執(zhí)行戰(zhàn)略板塊闡述了數(shù)字化轉(zhuǎn)型工具和整體思路，導(dǎo)出了供應(yīng)鏈數(shù)字化結(jié)構(gòu)：三端（供應(yīng)端、生產(chǎn)端、消費(fèi)端），四層（基礎(chǔ)層、運(yùn)營(yíng)層、監(jiān)控層、戰(zhàn)略層）。

上一期分享了運(yùn)營(yíng)層中的物流上線，今天和大家聊一聊運(yùn)營(yíng)層中的生產(chǎn)線控制管理系統(tǒng)MES。

什么是MES系統(tǒng)

MES(Manufacturing Execution System)是制造執(zhí)行系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的核心用戶是車間現(xiàn)場(chǎng)管理人員，主要解決車間生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行問題。

MES國(guó)際聯(lián)合會(huì)對(duì)其的官方定義是：MES能通過信息的傳遞對(duì)從訂單下達(dá)開始到產(chǎn)品完成的整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，對(duì)工廠發(fā)生的實(shí)時(shí)事件，及時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng)和報(bào)告，并用當(dāng)前準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)和處理。

早在1980年代，美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AMT)就首先提出了MES的概念，90年代初，美國(guó)成立了以宣傳與推廣MES的組織：90年代末，MES國(guó)際聯(lián)合會(huì)先后修訂和發(fā)布了6個(gè)白皮書，對(duì)MES的定義與功能、與供應(yīng)鏈上下游之間的系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)、采用MES的經(jīng)濟(jì)性、以及其未來的發(fā)展趨勢(shì)等問題進(jìn)行了說明。

MES的整體架構(gòu)

MES系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象處于供應(yīng)鏈的中下游階段，它的整體架構(gòu)包括：         

①上下游系統(tǒng)關(guān)系

從細(xì)節(jié)接口上來看，MES的上下游系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，但是為了說明邏輯關(guān)系，我們從簡(jiǎn)化的視角來審視。

a.如下圖所示，我們把供應(yīng)鏈的上下游系統(tǒng)分為產(chǎn)品流、物料流，它們?cè)谏a(chǎn)線合二為一變成完整產(chǎn)品交付。

b.無論是產(chǎn)品流還是物料流，它們的源頭都是產(chǎn)品定義BOM明細(xì)表系統(tǒng)，它既是產(chǎn)品信息的來源，也是物料信息的來源。

c.產(chǎn)品流通過銷售客戶管理系統(tǒng)，進(jìn)行銷售線索管理和訂單錄入，然后是訂單的管理和排程，輸出主計(jì)劃和詳細(xì)序計(jì)劃，然后就來到了生產(chǎn)線的MES系統(tǒng)，承接排程結(jié)果進(jìn)行生產(chǎn)制造。

d.物料流在訂單錄入后，通過BOM明細(xì)表系統(tǒng)的，結(jié)合產(chǎn)品訂單，分解成物料需求，物料通過供應(yīng)商生產(chǎn)備貨后，通過外部運(yùn)輸TMS、內(nèi)部倉儲(chǔ)WMS和LES執(zhí)行上線與產(chǎn)品在生產(chǎn)線結(jié)合。

②MES的功能模塊

MES大概分為六大功能模塊，分別是：工藝管理模塊、設(shè)備管理模塊、物流管理模塊、質(zhì)量管理模塊、成本管理模塊、效率管理模塊。這些模塊串聯(lián)在一起，組成了生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)管理六要素（人機(jī)料法環(huán)測(cè)）的核心組件。

工藝管理模塊

工藝管理模塊的主要作用是，記錄生產(chǎn)制造過程所需加工參數(shù)、需要設(shè)備行走的路線路徑、使用油漆、輔料的用量，并根據(jù)這些記錄“指揮”工業(yè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化操作的過程。         

①焊接過程

焊接過程主要是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和“縫合”，這個(gè)過程的工藝管理特點(diǎn)是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選擇、焊接強(qiáng)度等工藝的確認(rèn)。以汽車行業(yè)為例，最為典型的是焊接過程中對(duì)有無天窗的頂蓋、有無帶后視攝像孔后蓋的選擇。通常情況下，

PLC會(huì)讀取當(dāng)前車輛的信息，通過車輛VIN碼等信息向MES請(qǐng)求車輛結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，MES根據(jù)VIN碼定位車輛訂單，同時(shí)找到該訂單對(duì)應(yīng)的車輛結(jié)構(gòu)信息并傳遞給PLC，PLC控制機(jī)械設(shè)備開展頂蓋和后蓋進(jìn)行選擇性的抓取工作（當(dāng)然，兩種天窗和后蓋都是位于線旁半成品料架之上的），然后在設(shè)備上安裝相應(yīng)的紅外感應(yīng)裝置，來驗(yàn)證抓取的半成品是否正確； 

②噴涂過程

油漆過程主要是對(duì)產(chǎn)品外觀的顏色噴涂，這個(gè)過程的工藝管理特點(diǎn)是對(duì)漆種類、顏色的選擇，以及機(jī)器人噴涂路徑的規(guī)劃執(zhí)行。以汽車行業(yè)為例，最為典型的是噴涂過程中對(duì)漆種類和顏色的選擇，以及觸發(fā)對(duì)不同顏色切換時(shí)噴槍、噴管中上一個(gè)顏色的清洗。通常情況下，PLC會(huì)讀取當(dāng)前車輛的信息，通過車輛VIN碼等信息向MES請(qǐng)求顏色數(shù)據(jù)，MES根據(jù)VIN碼定位車輛訂單，同時(shí)找到該訂單對(duì)應(yīng)的外飾顏色并傳遞給PLC，PLC控制機(jī)械設(shè)備開展噴涂工作和換洗顏色的工作； 

③裝配過程

裝配過程主要是對(duì)不同配置的模塊進(jìn)行合裝，這個(gè)過程的工藝管理特點(diǎn)是對(duì)連接件擰緊力矩、各種液體加注量、電子電器元件的通訊要求的規(guī)定和監(jiān)控。以汽車行業(yè)為例，最為典型的是裝配過程中對(duì)連接件擰緊力矩的選擇，通常情況下，PLC會(huì)讀取當(dāng)前車輛的信息，通過車輛VIN碼等信息向MES請(qǐng)求力矩要求，MES根據(jù)VIN碼定位車輛訂單，同時(shí)找到該訂單對(duì)應(yīng)的力矩要求傳遞給PLC，PLC控制擰緊槍按照規(guī)定力矩作業(yè)；

④調(diào)試過程

調(diào)試過程主要是對(duì)產(chǎn)品的功能進(jìn)行驗(yàn)證和檢查，這個(gè)過程的工藝特點(diǎn)是對(duì)電子通訊功能、機(jī)械性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行檢查。以汽車行業(yè)為例，最為典型的是車輛的檢電，通常情況下，會(huì)有手持MFT對(duì)車輛進(jìn)行檢電，然后將檢查結(jié)果回傳MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)進(jìn)行記錄和比對(duì)，判斷結(jié)果的正確性，為車輛是否合格放行做出判斷。

設(shè)備管理模塊

MES系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的管理主要包括三方面：

①設(shè)備參數(shù)管理

設(shè)備參數(shù)指的是設(shè)備的運(yùn)行軌跡、加工深度、連續(xù)作業(yè)時(shí)間等信息，這些數(shù)據(jù)是規(guī)定和指導(dǎo)設(shè)備遠(yuǎn)行的底層邏輯，可以通過MES系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、錄入和管理（有的企業(yè)設(shè)備大多在設(shè)備的局域網(wǎng)中自運(yùn)行，并沒有和MES打通，不便于統(tǒng)一的管理和策劃）；

②設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控指的是設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)展示，如電流電壓的穩(wěn)定性、冷卻水的溫度、各種壓力油的壓力和深度、電信號(hào)使用過載情況，這些狀態(tài)反映了設(shè)備的健康狀態(tài)，可以同步至MES系統(tǒng)中做實(shí)時(shí)過載報(bào)警管理、以及問題時(shí)候追溯和分析；

③設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)指的是通過對(duì)設(shè)備使用周期的記錄和測(cè)算，系統(tǒng)性地提醒維修保養(yǎng)周期、頻次、內(nèi)容。除此之外，還有通過對(duì)設(shè)備振動(dòng)性、電流電壓穩(wěn)定性、力矩大小等信息，做出預(yù)測(cè)性判斷，提供預(yù)測(cè)性維修的支持。

物流管理模塊

物流管理在MES中的應(yīng)用分為兩部分：         

①產(chǎn)品流動(dòng)管理

產(chǎn)品流動(dòng)管理指的是對(duì)產(chǎn)品的流向進(jìn)行調(diào)整、對(duì)產(chǎn)品的秩序進(jìn)行保障，尤其是在產(chǎn)品生產(chǎn)線的傳輸機(jī)構(gòu)中，MES會(huì)根據(jù)管理者的需要，寫入一些控制邏輯，每次在執(zhí)行任務(wù)前，PLC都會(huì)向MES請(qǐng)求控制指令，MES根據(jù)寫好的邏輯發(fā)出指令，PLC快速執(zhí)行，例如多巷道機(jī)械化傳輸機(jī)構(gòu)的先進(jìn)先出保障，明確入口位置的產(chǎn)品進(jìn)入邏輯、以及出口位置的產(chǎn)品排列邏輯；

例如立體庫的產(chǎn)品流秩序糾偏邏輯，庫內(nèi)的堆垛機(jī)如何存儲(chǔ)、以及如何抓取產(chǎn)品發(fā)出，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃起到還原的作用；

②物料流動(dòng)搭接

物料流動(dòng)搭接指的是在物料配送的最后一公里，往往是獲取的MES系統(tǒng)的生產(chǎn)信號(hào)，提早幾十個(gè)工位向物料存儲(chǔ)站點(diǎn)發(fā)出要貨指令，從而使物料的配送更有節(jié)奏、更符合生產(chǎn)線消耗的速率和頻次。

在我們之前的文章《供應(yīng)鏈團(tuán)隊(duì)管理訂單交付領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型——運(yùn)營(yíng)層之上線》就提到了，廠內(nèi)物料的流動(dòng)上線，需要調(diào)用生產(chǎn)線MES系統(tǒng)的過點(diǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在經(jīng)過排列和拆解以后，形成了對(duì)物料配送需求的指令，這些指令的特點(diǎn)是極其貼近生產(chǎn)線的需求，對(duì)變化也很敏感。

質(zhì)量管理模塊

MES中的質(zhì)量管理包括：         

①質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定

在MES中設(shè)定不同產(chǎn)品的質(zhì)量控制目標(biāo)，比如表面光澤度、強(qiáng)度、抗拉伸度、顏色偏差度、疲勞極限等，它的作用是為后續(xù)的偏差對(duì)比提供基準(zhǔn)；

②質(zhì)量數(shù)據(jù)收集

通過分布于生產(chǎn)線的傳感器，當(dāng)產(chǎn)品通過時(shí)測(cè)量它的表面、內(nèi)部、電流電壓等屬性得到質(zhì)量數(shù)據(jù)，它的作用是為后續(xù)的偏差對(duì)比提供實(shí)際數(shù)據(jù)；

③偏差對(duì)比分析

通過將收集的質(zhì)量實(shí)際數(shù)據(jù)和系統(tǒng)中錄入的質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，得出的偏差值大小即可了解質(zhì)量超差的嚴(yán)重程度，再通過其它參數(shù)的橫向?qū)Ρ?，可以分析問題發(fā)生的原因；

④不合格品控制

對(duì)于不合格品，MES系統(tǒng)的質(zhì)量管理模塊可以通過建立特征字段識(shí)別這一類訂單并在系統(tǒng)中將其鎖定，被鎖定的訂單無法打印合格證件，從而暫時(shí)無法交付，起到了對(duì)不合格品禁止流出的作用；

⑤問題追溯

通過記錄不合格品的批次信息，在MES數(shù)據(jù)庫中記載不合格品數(shù)據(jù)特征，在解決質(zhì)量問題放行后，如果出現(xiàn)了售后質(zhì)量問題，可以很好地查找當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)線質(zhì)量狀態(tài)判定結(jié)果、處理過程和放行文檔，起到問題追溯的作用

成本管理模塊

MES中的成本管理包括：

①成本數(shù)據(jù)收集

通過底層PLC，收集和成本相關(guān)的原始數(shù)據(jù)，如人員作業(yè)負(fù)荷情況、設(shè)備折舊情況、物料損壞/消耗情況、能源消耗情況等；

②成本計(jì)算

在MES中編寫對(duì)應(yīng)的算法，針對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行成本計(jì)算，讓人員作業(yè)、設(shè)備折舊、物料損耗、能源消耗變成直接成本輸出；

③對(duì)比優(yōu)化

將計(jì)算好的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)中提前預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值、報(bào)警值進(jìn)行比較，超過閾值的需要及時(shí)預(yù)警，輸出分析對(duì)比報(bào)告，作為現(xiàn)場(chǎng)成本管理方法和手段之一。

效率管理模塊

為了更好對(duì)生產(chǎn)效率做監(jiān)控管理，在MES數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，構(gòu)建管理者駕駛艙BI，對(duì)效率進(jìn)行計(jì)算收集、對(duì)比，得出整體工廠運(yùn)行效率。包括但不限于：訂單兌現(xiàn)率、產(chǎn)量完成率、在制品資金占用、產(chǎn)品通過時(shí)間偏差、綜合開動(dòng)率等等方面。

①訂單兌現(xiàn)率：實(shí)際生產(chǎn)順序/計(jì)劃生產(chǎn)順序，考慮的是訂單秩序的兌現(xiàn)，實(shí)際生產(chǎn)順序來源于MES數(shù)據(jù)庫，計(jì)劃生產(chǎn)順序來源于APS，關(guān)鍵用戶為生產(chǎn)制造部門；

②產(chǎn)量完成率：實(shí)際完成數(shù)量/計(jì)劃完成數(shù)量，考慮的是產(chǎn)量的兌現(xiàn)情況，數(shù)據(jù)來源與訂單兌現(xiàn)率一致，關(guān)鍵用戶為生產(chǎn)制造部門；

③在制品資金占用：生產(chǎn)線未下線產(chǎn)品總數(shù)*各環(huán)節(jié)產(chǎn)品成本單價(jià)，考慮的是在制品儲(chǔ)備的合理性，數(shù)據(jù)均來源于MES數(shù)據(jù)庫，關(guān)鍵用戶為財(cái)控部門；

④產(chǎn)品通過時(shí)間偏差：產(chǎn)品實(shí)際通過時(shí)間-產(chǎn)品通過時(shí)間基準(zhǔn)，考慮的是產(chǎn)品通過時(shí)間的兌現(xiàn)和快慢，關(guān)鍵用戶是生產(chǎn)制造部門；

⑤綜合開動(dòng)率：設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間+（設(shè)備帶傷運(yùn)行時(shí)間*帶傷系數(shù)）/計(jì)劃內(nèi)生產(chǎn)時(shí)間，關(guān)鍵用戶是生產(chǎn)制造部門。