以精益生產(chǎn)等先進(jìn)理念為指導(dǎo)思想，針對軍工企業(yè)多品種、小批量的復(fù)雜生產(chǎn)特點，本文提出了軍工行業(yè)MES系統(tǒng)的五大關(guān)鍵技術(shù)：精確的高級自動排產(chǎn)、集成化的協(xié)同制造、自動化的數(shù)據(jù)采集、透明化的決策支持、圖形化的軟件界面，構(gòu)建一套適合軍工企業(yè)的、廣義上的MES系統(tǒng)，即精益化、自動化、透明化、體現(xiàn)協(xié)同制造、適合中國國情的MES系統(tǒng)。

　　1. 軍工企業(yè)生產(chǎn)管理現(xiàn)狀及對策

　　近些年來，軍工企業(yè)對信息化建設(shè)的越來越重視，大部分企業(yè)陸續(xù)建立了CAD/CAM/CAE、CAPP、OA、PDM、ERP等各類軟件系統(tǒng)，在車間也購置了大量高檔數(shù)控設(shè)備，信息技術(shù)正在軍工企業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。但企業(yè)現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)主要集中在技術(shù)和管理部門，大部分企業(yè)車間制造過程信息化仍處于空白，眾多的數(shù)控設(shè)備還處于單機工作模式，車間管理工作如計劃、派工、物料、刀具、質(zhì)量、設(shè)備等等，還處于原始的憑經(jīng)驗、人工干預(yù)的方式。這種依靠人工的生產(chǎn)組織與管理方式已越來越不適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要，生產(chǎn)資源管理信息、產(chǎn)品技術(shù)信息在車間得不到快速有效利用，車間生產(chǎn)過程信息得不到及時反饋，產(chǎn)品出產(chǎn)周期難以有效監(jiān)督與控制。

　　隨著國家以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路的號召，越來越多的軍工企業(yè)已經(jīng)深刻地意識到，企業(yè)必須立足高起點，大力發(fā)展和應(yīng)用信息技術(shù)，用先進(jìn)的技術(shù)管理手段變革現(xiàn)有的生產(chǎn)組織和管理模式，實現(xiàn)生產(chǎn)過程管控的數(shù)字化，不斷挖掘生產(chǎn)制造過程的潛力，從而全面提升企業(yè)的競爭力。并逐漸認(rèn)識到：以國家兩化融合為契機，通過實施具有精益生產(chǎn)思想的、適合軍工企業(yè)特點的數(shù)字化車間管理系統(tǒng)，即構(gòu)建以精益生產(chǎn)、協(xié)同制造為特色的廣義上的MES系統(tǒng)，可很好地解決上述問題。

　　因此，在探討軍工行業(yè)MES系統(tǒng)特點之前，我們很有必要進(jìn)一步了解精益生產(chǎn)以及MES系統(tǒng)的概念及含義。

　　2. 精益生產(chǎn)與MES概念

　　精益生產(chǎn)(Lean Production，簡稱LP)是美國麻省理工學(xué)院國際汽車計劃組織(IMVP)的專家對日本豐田準(zhǔn)時化生產(chǎn)JIT(Just In Time)生產(chǎn)方式的贊譽稱呼。精益生產(chǎn)方式是一種以最大限度地減少企業(yè)生產(chǎn)所占用的資源和降低企業(yè)管理和運營成本為主要目標(biāo)的生產(chǎn)方式，它是當(dāng)前工業(yè)界最佳的一種生產(chǎn)組織體系和方式，也必將成為二十一世紀(jì)先進(jìn)的生產(chǎn)體系，更是中國企業(yè)特別是軍工企業(yè)，加強企業(yè)運營管理、提高自身競爭力的發(fā)展方向。

　　精益生產(chǎn)最關(guān)注的三個要素是Quality(質(zhì)量)、Cost(成本)、Delivery(交貨期)，精益生產(chǎn)的主要表現(xiàn)形式：識別浪費、持續(xù)改進(jìn);縮短交貨期、實現(xiàn)看板化的目視管理、生產(chǎn)節(jié)拍控制、現(xiàn)場管理、及時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集等。

　　這些技術(shù)手段體現(xiàn)到車間實際生產(chǎn)中就是：

　　準(zhǔn)確分析非增值勞動，提高生產(chǎn)效率，降低庫房、工具等生產(chǎn)輔助成本。

　　采用高級排產(chǎn)等技術(shù)手段，將生產(chǎn)任務(wù)分解到每一工序、每一設(shè)備、每一分鐘，并合理解決緊急插單等問題、確保生產(chǎn)計劃最優(yōu)，確保產(chǎn)品交貨期，確保設(shè)備利用率最高。

　　實現(xiàn)目視化管理、信息最大程度透明化。

　　生產(chǎn)過程控制，實現(xiàn)產(chǎn)品流的生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化生產(chǎn)。

　　基于數(shù)據(jù)自動采集等先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)確反饋，提供科學(xué)決策基礎(chǔ)，實現(xiàn)車間計劃、執(zhí)行、資源等要素的閉環(huán)管理。

　　實現(xiàn)產(chǎn)品工序級的質(zhì)量控制，將質(zhì)量損失降低到最低。

　　MES 是Manufacturing Execution System(制造執(zhí)行系統(tǒng))的簡稱，1992年由美國先進(jìn)制造研究機構(gòu)AMR ( Advanced Manufacturing Research)提出，AMR將MES定義為位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的，面向車間層的管理信息系統(tǒng)，為操作人員、管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)，重點解決車間生產(chǎn)問題。

　　2004年,美國MESA協(xié)會提出了協(xié)同MES體系結(jié)構(gòu)(c-MES)的概念，重點強調(diào)車間級的制造協(xié)同管理。

　　至此，MES內(nèi)涵已經(jīng)豐富為“執(zhí)行、跟蹤、協(xié)同等多方位，在理論體系上已經(jīng)完全成熟了。

　　AMR的三層企業(yè)集成模型

　　作為離散MES系統(tǒng)的引領(lǐng)者，北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司長期致力于數(shù)字化車間系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，公司的DNC/MDC/MES系統(tǒng)在眾多軍工企業(yè)中得到了成功應(yīng)用，并取得了良好的效果。為更好地促進(jìn)軍工企業(yè)的數(shù)字化車間建設(shè)，我們非常榮幸地能有機會與您一起探討、共同促進(jìn)我國軍工企業(yè)的數(shù)字化車間，特別是軍工MES系統(tǒng)的建設(shè)。

　　大家知道，MES的核心在于執(zhí)行，此處的執(zhí)行分兩層含義：首先是將ERP的生產(chǎn)計劃根據(jù)車間實際情況，將每一工序分解到每一設(shè)備、每一分鐘精細(xì)執(zhí)行;其次是通過MES的建設(shè)，在車間內(nèi)部構(gòu)建計劃排產(chǎn)、作業(yè)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、程序管理、在制品管理、庫存管理、質(zhì)量管理等一個全閉環(huán)管理，層層緊扣，而非簡單的一個數(shù)據(jù)庫管理。

　　因此，可以這么說：MES就是實現(xiàn)精益生產(chǎn)的軟件載體，而MES最核心是計劃排產(chǎn)、數(shù)據(jù)采集和協(xié)同制造管理，這也是判斷一套軟件是否是真正意義上MES系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　3. 軍工行業(yè)MES系統(tǒng)的5大關(guān)鍵技術(shù)

　　基于以上分析，并結(jié)合我們對數(shù)字化車間的深刻理解，我們認(rèn)為軍工行業(yè)的MES系統(tǒng)應(yīng)充分借鑒精益生產(chǎn)等先進(jìn)理念，以DNC/MDC為基礎(chǔ)，在高級排產(chǎn)基礎(chǔ)上，涵蓋計劃調(diào)度、作業(yè)管理、機床聯(lián)網(wǎng)、程序管理、物料管理、工具管理、質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場信息管理、決策支持等車間生產(chǎn)管理的方方面面，是一套模塊化、高度集成、過程透明、閉環(huán)的、體現(xiàn)協(xié)同制造、適合軍工企業(yè)特點的MES系統(tǒng)。

　　由于MES系統(tǒng)是一項較為復(fù)雜的大型管理系統(tǒng)，模塊眾多、涉及的技術(shù)也非常多，下面將以蘭光MES為例，重點介紹一下軍工企業(yè)MES系統(tǒng)的五大關(guān)鍵技術(shù)。

　　3.1.精確的高級自動排產(chǎn)

　　軍工企業(yè)由于多品種、小批量、工序多、緊急插單多、生產(chǎn)周期要求嚴(yán)格等特點，生產(chǎn)計劃如果全靠人工進(jìn)行制訂將是非常困難的，也經(jīng)常因為人為考慮不周而影響了整個生產(chǎn)的有序進(jìn)行。

　　MES作為制造執(zhí)行系統(tǒng)，首要的就應(yīng)該具有高級排產(chǎn)功能，將ERP等上游系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃，按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級、車間現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力，自動制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計劃，細(xì)化到每一工序、每一設(shè)備、每一分鐘，進(jìn)行精細(xì)化生產(chǎn)管理。

　　因此，可以說高級自動排產(chǎn)(簡稱APS)是軍工MES系統(tǒng)中第一項最重要的關(guān)鍵技術(shù)，是衡量MES系統(tǒng)是否具有“執(zhí)行(ERP計劃)能力”的一個關(guān)鍵因素。一款優(yōu)秀的APS應(yīng)該具有以下功能：

　　1)支持多樣的排產(chǎn)算法

　　支持多種高級自動排產(chǎn)算法，如：具有按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、最優(yōu)庫存、同一裝夾優(yōu)先、已投產(chǎn)訂單優(yōu)先等多種排產(chǎn)方式，可滿足軍工企業(yè)各類復(fù)雜的排產(chǎn)要求。

　　2) 基于設(shè)備有限產(chǎn)能的排產(chǎn)

　　MES與ERP在排產(chǎn)方面最大的不同就是MES是基于有限能力排產(chǎn)的，即MES完全基于車間現(xiàn)有設(shè)備產(chǎn)能進(jìn)行排產(chǎn)，可準(zhǔn)確到每一道工序、每一臺設(shè)備、每一分鐘，并可根據(jù)實際情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

　　3)具有優(yōu)化生產(chǎn)、平衡設(shè)備間加工能力

　　能力平衡

　　通過直觀的圖形、數(shù)字表示，系統(tǒng)提供機床負(fù)荷以及每臺機床生產(chǎn)任務(wù)的視圖及分析功能，可方便地優(yōu)化生產(chǎn)和平衡機床負(fù)荷，使生產(chǎn)計劃更科學(xué)更合理。對逾期計劃，系統(tǒng)可提供工序拆分、外協(xié)加工、調(diào)整設(shè)備、調(diào)整優(yōu)先級等靈活的處理措施。

　　3.2.全集成的協(xié)同制造

　　MESA協(xié)會在2004年就明確地提出了c-MES的概念，即協(xié)同MES，重點強調(diào)了協(xié)同制造在MES的作用，而非僅僅是執(zhí)行的問題。

　　協(xié)同制造在軍工生產(chǎn)中也具有非常重要的意義。在當(dāng)前的車間生產(chǎn)中，計劃、調(diào)度、物料、工具、檢驗、操作工等各工種間缺乏有效的協(xié)同機制，信息溝通不暢通，常常發(fā)生因為某一環(huán)節(jié)的延誤而導(dǎo)致整個生產(chǎn)拖延的情況，在MES系統(tǒng)里采用協(xié)同制造管理機制，可有效地避免這些情況，可確保整個生產(chǎn)流暢高效地運轉(zhuǎn)。

　　蘭光MES中的協(xié)同制造平臺

　　在蘭光MES中，當(dāng)生產(chǎn)計劃優(yōu)化完成后，可通過協(xié)同制造平臺向相應(yīng)子系統(tǒng)發(fā)送生產(chǎn)準(zhǔn)備指令。通過車間級的協(xié)同，物料準(zhǔn)備、工具準(zhǔn)備等各類職能人員可以提前知道相關(guān)生產(chǎn)任務(wù)，便于提前進(jìn)行各類生產(chǎn)準(zhǔn)備，生產(chǎn)管理人員可實時查看到計劃的準(zhǔn)備情況、工序狀態(tài)、在制品信息、質(zhì)檢信息和生產(chǎn)過程中設(shè)備的詳細(xì)運行參數(shù)、齊套分析等內(nèi)容，通過采取及時的生產(chǎn)調(diào)度措施來應(yīng)對生產(chǎn)過程中的各種變化情況，可最大程度地避免因某項工作準(zhǔn)備不足而影響車間的正常生產(chǎn)，實現(xiàn)車間級生產(chǎn)的全面協(xié)同管理。

　　3.3.自動化的數(shù)據(jù)采集

　　很多軍工企業(yè)實施MES系統(tǒng)，一般首選設(shè)備自動化程度較高、信息化基礎(chǔ)較好的數(shù)控車間。為充分發(fā)揮這些數(shù)控設(shè)備數(shù)字化、智能化、自動化的特點，MES系統(tǒng)的另外一項核心就是數(shù)據(jù)的自動采集技術(shù)，對數(shù)控設(shè)備進(jìn)行實時、客觀、準(zhǔn)確、自動的采集，實現(xiàn)一臺計算機同時監(jiān)控所有機床的實時狀態(tài)，以電子看板的形式隨時展示所有機床的開機、運行、故障、生產(chǎn)進(jìn)度等狀態(tài)信息。這些實時的數(shù)據(jù)將與生產(chǎn)計劃形成了管理上的閉環(huán)，并進(jìn)一步指導(dǎo)生產(chǎn)計劃的調(diào)整。

　　1)對于數(shù)控設(shè)備實現(xiàn)自動化的采集數(shù)據(jù)：

　　支持FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等在內(nèi)的上百種控制系統(tǒng)。

　　實時采集：可從網(wǎng)絡(luò)上的任何客戶機監(jiān)控所有機床的實時狀態(tài)。

　　詳盡的報告：全功能的機床狀態(tài)電子看板與電子地圖顯示，以及各種分析報告，便于了解現(xiàn)場關(guān)重設(shè)備的生產(chǎn)狀況。

　　針對帶網(wǎng)卡的機床，不用添加任何硬件，直接通過網(wǎng)卡采集到以下信息：

　　機床開機、關(guān)機。

　　機床的實時狀態(tài)。如運行狀態(tài)、空閑、報警等等。

　　程序信息，如正在運行哪個程序等。

　　數(shù)控程序加工次數(shù)。

　　轉(zhuǎn)速和進(jìn)給?？梢詫崟r反饋當(dāng)前的轉(zhuǎn)速S值和進(jìn)給速度F值，機床倍率。

　　坐標(biāo)信息。包括：絕對坐標(biāo)、機床坐標(biāo)、相對坐標(biāo)、剩余移動量等。

　　報警信息。能夠?qū)崟r反饋機床是否有報警，報警號是什么。

　　主軸功率等其他信息

　　2)系統(tǒng)也支持條碼、觸摸屏等常見的采集手段。

　　除了對數(shù)控設(shè)備的自動采集外，蘭光MES也完全支持條碼自動打印、自動掃描、條碼內(nèi)容自由定義等功能。

　　條碼自動識別技術(shù)具有輸入速度快，準(zhǔn)確度高、成本低和易操作等特點。在自動化裝配生產(chǎn)線和各加工過程中，使用條碼掃描隨工單上條碼，實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集。每個產(chǎn)品的每個工序都會有一個唯一的條碼，只需讀入產(chǎn)品上的條碼，就可以在數(shù)據(jù)庫內(nèi)調(diào)出該產(chǎn)品所有的相關(guān)數(shù)據(jù)，大大便利了產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤和售后服務(wù)。

　　觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式，具有堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術(shù)，用戶只要用手指輕輕地觸摸計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當(dāng)，這種技術(shù)大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。

　　在現(xiàn)場終端觸摸屏，可通過條碼掃描自動識別工序，工人就能夠方便快捷地進(jìn)行工序的開工、暫停和完工反饋。

　　總之，數(shù)據(jù)采集是MES成功實施的重要基礎(chǔ)，MES系統(tǒng)只有能夠進(jìn)行及時、全面的數(shù)據(jù)采集，并與生產(chǎn)計劃形成管理上的閉環(huán)，制訂的計劃才有可執(zhí)行性，計劃才能更科學(xué)。

　　3.4.全透明的決策支持

　　為實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)最大程度上的共享，結(jié)合當(dāng)今大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)理念，MES系統(tǒng)要對這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，實現(xiàn)過程全透明的管理，做到對生產(chǎn)中所有信息可隨時查看，并結(jié)合企業(yè)的真實需要，提供車間管理人員、各類使用人員的各類統(tǒng)計分析報告，做到對生產(chǎn)計劃制訂情況、執(zhí)行情況、工段作業(yè)情況、物料、刀具、質(zhì)量、設(shè)備等幾乎所有的生產(chǎn)信息進(jìn)行綜合分析，為車間層的管理與決策提供可靠的量化數(shù)據(jù)。如：

　　1) 機床實時生產(chǎn)狀況統(tǒng)計：

　　每臺機床或每班組加工的工件數(shù)量。

　　機床開機時間、機床停機時間、機床故障時間、機床運行時間。

　　操作工的效率、機床利用率(OEE)等。

　　各種形式的日報、月報、季報、年報。

　　可以具體統(tǒng)計到每個機床、一個班組、整個車間。

　　可以以餅圖、柱圖、折線圖、統(tǒng)計表格等多種方式統(tǒng)計、分析數(shù)據(jù)。

　　機床利用率

　　2) 計劃制訂及完成情況統(tǒng)計：

　　監(jiān)控、查詢所有產(chǎn)品的進(jìn)度和生產(chǎn)，如：該訂單處是否已經(jīng)投產(chǎn)?交貨期能否準(zhǔn)時?是延誤還是提前?具體時間是多少?以產(chǎn)品、部件、零件、工序等多級別管理生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)清楚，一目了然。

　　3) 物料、在制品、質(zhì)量、庫存等統(tǒng)計查詢：

　　物料庫存、在制品周轉(zhuǎn)、各工序的質(zhì)量、工具庫存及積壓等情況。

　　4) 其他各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能

　　3.5.直觀易用的圖形化界面

　　由于MES系統(tǒng)的主要應(yīng)用對象是車間的各類人員，包括車間領(lǐng)導(dǎo)、計劃調(diào)度人員、現(xiàn)場工人及各類生產(chǎn)輔助人員，生產(chǎn)事務(wù)繁忙，計算機水平不是很高，因此，蘭光MES系統(tǒng)在設(shè)計時就充分考慮到了這些因素，采用直觀的圖形化界面，將生產(chǎn)中的各類抽象信息用圖形化的形式展現(xiàn)出來，非常方便使用者學(xué)習(xí)與掌握。

　　1) 圖形化的計劃排產(chǎn)

　　蘭光MES系統(tǒng)除了具備強大的排產(chǎn)算法以外，并采用了讓人耳目一新的圖形化界面。如：計劃員可用鼠標(biāo)拖拽的方式調(diào)整機床的生產(chǎn)計劃，所有因此而受到影響的產(chǎn)品將被重新排產(chǎn)。所有的更改只有保存后才會生效，因此計劃員可以進(jìn)行各種可能排產(chǎn)的嘗試。

　　圖形化的排產(chǎn)界面

　　2) 圖形化的生產(chǎn)看板

　　在生產(chǎn)任務(wù)管理中，蘭光MES采用“紅綠燈系統(tǒng)”的顏色，用戶很容易地查看每個任務(wù)和工序的狀態(tài)，包括是否投產(chǎn)、計劃數(shù)量、交貨期、所用時間、提前(或延遲)時間、已完成數(shù)量等，非常直觀。

　　圖形化的生產(chǎn)看板

　　3) 醒目的預(yù)警機制

　　拖期任務(wù)提醒

　　在計劃進(jìn)行調(diào)整后，對于還未執(zhí)行的計劃，系統(tǒng)會計算分析出可能要拖期的零件和工序，并用醒目的顏色表示出來，使計劃調(diào)度人員有針對性地關(guān)注其進(jìn)度并做出快速響應(yīng)。

　　4) 圖形化的統(tǒng)計分析

　　在蘭光MES系統(tǒng)中，可以自動生成各類統(tǒng)計報表，可按車間不同角色所需了解的信息來分類，可按周報、年報、月報來統(tǒng)計，可按柱狀圖、餅圖、報表的形式展現(xiàn)。

　　圖形化的統(tǒng)計報表

　　4. 結(jié)束語

　　面對復(fù)雜的軍工企業(yè)生產(chǎn)管理，我們一定要深入理解與貫徹精益生產(chǎn)與MES的概念與精髓，并緊密結(jié)合軍工企業(yè)的行業(yè)特點、當(dāng)前存在的問題，以及系統(tǒng)使用群體的特點，重點突破上述5大關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，力爭全面涵蓋計劃調(diào)度、作業(yè)管理、物料管理、工具管理、質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場信息管理、決策支持等車間生產(chǎn)的各個方面，構(gòu)建具有軍工特色的MES系統(tǒng)，可有效地提升企業(yè)的運行效率、降低生產(chǎn)成本、全面增強企業(yè)競爭力，為打造國內(nèi)領(lǐng)先的數(shù)字化工廠奠定良好的基礎(chǔ)。