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1. MES行业背景

1.1.  行业应用背景


在中国制造企业信息化建设的进程中,生产制造的信息化一直是最薄弱的环节。制造企业非常关注实现生产数据的实时采集、提高生产排产的效率、实现制造过程的追溯、提升工人与设备的绩效、保证产品质量等问题。近十年MES已经陆续在石化、钢铁、消费品、医药、纺织、电子、汽车、家电、通讯、新能源等行业开始应用,并取得了显著的应用效果。许多大中型制造业企业也开始将MES系统的应用纳入信息化发展规划之中。

随着国家“信息化带动工业化”产业政策资金的扶持,近年来MES在我国制造业各领域的应用发展已经取得巨大进步,为企业的管理和效益提升带来切实可观的收益。

存在的问题:

虽然MES应用取得一定成效,与西方传统发达制造业国家相比,我国无论是在MES技术深度与应用广度上都存在较大差距,主要体现在以下几个方面:

MES 体系还不完整。基本功能不完善,缺乏过程管理与优化等面向典型行业的核心模块。针对离散制造业尚无完整、系统的MES 解决方案和成熟的软件产品。

缺乏MES 技术标准。MES 的设计、实施、维护缺乏技术标准,影响了MES 产品的技术性能,加大了系统开发和应用的成本,与国外同类MES 产品竞争欠缺优势。

集成性还没有完全解决。由于缺乏统一的工厂数据模型,MES 各功能子系统之间以及MES 与企业其他相关信息系统之间缺乏必要的集成,导致MES 作为企业制造协同的引擎功能远未得到充分发挥。

通用性和可配置性较差。现有系统通常针对特定需求,很难应对企业业务流程的变更或重组。由于缺乏基于工厂数据模型的数据集成技术,系统的可配置性、可重构性、可扩展性较差,严重制约MES 系统的推广应用。

实时性不强。MES 作为面向制造车间的实时信息系统,实时性是实现MES 功能的基础。现有系统缺乏准确、及时、完整的数据采集与信息反馈机制,在底层数据的实时采集、多源信息融合、复杂信息处理及快速决策等方面非常薄弱。

智能化程度不高。MES 中所涉及的信息及决策过程非常复杂,由于缺乏智能机制,现有MES 大多只提供了一个替代经验管理方式的系统平台,通常需要大量的人工干预,难以保证生产过程的高效和优化。

1.2.  什么是制造执行系统(MES)?


制造执行系统(MESManufacturing Execution System

制造执行系统协会(Manufacturing Execution System AssociationMESA)MES所下的定义:“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”

根据MESAMES国际联合会)组织的定义,MES系统包含11个标准模块:

1. 工序详细调度

通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能。

2. 资源分配和状态管理

指导劳动者、设备、工具和物料如何协调进行生产,并跟踪实时的工作状态及完工情况。

3. 生产单元分配

通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作。

4. 文档控制

管理和下发与产品、工艺规程、设计或工作令有关的信息,同时也收集与工作和环境有关的标准信息。

5. 产品跟踪和产品清单管理

通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每个产品的历史纪录,该记录可向用户提供每一批产品或单个最终产品使用情况的追溯功能。

6. 性能分析

将实际制造过程测定的结果与过往历史记录、企业制定的目标以及客户的要求进行比较。其输出的报告通过在线显示用来辅助性能的改进和提高。

7. 人力资源管理

提供按分钟级进行更新的员工状态信息(工时,出勤等),基于人员资历、工种和业务需求的变化来指导员工工作。

8. 过程管理

基于计划和工厂实际产品制造活动来管理整个生产流程。本模块的某些功能也分布于生产单元分配和质量管理中来具体实现。

9. 质量管理

根据工程目标来实时记录、跟踪和分析产品加工过程的质量信息,确保对产品的质量控制,提示生产中需要注意的质量问题。

10. 数据采集

监视、收集和组织来自人员、设备、底层控制操作、工序和物料等信息。这些信息可由车间手工录入或通过各种自动方式获取。

11. 维护管理

跟踪、指导设备及工装的维护工作,确保其在生产过程中的有效性,并通过预防措施来应对生产过程的突发问题,确保计划顺利执行。同时通过对车间问题及事件的历史数据进行有效积累和维护来指导车间对新产生问题的诊断和解决。

1.3.  离散制造业典型特点


制造行业根据组织生产的过程及管理特点,大致可分为以下两大类:离散型、流程型。

流程型企业:主要是通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法,使原材料增值。通常,他们以批量或连续的方式进行生产。

离散型企业:主要是通过对原材料物理形状的改变、组装,成为产品,使其增值,离散型企业往往是根据订单安排生产,一般具有多品种、小批量的特点。

MES需求、应用环境等诸多方面,两者都有较大的差异。主要体现在以下几个方面:

离散制造与流程制造行业的典型区别

离散制造行业

流程制造行业

产品结构

产品结构可以用树型结构的概念进行描述,最终产品一定是由固定个数的零件或部件组成,这些关系非常明确和固定。

产品结构往往不是很固定,主要表现为液体、气体、粉状等。上级物料和下级物料之间的数量关系,可能随温度、压力、湿度、季节、人员技术水平、工艺条件不同而不同。

在流程生产行业MES中,一般采用配方的概念来描述这种动态的产品结构关系。其次,在流程生产行业每个工艺过程中,伴随产出的不只是产品或中间产品,还可能细分为主产品、副产品、协产品、回流物和废物。MES在描述这种产品结构的配方的时候,还应具有批量、有效期等方面的要求。

工艺流程

面向订单的离散制造业,其特点是多品种和小批量。因此,生产设备的布置不是按产品而是按照工艺进行布置的。例如,离散制造业往往要按车、磨、刨、铣等工艺过程来安排机床的位置。因为每个产品的工艺过程都可能不一样,而且可以进行同一种加工工艺的机床有多台。因此,离散制造业需要对所加工的物料进行调度。并且中间品需要进行搬运。

流程生产行业企业的特点是品种固定,批量大,生产设备投资高,而且按照产品进行布置。通常,流程生产行业企业设备是专用的,很难改作其他用途。MES系统规划的时候,要考虑到不同行业生产设备布置的特点,做好配置。

物料存储

离散工业企业的原材料主要是固体,产品也为固体形状。因此,存储多为室内仓库或室外露天仓库。

流程生产行业企业的原材料和产品,通常是液体、气体、粉状等。因此,存储通常采用罐、箱、柜、桶等进行存储,并且多数存储的数量可以用能转变为电信号的传感器进行计量。

自动化水平

离散制造业企业由于是离散加工,产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平。离散制造业企业自动化主要在单元级,例如数控机床、柔性制造系统。因此,离散制造业企业一般是人员密集型企业,自动化水平相对较低。

流程生产行业企业,则大多采用大规模生产方式,生产工艺技术成熟,广泛采用PCS(过程控制系统),控制生产工艺条件的自动化设备比较成熟。因此,流程生产行业企业生产过程多数是自动化的,生产车间的人员主要是管理、监视和设备检修。

生产计划管理

主要从事单件、小批量生产的离散制造业企业,由于产品的工艺过程经常变更,它们需要具有良好的计划能力。对于按订单组织生产的企业,由于很难预测订单在什么时候到来。因此,对采购和生产车间的计划就需要很好的生产计划系统,特别需要计算机来参与计划系统的工作。只要应用得当,在生产计划系统方面投资所产生的效益在离散制造业可以相当高。

流程企业,主要是大批量生产。只有满负荷生产,企业才能将成本降下来,在市场上具有竞争力。因此,在流程生产行业企业的生产计划中,年度计划更具有重要性,它决定了企业的物料需求。

设备管理

离散加工业经常出现单台设备停下来检修的情况,但并不会影响整个系统生产。

体现在设备上,流程企业的设备是一条固定的生产线,设备投资比较大、工艺流程固定。其生产能力有一定的限制,生产线上的设备维护特别重要,不能发生故障。

代表行业

机械制造、电子电器、航空制造、汽车制造等行业。

医药、化工、石油化工、电力、钢铁制造、能源、水泥等领域。


离散型企业的典型特点:

产品结构复杂、生产周期较长

生产工艺复杂,过程离散且多变

多品种、小批量、多研发、少批产

生产管理与生产现场数据量庞大、多变

难以建立产品化的信息化解决方案

1.4.  离散型企业为什么需要MES


离散型主要分布在航空、航天、船舶、军工、机械制造、电子电器、汽车制造等典型行业,在国内来讲,这些行业往往都是大型的国有或上市企业,具有一些共同的管理问题:

(1)   企业规模大,生产业务流程复杂,变化较多;

(2)   信息化的程度低,尤其在车间生产管理层面,基本还停留在传统手工管理模式,导致车间管理效率低下;

(3)   对企业管理者来讲,生产车间基本是“黑箱”,很难了解到生产计划的实时进度,这就给企业对生产能力估算、计划调整、按期交货等带来很大困难,因此实现对生产过程的实时监控,实现车间“透明”成为MES的首要目标。

(4)   生产效率、设备利用率低,生产成本居高不下,管理者很难在提升产能方面带来改善;

(5)   生产流程及管理方式比较传统,人员的观念也相对落后,存在流程再造及优化的空间。

离散制造业信息化的普遍现状:

MES在企业信息化中的定位:

近年来,随着国家大力倡导产业升级、转型以及行业竞争的压力,为提升管理水平,为了优化产能、降低成本、提高生产效率,企业管理者都将注意力转到了MES系统的规划和实施上,因此,可以预见十二五期间,MES在国内大中型离散型制造企业将迎来大发展的机会。

1.5.  离散制造业MES实施为何困难重重?




目前,离散制造业的MES方向已经成为行业信息化的热点,但行业内鲜有非常成功的案例,是什么原因?

根据多年行业经验,我们总结有以下几点原因:

(1)      复杂多变的业务流程问题:离散型制造企业的生产流程因产品的变化而变化,产品往往品种多样,而且结构复杂、工序多、生产工艺及生产过程变化频繁,因此难以形成相对标准、规范的生产业务流程,这就给实施MES系统带来很大难度和不确定性;

(2)      需求理解问题:这类企业的信息化基础一般都较薄弱,人员层次参差不齐,很多企业想上MES,但大部分不能清楚描述自己的需求,也就是说企业对自身管理问题的症结以及MES涵义均缺乏深刻的认识,又很少引入第三方咨询机构为企业提供帮助,因此,在MES实施过程中反复修改需求、变更业务流程的情况普遍存在,这就为MES项目的失败埋下了隐患;

(3)      基础数据和规范问题:MES系统属于大型的信息系统,横跨了企业生产相关的所有重要管理部门的业务,还与很多企业外围信息系统存在集成的需要,因此,在企业建立MES项目的初期,需要正确认识MES相关基础数据、规范准备和建设的重要性,比如:计划数据、产品数据、原材料数据、工具工装数据、设备数据、人力资源数据、工艺数据以及管理流程规范、工艺管理规范、产品数据管理规范等等,如果这些基础数据准备不足,MES系统将是空中楼阁;

(4)      领导及管理层的认识问题:很多企业的领导将实施MES系统以及信息化工作看作政绩和形象工程来抓,这就从出发点上犯了致命错误,这种做法往往是有需要了,或有领导来检查了,才会抓紧一阵,等不需要了,就不再关心了,导致下属工作人员也认为不需要实干和真干,而是应付和敷衍,这也就为MES项目的失败埋下了祸根;因此,MES项目要成功,必须要领导层认识到位,从上到下要达到真抓实干,做成真正的“一把手工程”;

(5)      落后与进步的斗争问题:企业要真正做好MES,必然要梳理、优化和重建各类业务流程,这就存在传统管理模式与先进管理思想的激烈交锋问题,这里所说的传统不光是落后的传统观念、管理习惯,还包括触及到一些小团体或者部分人的利益,因此导致流程的改造困难重重,增加了MES成功的不确定性;

(6)      制造企业与软件服务商对困难的认识不足:由于离散制造企业实施MES系统会面临诸多困难,因此成功实施MES系统是一个漫长、艰苦的过程,这其中就包含以下因素:

MES实施是一个学习的过程:实施MES的过程是一个制造企业与软件服务商实施团队共同的学习过程,客户在实施前很可能对自身业务模型描述不准确,所以会导致实施过程中需求的反复变化与调整,对这类情况合作双方都需要正确认识,但通常来讲,软件服务商出于商业目的,不能允许此种情况,这将对项目的成功带来致命威胁。

企业对项目的资金投入不足:由于MES实施是一个持久的学习过程,如果对此有深刻认识,企业在制定MES预算时就应该有充分考虑,可以在资金投入方面多留预算,为确保成功,防止资金投入的风险,可分阶段制定MES实施目标并有效执行,这样会使合作双方最终取得双赢的结果。

企业对项目实施的人力及预期时间投入不足:既然MES实施是一个漫长、艰苦的学习过程,企业在给定项目执行目标时也需要多留一些时间余量以及持续的人力投入,也就是说,如果项目实施延期,也应该根据具体情况来分析,如果是客观原因而非软件服务商的不配合导致延期,应该正确看待,并持续地给予人力及时间上支持,不可轻易给出项目失败的结论。

2.成功案例—沈飞机加类MES剖析

虎蜥近年在自主产权的ABP_J2EE敏捷业务开发平台基础上专注于航空、航天及军工等离散型制造企业MES解决方案的个性化定制,自2009年起承担沈阳飞机工业(集团)有限公司大型数字化项目-《机加类MES》的研究实施工作,目前系统已在该企业数控加工厂稳定运行两年时间,系统上线后获得全面成功,使该企业的车间生产管理水平大幅提升,根据企业总体规划,现已在同类型的10多个生产分厂推广应用,系统先后获得了中航工业最高领导、军方客户领导以及国家领导人的肯定和好评。

是什么原因促成该大型离散制造企业的MES取得成功呢?

2.1.  基于平台:随需应变,敏捷开发


ABP-MES是虎蜥离散型MES系统解决方案,其中ABPAnole Business Platform)是虎蜥具有自主知识产权的敏捷业务软件平台的英文简称,它属于新一代技术体系下、基于元模型的声明式软件快速开发平台。


ABP平台技术特点:

基于J2EE技术架构,采用pure java并充分考虑IBM JDKSun JDK的差异,是真正意义的跨平台。

以模型驱动为核心思想,通过建立并执行声明式业务模型(Declared Domain Model),直接产生应用软件系统,开发过程无需编码。

建立了完整的声明式元模型技术思想体系,采用声明式业务对象来创建应用程序,技术思想清晰、理论属于业界首创。

透明支持分布式异构主流数据库(OracleDB2SybaseSQL ServerMySQL等)。

开放、跨平台。


ABP平台在开发时具有以下优势:

应用虎蜥ABP软件平台,可实现MES系统快速开发,随需应变,整个开发过程无需编码,只需通过平台的配置即可实现MES的各项业务功能,使项目实施团队有更多的时间关注客户业务需求,另外,平台将所有软件开发的基础技术因素包在平台内部,因此对于使用平台进行开发的人员来讲,无需关注底层技术实现方法,称之为技术无关。

ABP软件平台技术成熟、稳定,基于平台已经成功实施以下典型项目:

2.2. 开放、跨平台、灵活扩展的技术体系结构
在MES应用层,通过ABP平台灵活配置、开发各种扩展服务组件来实现MES系统在业务逻辑上的需求,这些构件覆盖MES系统各个功能层次上的全部功能设计。 表现层负责产生MES系统的用户视图,并为浏览器客户提供相应的页面显示、定制和用户交互。

ABP-MES具有广泛的开放性及灵活的扩展性,突出反映在以下特点:

操作系统支持:LinuxUnixWin2kWinXP

应用服务器支持:TomcatWebLogicWebSphere

数据库支持:OracleDB2SQL ServerMySQL

扩展开发语言支持:Java、JavaScript、jQuery

2.3.  针对离散型制造业特点的个性化设计


ABP-MES是根据沈阳飞机工业(集团)有限公司数控加工厂的业务需求,针对性、个性化的MES解决方案,具有行业应用的代表性,是典型的多品种、小批量、工艺复杂、流程及生产过程多变的离散型制造企业MES系统。

系统主要以沈飞数控厂的MES需求为原型,该厂是沈飞最重要的一个零件加工厂,承担众多型号项目零件的繁重加工任务,企业生产管理中存在以下管理特点:

(1)零件流量庞大,管理工作十分复杂。

(2)需要准确、及时获取车间生产进度信息。

(3)需要准确、及时了解车间生产过程中的问题,监督各部门对问题的解决进度,实现问题的及时解决。

(4)负责的零件大多是复杂件,加工难度大。生产过程临时订单很多,不确定因素很多,各类因素需要及时监控。

(5)生产过程中大量数据、信息分散在各部门技术人员手中,部门之间的信息交流不畅,对于管理层来讲,车间的实时状况难以了解,近乎于黑洞,从而导致生产问题不能及时得到反馈、解决,造成大量的生产计划延期。

(6)DNC系统要与MES系统高度匹配协调,各生产因素需要高度协调。

(7)生产管理不很规范、迫切需要通过MES系统优化管理各类生产要素的生产秩序。

(8)另外,多年来的信息化工作已经在各部门建设了一大批信息系统,各系统之间还相对孤立,相互之间协作需求越来越大。形成越来越多的信息孤岛。

针对以上特点,虎蜥ABP-MES研究团队为企业量身定制了个性化的MES业务模型。

ABP-MES业务模型

MES系统中流转在各业务角色之间的核心信息就是下达至车间的生产订单(计划)信息,生产的过程即是车间组织各类生产资源(设备、人员、材料、工具、夹具、量具、刀具等)对生产计划的执行过程,随着订单信息在各业务角色之间的流转,各类生产资源的状态也会随之改变,同时生产订单的状态也在不断改变,与之相应的则是产品从毛料——〉半成品——〉成品的变化,直至订单最终完成。因此MES系统就是通过信息化的手段全面映射车间的实际生产过程,试图将所有影响生产过程的各类资源状态、订单状态等采集量化后通过信息化手段进行描述,对各类异常状况通过分析、决策,给出尽可能优化的车间生产执行流程,从而提升管理及设备生产效率、减少人为因素对生产过程的影响。

         ABP-MES系统业务模型

(1)系统从公司级计划系统(ERP)中获取下发给车间的生产计划,也可以由车间根据需要生成车间的生产计划,紧急情况下也可以由车间产生临时计划;

(2)由车间计划管理人员基于PDM系统对属于部件的车间计划进行零件拆解,产生零件级的生产计划;

(3)计划员基于工艺规程系统(CAPP)将零件生产计划分解为工序级的车间任务,并给定最迟交付日期,打印《生产制造纪录》或《生产卡片》,下发至工段调度员;

(4)工段调度员根据任务进行排产调度,确定任务开工日期,将任务下发至工段工人;

(5)确定开工日期的车间任务,系统将自动根据每道工序的开工时间将所需资源(毛料、工装、样板、刀具、半成品等)计划提前发布至各资源管理部门,提示各部门进行资源准备;

(6)在工人的每道工序任务开工之前,由资源管理部门将所需资源配送至相应机床;

(7)车间工人将每道工序任务的开工、结束状态反馈至计划管理部门,计划管理人员可对计划进行实时监控,对可能脱期的任务进行及时调整或处置;

(8)生产过程中产生的任何问题工人可第一时间通过问题处理系统传递给问题处理部门,并可在车间大屏幕进行滚动显示,超时未处理的问题将逐级上报至生产管理领导的桌面。

ABP-MES功能模型

虎蜥全程投入、持久坚守

虎蜥软件从项目开始,便确定了技术人员全程现场研发,全力投入,不惜代价,确保项目成功的项目实施宗旨,在项目实施全过程,坚持真诚对待客户,珍惜客户每一分投资,系统的每个设计确保从用户角度思考,随时根据用户的需求变化进行业务调整;在项目实施的两年多时间里,系统进行了三次大的版本更改,小的设计更改超过500次以上,虎蜥的付出也赢得了客户领导到员工的尊重,项目合作双方关系协调,业务沟通从始至终处于良好氛围之中。

用户重视,真正的“一把手工程”

沈飞公司的信息化在过去十多年走过很多弯路,也积累了比较丰富的经验,在MES系统选型时就制定了几个主要的原则,第一:不一定选择知名软件公司;第二:选择院校或专业研究团队进行项目前期咨询及规划;第三:最终开发实施选择有技术优势的中小软件企业。基于这些原则,沈飞最终选择了虎蜥进行MES项目的合作。

沈飞公司近年来在大力通过信息化、数字化提升管理及产能,各项政策都在向信息化倾斜,在MES实施过程中,从公司的总经理、主管副总师、网络信息中心、生产部以及各个生产厂的领导均对项目进展倾注了大量的心血,从人力支持、制度倾斜、各级部门的业绩考核等各方面都将信息化成果作为重要考核指标,2012年罗阳总经理去世前在沈飞公司的最后一项工作就是到MES项目应用现场听取工作汇报。沈飞MES实施全过程做到了真正的“一把手工程”。

规范科学的项目管理

项目组每周坚持召开周例会,企业领导坚持参加,项目实施问题可及时得到解决,每次例会的会议记录及时发给所有相关部门领导,确保项目进展及问题得到有效配合。

虎蜥项目团队建立了严格、科学且适合基于ABP平台开发方式的项目管理制度,在项目设计、开发、实施各阶段遵守或参照过以下国家及行业标准:

(1)软件过程管理与控制标准:

【GB/T 8567-2006计算机软件文档编制规范】

【GB/T 9385-2008计算机软件需求规格说明规范】

【GB/T 9386-2008计算机软件测试文件编制规范】

【GB/T 15532-2008计算机软件测试规范】

(2)质量管理、控制标准:

【ISO9001:2008质量管理体系】

(3)公司内部标准:

【虎蜥软件过程管理规范】

【虎蜥编码规范】

【虎蜥数据库规范】

3.ABP-MES典型功能剖析

3.1.  辅助优化排产


ABP MES针对离散行业计划与调度特点,建立实用有效的计划优先级规则模型,排产过程首先根据优先级给出待排产订单的顺序,再根据零件工艺规程的工序约束、对应机床的资源约束等因素由系统自动生成一个作业计划。

为了使排产结果更符合用户要求:ABP MES的辅助优化排产还提供以下功能:

3.2.  资源需求计划自动生成


ABP MES完成排产后,可自动生成相关各类资源的需求计划,如:

(1) 毛料计划

(2)工装计划

(3)刀具计划

(4)样板计划

(5)成品半成品计划

(6) ……

生成的资源需求计划直接传递给各类资源库房,由库房及时反馈资源准备状况,所有资源准备完成,即可开工。资源需求计划亦可直接集成到各类库存管理系统中。

3.3.  工时定额优化模型


长期以来,离散企业经常因为得不到一个比较准确的工时定额值而影响各方面工作。

ABP MES根据工时定额动态优化算法将每一次采集的实际工时信息经过计算,可以得到一个更新的工时定额值,随着采集次数的不断增加,时间越久,将得到与实际工时更加接近的准确值。

得到的这个工时定额值可使用在员工绩效考核、优化排产等方面,反过来将更加促进企业生产效率的提升。

3.4.  零件3D图形辅助查询


在工人现场加工页面,ABP MES提供随时查询当前加工零件的3D图形的功能。

ABP MES提供3D图形文件的方便的上传维护等功能。

3D图形查看功能对于处于研制期间的零部件可以帮助加工者理解工艺过程技术要点,减少错误操作及废品超差品的可能。

此功能也是现场可视化的一个重要组成部分,界面示例如下:

3.5.  资源配送


各类生产资源设立专门的配送部门负责资源配送,并将配送过程严格由MES系统进行管理控制,大幅降低了各类生产资源准备时间,有效提升了设备生产效率。

针对离散行业资源配送管理包含:刀具配送、工装配送、毛料配送、样板配送等。

刀具配送流程:

3.6.  实时生产过程反馈


为解决车间生产现场的透明度,ABP MES将车间所有工序级作业任务的加工状态实时反馈给计划调度部门。

由于生产现场作业任务的进度可实时反馈,计划部门计划员与工段计划每周定期核对计划的工作可取消了。取而代之的是计划员通过进度监控页面随时了解重要订单的加工进度,对可能逾期的任务及时进行调整。

3.7.  订单进度跟踪


ABP MES提供图形化的车间任务实时跟踪功能,方便计划部门随时查询、监控任何一个生产任务工序级的进度情况,可监控每个工序任务的资源准备情况、工序进度百分比、何时开工、何时完工、现行工时、实作工时、检验状况、是否存在问题、当前是否停工、当前的操作工人、任务所在的设备等信息。

3.8.  机床状态实时监控


ABP MES 提供根据各个工段查询实时机床状态的功能,是一个管理部门及领导实时了解车间状态的重要工具。

3.9.  现场问题反馈及升级处理机制


导致离散制造行业生产效率低下的另一个重要原因,是车间生产过程各类偶发事件难以及时反馈以及处理过程的低效问题。

针对此问题,ABP MES特别设计了现场问题反馈及升级处理机制,问题处理人员的响应及处理效率将纳入绩效考核,从而实现了:

* 问题及时反馈

* 问题及时处理

问题的及时处理有效提升了机床使用率。问题反馈及处理流程如下:

系统可设定问题处理部门的最迟响应时间,超过响应时间则问题将会被升级警示给上级领导。

3.10. 问题处理警示


为了保证车间各类问题提出后能够及时得到处理部门的响应,ABP MES设计了处理部门问题处理警示模块。

当问题由工人提出后,MES系统直接将问题的警示信息弹出到问题处理部门的电脑桌面,并伴随警示音,如果负责解决此问题人员未到现场领取该问题,桌面的警示信息和警示音将反复提示。从而确保了问题提出后及时得到响应。

3.11. 自动排班与员工考勤


离散制造行业工种繁多,各工种工作时间、班次各有特点,班次排班和人员考勤工作大多通过人工完成,工作量巨大,且差错较多。

ABP MES根据这类需求定制开发了自动排班和员工考勤功能:

* 根据用户设定的各类班次特征,自动排班

* 将打卡记录导入系统并根据对应排班表进行自动考勤。

3.12. 批架次看板管理


批架次看板管理系统,将生产中每种零件的批架次数量单独、准确地累计并保存,方便MES系统中各类用户随时查询及使用,为MES系统的各个业务部门提供了统一的生产进度管理模型。规范了原来比较混乱的批架次信息管理。

3.13. 产量报告自动生成


由于通过MES系统采集了所有制造记录卡片工序级的“开工”、“完工”等关键状态信息,因此,通过ABP-MES系统即可自动生成每个工人月度产量报告等各类报表,代替了原有通过工人手工填写申报的落后方式。

3.14. 基于条码及RFID的现场数据采集


ABP MES可集成条码系统来采集人员/设备/派工等信息,有利于提高信息采集的速度和准确率;目前主要适用在以下操作:

* 工人使用员工卡条码登录

* 派工信息(制造记录)条码打印

* 派工信息(制造记录)条码识别

* 问题处理使用员工卡条码领取问题

3.15. 生产现场可视化


为解决车间生产现场的透明度问题,ABP MES通过以下方法及手段来实现:

* 车间大屏幕滚动警示

* 生产现场工人触摸屏

* 现场问题警示客户端

* 设备状态实时监控

* 订单进度实时监控

* ……

生产现场图表示例界面:

3.16. 生产现场无纸化

ABP-MES通过取消车间的纸质《产品制造纪录》、《产量报告》,提供检验人员电子印章签名等方案,已实现车间作业的无纸化管理目标。


3.17. 基于EVA的生产成本管控


EVA:经济附加值(Economic Value Added,简称EVA.

ABP-MES通过生产EVA的数据积累,可以直观的反应出在制品费用情况,直接分解到部门和设备,方便生产管理人员及时捕捉生产异常情况,及时调整生产方案。目前具有如下典型功能:

(1)  按图号对单位材料价格进行定价,形成数据库

(2)  自动统计即时库存材料费用

(3)  结合制造记录即时统计在制品材料费用占用情况


3.18. ABP-MES接口集成

4.  ABP-MES的实施策略

为了确保在已有典型案例的MES方案的基础上,快速、科学的实施企业MES,根据对典型离散型企业用户的了解,我们认为需要遵守如下基本原则:

4.1.  ABP-MES实施原则


(1)基于ABP-MES典型方案,总体规划,统一实施

基于现有ABP-MES成熟解决方案,由新用户进行学习、了解和试用,总结各自的业务需求,在此基础上,再组织用户统一进行需求讨论,整理得到系统的标准需求,根据标准需求进行功能设计、系统改造及最终的实施工作。

(2)先基础,后核心

通过对行业的了解,当前离散型制造企业的信息化基础普遍较薄弱,MES系统所需的很多基础信息(比如部门、人力资源信息、库房、原材料信息、设备信息)都不完善或基本没有,在实施时,要专门制定基础信息准备的实施方案,并逐步推进,此项工作需要用户与软件开发方相互协作,共同推进。在基础数据准备后,才可能顺利实施核心的业务模块。

(3)先围绕业务管理主线,再实施外围

根据前期ABP-MES的实施经验,可以先围绕用户生产管理的业务主线的功能模块来进行实施,在主线业务实施取得阶段成果的基础上,再进行外围辅助模块的实施。

4.2.  ABP-MES实施标准流程

5. ABP-MES价值

5.1.  ABP-MES实施效果

制造执行系统(ABP-MES)的应用,有效的缩短了飞机结构件数控加工周期、降低了生产成本,取得了显著的技术经济效益和社会效益。本项目从软件的选型、技术途径和关键技术都具有行业通用性,从组织、数据、资源、人员、设施等方面都积累了宝贵的经验,形成的成果不但能够在飞机制造企业生产中发挥重要作用,同时在全行业也具有巨大的推广应用价值。本项目研究成果已在行业内形成示范效应,可以通过技术推广,广泛应用到航空和航天领域产品的结构件生产中,推动技术与管理手段快速发展。

沈阳电视台报道沈飞信息化成果

5.2.  ABP-MES效益分析


通过ABP-MES在沈飞公司数控厂的应用,在缩短产品制造周期、减少或消除数据输入时间、减少在制品(WIP)、减少或消除作业转换中的文书工作、缩短产品交付周期、改进产品质量、减少次品及可视化辅助制造手段等方面逐步产生可量化的经济效益。

ABP-MES的实施使数控设备利用率由40%提高到60%、计划执行率由60%提高到85%以上、缩短零件制造周期20%~30%和总成本削减10%以上。说明系统是成熟、稳定的,具有完全的自主知识产权,易于推广应用,具有巨大的国防和经济效益。

ABP-MES的研发成果完善了飞机制造数字化的技术体系,建立并形成数字化条件下新的战机制造生产模式和工作流程,强化工艺信息的现场指导作用,减少误操作,降低技术协调成本,有效地促进企业的技术创新和管理创新,为全面打通数字化制造生产线奠定坚实基础。缩小了我国飞机行业型号研制能力与国际先进水平的差距,提高国际竞争能力和在国际合作项目中的参与地位,提高了企业核心竞争力。随着新研制机型的不断增加,项目额外成本逐渐加大,本项目可创造的累积经济效益非常可观。

5.3.  ABP-MES应用前景


该项目面向离散制造企业的生产过程管理和控制,其技术具有共性,在沈飞的成功应用将给其它航空、航天、兵器、船舶等装备制造企业的车间管理提供宝贵的经验和技术途径,并适合向其推广应用。

同时航空制造业是新技术领先应用的行业,往往是同类机械制造业的技术先行者,其所取得的技术成果会很快的在其他领域获得更广泛的应用。作为典型的面向离散制造过程管控的技术成果,可以通过在该技术框架基础上进行相应的功能模块配置与开发,同样具有应用于其它机械制造企业的价值。

ABP-MES的成功应用标志了沈飞具备了实现数控加工可视化管控以及无图、无纸化制造的能力和技术基础,使该企业飞机结构件制造技术水平实现重大突破,形成全数字化制造的管理模式及生产模式,使我国航空产品的制造发生观念性的改变,促进企业管理体制、型号研制过程的一系列变革,并向着开放式的、具有快速应变能力和创新能力的现代型企业方向发展。

5.4.  ABP-MES行业影响


ABP-MES在沈飞公司正式运行以来,企业全生产流程的管理方式和生产效率获得大幅提升,同时得到中航工业系统和国家各级领导的关注,已分别得到国务院副总理、中航工业总经理、总装、海装、空装、沈阳市经信委、沈阳市科技局等领导的肯定。2011年在山东青岛举行的中国国际信息节主题论坛上,中航工业沈飞被授予“‘十一五两化融合典范企业称号,沈飞公司副总经理、总工程师袁立获得“‘十一五两化融合杰出贡献者奖20123月沈阳电视台特为该企业信息化工作制作播出专题节目。

沈阳电视台报道沈飞信息化成果

6.   经验分享

成功实施沈飞MES,虎蜥开发团队探索并积累了一整套离散型制造企业MES实施方法论及重要经验。

6.1.  罗马不是一天建成的


对于离散型企业,从传统的手工管理到实现企业全面信息化是一个漫长艰苦的蜕变过程,而MES系统覆盖了企业生产流程的所有关键业务,其实施困难程度和复杂程度更超乎想象。

大多企业希望一下找到完全适合的产品化方案,不切实际。离散型企业业务流程复杂,管理特点多样,与大量已有信息系统存在集成关系,业务管理方式变化频繁,难以找到现成方案。最好的、最先进的方案不一定是最适合的。

“罗马不是一天建成的”,放在MES系统的实施上也同样适用,就是需要不断积累小的进步,才能取得最终成功,因此必须正确认知企业信息化的这个规律。

6.2.  信息化阶段理论


根据多年企业信息化实施经验,我们将企业信息化发展分为以下几个阶段:



一般企业从一无所有到全面信息化,需要经过:起步、初步本地化应用、本地化应用、集成化应用、业务流程再造、业务网络、范围重新定义设计等多个阶段。

我们将这些过程分为三个大的阶段:

第一阶段:起步和初步本地化应用,在这个阶段,企业根据各个业务单元的基本需求,可以实现业务单元的基础信息管理,这个阶段的信息化是小范围的,是独立的应用,属于初级阶段。

第二阶段:本地化应用和集成化应用,这个阶段,在本地化应用比较完善的情况下,可以将多个相关的本地化应用系统进行集成,实现部分业务的流程化,这个阶段除了能够管理基础信息外,还可以实现一些常见的流程业务管理。

第三阶段:业务流程重新设计和业务网络、范围重新定义及设计,这个阶段,企业的局部和集成应用已经相对成熟,在应用过程中会发现某些流程或业务设计的不合理问题,可能需要对业务流程或网络、范围等需要重新定义和设计,这个阶段表明企业信息化已经进入到一种全面、集成化阶段,这个阶段企业信息化方面的经验和基础能够支撑企业进行各种流程优化的综合业务设计;属于高级阶段。

结论:企业信息化需要分阶段进行,合理定位,合理目标,循序渐进。

6.3.  正确认识所处阶段


依据阶段论的定义,企业用户不仅需要对本企业信息化有一个长远规划,还要客观分析当前自身的实际状态,正确认识所处阶段,客观定位,这样在关键决策上才不致于犯盲目和冒进的错误,有助于企业制定切实可行的MES实施方案。

6.4.  找到合适的合作者


MES实施过程是一个甲乙双方共同学习的过程,也是企业已有管理经验及流程等知识转移的过程,往往在项目开始之初并不能确定所有的需求,需要长期逐步积累小的成功并最终实现企业级的大集成。这就需要企业寻找到能且愿意陪企业共同走过这个艰难过程的软件服务商。

6.5.  选型原则及方法


1、 MES不是产品化软件,没有任何一个成熟MES完全覆盖客户需求

由于MES横跨制造企业几乎所有核心业务部门,流程跨度大,变化多,不同企业个性化的特点突出,每个企业已存在的业务流程及管理方式具有一定合理性,其中包含了企业多年的经验及知识积累,MES实施过程中的流程再造不应该是颠覆性的,必须尊重企业现有管理特点。

因此,MES供应商必须具备且有意愿为客户提供大量个性化定制的能力。

2、 MES属于大型复杂应用系统,供应商须具备开发大型系统的架构平台

对于MES这类大型应用软件系统的开发,采用具有敏捷开发特点的业务基础软件平台已经是行业内普遍的共识,因此,MES供应商应基于成熟的软件平台进行个性化的配置开发,对项目的成功才有保证,如果基于传统的底层代码方式开发,将难以快速适应需求变化,导致项目周期延长,会存在很大风险。

3、 兼顾客户现有各类系统,MES应选择市场上主流且具备长远发展空间的语言及架构

实施MES前,一般客户都会存在各类独立应用的基础系统,如:计划系统、PDMCAPP、库存管理、财务、人事等各类应用,因此,选型时在兼顾各类应用系统开发语言的基础上,最好选择市场主流的语言架构为好。

4、 选择与自身业务模式相近且具有成功案例的供应商

选择有成功案例的供应商,且案例特点与客户业务模式类似,项目成功将会有较大保障。

5、 建立适合自身特点的MES风险控制模型,进行严格评估

根据客户MES需求特点及各类选型要素,建立一个科学的风险评估模型,对每个入围供应商逐项评分,最终能比较客观的确定目标供应商。

6、 其他因素

MES供应商开发团队实力、规模、项目管理规范及标准、甲方项目预算与供应商的预期差异度、供应商对本项目的客观重视度、供应商诚信记录、是否有失败案例或存在大量售后服务投诉等等。

6.6.  MES风险控制策略