面向中小型机械制造类企业的MES系统

文/谢斌·南京康尼精密机械有限公司

随着德国政府首先推出“工业4.0”的相关概念，采用信息化技术改造工业生产流程的势头高涨，世界各国都提出了类似的工业计划。2015年5月19日，国务院正式印发《中国制造2025》，也提出了中国自己的先进制造路线图。在这场制造业转型升级的赛跑中，中小企业所处的位置其实是令人堪忧的。

中小型机械制造类企业实施信息化的现状

理念问题

很多企业的领导对于信息化、质量体系、设备管理、及时生产、可追溯性、去库存等概念的重要性理解不足，认为这些东西是“虚”的，是很难完成的任务，而且完成了也不知道意义何在，远不如投资设备等可见的生产资料来的“实在”。

人才问题

人才问题作为企业信息化和工业化的焦点，是企业的管理层必须具备相关交叉学科的素养，并具备整合这些知识的能力。比如机械加工厂的两化融合，其基础是机械产品的加工工艺合理化，这就需要对工艺过程、装备特性、精益生产、质量管理体系等都有所了解，同时需要具备一定的计算机知识和程序性思维能力；从会计原则和管理角度，理解信息化系统获得的数据并能解读，透过这些数据看到管理中的问题。以上要求，在大型企业可以通过组织化来实现，可是在中小企业，这些对于人的要求，就是一个巨大的难题。

资金问题

管理用的软件动辄需要几十万元、上百万元的投入，这个还不包括落地实施费用，以及为了实施这些软件而投入的人力资源费用。对于一年利润仅仅3%～5%的中小企业而言，实在是不堪重负。

中小型机械制造类企业实施信息化的意义

实施信息化的意义，对于中小企业甚至比大型企业还要重要。大型企业运行的各项数据以及数据分析，可以通过人海战术来实现，典型的就是大型军工企业。在没有计算机系统的年代，其技术数据、质量数据和生产数据就已经非常完备。反观中小企业，由于无法承担这种统计系统的人力成本，经营上就粗放的多。由于缺乏数据支撑，企业的经营管理往往就是领导拍脑袋、凭感觉。

其次，依托数据的管理体系是企业升级的必经之路。现代制造产业链，都要求有较高的质量管理体系水平。客户寻求的是不但能做，而且能做好；不但能做好，而且能一直做好的供应商，这就需要产业链的上下游之间能站在一个平台上说话。例如，OEE、SPC、质量数据，这都需要有系统支撑，否则单单谈论数据的可靠性就是一个循环往复的死结。此外，中小企业需要将自身的过程控制透明化，使自己成为客户的一个“车间”，提升客户的信赖度，也是拓展市场的一种有效途径。

在中小企业实施信息化，除了一些主观性方面的问题，客观上缺少合适的软件产品，也是一个大问题。很多企业在信息化过程中，容易高估ERP系统的作用，而忽视其他系统如MES、PLM、CRM、SRM等的作用。其实企业信息化是需要具有一定前瞻性的顶层设计的，即“全面规划、分步实施”，否则当一个一个子系统完成搭建的时候，如何整合协同的工作就将成为一个巨大的问题，容易形成“信息孤岛”。根据我们的经验，使用ERP能够很好的解决“进销存”的问题，（大多数ERP软件都出自于会计核算软件），ERP是很好的管理手段。但是，对于在工厂内状态不断变化的商品，如加工零件，进来时是毛坯，出去的时候是成品，中间经过机械加工、热处理、表面处理等，重量、物性都发生了变化，ERP就非常难于实时追踪，这个时候，就需要MES系统了。

中小型机械制造类企业的MES系统

MES系统正在成为承载工厂核心的运营平台。服务于车间制造是MES系统的最核心的任务，所以，中小企业在实施两化融合的时候，不仅要考虑采购先进的设备，也需要考虑以MES系统为代表的信息化系统，如何将工艺研发、品质管控、精益制造、协同供应链等统一到一起。MES系统已然成为工厂的信息枢纽。

MES系统的行业性需求与通用型产品之间的矛盾日渐突出，产品化程度不够。与ERP不同，MES系统从产生开始，就是为了解决通用型的ERP功能难以解决的工厂管控问题，因此，即使有多年的发展，MES系统也无法摆脱行业性对其形成的局限。与此同时，集成难度是MES系统另外一个难以快速推广的门槛。纵向集成要求MES系统不仅与ERP集成，还要求与各种数据采集用传感器进行集成；不仅要求进行数据采集，还希望实现控制参数、工艺标准的下达等功能。其中，尤以数据采集工作的难度最大。如何保证数据采集的及时性、准确性和廉价性之间的平衡，是摆在MES软件产品化面前的难题。

我们说MES系统是一个企业信息化程度的标杆，其采集的数据就是生产领域的“大数据”，不仅指MES系统的数据采集数量巨大，更主要的是指这些数据是“多维度”的。通过一个数据的采集，可以同时反映经营管理、过程追踪，质量状态等多个方面的内容。比如一个工序的“开工时间”和“完工时间”的采集，在MES系统中，就可以形成“某设备生产某产品的时长”，也可以形成“某员工某日工作的绩效”，再配合从设备传感器采集的实际制造数据，就能比较准确地得到OEE的数据，也能得出准确的单工序成本，再深入下去，甚至可以分析物料周转等待时间等等。

由于MES系统的数据来源于工厂的多个角度，因此如果企业自身的工艺资源、制造资源、流程节点不能规范有效的时候，MES软件本身是无法解决这些管理问题的。也就是说，软件永远是辅助工具，而软件应用水平的高低，其根本还是企业本身的管理水平。所以离开了5S管理、定置管理、标箱化物流等来谈企业信息化，也是无源之水。

MES系统相关概念与关键技术

MES系统相关概念

⑴MES系统与智能制造数字化工厂。德国工业4.0包括智能工厂、智能生产、智能物流三大主题，MES系统在智能工厂整体架构中位于执行管理层，是智能工厂的关键与核心。

⑵MES系统及其主要功能。MES以生产制造为核心，通过传递信息，对从订单下达到产品完成的整个生产活动进行优化，依靠及时、准确的数据对工厂活动进行指导、启动、响应和报告，实现生产过程的高效流畅运行、信息可追溯。依据ISA-95国际标准，MES系统包括计划与调度、资源分配与状态管理、高级排程生产派工、产品跟踪信息追溯、生产数据采集、质量管理、生产绩效和资源管理、维护保养管理等。

⑶信息物理系统（Cyber Physical Systems）。工业4.0的核心，由传感器、嵌入式终端、智能控制系统、通信设施等组成。提供生产过程中各类信息的数据查询接口、遵守共同的开放协议标准，能够接入互联网的智能设备，这是未来装备制造商应该满足的基本要求。

MES系统关键技术

⑴MES系统生产信息采集。生产过程二维码追溯系统利用图像识别技术采集工厂内的人员、设备、工艺、物料、质检等生产要素信息，通过标识解析系统提供的标识查询、标识解析、标识权限认证等服务，完成工序强制质检权限管理、热处理等关键生产信息离线和在线全程记录、按照生产计划进行产品批次的正向追溯和反向追溯、人员设备等生产要素工作负荷自动统计报表等，加强生产工艺计算机辅助生成、生产计划制定系统、中间库和成品库管理系统、订单库存计划交互查询等各个系统之间的集成和互联。

⑵设备状态信息采集。针对不同厂家、不同控制系统、不同类别的异构生产设备，依据加工时的振动、转速、电压、电流、功率、温度等信息，实现多源信息融合的工况辨识，获取生产过程信息。针对已有设备和生产线改造升级，例如：采用电磁原理或光电原理的自动计数器，实现零件数量的高效、准确统计。

⑶锻造模具成套管理思想。模具管理是锻造类企业实施信息化必须满足的核心要求之一，包括： 模具生产管理、模具仓库管理、模具锻造加工信息采集、模具保养维修与寿命管理等。基于装模清单的锻造模具成套管理方法：利用装模清单实现模具信息与生产信息的集成，生产人员参与模具寿命采集，简化模具管理人员的信息采集工作。通过装模清单软件化，自动统计模具的使用履历，将模具与产品信息进行关联，完善了产品信息追溯的内容。同时具备模具寿命预警能力以及模具关键尺寸管控能力，有数据支撑模具的全生命周期的详细履历。

图1 模具寿命与关键尺寸

⑷模具寿命管理。模具寿命包括实际寿命、预估寿命、报警寿命、保养寿命、报废寿命等。图1所示模具寿命与模具关键尺寸具有函数关系。模具关键尺寸包括零件关键尺寸、装配关键尺寸、极限关键尺寸、预估报警关键尺寸等，这些尺寸的变化趋势决定了模具寿命的变化趋势。

康尼精机MES系统架构及主业务流程

针对国内中小型机械制造类企业具备的多品种、大批量、不能一物一码追溯的特点，以及自动化程度和信息化水平普遍较低的现状，康尼精机自主开发了拥有知识产权的制造执行系统，已在公司锻造厂成功实施。

康尼精机MES系统架构

图2所示康尼精机制造执行系统包括六大子系统：企业生产管理信息系统、产品二维码追溯系统、生产工艺报价核价系统、模具管理寿命预测系统、设备状态监控管理系统、客户信息云端发布系统。基于上述子系统成功实现了面向中小型机械制造类企业的信息化解决方案。

康尼精机MES系统主业务流程

图3是康尼精机制造执行系统主业务流程，该业务流程融合了如下创新理念：针对企业生产要素制定了统一规范的编码准则，实现了以二维码标签为核心的关键生产信息的离线追溯，以及全部生产信息的在线追溯；通过对各生产要素信息的实时获取和更新处理并编制成各种信息资料及时提供给管理人员，帮助其实时掌握企业生产现状、完成正确决策，最终提高企业的管理水平和经济效益。

图2 康尼精机MES系统架构

图3 康尼精机MES系统主业务流程

康尼精机MES优势

康尼精机MES系统具有生产数据采集实时性、真实性、廉价性、历史生产信息可追溯、先进的装模清单管理、SPC质量管理能力、自动创建各种报表、透明数字化工厂、持续创新和优化等优势。

⑴生产数据采集实时性。采集各自负责的开工和完工数据，后台实时汇总分析，利用二维码技术高效信息采集和传递，通过分工合作、全员采集，满足实时性要求。

⑵生产数据采集真实性。通过扫码录入减少采集工作量和出错概率；工位自查、前后工序互查、品管巡查确保数据准确；提高数据造假成本，满足数据真实性要求。

⑶生产数据采集廉价性。系统实施时间成本和资金成本低；减少数据统计专员岗位，运行成本低；系统功能操作便捷，培训学习成本低；满足数据获取廉价性要求。

⑷历史生产信息可追溯。科学高效地获取、管理和利用生产信息，避免信息孤岛，满足可追溯要求。可由生产令码、包装码、生产记录等追溯。生产信息包括人员、设备、物料、工艺、模具、质检、包装、工时、客户、产品、订单、计划、库存和发货等。

⑸先进的装模清单管理。引入装模清单概念实现模具与生产信息的集成，生产人员参与模具寿命采集，简化模具信息采集工作。将模具与生产信息关联，完善了产品生产信息追溯的内容，实现了模具使用履历的自动统计。

⑹SPC质量管理。运用统计过程控制理论，在线分析生产过程中自动或手动采集的关键尺寸，对异常波动提出预警和控制，提高产品质量和管理水平。提供自动尺寸检测和SPC质量管理工具、手动尺寸检测和SPC质量管理工具。其中手动SPC质量管理工具的特点包括：不需要复杂自动化检测设备，适用范围广；不用记录尺寸数值，仅屏幕选择尺寸范围；工人操作简便，不易出错，杜绝数据造假；包括自检和巡检，符合实际生产要求。

⑺自动创建各种报表。报表生成更加快捷。在应用MES系统前，生产管理人员做一张生产报表，需要在几张EXCEL中汇总，加大了工作量，而且容易出错。通过MES系统的应用，可以快速生成想要的报表，创建各种报表更加高效、便捷。

⑻透明数字化工厂。根据客户需求，远程云端数据库发布客户关心的成品库存数、原料毛坯数、当前在制数等信息。允许客户在互联网上随时查询信息，实现透明数字化工厂。发布客户关心的信息：成品库存数、原料毛坯数、当前在制数等信息。根据不同客户需求，个性化定制发布更为丰富的信息，例如订单、计划、发货等信息。

⑼持续创新和优化。康尼精机MES系统的生产管理业务流程来自一线生产人员和企业管理者，融合了企业生产管理的先进理念和成熟经验。康尼精机既是系统的研发者，也是使用者。自主开发，拥有知识产权，可以深度定制，随着企业的成长而持续优化。

结束语

从国外的发展趋势看，ERP和MES系统的分工愈加清晰。企业智能制造的应用焦点已经由ERP转向MES系统，MES系统已经由ERP的配角转变为生产管家的主角。MES系统将对更多的“人、机、料、法、环”的信息进行闭环处理，达到了从采集、传输、分析、控制到管理的巨大提升。一方面，MES系统将与精益管理思想进行更深入的融合。相比ERP，MES系统在企业的精益管理思想落地方面更具有可操作性，在汽车、家电等装配行业，借助MES系统的物料拉动功能，企业已经实现JIT、JIS管理；另一方面，基于MES系统制造大数据的分析处理将成为MES系统面临的课题和挑战，MES产生的制造数据不仅包括结构化数据，还包括大量的非结构化数据，如实时历史数据库、图片等。

精益管理的思想将渗透和融入到MES系统中。同时MES系统的易用化，也离不开各类硬件传感器的开发和使用，以进一步提高数据采集的及时性、准确性，取代人工采集，降低工作强度和数据采集成本。