiān)控取得了一定的成效，但與MES強(qiáng)大功能對(duì)比取得的成效簡(jiǎn)直是微不足道，究其原因主要是現(xiàn)有MES雖然有報(bào)表輸出功能，但只對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中采集到的數(shù)據(jù)做了統(tǒng)計(jì)匯總而未對(duì)數(shù)據(jù)真正進(jìn)行深入分析研究和運(yùn)用，使得采集到的大量數(shù)據(jù)無(wú)法為生產(chǎn)過(guò)程提供預(yù)測(cè)、決策、預(yù)防和優(yōu)化的依據(jù)，白白浪費(fèi)了大量的數(shù)據(jù)。因此，本文提出在MES定制開發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)多種數(shù)據(jù)采集技術(shù)來(lái)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Office、Project等工具對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，將分析結(jié)果用于工藝、質(zhì)量、設(shè)備、生產(chǎn)等過(guò)程的優(yōu)化，找出制約生產(chǎn)效率、影響產(chǎn)品質(zhì)量等問題，解決信息流通滯后、信息斷層等帶來(lái)的管理瓶頸，從而提高生產(chǎn)效率，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控，縮短產(chǎn)品成型周期。

1 整體業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)方案

1.1 MES整體業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)思路

UniMax MES 是針對(duì)中國(guó)離散制造業(yè)特點(diǎn)推出的新一代MES系統(tǒng)，在標(biāo)準(zhǔn)工廠模型的基礎(chǔ)上可根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行定制化開發(fā)，并將適合國(guó)內(nèi)離散型制造企業(yè)生產(chǎn)模式和管理思想的特色功能與模塊融入其中，采用行業(yè)領(lǐng)先的建模技術(shù)和全新的模塊插件架構(gòu)，通過(guò)計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制等，實(shí)時(shí)傳遞生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種復(fù)雜問題進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，在信息化中起到了核心關(guān)鍵作用。

根據(jù)大型復(fù)合材料制品生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況和存在的問題，對(duì)MES功能進(jìn)行了定制化設(shè)計(jì)開發(fā)，其主要設(shè)計(jì)思路是通過(guò)計(jì)劃層的SAP系統(tǒng)ERP功能，運(yùn)算出計(jì)劃訂單，通過(guò)SAP系統(tǒng)和MES做集成將生產(chǎn)訂單傳遞至MES，MES通過(guò)訂單發(fā)布、物料分解、物料配送、異常管控、質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)來(lái)控制和管理訂單、物料、設(shè)備、工藝、質(zhì)量等車間的所有資源，并將控制層的PDA、掃描槍、二維碼等與MES集成配套使用，從而提升生產(chǎn)管控能力，具體情況如圖1所示。

1.2 MES業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)方案及主要模塊功能

不同行業(yè)的MES 功能差異很大，本企業(yè)通過(guò)梳理實(shí)際業(yè)務(wù)流程，將各個(gè)模塊優(yōu)化后的業(yè)務(wù)流程及模塊之間的關(guān)系在MES中進(jìn)行固化，使系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況高度吻合，打造出基于公司業(yè)務(wù)特點(diǎn)的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含計(jì)劃模塊、生產(chǎn)執(zhí)行模塊、異常管理模塊、物料管理模塊、質(zhì)量管理模塊，各模塊內(nèi)部流程及模塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示，具體內(nèi)容如下：

（1）計(jì)劃模塊。在SAP系統(tǒng)中下達(dá)月度計(jì)劃及日生產(chǎn)計(jì)劃，通過(guò)SAP系統(tǒng)與MES的接口將訂單信息同步到MES系統(tǒng)中，并根據(jù)模具的開工時(shí)間及模具的負(fù)載情況、實(shí)際生產(chǎn)情況等選擇相應(yīng)的工作中心進(jìn)行排產(chǎn)，并發(fā)布工單，生產(chǎn)人員進(jìn)行生產(chǎn)。

（2）生產(chǎn)模塊。在MES系統(tǒng)中通過(guò)工單發(fā)布下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，在系統(tǒng)中進(jìn)行開、完工操作，并在生產(chǎn)過(guò)程中強(qiáng)制控制過(guò)程檢驗(yàn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

（3）異常處理。異常設(shè)置的是三級(jí)反饋機(jī)制，當(dāng)發(fā)生相應(yīng)原因的異常時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)異常處理流程將異常信息通過(guò)短信發(fā)送給相應(yīng)人員，從而確保生產(chǎn)過(guò)程中的異常得到及時(shí)、快速的處理，減少異常造成的損失。

（4）物料管理。原材料到貨檢驗(yàn)合格后，通過(guò)MES系統(tǒng)工序拉動(dòng)機(jī)制，生成物料需求信息，相關(guān)人員根據(jù)物料需求信息在2小時(shí)內(nèi)將物料配送到現(xiàn)場(chǎng)，減少生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地占用和因材料污染造成的損失。

（5）質(zhì)量管理。在MES中對(duì)生產(chǎn)過(guò)程設(shè)置報(bào)檢點(diǎn)、停止點(diǎn)和控制點(diǎn)，嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量，并根據(jù)正反向追溯功能，確保生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品和原材料有溯可查。

（6）設(shè)備管理。設(shè)備通過(guò)PLC改造后，用力控軟件將設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集到MES系統(tǒng)中，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)設(shè)備異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，制訂設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃及風(fēng)險(xiǎn)控制。

1.3 基于MES的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用研究

MES最核心的價(jià)值就是信息和數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，而信息和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換靠的就是數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析是一個(gè)用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)收集來(lái)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)研究和分析，提取有用信息并形成結(jié)論的過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)分析可幫助管理者做出判斷，以便采取適當(dāng)行動(dòng)。數(shù)據(jù)分析過(guò)程由識(shí)別信息需求、采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)、分析收集數(shù)據(jù)、根據(jù)分析結(jié)果提出改進(jìn)措施構(gòu)成，如圖3所示。endprint

1.3.1 基于MES的數(shù)據(jù)采集方案

作為典型離散型生產(chǎn)的大型復(fù)合材料制品，其生產(chǎn)數(shù)據(jù)可分為：生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量、工藝、設(shè)備等技術(shù)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)異常信息、測(cè)量數(shù)據(jù)等，為了保證數(shù)據(jù)采集的全面性、可靠性及實(shí)用性，數(shù)據(jù)采集的方案如圖4所示。數(shù)據(jù)采集時(shí)，需注意如下原則：

（1）全面性和實(shí)時(shí)性原則。系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)必須是實(shí)時(shí)的、全面的車間動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，否則由于某個(gè)模塊部分?jǐn)?shù)據(jù)的缺失或延時(shí)都可能會(huì)導(dǎo)致MES應(yīng)用錯(cuò)誤甚至失敗。

（2）多種數(shù)據(jù)采集工具和人工結(jié)合原則。大型離散型制造企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中不僅有大量的復(fù)雜制造模具和設(shè)備，還有大量的手工操作工位，任何單一方法都難以采集到生產(chǎn)過(guò)程中的全部數(shù)據(jù)，必須是多種數(shù)據(jù)采集工具的綜合應(yīng)用。盡管人工數(shù)據(jù)采集方式存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，但為了保證采集數(shù)據(jù)的全面性和采集經(jīng)濟(jì)性，人工數(shù)據(jù)采集方式是無(wú)法避免的 [2]。

（3）開放性原則。MES不僅要對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)訂單、物料等的管理，將這些數(shù)據(jù)及信息用可視化的圖表在車間實(shí)時(shí)顯示，還需要有開放式的接口，便于MES與其他軟件做接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞及集成。

1.3.2 基于MES的數(shù)據(jù)分析方法

由于大型復(fù)合材料制品生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性，目前MES仍停留在數(shù)據(jù)收集階段，雖然對(duì)產(chǎn)品過(guò)程中取得的一些數(shù)據(jù)通過(guò)開發(fā)相應(yīng)的報(bào)表進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)匯總，卻無(wú)法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行分析，更別說(shuō)將數(shù)據(jù)分析結(jié)果用于預(yù)測(cè)、決策及優(yōu)化方面的工作了，因此，為了充分發(fā)揮MES的功效，讓MES不僅僅只是充當(dāng)了手工勞動(dòng)的替代品，將MES采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)分析研究作用于生產(chǎn)管理和優(yōu)化，從而促進(jìn)生產(chǎn)管理的提升，具體分析流程見圖5所示。

2 應(yīng)用效果

由于A產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)過(guò)程不可控因素過(guò)多，為了減少設(shè)備異常造成的停機(jī)時(shí)間，縮短該產(chǎn)品成型周期，在MES的基礎(chǔ)上，通過(guò)一定的數(shù)據(jù)分析方法和工具，對(duì)MES系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)及手工收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出生產(chǎn)過(guò)程中的問題并提出改善措施進(jìn)行優(yōu)化，制定措施進(jìn)行提前預(yù)防和對(duì)A產(chǎn)品關(guān)鍵工序進(jìn)行分析及調(diào)整，優(yōu)化生產(chǎn)工序和節(jié)拍，從而將A產(chǎn)品的成型周期縮短至48h，具體內(nèi)容如下：

（1）設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)預(yù)防。因A產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的特殊性，灌膠過(guò)程需一次成型，此過(guò)程對(duì)設(shè)備密封性要求很高，因此設(shè)計(jì)設(shè)備漏氣風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)點(diǎn)檢表，如表1所示，并對(duì)設(shè)備上不同漏氣點(diǎn)劃分不同責(zé)任人（如圖6所示），每天進(jìn)行多次點(diǎn)檢，提前對(duì)漏氣風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)防，確保生產(chǎn)順利進(jìn)行，通過(guò)對(duì)設(shè)備漏氣風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防，使得因漏氣造成的成型延誤時(shí)間縮短了74.96%。

（2）工序優(yōu)化。根據(jù)成型周期節(jié)拍統(tǒng)計(jì)表如表2所示，收集該產(chǎn)品的實(shí)際開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并記錄造成生產(chǎn)延誤的時(shí)間和原因，通過(guò)原因問題分析及實(shí)際的工序節(jié)拍時(shí)間，使用Project軟件記錄標(biāo)注作業(yè)組合，運(yùn)用ECRS分析方法并對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行優(yōu)化，從而將A產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)縮到48h左右，如圖7所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)據(jù)管理是生產(chǎn)管理的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)分析是數(shù)據(jù)管理的核心，對(duì)于離散型制造企業(yè)尤其如此，在MES的基礎(chǔ)上，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析方法，不僅可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問題，提出改善措施進(jìn)行優(yōu)化，從而提升生產(chǎn)效率，縮短產(chǎn)品成型周期，而且可促進(jìn)MES系統(tǒng)改進(jìn)和功能優(yōu)化。

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