基于MES 系統的D 公司生產管理數字化轉型研究★

牛耀彬

（揚州大學商學院， 江蘇 揚州 225127）

0 引言

D 公司屬于典型的離散型制造企業，離散型制造企業因自身特性，存在許多生產管理問題。一方面，企業本身面臨著客戶的需求多樣性、變更頻繁性，這使得生產計劃的制定復雜且困難。另一方面，由于產品需要經過不同的加工車間，且每個生產任務對同一車間的需求又是不同的，導致工作流經常出現不平衡問題[1]。這些問題致使生產數據難以收集，維護和檢索的時間大幅增加，同時，阻礙了生產過程的管理。為了解決這些生產管理過程中的問題，D 公司引入MES 系統。

1 案例介紹

1.1 D 公司簡介

D 公司是中國中車股份有限公司旗下的全資子公司，以機車制造、研發、出口、銷售為主營業務。目前，D 公司主攻城軌市場，城軌車輛也成為企業出口國外的支柱性產品。自公司始建以來，先后經過六次大規模技術改造，現如今已經發展成為能夠設計制造具有世界先進水平的軌道交通運輸裝備大型企業。

但是，D 公司仍存在一些生產管理上的問題，D公司在很長一段時間內都保有傳統的生產管理模式，這降低了公司的生產效率。由于控制層與調度層分離，公司主要依靠調度員的經驗去分析應對各種情況，且管理部門對生產車間的生產過程缺乏有效的監控，這就導致生產過程對車間調度員的工作能力依賴性較強。為了實現數字化轉型升級，D 公司引入制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES），并將MES 系統結合ERP 系統、業務管理系統、生產設備控制系統及倉庫管理系統協作，擺脫傳統生產管理模式，實現對整個車間制造過程的優化。

1.2 MES 系統功能結構

D 公司制造執行系統的基本構架包含制造全程管理控制、設備狀態管制、異常監控與處理三個版塊。

1.2.1 制造執行控制版塊

MES 系統將追蹤從創建訂單、物料準備、加工作業、批次流轉、質檢返工、異常、暫停、報廢、組托、入庫等的生產全過程，對生產作業過程的每一個行動細節進行記錄追蹤，實時地反饋生產現場的在制品狀況，批次作業情況，生成完成情況。

1.2.2 設備狀態管制版塊

設備狀態管制版塊對設備運行期間的全狀態進行管制，并配備PM管理模式。這一模塊會對設備狀態、當前作業批次與等待作業批次進行監控，同時記錄每次狀態轉換的時間和原因。模塊配備PM模式，可以記錄作業時間，以滿足不同設備和不同生產模式的排產計劃。此外，嚴格管控PM模式下的作業過程，以便記錄生產過程并進行追蹤和分析。

1.2.3 異常監控與處理版塊

異常監控與處理版塊對異常情況進行監控與處理，監控在產品流通情況，作業時間情況，并采集工藝參數，對良率異常設備進行維護。該版塊對工廠可能出現的異常情況進行預測和監管，并可由監管人員自定義發生異常的處理動作，如遇異常生產情況可以選擇發送報警信息或是暫停生產。

1.3 MES 系統應用效果

D 公司應用MES 系統已達17 年之久，運用MES系統進行數據收集有效促進了D 公司的信息化建設工作，一方面，運用MES 系統有效提高生產效率。由于人員實時監控物料在生產進程中的使用，使得備料更加準確，數據記錄更加完整，這大大減少了月末核算成本的時間。大型機車制造工廠在生產中耗用的物料類型多、數量龐大，實施MES 系統有效將半成品、零件的領用直接歸結在相關產品上，減少了統計成本時間，提高了管理的效率。另一方面，MES 系統中各項數據豐富，精益化管理企業。通過分析產成品價格，有效篩選適合企業的原料供應商。D 公司之所以能夠維持產成品成本的一部分原因就是根據系統篩選原料價格低、物料利用效率高的供應材料。

自應用專門針對軌道交通行業特點定制開發的生產信息化管理和中控系統以來，D 公司生產能力提高了50%，產品不良率下降了90%，年節約各項成本費用1 300 余萬元，初步實現了數字賦能。

2 D 公司數字化轉型策略

2.1 戰略引領推動轉型升級

為了順應數字經濟時代的轉變，D 公司推行數字化轉型戰略，以需求為導向，明晰數字化轉型路徑。為了實現智慧城市的建設，快速響應客戶需求，D 公司通過標準化、精益化、數字化、網絡化、智能化五大路徑實現數字化研發、數字化運營、數字化制造、數字化服務、數字化安全五大工程。以及通過數字化建設提升“快速響應客戶服務能力”“模塊化產品快速設計能力”，縮短產前準備周期、平均生產周期，提升訂單準時交付率、生產計劃完成率。由戰略規劃部門牽頭，生產部門、質保部門、運營管理部門、信息化部門配合，制定數字化轉型實施方案，D 公司從戰略上堅定了企業數字化研發與運營的決心，為推進智能制造，提供智能服務，制造智能化產品打下堅實基礎。

2.2 集成智能系統推動轉型升級

搭建智能系統促進企業降本增效，推進數字化轉型。以D 公司為例，引入MES 系統、ERP 系統、生產設備PLC、DCS 控制系統及倉庫管理系統（Warehouse Management System，WMS），形成集生產、工藝、質量、設備、倉儲、信息等多個方面為一體的立體化系統構架。ERP 系統將生產計劃導入MES 系統，MES 系統將生產計劃傳遞至車間作業現場，將生產指令發送至指揮底層生產設備，通過MES 系統反饋生產設備的運行情況，以此來跟蹤生產進度，監控車間生產任務。MES 系統對PLC/DCS 系統進行生產指導，PLC/DCS系統可以實現機車生產線的控制需求，并實現數據采集與存儲。PLC/DCS 系統將生產設備數據反饋，最后將生產完畢的入庫數據導入WNS 系統。D 公司以MES 系統為中心，接收來自其他系統中人員、設備、原料、訂單、計劃的信息，通過集成智能系統綜合收集企業生產數據，以期進一步推動智能生產制造。

2.3 智能生產推動轉型升級

D 公司作為老牌機車企業，擁有多年的制造經驗，在應用MES 系統的基礎上進行數字化車間建設，利用智能系統配合智能制造。公司在新廠區設置10個核心作業區，運作RGV 有軌制導搬運機器人、AGV自動導引搬運機器人等智能裝備實施智能生產。同時，建立8 個數字化車間和32 條數字化生產線，每個車間和生產線均應用集成智能化系統，重點應用MES系統采集生產數據，進行生產調度，運用電子看板判斷生產信息并做出生產決策。研制形成新一代智能化六軸電力機車、無人化運輸車產品、系列化中國標準智慧市域列車等一批具有市場競爭力的先進軌道交通裝備產品。

3 D 公司數字化轉型中存在的問題

3.1 人員與團隊能力未能匹配數字化戰略

D 公司雖然堅定數字化轉型戰略，但是在生產制造過程中依舊是勞動密集型企業，依賴一線工人配合生產。由于一線員工以重復勞動為主，而公司又疏于對一線員工的技術培養，使得這部分員工未能很好地配合企業轉型[2]。此外，作為生產制造企業的D公司更多地關注智能系統的引入、產品技術的研發，但對生產運營技術提升方面投入不足，轉型需要從上至下的意識統一，D 公司對數字化轉型相應的人才培養機制不夠完善，導致人員及團隊能力未能跟進數字化戰略。

3.2 數據資源利用效率低

首先，D 公司在生產過程中利用到多款智能制造系統，其中幾款系統顯現出數據收集重復，系統功能浪費的問題。采購訂單系統（POM）與企業資源計劃系統（ERP）均有采購管理功能，兩種系統在生產中重復記錄了訂單信息、供應商信息、采購價格等基礎數據，這種重復記錄使系統維護成本提高，同時增加了一道管理人員的審批流程，降低了工作效率。其次，系統間數據共享不完全也是一大問題。MES 系統中的過賬信息與ERP 系統中的物料狀態轉換和賬本可以相互轉化，但是在實際應用中，財務人員依舊需要將MES 系統中的數據手工錄入ERP 系統中。因此，多款系統實現有效對接才能切實提升轉型效率。最后，受系統功能限制，MES 系統已經獲取的數據未能充分利用[3]。在一個制程內，產品不良率、返修信息與最終良率等關聯站之間的數據實質上存在內在聯系，但D 公司當前系統由于缺乏數據預處理功能，僅能就單站數據進行分析，而無法進行數據對比與追溯分析。這就導致工程師需要額外花費時間對數據進行處理，增加了工作量。

3.3 業務流與數據流無法正常匹配

由于供應鏈系統未能第一時間收集到終端客戶的提貨情況，MES 系統管理員未能及時收集訂單數據。受系統限制，D 公司整個供應鏈系統中顧客提貨的信息無法獲得，只能通過倉庫庫存的變化結合以前的訂單經驗去預測客戶需求，這造成了數據收集失真的問題[4]。而數據收集失真導致客戶真實需求情況無法獲取，訂單波動很大，反而影響到生產計劃和備料計劃，造成了原材料供應的壓力。

4 推進傳統制造企業數字化轉型對策

4.1 建立適應數字化轉型的企業組織架構

數字化轉型在落地層面通常涉及兩部分內容，業務模式的重構和信息系統的引入。業務模式的重構會涉及企業組織變革。傳統制造企業實施數字化轉型戰略需要自上而下進行轉變，適合的企業組織架構有利于推進轉型過程。傳統制造企業應當添加數字賦能部門或是對傳統信息化部門進行改造。由于傳統信息化部門業務融合性較差，部門人員需要進一步了解企業數字化轉型的痛點，信息化部門員工應當積極與業務部門溝通，挖掘業務盲點，生產制造流程的斷點，以期減少業務流與數據流不匹配問題。同時，建立驅動數字化的組織以便推動轉型，由于轉型實施過程中問題較多，落實決策顯得更加重要，引入驅動數字化的組織搭建起信息化部門與其他部門的橋梁，解決部門間的溝通問題并推動數據決策的進程。

4.2 搭建數字技術平臺，支撐數字化轉型

數字經濟時代，制造企業應利用數字技術搭建數字化平臺，降低內部交易成本。建設數據基礎設施，利用云服務所提供的計算能力提升企業業務數據處理能力，支撐企業利用數據進行有效決策。搭建存儲設施、計算設施、網絡設施，通過存儲設施提升數據存儲容量，以存儲為支撐協同算力達成數據在網絡間的安全傳遞。完成設施搭建后，應進一步推進打造企業中臺。對于傳統制造企業而言，打造業務中臺與數據中臺有利于緩解集成智能系統工作中的缺陷。業務中臺可以解決系統重復建設、系統割裂、數據孤島等問題。數據中臺具有數據存儲、數據治理以及數據共享功能，可以加強與上下游合作伙伴的溝通，對數據進行提純和加工。最重要的是，數據中臺可以提供實時流數據分析，彌補數據開發人員不足的問題，打造企業中臺可以有效加強內外部協作，提升數據處理效率，有利于傳統制造企業進一步推進數字化轉型。

4.3 加強數據管理，實現數據可視化

制造企業應注重數據采集，從源頭上保障數據準確性。一方面，數據采集的準確性與數據治理很重要。為更好實現數據管理，制造企業可以引入“副本數據管理”新技術——Copy Data Management，簡稱CDM[5]。CDM 以“原格式”獲取生產數據各個時間序列的副本，將備份的數據管理和使用。此外，CDM也是一種副本數據管理平臺，集中業務系統中抽離的數據資源，引入這一技術可以保存完整數據，減少數據失真的問題。另一方面，生產管理數據的實時監控很重要。為了提高效率，促進客戶提貨數據、庫存實時數據、訂單交付狀態數據等動態數據的及時應用，制造企業應推動數據可視化。利用可視化工具，將數據轉化為驅動決策的動力，讓整個生產管理過程可視化與透明化。

5 結語

數字化轉型是促進制造企業發展的有效途徑，為了應對競爭壓力，制造企業應積極提升員工素質，搭建數字化平臺并有效利用數字技術，通過系統集成,進一步提升企業在管理、研發設計、工藝、制造、售后及質量等各環節的核心競爭力，逐步實現制造企業數字化轉型。