制造執行系統在電子裝配企業中的應用

劉春明

（中國電子科技集團公司第十四研究所， 江蘇 南京 210039）

引言

在《中國制造2025》中指明了工業制造的數字化、智能化要求，數字化車間、智能工廠作為智能制造重要的實踐領域，已經成為我國制造企業轉型升級的主攻方向。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，它通過數字化生產過程控制，借助自動化和智能化技術手段，最終實現制造車間生產過程的透明化、制造裝備的數控化和生產信息的集成化[1]。

制造執行系統（MES）的概念是在20世紀90年代提出的，旨在加強MRP 計劃的執行功能，把MRP計劃與車間作業現場通過執行系統聯系起來。美國先進制造研究協會（Advanced Manufacturing Research，ARM）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”, 它為操作人員和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[2]。

本文以H 企業電裝車間為實施案例，其生產模式為典型的離散型電子裝配制造，具有品種多、批量小、產品結構復雜、工藝不成熟、生產計劃復雜多變等特點。生產計劃以人工管理為主，數據采集采用人工統計的傳統方式，造成信息遲滯且易出錯等問題。根據H 企業電裝車間的生產特點和實際需求，通過導入適用于離散制造車間的生產管理與數據采集系統（MES 系統），實現了生產計劃管理流程自動化、生產過程數據采集及生產監控實時化、制造過程透明化，提高了業務流程效率，降低了車間運作成本，提升了生產管理水平。

1 企業管理現狀

1.1 生產計劃管理手段落后

H 企業的生產計劃編制、下達、完工反饋主要依靠手工進行，無法實現生產計劃與生產現場的實時互動，造成了計劃與執行之間的不同步。生產計劃進度、工位產量、良品率等信息無法實時獲取，需要通過召開大量的會議來部署和檢查，費時費力。

1.2 生產過程數據采集實時性、可靠性差

生產過程中的數據采集主要由人工紙質記錄，數據的整理統計滯后，無法實時獲取和查看設備狀態，難以做到及時地分析反饋，解決問題的實時性差。

1.3 物料齊套信息不準確、配送效率低

物料從來料、入庫、出庫配送等環節未納入統一的生產計劃信息系統管理，物料計劃與生產計劃脫節，經常出現物料庫存情況與現場物料計劃不匹配的現象，造成庫存成本增加以及生產計劃延誤。

1.4 缺乏有效生產數據統計手段，影響管理決策

生產訂單完工情況保存在操作人員個人手中，計劃檢查只能依靠點對點溝通，報表統計分析主要依賴EXCEL 等工具，工作量大、繁瑣，管理層無法快速、實時獲取所需要的與生產相關的各種KPI 指標，管理、決策缺乏數據支撐。

2 建設目標

針對以上問題，建設基于精益管理思想融合數字化、信息化技術，符合H 企業電子通信裝備生產現狀的裝接、裝配、調試、測試一體化的生產管理系統，具備信息實時采集、分析、處理等功能，實現信息流、物流的全面貫通。達成硬件設備和工業軟件之間的數據聯通，為智能化車間建設打下基礎，幫助企業降低成本、縮短生產周期、提高產品質量和管理水平。

2.1 生產計劃合理優化

依據人力資源、設備能力、工藝路線、加工工時、產品BOM以及企業主生產計劃，采用可視化的排產界面，實現工序能力資源的優化及整合，形成可執行的生產作業計劃。

2.2 生產進度實時可控、車間總體生產情況實時展示

采用二維碼、條碼等方式實時采集現場生產過程數據，提供多種圖表形式的監控看板，實現對各班組計劃、質量、問題等信息全面掌握并精準決策。

2.3 生產過程質量可控、數據可追溯

根據工序的質量控制點設置，自動推送訂單檢驗要求，記錄生產過程檢驗質量數據，實現完備的過程質量追溯。

2.4 生產報表實時生成

根據需要配置報表，可一鍵生成。報表呈現計劃進度、工序過程、質量檢驗、工時等內容，為車間領導進行量化管理及管理改進提供數據支撐。

3 MES 系統設計架構

該MES 系統主要由生產計劃管理、生產執行管理、質量檢驗管理、物料管理、看板管理和基礎管理等功能模塊組成（如圖1 所示）。系統具備靈活的二次開發環境與接口，滿足后續功能擴充與調整要求，促進相關生產管理模式及業務流程的持續優化。系統支持產品批量設計BOM、制造BOM導入，提供基于設計BOM 的結構化工藝數據管理，包括工藝路線、工時定額、工藝資源、質量控制要求等。系統支持調用本地應用程序瀏覽其權限范圍的各類文檔，通過系統集成，技術文件可以即時發布到制造現場，實現無紙化查閱。相關人員能夠依據權限查閱圖紙、三維模型、工藝規程等電子文檔，得以快速、全面、準確地指導生產[4-5]。主要功能模塊如下所述。

3.1 生產計劃管理

生產計劃管理主要是車間計劃管理人員接收、拆分、調整生產計劃，對車間內部的生產計劃進行排程。包括訂單管理、工序計劃分解、計劃排產、派工單發布、計劃調度等。

設計人員將設計BOM、圖紙等上傳到PDM 系統，計劃人員在ERP 系統根據BOM結構生成訂單，并將訂單信息通過系統接口導入到MES，MES 通過接口實時獲取PDM中的圖紙、生產BOM和工藝文件，MES 根據工廠日歷、工時定額等信息自動分解為派工單計劃。在MES 中以工作中心為基礎把各項生產資源、技術文件、物料數據與訂單綁定，派工單發布后，自動形成物料需求計劃，推送到WMS 中形成倉庫的物料配送計劃。

3.2 生產執行管理

班組長接受派工單后就進行設備齊套、人員齊套、物料齊套、工藝齊套等資源準備工作，準備完畢后，根據系統單據狀態，確認啟動可以投產的工單，在工單頁面展示，指定工單進行啟動，按工單生成相關產品唯一序列號（條碼或二維碼）。系統按照工作中心綁定的人員自動分配派工單到相應的操作人員，操作人員登陸個人賬戶查詢并接收生產任務。班組長可重新把派工單指派給有資質的操作人員，并檢查派工單任務狀態，對延遲、遺漏工單進行處理。派工單采用條碼管理，操作人員通過掃碼槍掃描產品碼接收派工單，系統自動進行當前產品信息、任務狀態、人員的核對及匹配。通過掃描派工單條碼，作為工序開始和結束的信號，系統記錄派工單號、時間、數量等信息，同時系統進行工序、物料的核對，實現生產過程管控，如果是最后工序，則系統提示是否完工入庫。

系統支持生產過程中問題的提出、處理、記錄。支持用戶自定義問題類別，支持多層級類別；問題處理流程支持自定義；支持條件設定問題詳細信息及處理結果查詢，確保問題處理的可追溯性。

3.3 質量檢驗管理

基于派工單的檢驗申報，系統記錄派工單號、時間、報檢數量等信息，支持條碼掃描。根據預設的產品工藝流程，進入產品檢驗工序，檢驗工序作業人員掃碼進入后，根據產品實際加工情況，進行檢驗項目的填寫，并根據產品檢驗結果判斷產品合格或不合格。檢驗中若有不符合項，檢驗人員定義不合格產品缺陷及相關信息后，系統啟動不符合項處理流程，流程支持自定義，并自動下推至維修工序。針對需操作者自檢的情況，支持自檢檢驗參數及檢驗結果的記錄。

3.4 物料管理

系統基于制造BOM生成訂單的備料計劃；系統支持備料計劃的推送、接收；系統支持車間庫房、線邊倉定義以及庫房物料的接收和發出記錄；系統支持班組物料接收和發出的記錄及確認；系統支持交貨、退貨管理等。

3.5 看板管理

通過看板管理模塊中的看板預覽功能可實現看板預覽展示，還可以添加各類看板。如車間的整體綜合信息、計劃、質量、問題等，可以通過看板定時滾動播放。同時使用看板中控中心的功能可實現看板切換、遠程控制，實時顯示每個訂單的狀態及項目生產執行情況，包括項目名稱、產品名稱、開工數量、成品數量、完工率、缺陷數量等。統計報表支持Excel 等方式導出。

3.6 基礎管理

基礎資源管理模塊包括組織管理、權限管理、人員管理、設備管理、日志管理等。對部門、邏輯組織、用戶組、崗位等進行設置和維護管理，可對角色崗位列表增加、刪除、查詢、重置，對使用人員的操作權限和數據權限進行分配和管理。

設備管理對車間設備從檔案、運行、檢查、故障報警、維修等整個生命周期進行無縫管理，實現對設備的運轉狀況、設備綜合效能（OEE）、設備可靠性等進行全面分析和管理。系統根據設備狀態采集的開放程度，提供人工錄入、自動讀取的方式監測設備的運行、故障、維修狀態。推送設備的維修保養周期計劃，定時生成設備維修保養清單，記錄設備維修保養內容，并能按照設定的條件追溯設備維修記錄。

日志管理對系統登錄、數據庫操作、業務模塊操作、非法操作告警等關鍵操作、系統軟硬件及組件運行進行記錄。

基礎資源管理模塊支持Excel 數據導入、導出。

4 實施成效

H 企業導入MES 后，實現了從計劃編制、任務分配、完工報備、檢驗入庫等全過程的信息化管理，優化了生產現場組織管理，提高了企業整體生產效率和交付準確率。

4.1 計劃管理流程自動化，車間生產計劃安排有序合理，效率明顯提升

訂單生成、物料齊套和計劃安排由系統自動實現，可以提前比對庫存信息與生產需求，及時調整采購計劃，確保生產備料齊全，提升了物料計劃與生產計劃的協同性，提升了車間工序間生產連續性、協同性，提升了訂單準確率及生產效率。

4.2 降低物料成本，提高資金周轉率

通過精益管理理念推動，根據物料齊套情況啟動生產任務，降低物料周轉庫存，降低資金占用成本。物料從來料、入庫、出庫配送等環節納入統一的生產計劃信息系統進行管理，保證了物料配送和投料的準確性，避免錯料帶來的質量問題，減少原材料浪費。

4.3 能實時采集生產過程數據，實現生產過程可控、可追溯

及時、準確地采集生產過程的任務完工情況、檢驗數據、設備狀況等，相關人員能夠實時掌握生產進度，能夠快速、準確地發現和確認生產中的薄弱環節,并做出快速響應處理，從而有效提升生產計劃執行率，提高企業的生產效益。

4.4 靈活的生產信息統計與分析報表展示功能

提供諸如產品及零部件生產數量統計、生產狀況報告、生產工時統計、材料成本統計、質量問題統計等，提高了生產管理可視化和實時性，能實時監控車間生產狀況，實現對生產現場產品的質量快速追蹤、實時進度查詢、實時發現現場問題等，使生產管理更加透明化，為管理決策提供數據支撐。

5 結語

MES 在制造企業數字化轉型中具有舉足輕重的地位，是企業資源計劃系統和設備控制系統之間的橋梁和紐帶，對于提高生產管理的效率和減少運營成本有著非常重要的作用。H 企業通過實施制造執行系統（MES），實現了生產過程全流程的信息化管理，實現了高度協同、信息共享、實時監控的數字化生產線。在項目實施過程中，公司員工深入參與生產流程梳理與優化以及MES 功能測試、試用，熟悉并掌握了精益管理理念及數字化工具，為公司進一步開展智能制造轉型升級奠定了堅實的基礎。MES 的實施是一個持續改進的過程，后期需在系統自身適應性及與其它系統集成融合方面不斷迭代完善。