基于MES的离散制造企业物流信息体系研究

（中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001）

1 引言

离散制造业如车辆零部件制造、机械装备制造等在经济增长中占有主导性作用。离散制造企业生产过程中的物流具有复杂、多变、快捷的特点，适应其特点的物流信息体系有助于离散制造企业实现物流信息化、提高企业对市场的动态响应能力。

制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）是面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，其实施可以对整个生产过程进行优化管理。MES可以将物流、工艺流和信息流进行统一整合[1]。MES通过对生产过程进行实时监视、诊断和控制，可以为系统提供实时信息，进而有效地指导工厂的生产运作过程。目前MES系统在离散制造企业信息化管理领域的研究中已有诸多应用：文献[1]研究了某制造企业MES系统的规划设计方案以及实施保障措施。文献[2]研究了MES与企业资源计划系统（Enter-prise Resource Planning，ERP）和过程控制系统（Process Control System，PCS）的功能边界。文献[3]研究了MES与ERP在物流管理功能中的区分。文献[4]研究了MES与其它信息系统间信息流的传递。文献[5]研究了MES与ERP集成下物流的精益化管理，分析了物流业务流程。文献[6]研究了某造纸企业MES与ERP的集成方法，以及系统集成所开发的功能模块。文献[7]研究了MES与ERP的关系和集成模型。文献[8]研究了MES与控制层的集成关系，设计了集成平台的框架和基本功能。

以上关于离散制造企业MES的研究，多考虑MES与ERP之间的软件平台集成，对离散制造企业生产过程中物流进行信息化优化管理的研究较少，同时侧重于在企业已有信息系统的情况下MES嵌入过程中存在的问题的研究也较少。本文以中国中车株洲电力机车有限公司（以下简称中车株机公司）这一典型离散制造企业为例，研究MES与企业已有信息系统的交互与集成，构建以MES为中心、集成现有ERP系统、仓库管理信息系统（Warehouse Management System，WMS）的物流信息体系，使中车株机公司实现物流精益化管理。

2 现有信息管理系统

中车株机公司作为规模最大、品种最全的轨道交通装备供应商之一，是典型的离散制造型企业，为满足顾客不断增加的个性化需求，其生产形成了品种多、批量小、周期短和需求变化快的特点。相应地，中车株机公司生产过程中的物流具有复杂、多变、快捷的特点，具体表现在：（1）物流管理复杂。多品种、小批量的生产特点使得企业生产线多、物流复杂。（2）物料繁多。机车制造涉及零部件种类与数量繁杂，对物料仓储与配送能力要求高。（3）物流准时性要求高。机车制造工艺流程要求工序所需零部件及时送达，因此生产过程中的物流配送必须准时。

为进行信息化管理，中车株机公司目前已经应用了一系列管理信息系统，例如金蝶EAS系统、WMS系统。中车株机公司目前使用面向项目管理的金蝶EAS系统，属于ERP系统，可以高效有序地组织项目执行，进而缩短制造周期、提高产品质量、控制和降低生产成本，以及快速响应市场的需求、提高企业竞争力。金蝶EAS系统以生产、技术和财务为信息核心，将销售和采购作为信息源头，信息可以在ERP内部有效地传输。对于仓储管理，中车株机公司使用仓库管理系统（WMS），可以对大部分物料进行项目管理、批次追溯、移动化作业和区分多种库存状态。

然而，现有各系统之间相对独立，存在“信息孤岛”问题，同时缺乏对物流过程的信息化掌控，而MES的实施可以更好地实现物流信息的传递。

3 物流信息体系功能划分

物流信息体系的构建需要考虑MES引入后与企业现有信息系统的集成，这一步存在的主要问题是各系统间需要考虑各自的定位和功能划分。例如：ERP与MES共同为企业生产计划服务，而ERP重点在依据订单，基于无限产能制定主生产计划，MES重点在获取底层控制的信息和对ERP下发的主生产计划基于有限产能进行细化。系统间的功能定位、功能划分的不清晰可能导致物流信息的不准确，影响各系统充分发挥各自的功能。

图1 物流信息体系关系定位

物流信息体系中各子系统的定位如图1所示，MES在物流信息体系中起承上启下的作用。一方面，它接收来自计划层的生产计划信息，在它的生产计划模块中可以将较粗的生产计划进行细化，并将生产指令传递给现场设备；另一方面，它接收来自底层的生产数据信息，经过处理后传递给计划层，方便企业管理层实时调整生产计划，适应市场需要。

（1）计划层（金蝶EAS）。面向企业的长期规划，按订单进行生产，目标是充分利用企业的各项资源，对企业进行整体控制。

（2）执行层（MES和WMS）。MES的主要功能是为企业其他信息系统提供实时车间信息，将来自金蝶EAS的计划进行细化并将操作指令传递给底层控制。WMS的功能是管理车间级、厂级仓库和配送中心，WMS中的物料库存信息传输给MES的生产计划模块，可以实现精确排产的需要。

（3）控制层（PCS）。实现底端生产设备与生产流程作业的控制。

具体功能划分方面，在物流信息体系下，各子系统之间有部分功能存在交叉，容易发生分工不清的问题。各子系统的功能划分见表1。

表1 物流信息体系子系统功能划分

4 物流信息体系子系统交互分析

企业现有信息管理系统一方面存在无法追踪及控制车间层次物流的问题，另一方面现有系统间信息流孤立，导致企业无法对整个供应链的生产及物流过程进行整体优化管理。以MES为核心构建物流信息体系，分析各子系统间信息流的交互，达到沟通各子系统的目的，从供应链及生产全过程整体上取得更好的优化管理效果。

（1）生产计划与控制方面。金蝶EAS的生产计划模块通过市场订单制定主生产计划；MES的生产调度模块将较粗的主生产计划细化并发送给底层控制系统；MES的过程监控模块和数据采集模块对生产过程、设备和质量进行实时监控，MES将采集到的数据处理后发送给ERP，ERP据此调整生产计划。

（2）生产执行方面。MES的生产执行模块依据ERP的生产计划和PCS的车间设备情况来安排生产。

（3）在数据采集方面。MES的数据采集模块搜集来自车间生产的信息（包括物料消耗、设备状态和人员信息等），信息经过处理后，传输给ERP，ERP的生产计划模块可以据此调整生产计划。

（4）车间物料管理方面。MES的数据采集模块实时搜集车间的使用情况，当车间物料使用量下降到安全库存点时，MES向WMS发送领料请求，WMS将物料送至线边库后，向MES进行领料反馈。

5 物流信息体系构建

通过上述对物流信息体系功能划分以及子系统交互的分析，由MES与企业已有的ERP、WMS、PCS等信息系统共同构建物流信息体系，可以实现企业内部物流、信息流的无缝衔接，提高企业对车间生产管理的控制能力，让企业计划层和控制层连接起来，企业得以获取底层的物料、质量、设备状态等信息来实时调整生产，以适应市场的需要。

本文构建的物流信息体系如图2所示。

图2 物流信息体系架构

在物流信息体系中，MES是信息流传递的核心控制系统。MES与金蝶EAS交换生产计划信息、生产进度和物料消耗等信息，与WMS交换物料需求和配送等信息，与PCS交换作业指令和作业状态等信息。MES可以将来自上下层的生产信息和控制信息经过处理后，再实时传递到对应的子系统中去。

该物流信息体系将车间生产信息和企业经营管理连接起来，实现了企业对计划、工期、质量、设备等信息的监控，为企业管理层优化生产计划提供了保障，能够解决企业生产与管理脱节的问题。物流信息体系的功能主要有物料管理、生产计划与调度、生产执行与质量管理等。

（1）物料管理。在物流信息体系中，可以对物料进行精益化管理。在库存方面，金蝶EAS依据WMS中的物料库存情况和生产计划中的物料需求制定企业的物料需求计划，MES对物料需求计划进行细化，以便各供应商在准确的时间提供物料，减少企业的库存。在物料配送方面，对物料实施ABC管理，A级物料可以依据MES的生产调度计划准时送到线边库，C级物料可以按照定期定量的方式运送到线边库。在物料运送到线边库后要进行质量检验，对于质量不符合要求的物料由MES采集信息后传输给金蝶EAS，由金蝶EAS反馈给供应商。

（2）生产计划与调度。金蝶EAS将制定的主生产计划、物料信息和订单信息发送给MES，MES通过从PCS获得的设备信息、生产信息和物料状态，对主生产计划进行细化，具体到每一个工位或设备的生产任务，MES将生产数据提供给PCS。

物流信息体系下的生产计划与调度功能可以充分利用企业现有资源，实现效益的最大化。

（3）生产执行与质量管理。生产执行中，MES与底层控制系统的集成，可以实现对车间物料、设备等信息的实时监控。在物流信息体系下，MES为各子系统和企业部门提供生产进度信息，为调整生产提供数据支撑。

质量管理中，MES数据采集模块收集质量检测数据传输给质量管理模块，质量管理模块对数据进行分析后，将物料的质量检测报告传输给金蝶EAS，金蝶EAS可以据此对供应商进行评价并调整物料采购计划。

6 物流信息体系预期效果分析

物流信息体系集成了MES与企业现有的管理信息系统，可以实现生产物流的信息化和精益化。MES在计划层与控制层架起桥梁，物流信息在金蝶EAS、MES、WMS等信息系统间的实时交互，实现了物流、信息流的实时有效传递，提高了企业的信息化水平。首先，基于MES的物流信息体系的实施，消除了各子系统之间的数据孤岛，可以让物流信息在各子系统中实时传输。企业信息系统的融合保证了物流信息的准确性和及时性，企业的物料管理水平得到提升。MES可以对生产中的关键物料进行条码管理，收集现场数据传输给ERP系统。实时的信息反馈使库存状态更加可靠[9]。MES可以通过ERP的生产排产计划输出物料需求清单，通过WMS的物料库存情况[10]，将物料信息传输给ERP系统，ERP系统据此提出物料采购计划，企业的生产在物流信息体系下得以准确有效的进行。

其次，在物流信息体系下，管理层下达生产任务后，可以通过MES即时了解任务完成进度和预期完成时间。ERP可以即时调整生产计划，在企业整体的物流、仓储等管理方面有重大作用。ERP根据MES采集的实时数据调整生产计划。企业内部信息传递的畅通，有利于及时根据市场调整生产，响应市场的需要。

再次，在物流信息体系下，ERP与MES在供应链方面的集成，可以精确地了解物料流动所需时间和数量，进而减少库存。

最后，物流信息体系可以提高企业物流管理水平，各子系统间的信息集成让数据之间快速准确的传递，为企业管理层决策提供必要的信息支持。

7 结语

本文在对中车株机公司现有信息系统进行分析的基础上，建立了基于MES的物流信息体系，目的是通过MES连接企业现有信息系统，实现物流信息在管理层和控制层实时的上传和下达，提高企业管理层对车间生产的控制。通过分析MES引入后与企业现有信息系统潜在的信息交互关系，提出各子系统间信息交互需解决的问题并给出解决方案。构建了以MES为核心的物流信息体系并分析了该体系的功能与效果。基于MES的物流信息体系的实施可以帮助企业实现各子系统间的实时数据共享，提高企业工作效率，进而获得更强的市场竞争力。