MES在稀有金屬制品工廠的實施方案及風險規避

郭長遠 楊少武

1.寧夏東方鉭業股份有限公司 寧夏 石嘴山 753000；

2.中色（寧夏）東方集團有限公司 寧夏 石嘴山 753000

引言

MES（生產制造執行系統 manufacturing execution system）由美國AMR公司提出，并由MESA對其定義，目的是通過將生產管理過程透明化、提升制造業生產過程的管理水平，對計劃排產與現場進度、質量管理有機結合，利用MES系統對生產全過程做數字化采集、信息化管理，達到資源的合理高效配置，最終實現精益生產。

稀有金屬制品是以鉭、鈮及其合金生產的板帶、箔材、管棒絲材、制品件（非標圖紙定制如異型坩堝、加熱器等），是公司全產業鏈的最后一個產品類別，產品廣泛應用在電子、通訊、航空、航天、冶金、化工、醫療、原子能等領域。隨著市場競爭的加劇、客戶對產品質量、交期等要求不斷提高，以往傳統的生產管理方式很難適應現在的要求，并且隨著智能制造、數字孿生的興起、作為其底層基礎的MES系統的應用也提上了加強工廠管理的日程。

1 生產現狀

目前稀有金屬制品工廠現場生產管理不透明，車間的生產情況、設備運行狀況、生產任務進度等信息缺乏及時有效的反饋方式，更無法做到預先控制，各種問題只能現場臨時協調解決，因此生產效率低下，生產成本高，質量追溯過程緩慢，雖然處于稀有金屬加工的末端，但產品的附加值越來越低、市場競爭持續加劇、質量的追溯響應要求越來越高，傳統的管理模式難以滿足現在的市場競爭[1]。如何打造高效透明化的數字化車間生產，作業流程全過程的數字化記錄、智能化排產、自動實時進度跟蹤管控是現在最關心的問題。從實際來看，工廠生產的不透明、生產調度的緩慢等問題亟待解決，而MES系統引入是十分必要的。

稀有金屬制品工廠目前的管理模式是調度排產、跟蹤生產進度、制訂生產工藝、質量技術檢驗標準、現場監督等生產過程環節分別由分廠調度員、技術員、質量員進行。由于稀有金屬產品原材料較貴重、并且公司加大在線“兩金”占用的考核，致使制品件的生產是小批量、多規格、多種類離散式訂單生產，其中的制品件在生產中后期的剪切、鉚接、點焊、縫合裝配等工序全部是手工作業，這對管理人員的要求十分的苛刻，調度員、技術員每天疲于奔命的協調各種的任務沖突。并且在質量追溯、現場進度查詢追溯的快速等方面，傳統的質量紙質記錄的查詢已無法快速響應。為了有效解決這些矛盾，MES系統的如期實施就顯得尤為重要。

2 MES功能架構

MES系統跨度涵蓋三個層次，包括過程控制層、生產執行層、決策經營層。過程控制層以終端設備及數據采集傳感器等控制系統為基礎，通過數據平臺，采集設備設施實時生產數據；生產執行層通過智能排產、工藝管理、生產管理、質量管理、物料管理、設備管理、能源管理、報表管理、BOM管理、基礎數據管理等模塊，對生產基礎數據進行整合、分析，實現對企業生產的精細化智能管控；管理決策層對生產相關的能效、設備、物料、計劃等各類信息進行多維度分析和展示，通過管理智慧駕駛艙和數字孿生工廠應用，構建“智能化運營管控平臺”輔助管理決策。與ERP、OA等系統集成，獲取訂單、BOM等信息，最終產品及物料信息回傳ERP，實現企業運營閉環管理。

基于上述構想，MES系統管理系統至少需配置兩類服務器，用于生產線監控和數據管理。其中，用于在線監控的服務器與生產設備、檢測器具相連，采集各項生產檢測數據；數據管理的服務器主要是存儲數據、編輯數據、查詢數據等功能。系統采用B/S結構，易于安裝和維護，通過IE 等瀏覽器就實現所有功能的訪問和業務操作。系統使用JAVA開發語言，能多平臺部署和應用，能在電腦、平板、手機端無縫銜接、自由訪問，合理是使用網閘、網關、人員權限最大限度地保護企業數據的安全。系統前端后臺業務能有效分離。前端、后臺業務的分離使系統運行高效。系統使用關系型數據庫，將ERP、OA和MES數據進行整合，加強管理過程的信息交互，為數據協同管理的實現，奠定基礎。

3 MES具體實施

MES管理系統是個“一把手”工程，MES的應用及管理思想、體系，勢必會和原有的管理體系、管理思想產生沖突；實際執行人員的思維慣性對新思想、新理念、新的工作方式的接受執行程度都會有一定的折扣或抵觸，因此一把手的態度、實施的決心、決策是MES系統是否能夠落地執行及順利運行的決定性因素。

MES的實施需要按照體系工程來推進，應設立專門的項目組。項目組要“一把手”牽頭，專人負責，工廠、車間、工段、班組、各職能機構及各位專項負責人都要參加，共同搭建起真正適合工廠特點使用的MES系統。MES的實施是一個漫長的過程，是用信息技術手段替代現有的管理，實現現有管理的數字化轉型。

MES的實施一般分為4至5個階段實施[2]：①項目準備，時長一個月，具體工作內容包括：成立項目組、劃分人員職責、項目實施范圍、功能規劃等；以項目啟動為里程碑。②項目藍圖，時長兩個月，主要開展工作有業務調研、業務梳理、組織架構、需求確定、平臺設計、項目培訓等，以項目藍圖的確認為里程碑。③系統開發，時長四個月，完成系統配置、建模、報表、接口開發、數據采集轉換等等，以最終集成測試為里程碑。④系統試運行，時長二個月，即開發的各模塊，各種功能的測試、權限的測試、系統管理、用戶培訓、上線清單確認、聯合測試等，以系統上線為里程碑。⑤系統上線，時長4個月，內容是上線、優化；項目回顧、階段驗收，以階段驗收為里程碑。

有些MES項目是將4與5合并執行，每個階段的實施時長會因MES系統管理生產企業的規模生產業務、流程的復雜程度而不同，不能生搬硬套。稀有金屬制品工廠因其產品的品種多、規格多、業務流程長并且有反復循環的作業流程、質量要求嚴格等因素，雖然企業規模不大，但是MES系統實施起來用時也是比較漫長的，落地并行的時間也會持續很長時間，需要不停地完善系統策略、強力推進等。

4 MES在制品加工廠實施的風險

MES在分廠是生產過程與分廠管理信息互通的橋梁，MES成功的實施能給企業帶來極大的價值。但是，實施過程中也存在一些風險點，具體點及規避方法如下：

4.1 加工工序多，涉及范圍廣，人員多、協調頻次高、難度大

MES的實施需要將生產管理流程進行重組和優化，包括工廠管理、生產管理、車間管理、設備管理、質量管理、物料管理、人員管理等，需要對這些相關的管理、業務和技術等人員進行溝通交流、協調，涉及面廣難度大，必須要由一把手參與MES項目，保證項目運行順暢，提高項目執行力度和及時性。

4.2 總體規劃不足

MES的總體定位是工廠生產制造集成，系統的實施也不同步，造成了與各個系統集成的難度，協調起來非常困難。在實施MES系統前，應充分發揮信息化建設總體規劃的優勢，對其他系統如OA、ERP等提出明確的信息交換的要求，包括邊界要求與技術方案。

4.3 容易陷入“大而全”風險

MES涉及的業務范圍較廣，很容易陷入做“大而全”系統的誤區，做“大而全”的MES會湮沒主要目標，導致把精力投入在無價值或價值不大的業務流程上，“需求蔓延”和“需求鍍金”都必須杜絕，要嚴格按照技術方案要求，以系統成功為最終目標，相關單位密切合作，精力都放在做最有效的事情上[3]。

4.4 數據采集與集成不全面

MES的總體定位是工廠生產制造集成，所涉及的系統較多，系統供應商較多，而各個系統供應商的工作重點是完成本系統內部功能，內部功能完成了就去申請驗收了，對集成需求不重視。好的做法是在實施MES系統前將數據采集與集成作為選擇相應自動化系統實施商的一個重要指標，也要作為項目驗收的關鍵項，在項目實施過程中，將數據采集和系統集成作為重中之重來抓。

4.5 系統上線后的維護風險

MES涉及詳細業務流程和管理流程，系統的維護需要既懂業務又懂信息技術的復合型人才，而這樣的人才非常少，MES項目實施過程中，培養一支能夠支持系統維護與可持續發展的技術隊伍，這樣，至少能在發生問題時，提升雙方的溝通效率，節省雙方的成本，推行聯合開發模式，降低MES項目維護成本和風險。

4.6 存在與現有應用系統對接的風險

MES實施的部分功能需要與現有信息系統對接、集成，業務數據已存在于其他系統，為此，項目中明確系統切換和業務數據遷移計劃，為業務數據的訪問存儲滑轉到MES系統中做好準備。

5 存在問題

在稀有金屬制品的生產過程中，由于品種規格的多樣性，工藝流程的復雜性，本MES系統運行時還存在一些問題待近一步的優化，來更加匹配我們的生產。

比如上下道工序交接時質量問題：上道工序控制質量已經偏離，如果按MES事先設定的質量控制標準已經判廢，但是下道工序能通過加工余量的調整挽救回來的，但這樣會增加下道工序的工作量，這就有了矛盾的沖突，如果在質量的設置中降低工序的質量標準勢必會造成全道工序質量要求的降低。

整個生產線上有許多數據需要人工錄入，無法自動獲取，在MES設計前期就考慮到了人工錄入的煩瑣，職工的抗拒情緒，故選擇了一些帶自動采集的計量器具，但這些器具與之前的器具使用時有些差別，就造成了效率的降低等，影響了MES數據的即時性。MES數據詳細完善的指導生產還需要仔細深度發掘。由于稀有金屬制品的加工屬于傳統的金屬壓力加工，故現場的環境不是十分理想，潔凈度、照度都會影響產品的表面質量，但是這些因素在MES系統時未加以量化采集，這些對質量的影響分析，管控都是要后期完善的。

有些關鍵設備的數據沒有采集進MES系統，也降低了MES的運行理想度。

一些臨時生產任務單，如非常規的科研開發、非常規的新品訂單的工藝制定、質量管控等都是未納入MES系統的，但這又是實際生產中出現的，如何合理的盡快納入MES系統，使之不要妨礙現有的脆弱的MES系統運行。

針對以上問題，MES系統實施的廠家也給出了一些優化的解決方案，工廠方面也根據實際情況計劃做一些設備的升級改造和加強員工的培訓、加大考核力度，來更好的發揮MES系統的作用。通過MES系統實施運行不斷改進的過程中，使工廠整體的軟硬件環境、員工整體的生產效率、質量理念都有很大提升。

6 結束語

MES系統在稀有金屬制品工廠中的順利實施，將提升工廠的生產效率，提高質量管理水平；并且極大的解放工廠技術人員的日常繁重的管理任務，合理的降低人力、物料、生產成本，提升產品的競爭力。隨著MES系統的不斷完善并向著數字化工廠的建設，會給企業的發展帶來更多的動力。MES系統實施過程是復雜的,在項目實施前，應充分考慮實施可能會碰到的各種風險，并采取有效措施降低系統的實施風險，以提高MES項目實施的成功率。