MES生产管控活动
2022-03-30 来源： 智造苑
MES的生产管控活动是从车间接到生产订单开始，直到制成品入库结束。中间需要经历计划调度、制定物料需求计划、作业分派、生产线准备、生产线执行以及制成品入库等过程，同时需要从技术支持部门获取工艺资料、接受质量管控部门的物料及产品质检、与设备管理部门配合完成设备管理与维护工作，可能还需要与研发部门共同解决生产技术问题。归纳起来，生产车间的运行管理活动包括四个范畴：生产管理、物料管理、质量管理、设备管理，SP95将其分别规范为生产运行管理、库存运行管理、质量运行管理和维护运行管理。图1所示为上述四大范畴质检及其与车间外部的交互全景，构成了整个工厂的制造运行管理模型。由图1可以看出，工厂制造运行管理是以车间生产运行管理为主线展开的，其他三个范畴以及车间外的管理活动都是为车间生产运行管理提供支持。
图1 工厂制造运行管理模型（ISA-SP95）
「 1.生产管理 」
制造车间的生产管理活动可以概括为解决如下4个方面问题：一是“如何生产”？该问题主要通过对待生产产品的产品定义来回答，包括产品结构、材料、工艺等。二是“可以生产什么”？该问题主要通过车间生产能力信息的获取来回答，包括车间设备、设施、人力等制造资源。三是“在什么时间生产什么”？该问题主要通过车间生产计划调度、生产分派与生产执行管理等来回答。四是“在什么时间已经生产什么”？该问题主要通过数据采集、生产跟踪与生产绩效分析来回答。
针对上述制造车间运作活动的4个方面，根据SP95规范建立如图2所示的制造车间生产运行管理活动模型。该模型描述了车间生产管控系统所具有的生产资源管理、产品定义管理、详细生产调度、生产分派与生产执行、生产数据采集与生产跟踪、生产绩效分析等8大基本活动与管理功能，以及这些功能如何支持“产品定义”“生产能力”“生产进度”“生产绩效”等4大车间生产问题的解决。
图2 车间生产运行管理活动模型（ISA-SP95）
（1）生产资源管理：提供关于生产资源的一切信息，包括人员、物料、设备和过程段（process segment），并向企业业务管理系统（如ERP）报告当前资源的可用状态。
（2）产品定义管理：定义和管理制造产品所需的一切必要信息，包括用于指导产品制造工作的产品生产规则，如物料清单、生产配方等。
（3）详细生产调度：根据业务系统下达的生产订单，基于人员、物料、设备等资源情况和当前任务状态，制定工序级作业排程，使得本地资源获得最佳利用率。
（4）生产分派：将生产作业计划分解成作业任务后分派给人员或设备，启动产品生产过程，并控制工作量。
（5）生产执行管理：通过一组指导工作执行的活动（如通过生产运转次序的合理安排来选择、启动和移动工作单元）来保证分派的作业任务得以完成，包括生产过程的可视化。
（6）生产数据采集：为特定工作流程或特定生产要求收集、编辑和管理生产数据。如从PCS自动采集传感器读数、设备状态等数据，或通过键盘、触摸屏、扫描枪等方式人工采集操作工动作等数据。
（7）生产绩效分析：为业务系统分析和汇报绩效信息，包括生产单位活动周期、资源利用、设备使用、设备绩效、程序效率以及生产可变性等方面的信息，用于完善KPI报告，不断优化生产过程和资源利用效率。
（8）生产跟踪：跟踪生产过程，包括物料移动、过程段的启停时间等，总结和汇报关于产品生产中人员和设备的实际使用、物料消耗、成本与绩效分析结果的有关生产数据的信息。
在上述模型中（图2），生产资源管理提供关于制造系统资源的相关信息，包括设施、设备、物料等，并向企业计划系统（如ERP）报告当前哪些资源可用，从而回答车间生产能力的问题。产品定义管理提供关于如何生产一个产品的信息，管理与产品制造相关的活动。详细排产则根据计划系统下达的生产订单，基于车间资源和当前生产任务的状况，制定详细的排产计划（包括生产顺序和生产时间），从而回答车间在什么时间生产什么的问题。生产分派是将生产作业计划分解成作业任务后派发给相应的人员或设备，启动产品生产过程；而生产执行则是保证分派的作业任务得以完成。生产跟踪是指跟踪车间生产过程，包括物料移动、设备或过程段的启停时间、生产系统关键性能指标（KPI）等，向企业计划系统报告在生产时间生产了什么。生产绩效分析是通过对采集到的车间数据进行分析，确认生产过程完成及其绩效情况。生产数据采集是从现场控制系统（PCS）通过自动、半自动或人工方式（如RFID、扫描枪、键盘等）采集生产事件、设备状态等信息，为生产执行、生产跟踪和生产绩效分析提供数据与信息来源。
「 2.库存管理 」
库存管理即物料管理，是企业在生产中使用的各种物料的采购、保管和领用发放环节进行计划和控制等管理活动的总称。物料管理是企业生产执行的对象和基础，它接收来自生产执行层的物料请求，通过一系列物料管理活动的执行，对生产执行层进行及时的物料响应，生产执行层再根据物料响应结果做进一步的生产执行决策。物料管理主要实现收料管理、物料仓储管理和发料管理3个基本功能。
企业的生产活动是把物料转化为产品的活动，在转化过程中还会有中间产品或在制品产生。所以，物料管理的对象包括：原材料或初始物料、中间产品或在制品、最终产品或制成品。
参照SP95标准，库存运行管理被定义为四大生产活动管理范畴之一。根据该标准库存运行管理活动的描述，库存运行管理包含库存资源管理、库存定义管理、详细库存调度、库存分派、库存执行管理、库存数据收集、库存跟踪和库存分析等8个活动所组成。
（1）库存资源管理：管理物料储存和移动中使用的资源。
（2）库存定义管理：管理与物料移动和储存相关的规则和信息，这些规则可能是特定位置、特定设备或特定物料。
（3）库存详细调度：获得库存请求和生成详细库存调度。
（4）库存分派：根据库存定义和库存调度，分配和发送库存工作指令给适当的库存资源。
（5）库存执行管理：根据库存分配单的基础内容指导库存工作的实行。
（6）库存数据收集：收集和汇报有关库存运行和物料操作的数据。
（7）库存跟踪：管理有关库存请求和库存运行报告信息，包括产生或更新物料转移和物料储存的记录。
（8）库存分析：分析库存效率和资源使用情况以改善库存运行。
MES主要关注车间内部的库存运行管理，即物料在车间内的转移和使用，亦即与具体生产订单对应的物料转移活动。
「 3.质量管理 」
MES质量管理聚焦于车间制造过程的质量管理，是对车间生产节点进行质量管控，目标是建立一个控制状态下的生产系统，力求把车间的制造水平持续保持在最佳状态，确保车间能稳定、持续地生产出符合质量要求的产品。MES通过采集车间信息，跟踪、分析和控制加工过程的质量，实现从原材料入库到成品出车间的全制造过程的质量管理。
制造车间的质量管理活动涵盖检验、分析和控制3个环节。参照SP95标准对制造运行管理中质量管理活动的描述，质量管理活动由质检前（质检资源管理、质检定义管理）、质检中（质检调度、质检分派、质检执行）和质检后（质检数据收集、统计分析、质检跟踪追溯）3部分共8个活动所组成。
提供质检所需的人员、根据和材料等。当分派质检任务时，MES自动将可以派工的人员、工具等列入计划管管理人员安排。
（2）质检定义管理：提供检验项管理，可以为工序输出的成品设定检验项目、检验类型和检验标准等，确定各工序生产出来的成品所要达到的质量要求。
（3）质检调度：制订详细的质检计划，根据生产排程和资源，确定检验人、检验时间、检验批次和抽检数量等。
（4）质检分派：将质检计划下达至工位，通知工位执行质检任务的内容、时间等。
（5）质检执行：对原料、半成品及成品进行检验并获取质检数据，对比判定标准并判断是否合格。检验可以是生产线上的在线检测，也可以是在实验室的离线检测。
（6）质检数据收集：通过人工录入或设备的半自动、自动方式获取和保存质检数据。
（7）统计分析：对检验数据进行统计分析，找出问题，改进质量保证措施。
（8）质量跟踪追溯：当发现质量问题时，追溯在制造环节的问题根源、责任工位和原材料批次等，排除解决生产系统中的问题或故障。
按照质量检验的时机和提取样品的方式，质检主要由首检、巡检、全检和抽检等四种类型。按照质检作业环节，MES质检作业管理功能分为来料检验、上料检验、成品入库检验和成品出库检验。
「 4.维护管理 」
生产设备处在车间生产活动的中心地位。设备的运转情况会影响产量和质量，设备发生故障停机检修将影响生产调度。可以说，设备管理是企业生产活动的物质技术基础，决定着企业的生产效率和制造质量，要维持正常的生产活动就离不开对设备的管理与维护。
参照SP95标准中对维护运行管理活动的描述，设备维护管理活动包括维护准备（维护资源管理，维护定义管理）、维护中（维护调度、维护分派、维护执行管理）、维护后（维护跟踪、维护数据收集、统计分析）3个部分、共8项基本活动组成。
（1）维护资源管理：提供对设备、工具和人员等维护资源的管理。
（2）维护定义管理：提供对设备资料的管理，用于指导对维护人员的维护活动。
（3）维护调度：根据维护请求以及当前的生产计划、可用资源等制订维护计划，明确维护执行主体及执行时间等。
（4）维护分派：发出维护通知单，把维护请求分派到维护人员。维护通知单的主要内容包括分配的维护人员、分配的优先级以及分配状态等。
（5）维护执行管理：对维护请求进行响应，产生维护工作通知单。维护响应的主要内容包括响应日期和时间、响应人、处理结果以及响应描述等。
（6）维护跟踪：反映维护活动，形成维护活动报告。
（7）维护数据收集：收集设备维护请求时间、估计用时、实际用时、当前状态以及维护人员等。
（8）统计分析：通过收集维护数据进行问题分析,制订措施并进行改进,还包括对维护成本和绩效的分析。
设备维护活动可以分成如下4种类型：基于设备故障响应的维护、基于时间或周期的循环维护、基于设备状态的预防性维护，以及资源运行绩效和效率的优化，即对生产设备进行优化以提高运行效率。
「 5.MES典型应用场景 」
根据上述对MES生产管控活动的描述，我们提出一个如图3所示针对离散制造业的MES典型应用场景。
图3 MES典型应用场景示意图
对上述MES典型应用场景简述如下：MES接收ERP下达客户生产订单后，库存管理子系统根据订单产品的BOM信息查询库存缺料情况，进行物料准备。同时生产管理子系统对客户订单进行分解，生成工序作业排产计划，同时将生产计划发送给相关部门人员，包括生产调度员、仓库管理员、设备维护管理员等。物料部门根据生产计划将相关物料配送到物料待检区，质检人员对物料进行检验，如判断合格则物料被转至相应工位。同时设备维护部门在收到生产计划信息后，开始安排相关的设备维护与检修工作，保证产线设备状态正常。
上述工作完成后，生产准备就绪。生产管理子系统将分解后的生产任务分派到相应工位，各工位根据工艺规范进行相应工序操作，在此过程中对生产过程进行跟踪监控，并通过质量管控确保产品合格。同时MES根据生产数据进行绩效分析，获取重要KPI指标，据此对生产系统不断改进和优化。上述生产运行管控活动可通过一个全局生产管控平台进行指挥和协调。
通过上述MES典型应用场景的分析可知，MES是一个以生产计划与执行跟踪为主线，以物料配套、质量管控、设施维护为三条辅线，基于统一平台，实现计划、执行、现场、物流、质量、设备、资源的全面集成与协同管控系统，以达到企业生产过程全局运行优化的目的。
引自：《制造执行系统技术及应用》（作者：饶运清）
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