車間制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)是美國管理界20世紀90年代提出的新概念，是基于數字化技術建立的車間層作業計劃與執行控制的系統，是制造系統實現綜合優化的一項核心技術。國際MESA組織(MES國際聯合會)對MES的定義：MES是一些能過完成車間生產活動管理及優化的硬件和軟件的集合，這些生產活動的覆蓋從訂單發放到出產品的全過程。國外已開發出成熟的MES產品并進行了大量應用，如西門子、明基等公司均開發了自己的MES產品，在應用客戶中取得了明顯的經濟效益。
國內在車間制造執行系統研究方面也已經開展了大量的研究，特別是近年來針對軍工企業特點開發了針對性的MES產品，如武漢開目信息技術有限責任公司、北京航空航天大學、中江聯合(北京)科技有限公司等，已經成功地在航空航天、電子等軍工制造單位進行了工程化應用。
MES的建設背景
近年來，隨著科研生產任務不斷增加，新產品研制周期和批量生產的轉換周期明顯加快，要求車間大幅度縮短零件工藝技術準備周期和零件加工周期，對質量控制和成本控制也提出了更高的要求。在生產數控車間中，單純地依靠增加機床設備、擴大資源等方式來提高產能已經難以滿足新的需求。同時，新的需求帶來了企業制造管理方面的變革，為上至制造企業、下至制造車間帶來了一系列的挑戰。
制造信息化走到了今天，制造車間信息化，數字化已為制造企業所廣泛認同——制造技術的領先和制造過程的高效管理是保持可持續發展的關鍵。
北京星航機電裝備有限公司(以下簡稱“星航公司”)雖然在信息化建設方面有了一定的基礎，并已成功實施了ERP／PDM／質量系統項目，但卻僅限于企業專項業務層，在中間的車間級執行層面上仍是一片空白。
企業目前面臨以下問題：
(1)如何提升排產速度與靈活性，優化調度和生產活動，以應對有限的任務完工期限，以及人員、設備、任務的不斷變化。
(2)如何實現制造過程的可追溯，對產品的生產過程進行記錄，了解產品使用的原材料情況和生產過程情況(工藝、設備、質量等)，從而及時發現生產過程中的質量問題，也為后續質量問題分析提供證據支持。
(3)如何實時展現生產過程中的設備加工情況、計劃執行情況、生產資源調度情況和報警等信息內容。
(4)如何實現生產過程中產生的實時數據的統計分析，設備的利用率如何，人員的技能水平如何，哪個工序容易產生不合格品等，從而為領導提供成本計算、質量分析和生產能力的決策支持。
KMMES便是實現這些要求的有效手段。
MES的解決方案
由圖1可以清晰地看出KMMES六大功能的管理與應用：數據資源管理、作業計劃管理、作業執行管理、報警事件管理、監控管理、統計分析與決策支持。下面重點說明KMMES的六大亮點，為企業面臨的急需問題提供有效的解決方案。
圖1 KMMES的功能模型圖
1 基于有限能力的計劃排產
KMMES系統計劃排產功能的實現需具備以下因素：通過生產日歷提取人員、設備信息建立資源能力模型；通過標準工時和加工工時數據的采集評估排產工時；通過與ERP、PDM集成提取制造零件的工序，并評估物料、工藝、NC程序等生產準備因素是否滿足排產條件(圖2)。
圖2 計劃排產流程圖
計劃調度員通過接收ERP系統的車間計劃，以月計劃粗略排產，以周計劃精準排產，2。3天進行局部調整的方式運行。插單處理是通過排產后設備負荷率情況盡量以人工調度為主，以插單系統排產為輔的方式運行。
KMMES計劃排產的應用后，為計劃制定和執行提供了科學依據，能夠大大提高加工任務的準時交貨率，減少機床的停機和等待時間，縮短生產過程時間，提高調度的有效性和及時性，并且不斷提升了車間實做工時信息的準確率，便于成本核算和績效考核。
2 基于作業執行過程的可追溯管理
作業執行過程管理是MES的核心部分，因此作業執行管理流程會直接或間接地影響著產品的生產、監督、監控和質量的把關。為確保產品的生產過程處于受控狀態，不斷地優化作業執行管理流程是非常必要的。星航公司數控車間的作業執行管理工作流程如圖3所示。
圖3 數控車間作業執行工作流程圖
數控車間調度員首先在KMMES管理平臺上將排產后生成的任務派工到各個班組的班組長，班組長、工人、檢驗人員在現場觸摸屏上進行一系列活動的完成。班組長根據任務所在數控設備的操作人具體情況進行派工到工人，工人接收到任務后確定加工開始，此時KMMES開始記錄該任務在當前工序的實際加工時間。
工人在加工過程中可以查閱相關的生產信息、工藝、質量等技術文檔，完成后向該工序檢驗匯報自己的加工完成情況。檢驗接收到任務后，填寫檢驗結果，對于關鍵工序需要填寫關鍵工序尺寸記錄報告。如果無質量問題時，KMMES將檢驗結果匯報給ERP系統，如果有質量問題，KMMES先匯報給質量系統，等待質量部門處理意見后反饋回KMMES的檢驗員匯報界面，檢驗員確認后匯報給ERP系統。
KMMES作業執行過程管理的應用，實現了工序級加工情況的可追溯管理，從而及時發現生產過程中的質量問題，也為后續質量問題分析和責任追究提供證據支持。
3 基于監控平臺的可視化管理
KMMES的監控平臺，由兩部分組成：一部分是為車間管理人員服務的車間生產監控模塊，利用車間LED大屏幕和觸摸屏屏保來展示。
通過三維／二維圖形化顯示進行直觀的、實時的生產過程的重現(圖4是KMMES系統設備監控三維顯示模塊)；通過計劃執行看板使管理人員及時地了解設備的加工情況、計劃的執行情況、生產資源的調度情況和報警信息等實際狀況；通過車間通知模塊顯示車間最新通知、通報和宣傳標語。第二部分是為車間維護人員服務的報警監控。對于啟動KMMES報警事件流程的報警信息第一時間通過系統郵件發送到相關維護人員，從而進行有效、迅速的響應，及時處理現場發生的各種事件，以保證整個生產車間的正常運行。
圖4 KMMES系統設備監控三維顯示模塊
4 強大的統計分析
在實際生產工作中，車間經常需要獲得生產過程中的各類生產情況的匯總報表信息。KMMES統計分析模塊，通過報表、線型圖、餅狀圖和柱狀圖等數據的展示手段，實現了人員統計、設備統計、物料統計、質量統計檢驗開始和任務統計。星航公司的KMMES還提供了靈活的報表定制功能，系統用戶可以通過簡單的設置新增所需的統計內容、顯示格式等。
網上調度會是星航公司KMMES統計查詢模塊的一大亮點功能模塊。在同一界面中按照月、周、日3類時間以表格的形式顯示各個班組總計劃數、已完計劃數、未完計劃數、工序完成率等，通過鉆取表格中的數據可以進一步查詢相應的計劃、工序，再通過這些計劃可以鉆取查詢相應的物料、刀具、工裝等生產準備情況，方便簡單地操作為車間領導會議講評和決策分析提供數據支持，大大地提升了車間基礎執行層的管理能力。
5 全面的系統集成
基礎數據是運行MES的前提。按照星航公司的實際管理對KMMES系統定義數據模型，實現了對生產制造的基礎數據對象及車間資源狀態和其分配信息進行管理，使MES系統能與車間的實際業務模式相適應，為下一步制定出更加切實可行、執行度高的生產計劃打下堅實的基礎。不僅如此，實施全面的系統集成，實現了開放式集成化的信息流管理，提升了現有生產管理系統性能，推進了數控車間生產管理的數字化。
通過KMMES工程化應用技術，與ERP、PDM、DNC／MDC等系統有效集成，構建了數字化車間協同制造平臺，實現了數據信息集成與共享。通過與ERP系統的集成，獲取生產計劃、工具／工裝等物料信息、標準工時等基礎生產數據；通過與PDM工藝系統集成，獲取工藝BOM、二維、三維工藝文件、NC程序等基礎工藝數據；通過與人力資源系統的集成，獲取人員工種、班組、狀態等信息數據；通過與DNC／MDC系統集成，獲取機床設備的動態信息等等。
6 條碼技術的現場應用
在生產制造過程中，物料信息和零部件信息是車間數據管理的一大難題，為了解決數據錄入和數據采集這一“瓶頸”問題，企業對這些信息進行規范化編碼管理，并引入條碼技術應用于KMMES系統。由于一維碼數據容量小，只能包含字母和數字、容錯能力差等缺點，星航公司車間選用了二維條碼技術。在KMMES系統中應用于員工卡、交檢單、轉移單等系統輸人輸出端，極大地方便了工人軟件登錄，信息查詢等操作，為車間的物料信息管理和生產制造過程管理提供了有力的技術支持，對提高KMMES系統的應用效率起到了積極作用，真正地實現了自動化的信息化。
MES的效益分析
通過MES工程化應用，為星航公司數控車間生產制造帶來了巨大的社會與經濟效益。
(1)管理水平帶動生產效率共同提高。通過KMMES的實施，降低了數控車問生產效率和生產成本，具體表現在典型型號產品生產制造過程中設備綜合利用效率提高了14．1％，通過單元化流水作業方式，典型關重件／瓶頸零件制造周期縮短了28．6％。
(2)排產效率和精準性得到了大幅提高。實施KMMES前人工計劃排產時間粗略，不利于提高制造效率，特別是對于臨時插單的任務，一般是由計劃調度員和設備操作者商定完成時間；實施后通過高級排產，結合設備負荷率，可以精準的調整出排產計劃。排產花費時間只需實施前30％左右。由于實施KMMES后的排產結果更加合理，瓶頸設備的任務堆積情況大為減輕。
(3)生產任務的準備周期大幅減少。KMMES在生產準備階段的應用和現場監控看板功能的實施，生產所需的各項生產資源由系統根據計劃自動生成，負責生產準備的工作人員可以快速有序的安排準備工作，與實施前相比，任務準備時間減少了40％，停機待料的情況比實施前減少了75％。并且通過現場監控使車問各種異常和報警事件能得到迅速反應和處理，車間任務因各種異常而中斷的情況比以前大為減少。
MES的發展目標
星航公司在實施MES之初確立了MES“五步走”的發展目標。2010年星航公司根據批復的MES項目可行性研究報告，開始調研、討論、論證，再到技改項目申報、審批，招標、項目實施經歷了1年半時間，基本完成了規范原始數據、信息化排產、細化過程流程，建立了強大的車間制造執行系統，加強了車間生產過程的控制，完成了星航公司MES發展目標的第一步。
第二步，通過優化生產過程流程，引進先進科學的管理制度，來優化MES的系統功能，確立和實現MES車間中間執行層的價值。
第三步，通過優化MES，加強調度管理能力，提高調度車間資源的有效性和響應問題的及時性。
第四步，通過先進管理理念和成熟的信息化軟件支持，實現了與生產、工藝、質量系統無縫集成，進而推動車間綜合管理的全面優化。
第五步，邁向MES的終極目標，管理層結合MES(代表著是車間的實力與能力)進行車間的決策和未來規劃。
結束語
星航公司KMMES的建設基本覆蓋了數控銑床、普通銑床、數控車床、普通車床、線切割、鏜床、刨床、磨床及鉗工設備等近百臺機加設備，以及管理、計劃、調度、工藝、操作、核算等在職人員，完成了從計劃任務到最終產品的生產活動的全生命周期管理與監控，實現了數控車間對復雜產品的資源管理、數據管理、作業計劃、工藝設計、執行控制和質量管理等核心業務過程的閉環管理模式，同時通過與ERP、PDM、質量等信息系統的有效集成，將當前精確的數據及時傳遞并分散到各個相關流程部門處理，引導、響應和報告車間的生產動態，大大提升了解決問題的能力，推進了數控車間生產管理的數字化進程。
MES發展之路還需要一個很長的過程進行探索與創新，我們將一步一個腳印，努力打造信息化數控車間，并將此經驗向星航公司其他專業車間推廣，為全面建設具有核心競爭力的航天裝備企業奠定堅實的基礎。
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本文標題：借力MES/ERP打造信息化數控車間
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