基于工業工程技術的MES 系統導入應用研究

曾田；陳健飛；易曉艷

（①四川現代職業學院制造技術系，成都610200；②成都瑞迪機械科技有限公司，成都610200）

0 引言

近年來，國內制造企業逐漸由勞動密集型走向技術加資本密集型產業，但大部分傳統制造業企業仍具有規模小、信息化程度低、企業管理水平不高的特點，再加上目前市場個性化需求的特點，生產模式已由傳統大批量生產轉向多規格小批生產，使得制造企業生存更加不易。當市場對產品成本、質量和交期提出更高要求時，具備物美價廉制造能力和現代化管理水平企業的存活幾率會更高。

在這樣的背景下，企業需提高生產管理水平，實現生產信息化管理。在實現生產系統的信息化管理方面，制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）扮演著舉足輕重的作用。MES 系統是能通過信息傳遞從下單到完成成品的全生產過程進行最優化的信息系統技術，主要面向車間層生產管控。因MES 系統強調制造過程的整體協調和閉環管理，可通過連續信息流來實現企業的信息集成，提升企業計劃管理層與車間執行層的雙向信息交互能力，提高車間活動和生產響應的敏捷性，所以MES 系統近年來在國內外企業中得到了迅速地推廣[1]。然而，在針對成都地區企業進行調研的過程中，發現部分企業導入MES系統之后，僅將其用作指令發布的系統，或者直接棄用，完全未發揮出MES 系統的優勢。通過對調研結果分析發現：MES 系統導入失敗的主要原因有高階主管支持力度不足、對自身需求缺乏真正的理解、生產管理（尤指精益生產）不到位、執行團隊溝通與協調不良等[2]。針對企業MES系統導入失敗的問題，本文將采用工業工程（Industrial Engineering，IE）技術提升企業生產管理水平，構建MES 系統導入前必要的生產管理環境，解決導入系統的數據“失真”問題，從而保障MES 系統導入的成功率。

1 工業工程技術

工業工程（Industrial Engineering，IE）是對有關人員、物資、設備、能源和信息所組成的集成系統（Integrated System）進行設計、改善和設置的一門學科。它綜合運用數學、物理和社會科學方面的專門知識與技術，并且使用工程分析的原理和方法，對上述系統可能取得的成果予以確定、預測和評價[3]。工業工程一般認為最早起源于美國，F.W.泰勒（1856-1915），被譽為工業工程之父，他通過著名的“鐵鏟實驗”“搬運實驗”和“切削實驗”，總結了稱為“科學管理”的一套思想，并于1911 年發表了《科學管理原理》一書。

工業工程技術在組織實施精益生產過程中運用了程序分析、動作分析等方法使生產標準化（含作業標準化、時間標準化、動作標準化等），以達到適宜企業的精益生產要求，不僅能夠有效地分析作業流程及人員動作，得出最節省作業時間且兼顧降低勞動強度的動作，還能準確地完成生產數據的采集，協助管理者對生產實施精準的動態管理，能極大地提升企業生產管理水平，為企業后續實現生產系統的信息化管理打下堅實的基礎。

2 MES 系統

國際制造執行系統協會對MES 系統的定義：MES 能通過信息的傳遞，對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理，對于工廠發生的實時事件及時做出相應的反應和報告，并用當前準確的數據進行相應的指導和處理[4-5]。MES 系統能夠實現生產組織全過程中技術準備、生產計劃及調度、產品加工、資源保障等部門的信息共享與協同工作，保證資源合理地配置和調度，不僅能提高生產能力，還能實現業務流程的可視化，促進業務流程的持續優化。因此，很多企業開始建設數據采集系統，加大了MES 系統的應用力度，促進了制造業企業的信息化管理水平，而MES 系統也成了制造業實現信息化管理的必然選擇[6-8]。

3 構建MES 系統導入方法

3.1 國內制造企業MES 系統應用現狀

MES 系統引入國內已有好些年，但因價格等因素，只有大型制造企業應用，大部份的中小型制造企業因缺乏企業資源，使其在信息化手段的運用上，往往落后于大型企業。此外，企業在導入MES 系統前須進行需求分析以及對其進行應用研究，并提出生產制造執行中關鍵問題的解決辦法和MES 系統應用方案，以保障MES 系統導入的成功率，在這個過程中，對企業的生產管理水平提出了較高的要求。因此，在國內中小型制造企業中MES 系統的使用率遠低于國外歐美中小型制造企業[9-10]。

3.2 MES 系統導入失敗的原因分析

根據調研及資料查詢結果[2]，羅列出如表1 中MES 系統導入失敗的原因，并按照失敗原因進行分類，主要分為企業資源性因素、人為操作因素以及內部管理性因素，其中企業生產管理水平對MES 系統是否導入成功影響重大。

表1 MES 系統導入失敗的主要原因及其類別

3.3 構建MES 系統導入方法

針對企業生產管理問題，在企業引入MES 系統之前，采用工業工程技術，組織企業實施精益生產，確保MES 系統實現數據的精準采集與發布，從而保障MES 系統的成功導入。

首先結合企業的生產特點，采用工業工程技術對生產作業人員的作業動作、作業時間、作業路徑、生產設備作業時間、物料來源、物料使用方法、產品生產及裝配工藝流程、作業環境等進行現狀調查，根據調查結果，確定適宜的生產模式，比如將推動式生產改為拉動式生產、將批量單工序生產改為單元生產等。其次，結合優化后的生產模式優化整個作業現場的布局，做到工具“三定”（定位、定品、定量）和物料運輸距離短等要求，最后采用程序分析和動作分析對作業內容及其動作進行優化，去冗簡繁，對作業順序進行重組，遵循動作經濟原則，分析并優化作業員的作業動作，對作業員的動作數量、動作時間、動作距離、作業現場布局進行標準化，形成一套標準化的精益生產管理模式，構建出MES 系統導入前必要的生產管理環境。

在這樣的條件下，可將生產工序、標準工時、標準人數、標準生產周期等同時導入MES 系統，確保MES 系統能夠實現數據的精準采集與發布，協助管理人員實時動態調整，從而保障MES 系統導入后的正常運行。

4 某企業MES 系統導入案例

4.1 案例企業現狀調查

案例企業為汽車行業配套廠家，屬于制造行業典型的中小型企業，產品質量和交期原本就是其瓶頸，再加上近兩年汽車市場基本飽和，同行競爭壓力較大，案例企業產品銷售增長較難，所以案例企業迫切地想挖掘自身潛力，實現降本增效。此外，案例企業生產管理存在如下主要問題：①采用多規格少批量集中生產模式；②現場布局不合理，物品擺放混亂且物料轉運距離遠；③作業指導書不夠詳盡，現場作業手法與文件規定內容存在較大差異；④生產計劃依據經驗制定，無足夠的數據支撐；⑤緊急插單或制令變更時，容易出現計劃混亂。

根據現狀調查結果可知，目前企業的生產管理環境無法滿足MES 系統導入前的工作準備要求。

4.2 案例企業某產品工藝流程

企業某產品生產工藝流程如圖1 所示。首先，生產線管和接頭，對線管進行裁剪，滿足各規格的長度要求，再組織車間對線管、接頭及其它零件進行裝配，完成后進行導通檢測、外觀檢查及線束評價，最后包裝出貨。

圖1 案例企業某產品生產工藝流程

4.3 基于工業工程技術的MES 系統導入準備工作

經現狀調查后可知，企業采用的是單工序批量生產，每批生產1-500 件產品，瓶頸工序為裝配工序。此外，因現場每一個工序生產的品名均不同，甚至存在同一工序生產好幾種品名的情況，并且作業員作業手法的不一致導致作業時間不同，所以無法精準地獲取每個品名的每一工序數據。

針對上述現狀問題，采用工業工程技術完成MES 系統導入準備工作。首先，選取公司批量最大的三種品名采集各工序作業嫻熟作業員的作業時間，在采集的數據基礎上增大15%，以確保作業時間的適用性。其次，對生產流程進行分析，將單工序批量生產模式更改為單元生產模式，新建一條試用產線，增加檢測工裝，合并生產工藝流程中的“導通檢測”與“外觀檢查”工序，合并“線束評價”與“包裝工序”，設置每個工序間的在制品（Work In Progress，WIP）數量為6。然后，對現場布局和所有工序的作業內容進行標準化，再通過動作分析，優化作業動作，并進行標準化，進而完成作業時間的標準化。通過這樣的優化改善后，試用產線較以前產線的平衡率由75%提升至93%，產線每小時的產出（Pieces Per Hour，PPH）數量由19 提升至26，增幅約37%。最后，在完成試用產線的改造后，逐漸地將其他品名轉線到試用生產線，甚至擴建產線，完成所有品名的標準化。

表2 MES 系統主要功能模塊

4.4 MES 系統導入的程序模塊

案例企業導入的MES 系統為“汽車零件制造業MES范本”。該范本是一套針對汽車行業開發的MES 系統軟件工具與作業指引，它的主要模塊和功能如表2 所示。

4.5 案例企業MES 系統成功導入后的主要收獲

①優化規范作業現場，將現場所有活動（含設備、人工、質量管理、維修、現場作業等）納入MES 系統管理，實現數據化管理，精準掌控生產成本。

②實現自動化排程，快速響應訂單變更，響應效率提升近84%。

③精確有效掌握生產進度，并監控質量狀況，生成周期由20 天降低為12 天，提升效率40%。

④記錄生產狀況，改善工程師能夠對產線生產狀況進行準確判斷，分析影響生產效率原因，找出真因，針對真因做出相應改善，提升設備使用與人員作業效率，并有效降低在制品數量約42%，成品庫存降低約40%。

⑤數據化績效評核，有利于企業高層的決策確定。

5 結束語

本文對部分企業MES 系統導入失敗的原因進行了分析，針對因企業生產管理問題導致MES 系統導入失敗的問題，提出了基于工業工程技術的方法對企業生產管理進行優化改善。首先進行流程分析，然后進行動作分析，再標準化作業流程、作業動作、作業現場布局等，創建MES 系統導入前的必要生產管理環境，最后通過案例應用分析，實現案例企業現場精益生產（生產工藝布局合理化、現場作業動作標準化、作業時間標準化、作業指導書標準化等），不僅保證了MES 系統的成功導入，還幫助企業實現降本增效。在MES 系統應用的基礎上，采用工業工程技術不斷地改善與提升企業生產管理水平，使企業的生產制造執行和管理效率都有相應的提升，對增強和保持企業在市場上的競爭力具有重大影響。