（河南许继仪表有限公司 河南许昌 461000）
摘要：文章通过对国内外智能制造环境分析，结合河南许继仪表有限公司在智能制造建设过程中，对MES的创造性应用，研究了MES的功能、结构、特点以及在解决企业痛点、堵点中发挥的重要作用，总结了MES在解决企业具体问题过程中的措施、方法和拓展。
关键词：智能制造；MES；管理模块；智能化
0 引言
进入21世纪，为了实现制造业的转型升级，面对科技革命和产业变革浪潮，德国、美国、日本、法国、韩国等等发达国家纷纷推出相关国家战略或计划，其中最引人注目的是德国在2003年推出 的“工业4.0”。工业4.0的核心是联接，把设备、生产线、工厂、供应商、产品和用户紧密地联系在一起，实现万物互联。
我国2015年发布了《中国制造2025》，全面推进制造强国战略。这对我国制造业来说是一个难得的发展机遇，利用数字化手段改进生产过程、实现智能制造、寻求转型升级已经成为为制造业的普遍共识。MES作为企业实现智能制造的重要载体，在帮助制造企业实现生产过程中的自动化、智能化、网络化方面发挥作巨大的作用。
1 MES技术及特性
MES（Manufacturing Enterprise Association），意为生产制造执行系统，其本质是一套对企业生产现场综合管理的集成系统。MES用集成的思想替代原来的设备管理、质量管理、生产排程、DNC、数据采集软件等车间需要使用的孤立软件系统。MES在信息化系统中具有承上启下的作用，是一个信息枢纽，强调信息的实时性。MES从生产计划的执行、生产过程的追溯、设备的正常高效使用、保证产品质量、进行工人排班及合理激励等多个维度对生产现场进行集成管理。不同行业、不同生产企业，应用的是MES中的某些模块或者在MES的基础上进行拓展应用。
作为承上启下的综合信息系统，MES涉及到与底层自动化系统和各类设备的信息采集，需要承接的ERP下达的生产计划，实现设备与工装管理、质量管理、人员派工、在制品管理、生产追溯、生产排产等等功能的集成应用，并与仓储物流系统集成。MES应用非常具有行业特质，与行业、产品特点、工艺路线、生产模式、设备布局、车间物流规划、自动化程度、数据采集终端、车间网络、以及精益生产推进等诸多因素有关。同时，MES的应用又与车间无纸化、多工厂协同、混流生产、物联网应用、工业大数据、Digital Twin、Cps等诸多新兴技术交叉，正在不断进化。其中，Cps的内涵实际上是自动控制技术、智能制造和智能工厂。Digital Twin是对实体产品、生产流程或产品使用的一种智能化和虚拟的三维车间模型中实时地展现出来，不仅可以提供车间的VR环境，还可以显示设备的实际状态，实现虚实融合。
MES系统具有以下的特性：
实时性，MES实时收集生产过程中的数据和信息，并做出相应的分析处理和快速响应；
信息中枢：MES通过双向通信，提供横跨企业整个供应链的有关车间生产活动的信息。
软硬一体：MES是一个集成的计算机化的系统，它是用来完成车间生产任务的各种方法和手段的集合。
个性化差异大：MES是负责车间生产管理的系统，由于不同行业甚至同一行业甚至同一行业的不同企业生产管理模式都不同，因此MES的个性化差异明显；
二次开发较多：由于MES的个性化差异明显，导致MES系统实施时，往往二次开发较多。
同时，MES还具有如下性能：可配置性、可扩展性、可靠性、实时性和可视性等等要求。
2 MES在电子行业的应用
电子行业多为离散型生产，典型的多品种、小批量生产模式，在交期、质量、追溯、精益生产等环节挑战很大，生产过程不透明、过程数据无法实时掌控和产品质量无法全流程追溯。
2.1企业的痛点
（1）生产无法及时掌握订单的状态和生产进度，且过程大多采用人工记录，易出错。
（2）质量在产品生产全流程中的检验报告均纸质记录，关键质量控制点均 依赖人工，产品信息无法快速有效进行追溯。
（3）车间异常问题响应和处理相对滞后，无闭环管理系统支撑，且异常无 统计分析，重复问题频发。
（4）设备台账、保养、维修等基础管理无系统管理，设备数据孤岛无法和其他数据打通。
（5）公司数据大多在纸质记录、Excel 中，未进行流动，公司内 ERP、OA、测试等系统数据未打通，无法趋势化、可视化呈现。
2.2 企业的需求
基于以上痛点，河南许继仪表有限公司期望借助 MES 系统实现透明化生产，建立产品全生命周期的质量追溯系统和设备管理系统，提高生产柔性和快速交付的能力，使企业提质、降本、增效和提高竞争力。
2018 年 6 月，许继仪表通过综合调研和分析，秉承“用技术手段解决管理问题”的理念，进行需求引领、问题解决和价值创造，生产制造中心主导并联合南京机敏开展实施 MES 项目，该项目于 2019 年 10 月验收完成，成功实施后，生产管理由经验管理转变为以数据为支撑的透明化、科学化管理，产品质量全流程管理、关键信息全生命周期追溯，设备实现系统化管控，过程异常信息共享，各部门高效协同，数据可视化展示，各系统数据互联互通，实 现精益化、数字化控制器智能车间的建设。
2.3 解决方案
经过综合调研诊断，结合企业现状进行设计和部署，确定实施 MES 系统七大模块，具体为生产、质量、设备、Andon、追溯、预警和看板管理模块。以提质、增效、降本和提升公司核心竞争力为目标，以信息技术实现为手段，规范、优化车间业务流程，实现控制器车间的数字化建设。模型如下图：
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图一、MES功能模块与信息化系统的关系
（1）生产管理模块
功能介绍：包含生产订单获取、计划排产、工单执行、进度监控、现场管理和生产数据的报表分析等功能。
执行流程：生产管理模块通过接口方式，不定时接收更新或新增物料和 BOM数据，ERP 将生产工单的信息对接到 MES 系统，MES 在生产管理模块根据现场实时生产进度、物料、设备、人员上岗率、库存等影响因素数据合理进行工单排产，避免生产计划上线后无法执行，提升生产效率和交付能力。生产工单下发自动化，员工可通过工序上电脑、移动端接收，无须事先沟通和纸质工单下发，节省时间，提高效率。生产过程透明，可实时查询工单的状态和进度，最终将工单生产数据通过接口上报给 ERP。
（2）质量管理模块
功能介绍：包含来料检验、首检、尾检、巡检、点检、成品抽检和质量稽查等功能。
执行流程：来料检验通过接口获取 WMS 的到货单信息，在 MES 系统生成检验任务，进行检验、入库。首尾检、巡检、点检、成品抽检是根据公司的检验规范和流程将检验报告电子化，质量稽查是对现场违反质量要求和工艺要求的项目进行记录，最终通过对质量数据的全流程采集，进行统计分析，找到影响产品质量的瓶颈，提升产品的合格率，为产品质量保驾护航。
（3）设备管理模块
功能介绍：包含设备台账、保养记录、维修记录、设备状态监控和设备数据的调用分析等功能。
执行流程：MES 以设备台账为基础，系统自定义配置保养和维修计划，结合设备异常报警与处理，记录操作人员保养、维修相关信息，形成完整的设备履历。
通过设备协议实现设备 PLC 中数据与 MES 通信，将设备数据实时采集分析，并与设备系统对接，完善产品档案、统计分析。
（4）Andon 管理模块
功能介绍：包含异常触发、异常响应、异常处理、进度跟踪、异常分析和异常关闭等功能。
执行流程：对突发异常（生产、质量、工艺、物料、设备）事件进行上报，通过系统内规则的预设，实现异常信息共享、业务协同、快速处理，并设置异常跟踪和升级机制，对进度进行把控和记录和分析。
（5）追溯管理模块
建立追溯系统，实现产品全生命周期信息正反向一键追溯，可追溯过去、监控现在和控制未来，使管理更细致、更及时、更有效。
（6）预警管理模块
系统预设预警流程、预警内容和预警消息推送方式，将异常信息通过短信、微信、邮箱和系统界面提醒等多种方式推送，确保各部门高效协同。
（7）看板管理模块看板管理是通过建立以 MES 为核心，各个系统数据共享、互通、联动、交互，分层级、多维度呈现，实现管理移动化、数据可视化、现场透明化和决策科学化，最终提升企业形象和竞争力。
3 经验与意义
MES 项目是以精益生产为核心，实现数据的流动和各部门的业务协同，提质、降本、增效和快交付。
（1）解决的关键技术和创新点
消除数据孤岛：MES 打通 ERP 的生产订单和 BOM 等数据，并将生产状况反馈给 ERP 形成闭环，通过接口的方式对接生产设备及测试系统的数据，使各系统 数据互联互通，辅助管理者进行快速、科学、有效的决策和预测。
透明化精益生产：MES 建立虚拟的工艺路线，在车间重要工序建立数据采集点，采集现场的 5M1E 数据，管理现场和经营管理指标有关的数据，使生产透明，断点、卡点和瓶颈一目了然，通过叫料系统，结合现场的物料消耗情况进行物料 配送，减少在制品库存，使精益生产和卓越绩效等先进管理理念可落地、可执行，持续有效执行下去。
产品全流程追溯：通过产品的生产批次、产品编码等信息，可直接获取生产人员、物料批次、过程工序记录、入库检验报告、进货检验报告等信息进行正向追溯；当出现客诉或发生问题时，系统可根据问题的产品编码或批次，快速查询供应商、来料检验信息和使用的产品批次，并根据物料、供应商信息可快速锁定问题物料对应生产批次关联的发货信息，及时查询客户的波及范围，进行召回及时止损。
安灯异常预警：通过安灯系统可对现场的生产、质量、设备、物料等相关异常一键上报，并根据系统预设的流程进行推送和处理，进行闭环，各部门信息共享、高效协同，问题快速解决，保证生产顺畅。
SOP 可视化：生产过程 sop 导入 MES，在各关键工序进行展示，员工在生产过程中可实时进行查看关键工艺和质量控制点，使员工作业有据可依，提高工艺认知，为产品质量打下基础。
（2）经济效益
经项目实施前后数据对比，主要体现在以下 4 个方面：
交期缩短：订单交付数提高 20%，订单及时入库率提升 30%。
产能提升：总产量提升 30%，人均产量提升 15%。
异常及时关闭率提升 50%，生产数据统计周期缩短 35%，效率整体提升 20%。
产值：人均产值同比项目实施前提升 20%。
（3）无形效益
数字驱动运营，实现数字化车间建设，强化企业核心竞争力和新动能，打造行业极具价值的标杆企业，智能的车间生产智能的产品。
4 结束语
企业转型发展的本质是为企业创造价值，提质、增效、降本、快交付等，聚焦工厂的生产业务，针对企业主要面临生产排程不准确、计划执行难，产品质量无法追溯、在制品等库存居高不下和设备管理薄弱等共性和关键痛点和共性需求，可复制推广以下模块：
（1）生产管理：实现从销售订单到生产工单状态和进度的实时跟踪，生产 进度透明化管理，效率清晰可见，使 MES 辅助精益落地，为企业创造价值。
（2）质量管理：规范的质量管理体系，将质量检验报告全数电子化，数据趋势化、分层、分类多维度展示，并进行同比和环比，找到影响产品质量的瓶颈持续改进。将产品生产全流程数据打通，实现正反向双向追溯。
（3）设备管理：实现设备台账、点检、保养和维修等基础管理电子化，异常可推送，设备维修维护计划自动生成，维保任务指挥调度可视化；设备数据和MES 通过接口打通，实时监控设备状态和 OEE，提高效率。
（4）Andon：实现工厂内各类异常信息共享，各部门协同，问题快速闭环，并进行统计分析；同时通过 MES 实时叫料，减少车间在制品库存。
（5）数据驾驶舱：实现工厂内经营效益指标相关数据报表可查询、导出，趋势化、可视化图表分析，便于管理者由经验决策向建立在数据之上的科学化决策转变，实现工厂的数字化和智能化。