基于MES的離散制造企業物流信息體系研究

（中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001）

1 引言

離散制造業如車輛零部件制造、機械裝備制造等在經濟增長中占有主導性作用。離散制造企業生產過程中的物流具有復雜、多變、快捷的特點，適應其特點的物流信息體系有助于離散制造企業實現物流信息化、提高企業對市場的動態響應能力。

制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）是面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統，其實施可以對整個生產過程進行優化管理。MES可以將物流、工藝流和信息流進行統一整合[1]。MES通過對生產過程進行實時監視、診斷和控制，可以為系統提供實時信息，進而有效地指導工廠的生產運作過程。目前MES系統在離散制造企業信息化管理領域的研究中已有諸多應用：文獻[1]研究了某制造企業MES系統的規劃設計方案以及實施保障措施。文獻[2]研究了MES與企業資源計劃系統（Enter-prise Resource Planning，ERP）和過程控制系統（Process Control System，PCS）的功能邊界。文獻[3]研究了MES與ERP在物流管理功能中的區分。文獻[4]研究了MES與其它信息系統間信息流的傳遞。文獻[5]研究了MES與ERP集成下物流的精益化管理，分析了物流業務流程。文獻[6]研究了某造紙企業MES與ERP的集成方法，以及系統集成所開發的功能模塊。文獻[7]研究了MES與ERP的關系和集成模型。文獻[8]研究了MES與控制層的集成關系，設計了集成平臺的框架和基本功能。

以上關于離散制造企業MES的研究，多考慮MES與ERP之間的軟件平臺集成，對離散制造企業生產過程中物流進行信息化優化管理的研究較少，同時側重于在企業已有信息系統的情況下MES嵌入過程中存在的問題的研究也較少。本文以中國中車株洲電力機車有限公司（以下簡稱中車株機公司）這一典型離散制造企業為例，研究MES與企業已有信息系統的交互與集成，構建以MES為中心、集成現有ERP系統、倉庫管理信息系統（Warehouse Management System，WMS）的物流信息體系，使中車株機公司實現物流精益化管理。

2 現有信息管理系統

中車株機公司作為規模最大、品種最全的軌道交通裝備供應商之一，是典型的離散制造型企業，為滿足顧客不斷增加的個性化需求，其生產形成了品種多、批量小、周期短和需求變化快的特點。相應地，中車株機公司生產過程中的物流具有復雜、多變、快捷的特點，具體表現在：（1）物流管理復雜。多品種、小批量的生產特點使得企業生產線多、物流復雜。（2）物料繁多。機車制造涉及零部件種類與數量繁雜，對物料倉儲與配送能力要求高。（3）物流準時性要求高。機車制造工藝流程要求工序所需零部件及時送達，因此生產過程中的物流配送必須準時。

為進行信息化管理，中車株機公司目前已經應用了一系列管理信息系統，例如金蝶EAS系統、WMS系統。中車株機公司目前使用面向項目管理的金蝶EAS系統，屬于ERP系統，可以高效有序地組織項目執行，進而縮短制造周期、提高產品質量、控制和降低生產成本，以及快速響應市場的需求、提高企業競爭力。金蝶EAS系統以生產、技術和財務為信息核心，將銷售和采購作為信息源頭，信息可以在ERP內部有效地傳輸。對于倉儲管理，中車株機公司使用倉庫管理系統（WMS），可以對大部分物料進行項目管理、批次追溯、移動化作業和區分多種庫存狀態。

然而，現有各系統之間相對獨立，存在“信息孤島”問題，同時缺乏對物流過程的信息化掌控，而MES的實施可以更好地實現物流信息的傳遞。

3 物流信息體系功能劃分

物流信息體系的構建需要考慮MES引入后與企業現有信息系統的集成，這一步存在的主要問題是各系統間需要考慮各自的定位和功能劃分。例如：ERP與MES共同為企業生產計劃服務，而ERP重點在依據訂單，基于無限產能制定主生產計劃，MES重點在獲取底層控制的信息和對ERP下發的主生產計劃基于有限產能進行細化。系統間的功能定位、功能劃分的不清晰可能導致物流信息的不準確，影響各系統充分發揮各自的功能。

圖1 物流信息體系關系定位

物流信息體系中各子系統的定位如圖1所示，MES在物流信息體系中起承上啟下的作用。一方面，它接收來自計劃層的生產計劃信息，在它的生產計劃模塊中可以將較粗的生產計劃進行細化，并將生產指令傳遞給現場設備；另一方面，它接收來自底層的生產數據信息，經過處理后傳遞給計劃層，方便企業管理層實時調整生產計劃，適應市場需要。

（1）計劃層（金蝶EAS）。面向企業的長期規劃，按訂單進行生產，目標是充分利用企業的各項資源，對企業進行整體控制。

（2）執行層（MES和WMS）。MES的主要功能是為企業其他信息系統提供實時車間信息，將來自金蝶EAS的計劃進行細化并將操作指令傳遞給底層控制。WMS的功能是管理車間級、廠級倉庫和配送中心，WMS中的物料庫存信息傳輸給MES的生產計劃模塊，可以實現精確排產的需要。

（3）控制層（PCS）。實現底端生產設備與生產流程作業的控制。

具體功能劃分方面，在物流信息體系下，各子系統之間有部分功能存在交叉，容易發生分工不清的問題。各子系統的功能劃分見表1。

表1 物流信息體系子系統功能劃分

4 物流信息體系子系統交互分析

企業現有信息管理系統一方面存在無法追蹤及控制車間層次物流的問題，另一方面現有系統間信息流孤立，導致企業無法對整個供應鏈的生產及物流過程進行整體優化管理。以MES為核心構建物流信息體系，分析各子系統間信息流的交互，達到溝通各子系統的目的，從供應鏈及生產全過程整體上取得更好的優化管理效果。

（1）生產計劃與控制方面。金蝶EAS的生產計劃模塊通過市場訂單制定主生產計劃；MES的生產調度模塊將較粗的主生產計劃細化并發送給底層控制系統；MES的過程監控模塊和數據采集模塊對生產過程、設備和質量進行實時監控，MES將采集到的數據處理后發送給ERP，ERP據此調整生產計劃。

（2）生產執行方面。MES的生產執行模塊依據ERP的生產計劃和PCS的車間設備情況來安排生產。

（3）在數據采集方面。MES的數據采集模塊搜集來自車間生產的信息（包括物料消耗、設備狀態和人員信息等），信息經過處理后，傳輸給ERP，ERP的生產計劃模塊可以據此調整生產計劃。

（4）車間物料管理方面。MES的數據采集模塊實時搜集車間的使用情況，當車間物料使用量下降到安全庫存點時，MES向WMS發送領料請求，WMS將物料送至線邊庫后，向MES進行領料反饋。

5 物流信息體系構建

通過上述對物流信息體系功能劃分以及子系統交互的分析，由MES與企業已有的ERP、WMS、PCS等信息系統共同構建物流信息體系，可以實現企業內部物流、信息流的無縫銜接，提高企業對車間生產管理的控制能力，讓企業計劃層和控制層連接起來，企業得以獲取底層的物料、質量、設備狀態等信息來實時調整生產，以適應市場的需要。

本文構建的物流信息體系如圖2所示。

圖2 物流信息體系架構

在物流信息體系中，MES是信息流傳遞的核心控制系統。MES與金蝶EAS交換生產計劃信息、生產進度和物料消耗等信息，與WMS交換物料需求和配送等信息，與PCS交換作業指令和作業狀態等信息。MES可以將來自上下層的生產信息和控制信息經過處理后，再實時傳遞到對應的子系統中去。

該物流信息體系將車間生產信息和企業經營管理連接起來，實現了企業對計劃、工期、質量、設備等信息的監控，為企業管理層優化生產計劃提供了保障，能夠解決企業生產與管理脫節的問題。物流信息體系的功能主要有物料管理、生產計劃與調度、生產執行與質量管理等。

（1）物料管理。在物流信息體系中，可以對物料進行精益化管理。在庫存方面，金蝶EAS依據WMS中的物料庫存情況和生產計劃中的物料需求制定企業的物料需求計劃，MES對物料需求計劃進行細化，以便各供應商在準確的時間提供物料，減少企業的庫存。在物料配送方面，對物料實施ABC管理，A級物料可以依據MES的生產調度計劃準時送到線邊庫，C級物料可以按照定期定量的方式運送到線邊庫。在物料運送到線邊庫后要進行質量檢驗，對于質量不符合要求的物料由MES采集信息后傳輸給金蝶EAS，由金蝶EAS反饋給供應商。

（2）生產計劃與調度。金蝶EAS將制定的主生產計劃、物料信息和訂單信息發送給MES，MES通過從PCS獲得的設備信息、生產信息和物料狀態，對主生產計劃進行細化，具體到每一個工位或設備的生產任務，MES將生產數據提供給PCS。

物流信息體系下的生產計劃與調度功能可以充分利用企業現有資源，實現效益的最大化。

（3）生產執行與質量管理。生產執行中，MES與底層控制系統的集成，可以實現對車間物料、設備等信息的實時監控。在物流信息體系下，MES為各子系統和企業部門提供生產進度信息，為調整生產提供數據支撐。

質量管理中，MES數據采集模塊收集質量檢測數據傳輸給質量管理模塊，質量管理模塊對數據進行分析后，將物料的質量檢測報告傳輸給金蝶EAS，金蝶EAS可以據此對供應商進行評價并調整物料采購計劃。

6 物流信息體系預期效果分析

物流信息體系集成了MES與企業現有的管理信息系統，可以實現生產物流的信息化和精益化。MES在計劃層與控制層架起橋梁，物流信息在金蝶EAS、MES、WMS等信息系統間的實時交互，實現了物流、信息流的實時有效傳遞，提高了企業的信息化水平。首先，基于MES的物流信息體系的實施，消除了各子系統之間的數據孤島，可以讓物流信息在各子系統中實時傳輸。企業信息系統的融合保證了物流信息的準確性和及時性，企業的物料管理水平得到提升。MES可以對生產中的關鍵物料進行條碼管理，收集現場數據傳輸給ERP系統。實時的信息反饋使庫存狀態更加可靠[9]。MES可以通過ERP的生產排產計劃輸出物料需求清單，通過WMS的物料庫存情況[10]，將物料信息傳輸給ERP系統，ERP系統據此提出物料采購計劃，企業的生產在物流信息體系下得以準確有效的進行。

其次，在物流信息體系下，管理層下達生產任務后，可以通過MES即時了解任務完成進度和預期完成時間。ERP可以即時調整生產計劃，在企業整體的物流、倉儲等管理方面有重大作用。ERP根據MES采集的實時數據調整生產計劃。企業內部信息傳遞的暢通，有利于及時根據市場調整生產，響應市場的需要。

再次，在物流信息體系下，ERP與MES在供應鏈方面的集成，可以精確地了解物料流動所需時間和數量，進而減少庫存。

最后，物流信息體系可以提高企業物流管理水平，各子系統間的信息集成讓數據之間快速準確的傳遞，為企業管理層決策提供必要的信息支持。

7 結語

本文在對中車株機公司現有信息系統進行分析的基礎上，建立了基于MES的物流信息體系，目的是通過MES連接企業現有信息系統，實現物流信息在管理層和控制層實時的上傳和下達，提高企業管理層對車間生產的控制。通過分析MES引入后與企業現有信息系統潛在的信息交互關系，提出各子系統間信息交互需解決的問題并給出解決方案。構建了以MES為核心的物流信息體系并分析了該體系的功能與效果。基于MES的物流信息體系的實施可以幫助企業實現各子系統間的實時數據共享，提高企業工作效率，進而獲得更強的市場競爭力。