MES在稀有金属制品工厂的实施方案及风险规避

郭长远 杨少武

1.宁夏东方钽业股份有限公司 宁夏 石嘴山 753000；

2.中色（宁夏）东方集团有限公司 宁夏 石嘴山 753000

引言

MES（生产制造执行系统 manufacturing execution system）由美国AMR公司提出，并由MESA对其定义，目的是通过将生产管理过程透明化、提升制造业生产过程的管理水平，对计划排产与现场进度、质量管理有机结合，利用MES系统对生产全过程做数字化采集、信息化管理，达到资源的合理高效配置，最终实现精益生产。

稀有金属制品是以钽、铌及其合金生产的板带、箔材、管棒丝材、制品件（非标图纸定制如异型坩埚、加热器等），是公司全产业链的最后一个产品类别，产品广泛应用在电子、通讯、航空、航天、冶金、化工、医疗、原子能等领域。随着市场竞争的加剧、客户对产品质量、交期等要求不断提高，以往传统的生产管理方式很难适应现在的要求，并且随着智能制造、数字孪生的兴起、作为其底层基础的MES系统的应用也提上了加强工厂管理的日程。

1 生产现状

目前稀有金属制品工厂现场生产管理不透明，车间的生产情况、设备运行状况、生产任务进度等信息缺乏及时有效的反馈方式，更无法做到预先控制，各种问题只能现场临时协调解决，因此生产效率低下，生产成本高，质量追溯过程缓慢，虽然处于稀有金属加工的末端，但产品的附加值越来越低、市场竞争持续加剧、质量的追溯响应要求越来越高，传统的管理模式难以满足现在的市场竞争[1]。如何打造高效透明化的数字化车间生产，作业流程全过程的数字化记录、智能化排产、自动实时进度跟踪管控是现在最关心的问题。从实际来看，工厂生产的不透明、生产调度的缓慢等问题亟待解决，而MES系统引入是十分必要的。

稀有金属制品工厂目前的管理模式是调度排产、跟踪生产进度、制订生产工艺、质量技术检验标准、现场监督等生产过程环节分别由分厂调度员、技术员、质量员进行。由于稀有金属产品原材料较贵重、并且公司加大在线“两金”占用的考核，致使制品件的生产是小批量、多规格、多种类离散式订单生产，其中的制品件在生产中后期的剪切、铆接、点焊、缝合装配等工序全部是手工作业，这对管理人员的要求十分的苛刻，调度员、技术员每天疲于奔命的协调各种的任务冲突。并且在质量追溯、现场进度查询追溯的快速等方面，传统的质量纸质记录的查询已无法快速响应。为了有效解决这些矛盾，MES系统的如期实施就显得尤为重要。

2 MES功能架构

MES系统跨度涵盖三个层次，包括过程控制层、生产执行层、决策经营层。过程控制层以终端设备及数据采集传感器等控制系统为基础，通过数据平台，采集设备设施实时生产数据；生产执行层通过智能排产、工艺管理、生产管理、质量管理、物料管理、设备管理、能源管理、报表管理、BOM管理、基础数据管理等模块，对生产基础数据进行整合、分析，实现对企业生产的精细化智能管控；管理决策层对生产相关的能效、设备、物料、计划等各类信息进行多维度分析和展示，通过管理智慧驾驶舱和数字孪生工厂应用，构建“智能化运营管控平台”辅助管理决策。与ERP、OA等系统集成，获取订单、BOM等信息，最终产品及物料信息回传ERP，实现企业运营闭环管理。

基于上述构想，MES系统管理系统至少需配置两类服务器，用于生产线监控和数据管理。其中，用于在线监控的服务器与生产设备、检测器具相连，采集各项生产检测数据；数据管理的服务器主要是存储数据、编辑数据、查询数据等功能。系统采用B/S结构，易于安装和维护，通过IE 等浏览器就实现所有功能的访问和业务操作。系统使用JAVA开发语言，能多平台部署和应用，能在电脑、平板、手机端无缝衔接、自由访问，合理是使用网闸、网关、人员权限最大限度地保护企业数据的安全。系统前端后台业务能有效分离。前端、后台业务的分离使系统运行高效。系统使用关系型数据库，将ERP、OA和MES数据进行整合，加强管理过程的信息交互，为数据协同管理的实现，奠定基础。

3 MES具体实施

MES管理系统是个“一把手”工程，MES的应用及管理思想、体系，势必会和原有的管理体系、管理思想产生冲突；实际执行人员的思维惯性对新思想、新理念、新的工作方式的接受执行程度都会有一定的折扣或抵触，因此一把手的态度、实施的决心、决策是MES系统是否能够落地执行及顺利运行的决定性因素。

MES的实施需要按照体系工程来推进，应设立专门的项目组。项目组要“一把手”牵头，专人负责，工厂、车间、工段、班组、各职能机构及各位专项负责人都要参加，共同搭建起真正适合工厂特点使用的MES系统。MES的实施是一个漫长的过程，是用信息技术手段替代现有的管理，实现现有管理的数字化转型。

MES的实施一般分为4至5个阶段实施[2]：①项目准备，时长一个月，具体工作内容包括：成立项目组、划分人员职责、项目实施范围、功能规划等；以项目启动为里程碑。②项目蓝图，时长两个月，主要开展工作有业务调研、业务梳理、组织架构、需求确定、平台设计、项目培训等，以项目蓝图的确认为里程碑。③系统开发，时长四个月，完成系统配置、建模、报表、接口开发、数据采集转换等等，以最终集成测试为里程碑。④系统试运行，时长二个月，即开发的各模块，各种功能的测试、权限的测试、系统管理、用户培训、上线清单确认、联合测试等，以系统上线为里程碑。⑤系统上线，时长4个月，内容是上线、优化；项目回顾、阶段验收，以阶段验收为里程碑。

有些MES项目是将4与5合并执行，每个阶段的实施时长会因MES系统管理生产企业的规模生产业务、流程的复杂程度而不同，不能生搬硬套。稀有金属制品工厂因其产品的品种多、规格多、业务流程长并且有反复循环的作业流程、质量要求严格等因素，虽然企业规模不大，但是MES系统实施起来用时也是比较漫长的，落地并行的时间也会持续很长时间，需要不停地完善系统策略、强力推进等。

4 MES在制品加工厂实施的风险

MES在分厂是生产过程与分厂管理信息互通的桥梁，MES成功的实施能给企业带来极大的价值。但是，实施过程中也存在一些风险点，具体点及规避方法如下：

4.1 加工工序多，涉及范围广，人员多、协调频次高、难度大

MES的实施需要将生产管理流程进行重组和优化，包括工厂管理、生产管理、车间管理、设备管理、质量管理、物料管理、人员管理等，需要对这些相关的管理、业务和技术等人员进行沟通交流、协调，涉及面广难度大，必须要由一把手参与MES项目，保证项目运行顺畅，提高项目执行力度和及时性。

4.2 总体规划不足

MES的总体定位是工厂生产制造集成，系统的实施也不同步，造成了与各个系统集成的难度，协调起来非常困难。在实施MES系统前，应充分发挥信息化建设总体规划的优势，对其他系统如OA、ERP等提出明确的信息交换的要求，包括边界要求与技术方案。

4.3 容易陷入“大而全”风险

MES涉及的业务范围较广，很容易陷入做“大而全”系统的误区，做“大而全”的MES会湮没主要目标，导致把精力投入在无价值或价值不大的业务流程上，“需求蔓延”和“需求镀金”都必须杜绝，要严格按照技术方案要求，以系统成功为最终目标，相关单位密切合作，精力都放在做最有效的事情上[3]。

4.4 数据采集与集成不全面

MES的总体定位是工厂生产制造集成，所涉及的系统较多，系统供应商较多，而各个系统供应商的工作重点是完成本系统内部功能，内部功能完成了就去申请验收了，对集成需求不重视。好的做法是在实施MES系统前将数据采集与集成作为选择相应自动化系统实施商的一个重要指标，也要作为项目验收的关键项，在项目实施过程中，将数据采集和系统集成作为重中之重来抓。

4.5 系统上线后的维护风险

MES涉及详细业务流程和管理流程，系统的维护需要既懂业务又懂信息技术的复合型人才，而这样的人才非常少，MES项目实施过程中，培养一支能够支持系统维护与可持续发展的技术队伍，这样，至少能在发生问题时，提升双方的沟通效率，节省双方的成本，推行联合开发模式，降低MES项目维护成本和风险。

4.6 存在与现有应用系统对接的风险

MES实施的部分功能需要与现有信息系统对接、集成，业务数据已存在于其他系统，为此，项目中明确系统切换和业务数据迁移计划，为业务数据的访问存储滑转到MES系统中做好准备。

5 存在问题

在稀有金属制品的生产过程中，由于品种规格的多样性，工艺流程的复杂性，本MES系统运行时还存在一些问题待近一步的优化，来更加匹配我们的生产。

比如上下道工序交接时质量问题：上道工序控制质量已经偏离，如果按MES事先设定的质量控制标准已经判废，但是下道工序能通过加工余量的调整挽救回来的，但这样会增加下道工序的工作量，这就有了矛盾的冲突，如果在质量的设置中降低工序的质量标准势必会造成全道工序质量要求的降低。

整个生产线上有许多数据需要人工录入，无法自动获取，在MES设计前期就考虑到了人工录入的烦琐，职工的抗拒情绪，故选择了一些带自动采集的计量器具，但这些器具与之前的器具使用时有些差别，就造成了效率的降低等，影响了MES数据的即时性。MES数据详细完善的指导生产还需要仔细深度发掘。由于稀有金属制品的加工属于传统的金属压力加工，故现场的环境不是十分理想，洁净度、照度都会影响产品的表面质量，但是这些因素在MES系统时未加以量化采集，这些对质量的影响分析，管控都是要后期完善的。

有些关键设备的数据没有采集进MES系统，也降低了MES的运行理想度。

一些临时生产任务单，如非常规的科研开发、非常规的新品订单的工艺制定、质量管控等都是未纳入MES系统的，但这又是实际生产中出现的，如何合理的尽快纳入MES系统，使之不要妨碍现有的脆弱的MES系统运行。

针对以上问题，MES系统实施的厂家也给出了一些优化的解决方案，工厂方面也根据实际情况计划做一些设备的升级改造和加强员工的培训、加大考核力度，来更好的发挥MES系统的作用。通过MES系统实施运行不断改进的过程中，使工厂整体的软硬件环境、员工整体的生产效率、质量理念都有很大提升。

6 结束语

MES系统在稀有金属制品工厂中的顺利实施，将提升工厂的生产效率，提高质量管理水平；并且极大的解放工厂技术人员的日常繁重的管理任务，合理的降低人力、物料、生产成本，提升产品的竞争力。随着MES系统的不断完善并向着数字化工厂的建设，会给企业的发展带来更多的动力。MES系统实施过程是复杂的,在项目实施前，应充分考虑实施可能会碰到的各种风险，并采取有效措施降低系统的实施风险，以提高MES项目实施的成功率。