以精益生產等先進理念為指導思想，針對軍工企業(yè)多品種、小批量的復雜生產特點，本文提出了軍工行業(yè)MES系統(tǒng)的五大關鍵技術：精確的高級自動排產、集成化的協(xié)同制造、自動化的數(shù)據(jù)采集、透明化的決策支持、圖形化的軟件界面，構建一套適合軍工企業(yè)的、廣義上的MES系統(tǒng)，即精益化、自動化、透明化、體現(xiàn)協(xié)同制造、適合中國國情的MES系統(tǒng)。

　　1. 軍工企業(yè)生產管理現(xiàn)狀及對策

　　近些年來，軍工企業(yè)對信息化建設的越來越重視，大部分企業(yè)陸續(xù)建立了CAD/CAM/CAE、CAPP、OA、PDM、ERP等各類軟件系統(tǒng)，在車間也購置了大量高檔數(shù)控設備，信息技術正在軍工企業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。但企業(yè)現(xiàn)有信息管理系統(tǒng)主要集中在技術和管理部門，大部分企業(yè)車間制造過程信息化仍處于空白，眾多的數(shù)控設備還處于單機工作模式，車間管理工作如計劃、派工、物料、刀具、質量、設備等等，還處于原始的憑經驗、人工干預的方式。這種依靠人工的生產組織與管理方式已越來越不適應企業(yè)發(fā)展的需要，生產資源管理信息、產品技術信息在車間得不到快速有效利用，車間生產過程信息得不到及時反饋，產品出產周期難以有效監(jiān)督與控制。

　　隨著國家以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，走新型工業(yè)化道路的號召，越來越多的軍工企業(yè)已經深刻地意識到，企業(yè)必須立足高起點，大力發(fā)展和應用信息技術，用先進的技術管理手段變革現(xiàn)有的生產組織和管理模式，實現(xiàn)生產過程管控的數(shù)字化，不斷挖掘生產制造過程的潛力，從而全面提升企業(yè)的競爭力。并逐漸認識到：以國家兩化融合為契機，通過實施具有精益生產思想的、適合軍工企業(yè)特點的數(shù)字化車間管理系統(tǒng)，即構建以精益生產、協(xié)同制造為特色的廣義上的MES系統(tǒng)，可很好地解決上述問題。

　　因此，在探討軍工行業(yè)MES系統(tǒng)特點之前，我們很有必要進一步了解精益生產以及MES系統(tǒng)的概念及含義。

　　2. 精益生產與MES概念

　　精益生產(Lean Production，簡稱LP)是美國麻省理工學院國際汽車計劃組織(IMVP)的專家對日本豐田準時化生產JIT(Just In Time)生產方式的贊譽稱呼。精益生產方式是一種以最大限度地減少企業(yè)生產所占用的資源和降低企業(yè)管理和運營成本為主要目標的生產方式，它是當前工業(yè)界最佳的一種生產組織體系和方式，也必將成為二十一世紀先進的生產體系，更是中國企業(yè)特別是軍工企業(yè)，加強企業(yè)運營管理、提高自身競爭力的發(fā)展方向。

　　精益生產最關注的三個要素是Quality(質量)、Cost(成本)、Delivery(交貨期)，精益生產的主要表現(xiàn)形式：識別浪費、持續(xù)改進;縮短交貨期、實現(xiàn)看板化的目視管理、生產節(jié)拍控制、現(xiàn)場管理、及時的生產數(shù)據(jù)采集等。

　　這些技術手段體現(xiàn)到車間實際生產中就是：

　　準確分析非增值勞動，提高生產效率，降低庫房、工具等生產輔助成本。

　　采用高級排產等技術手段，將生產任務分解到每一工序、每一設備、每一分鐘，并合理解決緊急插單等問題、確保生產計劃最優(yōu)，確保產品交貨期，確保設備利用率最高。

　　實現(xiàn)目視化管理、信息最大程度透明化。

　　生產過程控制，實現(xiàn)產品流的生產，實現(xiàn)生產的柔性化生產。

　　基于數(shù)據(jù)自動采集等先進技術，實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)及時、準確反饋，提供科學決策基礎，實現(xiàn)車間計劃、執(zhí)行、資源等要素的閉環(huán)管理。

　　實現(xiàn)產品工序級的質量控制，將質量損失降低到最低。

　　MES 是Manufacturing Execution System(制造執(zhí)行系統(tǒng))的簡稱，1992年由美國先進制造研究機構AMR ( Advanced Manufacturing Research)提出，AMR將MES定義為位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的，面向車間層的管理信息系統(tǒng)，為操作人員、管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態(tài)，重點解決車間生產問題。

　　2004年,美國MESA協(xié)會提出了協(xié)同MES體系結構(c-MES)的概念，重點強調車間級的制造協(xié)同管理。

　　至此，MES內涵已經豐富為“執(zhí)行、跟蹤、協(xié)同等多方位，在理論體系上已經完全成熟了。

　　AMR的三層企業(yè)集成模型

　　作為離散MES系統(tǒng)的引領者，北京蘭光創(chuàng)新科技有限公司長期致力于數(shù)字化車間系統(tǒng)的研究與應用，公司的DNC/MDC/MES系統(tǒng)在眾多軍工企業(yè)中得到了成功應用，并取得了良好的效果。為更好地促進軍工企業(yè)的數(shù)字化車間建設，我們非常榮幸地能有機會與您一起探討、共同促進我國軍工企業(yè)的數(shù)字化車間，特別是軍工MES系統(tǒng)的建設。

　　大家知道，MES的核心在于執(zhí)行，此處的執(zhí)行分兩層含義：首先是將ERP的生產計劃根據(jù)車間實際情況，將每一工序分解到每一設備、每一分鐘精細執(zhí)行;其次是通過MES的建設，在車間內部構建計劃排產、作業(yè)調度、數(shù)據(jù)采集、程序管理、在制品管理、庫存管理、質量管理等一個全閉環(huán)管理，層層緊扣，而非簡單的一個數(shù)據(jù)庫管理。

　　因此，可以這么說：MES就是實現(xiàn)精益生產的軟件載體，而MES最核心是計劃排產、數(shù)據(jù)采集和協(xié)同制造管理，這也是判斷一套軟件是否是真正意義上MES系統(tǒng)的標準。

　　3. 軍工行業(yè)MES系統(tǒng)的5大關鍵技術

　　基于以上分析，并結合我們對數(shù)字化車間的深刻理解，我們認為軍工行業(yè)的MES系統(tǒng)應充分借鑒精益生產等先進理念，以DNC/MDC為基礎，在高級排產基礎上，涵蓋計劃調度、作業(yè)管理、機床聯(lián)網(wǎng)、程序管理、物料管理、工具管理、質量管理、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場信息管理、決策支持等車間生產管理的方方面面，是一套模塊化、高度集成、過程透明、閉環(huán)的、體現(xiàn)協(xié)同制造、適合軍工企業(yè)特點的MES系統(tǒng)。

　　由于MES系統(tǒng)是一項較為復雜的大型管理系統(tǒng)，模塊眾多、涉及的技術也非常多，下面將以蘭光MES為例，重點介紹一下軍工企業(yè)MES系統(tǒng)的五大關鍵技術。

　　3.1.精確的高級自動排產

　　軍工企業(yè)由于多品種、小批量、工序多、緊急插單多、生產周期要求嚴格等特點，生產計劃如果全靠人工進行制訂將是非常困難的，也經常因為人為考慮不周而影響了整個生產的有序進行。

　　MES作為制造執(zhí)行系統(tǒng)，首要的就應該具有高級排產功能，將ERP等上游系統(tǒng)的生產計劃，按照交貨期、生產數(shù)量、優(yōu)先級、車間現(xiàn)有資源(人員、設備、物料)的有限生產能力，自動制訂出科學的生產計劃，細化到每一工序、每一設備、每一分鐘，進行精細化生產管理。

　　因此，可以說高級自動排產(簡稱APS)是軍工MES系統(tǒng)中第一項最重要的關鍵技術，是衡量MES系統(tǒng)是否具有“執(zhí)行(ERP計劃)能力”的一個關鍵因素。一款優(yōu)秀的APS應該具有以下功能：

　　1)支持多樣的排產算法

　　支持多種高級自動排產算法，如：具有按交貨期、精益生產、生產周期、最優(yōu)庫存、同一裝夾優(yōu)先、已投產訂單優(yōu)先等多種排產方式，可滿足軍工企業(yè)各類復雜的排產要求。

　　2) 基于設備有限產能的排產

　　MES與ERP在排產方面最大的不同就是MES是基于有限能力排產的，即MES完全基于車間現(xiàn)有設備產能進行排產，可準確到每一道工序、每一臺設備、每一分鐘，并可根據(jù)實際情況進行動態(tài)調整。

　　3)具有優(yōu)化生產、平衡設備間加工能力

　　能力平衡

　　通過直觀的圖形、數(shù)字表示，系統(tǒng)提供機床負荷以及每臺機床生產任務的視圖及分析功能，可方便地優(yōu)化生產和平衡機床負荷，使生產計劃更科學更合理。對逾期計劃，系統(tǒng)可提供工序拆分、外協(xié)加工、調整設備、調整優(yōu)先級等靈活的處理措施。

　　3.2.全集成的協(xié)同制造

　　MESA協(xié)會在2004年就明確地提出了c-MES的概念，即協(xié)同MES，重點強調了協(xié)同制造在MES的作用，而非僅僅是執(zhí)行的問題。

　　協(xié)同制造在軍工生產中也具有非常重要的意義。在當前的車間生產中，計劃、調度、物料、工具、檢驗、操作工等各工種間缺乏有效的協(xié)同機制，信息溝通不暢通，常常發(fā)生因為某一環(huán)節(jié)的延誤而導致整個生產拖延的情況，在MES系統(tǒng)里采用協(xié)同制造管理機制，可有效地避免這些情況，可確保整個生產流暢高效地運轉。

　　蘭光MES中的協(xié)同制造平臺

　　在蘭光MES中，當生產計劃優(yōu)化完成后，可通過協(xié)同制造平臺向相應子系統(tǒng)發(fā)送生產準備指令。通過車間級的協(xié)同，物料準備、工具準備等各類職能人員可以提前知道相關生產任務，便于提前進行各類生產準備，生產管理人員可實時查看到計劃的準備情況、工序狀態(tài)、在制品信息、質檢信息和生產過程中設備的詳細運行參數(shù)、齊套分析等內容，通過采取及時的生產調度措施來應對生產過程中的各種變化情況，可最大程度地避免因某項工作準備不足而影響車間的正常生產，實現(xiàn)車間級生產的全面協(xié)同管理。

　　3.3.自動化的數(shù)據(jù)采集

　　很多軍工企業(yè)實施MES系統(tǒng)，一般首選設備自動化程度較高、信息化基礎較好的數(shù)控車間。為充分發(fā)揮這些數(shù)控設備數(shù)字化、智能化、自動化的特點，MES系統(tǒng)的另外一項核心就是數(shù)據(jù)的自動采集技術，對數(shù)控設備進行實時、客觀、準確、自動的采集，實現(xiàn)一臺計算機同時監(jiān)控所有機床的實時狀態(tài)，以電子看板的形式隨時展示所有機床的開機、運行、故障、生產進度等狀態(tài)信息。這些實時的數(shù)據(jù)將與生產計劃形成了管理上的閉環(huán)，并進一步指導生產計劃的調整。

　　1)對于數(shù)控設備實現(xiàn)自動化的采集數(shù)據(jù)：

　　支持FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等在內的上百種控制系統(tǒng)。

　　實時采集：可從網(wǎng)絡上的任何客戶機監(jiān)控所有機床的實時狀態(tài)。

　　詳盡的報告：全功能的機床狀態(tài)電子看板與電子地圖顯示，以及各種分析報告，便于了解現(xiàn)場關重設備的生產狀況。

　　針對帶網(wǎng)卡的機床，不用添加任何硬件，直接通過網(wǎng)卡采集到以下信息：

　　機床開機、關機。

　　機床的實時狀態(tài)。如運行狀態(tài)、空閑、報警等等。

　　程序信息，如正在運行哪個程序等。

　　數(shù)控程序加工次數(shù)。

　　轉速和進給。可以實時反饋當前的轉速S值和進給速度F值，機床倍率。

　　坐標信息。包括：絕對坐標、機床坐標、相對坐標、剩余移動量等。

　　報警信息。能夠實時反饋機床是否有報警，報警號是什么。

　　主軸功率等其他信息

　　2)系統(tǒng)也支持條碼、觸摸屏等常見的采集手段。

　　除了對數(shù)控設備的自動采集外，蘭光MES也完全支持條碼自動打印、自動掃描、條碼內容自由定義等功能。

　　條碼自動識別技術具有輸入速度快，準確度高、成本低和易操作等特點。在自動化裝配生產線和各加工過程中，使用條碼掃描隨工單上條碼，實現(xiàn)對生產數(shù)據(jù)的采集。每個產品的每個工序都會有一個唯一的條碼，只需讀入產品上的條碼，就可以在數(shù)據(jù)庫內調出該產品所有的相關數(shù)據(jù)，大大便利了產品的質量跟蹤和售后服務。

　　觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式，具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，用戶只要用手指輕輕地觸摸計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。

　　在現(xiàn)場終端觸摸屏，可通過條碼掃描自動識別工序，工人就能夠方便快捷地進行工序的開工、暫停和完工反饋。

　　總之，數(shù)據(jù)采集是MES成功實施的重要基礎，MES系統(tǒng)只有能夠進行及時、全面的數(shù)據(jù)采集，并與生產計劃形成管理上的閉環(huán)，制訂的計劃才有可執(zhí)行性，計劃才能更科學。

　　3.4.全透明的決策支持

　　為實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)最大程度上的共享，結合當今大數(shù)據(jù)分析等先進理念，MES系統(tǒng)要對這些海量數(shù)據(jù)進行深入挖掘，實現(xiàn)過程全透明的管理，做到對生產中所有信息可隨時查看，并結合企業(yè)的真實需要，提供車間管理人員、各類使用人員的各類統(tǒng)計分析報告，做到對生產計劃制訂情況、執(zhí)行情況、工段作業(yè)情況、物料、刀具、質量、設備等幾乎所有的生產信息進行綜合分析，為車間層的管理與決策提供可靠的量化數(shù)據(jù)。如：

　　1) 機床實時生產狀況統(tǒng)計：

　　每臺機床或每班組加工的工件數(shù)量。

　　機床開機時間、機床停機時間、機床故障時間、機床運行時間。

　　操作工的效率、機床利用率(OEE)等。

　　各種形式的日報、月報、季報、年報。

　　可以具體統(tǒng)計到每個機床、一個班組、整個車間。

　　可以以餅圖、柱圖、折線圖、統(tǒng)計表格等多種方式統(tǒng)計、分析數(shù)據(jù)。

　　機床利用率

　　2) 計劃制訂及完成情況統(tǒng)計：

　　監(jiān)控、查詢所有產品的進度和生產，如：該訂單處是否已經投產?交貨期能否準時?是延誤還是提前?具體時間是多少?以產品、部件、零件、工序等多級別管理生產，結構清楚，一目了然。

　　3) 物料、在制品、質量、庫存等統(tǒng)計查詢：

　　物料庫存、在制品周轉、各工序的質量、工具庫存及積壓等情況。

　　4) 其他各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能

　　3.5.直觀易用的圖形化界面

　　由于MES系統(tǒng)的主要應用對象是車間的各類人員，包括車間領導、計劃調度人員、現(xiàn)場工人及各類生產輔助人員，生產事務繁忙，計算機水平不是很高，因此，蘭光MES系統(tǒng)在設計時就充分考慮到了這些因素，采用直觀的圖形化界面，將生產中的各類抽象信息用圖形化的形式展現(xiàn)出來，非常方便使用者學習與掌握。

　　1) 圖形化的計劃排產

　　蘭光MES系統(tǒng)除了具備強大的排產算法以外，并采用了讓人耳目一新的圖形化界面。如：計劃員可用鼠標拖拽的方式調整機床的生產計劃，所有因此而受到影響的產品將被重新排產。所有的更改只有保存后才會生效，因此計劃員可以進行各種可能排產的嘗試。

　　圖形化的排產界面

　　2) 圖形化的生產看板

　　在生產任務管理中，蘭光MES采用“紅綠燈系統(tǒng)”的顏色，用戶很容易地查看每個任務和工序的狀態(tài)，包括是否投產、計劃數(shù)量、交貨期、所用時間、提前(或延遲)時間、已完成數(shù)量等，非常直觀。

　　圖形化的生產看板

　　3) 醒目的預警機制

　　拖期任務提醒

　　在計劃進行調整后，對于還未執(zhí)行的計劃，系統(tǒng)會計算分析出可能要拖期的零件和工序，并用醒目的顏色表示出來，使計劃調度人員有針對性地關注其進度并做出快速響應。

　　4) 圖形化的統(tǒng)計分析

　　在蘭光MES系統(tǒng)中，可以自動生成各類統(tǒng)計報表，可按車間不同角色所需了解的信息來分類，可按周報、年報、月報來統(tǒng)計，可按柱狀圖、餅圖、報表的形式展現(xiàn)。

　　圖形化的統(tǒng)計報表

　　4. 結束語

　　面對復雜的軍工企業(yè)生產管理，我們一定要深入理解與貫徹精益生產與MES的概念與精髓，并緊密結合軍工企業(yè)的行業(yè)特點、當前存在的問題，以及系統(tǒng)使用群體的特點，重點突破上述5大關鍵技術瓶頸，力爭全面涵蓋計劃調度、作業(yè)管理、物料管理、工具管理、質量管理、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場信息管理、決策支持等車間生產的各個方面，構建具有軍工特色的MES系統(tǒng)，可有效地提升企業(yè)的運行效率、降低生產成本、全面增強企業(yè)競爭力，為打造國內領先的數(shù)字化工廠奠定良好的基礎。