【MES】機械加工輕量化MES解決方案
秋風起兮白云飛，草木黃落兮雁南歸。機械加工行業在國民經濟體系中有舉足輕重的作用，最近筆者參加了德國北威州—中國創新峰會，應邀參加了相關主題討論。結合我們多年的項目行業項目服務經驗，簡要介紹一下精易會在機械加工行業的方案和研究成果。
一、離散型與流程型制造業對MES需求的區別
蘇格拉底說認識你自己。在討論我們如何提出MES需求和方案之前，我們要知悉自己所屬行業的特性？對MES的需求有哪些不同？我們有必要了解—離散型與流程型制造業對MES需求的區別。
離散型制造業的特點
離散型生產行業主要是通過對原材料物理形狀的改變、組裝，成為產品，使其增值。典型的離散型行業包括：機械、電子、航空、汽車等行業。這些企業既有按訂單生產（MTO），也有按照庫存生產（MTS），既有批量生產也有小批量生產。一般將產品分解成若干個零件，每個零件經過一系列并不連續工序的加工，最后將每一個零件按一定的順序裝配而形成產品。在離散型制造業的生產過程中，基本沒有發生物質改變，只是物料的物理性狀和結構組合發生改變，產品與所需物料之間有確定的數量比例。
離散型制造業產品種類繁多，生產過程復雜，非標程度高，工藝路線和設備使用靈活，車間形態多樣，運營維護復雜，有以下三個典型的特點：
01. 產品結構層此清晰：離散型制造業的產品結構可以用樹狀結構進行描述，最終產品一般由固定數量的零件或部件組成，相互之間的關系根據圖紙和BOM是明確和固定的。
02. 產品工藝流程復雜：離散型制造業的產品生產過程是斷續的、離散的，主要的生產工藝方法有鍛造、鑄造、焊接、機加工、涂鍍、裝配等，不同零件的生產過程有所不同，同一零件當產量不同時，其工藝路徑也會有所差別。
03. 生產計劃管理要求高：典型的離散型制造企業大多是按單生產的（MTO）的生產組織方式，多品種、小批量、短交期、工藝環節較多、生產組織難度大，對供應鏈和生產系統的快速響應提出了較高的要求。
離散型與流程型制造業對MES需求的不同
流程型行業根據自身的特性，將制造過程中各種不同的自動化控制系統聯網，自動采集生產過程的數據實現企業的生產信息集成，建立全企業范圍的實時和歷史數據庫，是流程行業企業的實現MES應用最關鍵、核心，也是最基礎的任務。
離散型行業有其自身的特性，其MES更關注生產計劃的制定和生產過程的快速響應。離散型行業與流程型行業MES的區別可以從幾個方面簡述如下：
01. 需求差異方面：流程生產行業，主要是通過對原材料進行混合、分離、粉碎、加熱等物理或化學方法，使原材料增值。通常，他們以批量 或連續的方式進行生產。離散工業主要是 通過對原材料物理形狀的改變、組裝，成為產品，使其增值。在MES需求、應用環境等諸多方面，兩者都有較大的差異。
02. 產品結構方面：流程生產行業MES中，一般采用配方的概念來描述這種動態的產品結構關系。其次，在流程生產行業每個工藝過程中，伴隨產出的不只是產品或中間產品， 還 可 能細分為主產品、副產品、協產品、回流物和廢物。MES在描述這種產品結構的配方的時候，還應具有批量、有效期等方面的要求。 離散制造企業的產品結構，可以用“樹”的概念進行描述——其最終產品一定是由固定個數的零件或部件組成，這些關系非常明確并且固定。流程企業的產 品 結 構，則有較大的不同，它們往往不是很固定—上級物料和下級物料之間的數量關系，可能隨溫度、壓力、濕度、季節、人員技術水平、工藝條件不同而不同。
03. 工藝流程方面：流程生產行業企業的特點是品種固定，批量大，生產設備投資高，而且按照產品進行布置。通常，流程生產行業企業設備是專用的，很難改作其他用途。MES系統 規劃的時候，要考慮到不同行業生產設備布置的特點，做好配置。離散制造業，其特點是多品種和小批量。因此，生產設備的布置不是按產品而是按照工藝進行布置 的。例如，離散制造業往往要按車、磨、刨、銑等 工藝 過程來安排機床的位置。因為每個產品的工藝過程都可能不一樣，而且可以進行同一種加工工藝的機床有 多臺。因此，離散制造業需要對所加工的物料進行調 度。并且中間品需要進行搬運。
04. 自動化水平方面：流程生產行業企業，則大多采用大規模生產方式，生產工藝技術成熟，廣泛采用PCS，控制生產工藝條件的自動化設備比較成熟。因此，流 程 生產行業企業生產過程多數是自動化的，生產車間的人員主要是管理、監視和設備檢修。離散制造業企業由于是離散加工，產品的質量和生產率很大程度依賴于工人 的技術水平。離散制造業企業自動化主要在單元級，例如數控機床、柔性制造系統。因此，離散制造業企業一般是人員密集型企業，自動化水平相對較低。
05. 生產計劃方式方面：流程企業根據市場的需求進行生產的觀念已經逐步加深。但一般情況下，特別是對市場需求量大的產品，是“以產促銷”——通過大批量生 產，降低成本，提高競 爭 力。因此，作為流程企業生產計劃的依據，主要是市場預測。離散企業一方面可以根據定單進行生產，另一方面也可以根據市場預測作為生 產計劃制訂的依 據。離散企業的MRPII/ERP系統向MES下達作業計劃指令主要以“工作令”（Job Order或Work Order）的方式，而流程企業的作業 計劃下達主要以指令計劃形式方式。
06. 成本核算方式方面：流程企業的成本核算方式一般采用平行結轉法，在其成本組成中，生產成本中占比例最大的是原材料。通常，原 材料占產品成本的70%～80%，人工成本所占 比例較小，約占2%～5%，其他為分攤成本。離散企業的計算產品成本是按照產品BOM所描述的加工裝配過程，從低層向高層逐層累積得出的。這種按照成本發 生的實際過程計算成本 的方法稱為逐層累積法，或稱成本滾加計算法(cost roll-up)，它反映了產品增值的實際過程。
07. 設備管理方面：流程生產行業的產品比較固定，而且一旦生產就有可能是十幾年不變；機械制造等行業的產品，壽命相對要小得多。體現在設備上，流程企業的設備是一條 固 定 的生產線，設備投資比較大、工藝流程固定。其生產能力有一定的限制，生產線上的設備維護特別重要，不能發生故障。離散加工業則不是這樣，可以單臺 設備 停下 來檢修，并不會影響整個系統生產。離散行業的生產設備的布置，不是按產品而是按照工藝進行布置的?？梢赃M行同一種加工工藝的機床一般有多臺。單臺設備的故障不會對整個產品的工藝過程產生嚴重的影響，一般需要重點管理關鍵、瓶頸設備。在流程生產行業的流水線生產中，生產線上的設備維護特別重要，每臺設備都是關鍵設備，不能發生故障，一臺設備的故障會導致整個工藝流程的終止。
08. 批號管理和跟蹤方面：流程生產行業的生產工藝過程中，會產生各種協產品、副產品、廢品、回流物等，對物資的管理需要有嚴格的批號。例如，制藥業中的藥品生產過程要求有十分嚴格的批號記錄和跟蹤，從原材料、供應商、中間品以及銷售給用戶的產品，都需要記錄。一旦出現問題，企業要可以通過批號反查出是誰的原料、哪個部門、何時生產的，直到查出問題所在。離散制造業一般對這種要求并不十分強調，雖然現在很多離散制造業企業也在逐漸完善批號跟蹤管理。
09. 作業計劃調度方面：流程企業的產品，是以流水生產線方式組織、連續的生產方式，只存在連續的工藝流程，不存在與離散企業對應的嚴格的工藝路線。因此，在作業計劃調度方面，不需要也無法精確到工序級別，而是以整個流水生產線為單元進行調度。從作業計劃的作用和實現上，比離散企業相對簡單。離散企業的生產作業計劃 調度，需要根據優先級、工作中心能力、設備能力、均衡生產等方面對工序級、設備級的作業計劃進行調度。這種調度，是基于有限能力的 調度并通過考慮生產 中的交錯、重疊和并行操作來準確地計算工序的開工時間、完工時間、準備時間、排隊時間以及移動時間。通過良好的作業順序，可以明顯地提高生產效率。
10. 數據采集方面：MES的數據采集功能，可以實現對生產現場各種數據的收集、整理工作，是進行物料跟蹤、生產計劃、產品歷史記錄維護以及其它生產管理的基礎。流程生產行業的自動 化程度較高，設備控制級大量采用DCS、PLC。在檢測驅動方面，各種智能儀表、數字傳感器已普遍應用；過程控制則廣泛采用以、小型機為主的自動控制系統。傳統的“計、電、儀”分工界限已不再明顯，計算機技術的應用已深入各個領域。這些自動化設備，能自動準確記錄各種生產現場信息。離散企業的數據采集，以手工上報為主，并可以結合條形碼采集等半自動信息采集技術進行工時、設備、物料、質量等信息的采集。這種數據采集方式，時間間隔較大，容易受到人為因素的影響，要特別注意保障數據的準確性。
11. 作業指令的下達方面：流程生產行業的MES中，不僅要下達作業指令以及PDI（Panel Data Interface，面板數據接口）數據，而且要將作業指令轉化為各個機組及設備的操作指令和各種基礎自動化設備的控制參數，并下達給相應的PCS系統。在離散行業的中，將作業計劃調度結果下達給操作人員的方式一般采用派工單、施工單等書面方式進行通知，或采用電子看板方式讓操作人員及時掌握相關工序的生產任務。作業計劃的內容，包括該工序的開工、完工時間、生產數據等方面。
12. 反沖處理方面：流程生產行業的生產完工上報，廣泛采用反沖處理。一般在工藝流程的最后設置完工上報點，而對前面工序流程實行反沖處理，如人工工時反沖、設備工時反沖、物 料反沖，從而對在制品和成本進行跟蹤。離散制造中的完工上報，一般對每道工序都要進行上報，或在關鍵工序設置反沖點，對前面工序進行反沖處理。MES系統 在配置相應模塊的時候，要注意這些差異，以符合企業的需求。
13. 物料管理方面：流程生產行業中，對連續生產方式，一般不設中間半成品庫房，配方原料的庫位一般設置在工序旁邊。配方領料不是根據工序分別領料，而是根據生產計劃一次領料放在工序庫位中。離散行業中，一般對半成品庫也設有相應的庫房，各工序根據生產作業 計劃以及配套清單分別進行領料。
14. 質量管理方面：無論離散行業還是流程生產行業的質量檢驗和管理都相當重要，但在MES中對質量檢驗和管理的方式有所區別。流程生產行業中，一般采用對生產批號產品進行各 工序上的抽樣檢驗。離散行業中，對單件小批生產，一般需要檢驗每個零件、每道工序的加工質量；對批量生產，一般采用首檢、抽檢、SPC分析相結合。?
在對離散型制造業自身的特點，以及對MES需求的典型性和獨特性有了清晰了解之后，我們對MES需求的提出和方案的設計以及后續的項目工作，更有目的性和目標性。??
二、數字化轉型方法論
時下人們在談到數字化專轉型和智能化升級的話題時，熱衷于探討“精益與數字化的關系”這個論題。筆者也有相當長時間的精益相關咨詢工作的經歷。探討這個問題的背后的本質是什么？我們的答案是有良好的精益表現，固然是一個很好的基礎。沒有做精益的企業，也未嘗不可。殊途同歸，前提都需要有良好的運營基礎。
數字化是智能制造路徑的第一階段（數字化、數字化網絡化、數字化網絡化智能化）。從學術、科研方法、可用性、實踐性等維度，我們更傾向于研發在一定時期內更具有科學性的轉型方法論、路徑、方法和工具。??簡要介紹如下：
系統性的數字化轉型建議
A. 愿景
流程梳理標準化；價值流程圖梳理；因果關系明晰化
B. 戰略規劃
項目階段 ；展開步驟；項目計劃
C. 核心能力
KSF—關鍵成功要素?
現狀與標桿對標，指定階段路徑
數字化轉型評測工具箱
在數字化轉型與智能化升級診斷階段，我們與鴻信等服務商有長足的合作，作為服務商參加了數百場診斷服務，有獨特的視角和系統的思路，成熟的媲美RPA的測評方法。
三、輕量化MES方案介紹
機械加工行業MES從形式上可以分為SaaS產品與定制化開發產品，我們提供的產品主要是定制化開發，在大量個案的基礎上總結、驗證、提升，形成具有一定代表性的標準基礎系統。下面介紹的是機械加工行業比較輕量級的工單排程和生產數據追溯系統。
系統大功能模塊
包含基礎設置、公司架構、工藝管理、生產管理、包裝管理、打印管理、報表管理主要的幾個部分，從功能性、實用性、經濟性、可拓展性、可復用性和軟件工程幾個維度衡量，完全滿足生產現場的使用要求。
基礎設置模塊
基礎設置部分是系統的基礎，體現管理需要的主要字段、參數、模塊，采用標準化、模塊化與定制化相結合敏捷配置、快速響應的方式，并支持自由設置增刪改查和導出功能，一定程度上體現管理的顆粒度！是下面系統功能的基礎！
公司設置模塊
采用結構樹的展現方式，內嵌流程管理的思維，對全公司的生產系統進行虛擬建模，包括工廠、車間、產線、設備、工站等！細化到具體的工作站，進一步細化系統管理的顆粒度！實現生產組織的目視化！真正打下宏觀把握、微觀處理、高屋建瓴、謹小慎微的科學嚴謹基礎！
工藝管理模塊
1. 采用結構樹和WBS的展現方式，內嵌工藝流程管理的思維，建立產品BOM，生成物料需求清單！對接ERP或SRM系統，生成物料采購PO單！
2. 同時支持系統進行BOM的增刪改查，進行BOM版本管理，自動保存歷史BOM數據！為精益設計和追溯提供歷史數據支持！
3. 同時支持QFD質量功能展開的工藝路徑設置需求和數據支持！?
工藝防錯管理
1. 系統采用流程管理思維，可以設置多種工藝流程，根據產品族和產品工藝矩陣自動匹配部分工藝知識庫，以滿足不同產品的工藝需求，實現智能推薦和匹配功能！
2. 系統對工藝路徑進行關聯，在生產過程中如果未按工藝流程作業，出現跳站、漏站的情況，系統將實現防呆！
3. 對于實驗和小批量訂單的工藝，采用“邊研邊產”和“泛機器學習”的方式，支持小批量生產模式，工站以及本站參數可以自由調整，系統記錄全過程并對比獲取最優路徑和參數！
4. 系統內嵌從試制到量產的思路，符合PPAP、FMEA、MSA、SPC和APQP邏輯！?
生產管理模塊
1. 根據生產工藝，提供生產類型選擇、工單計劃、工單排程、過站（進、出、檢測）、首檢\巡檢、復盤不良統計以及單據（流轉單）管理功能，內嵌質量管理和統計管理模塊！
2. 通過自動采集和手工收入等方式，詳細的記錄生產過程的人、機、料、法、環、測等數據！實現追溯功能！
3. 過站功能模塊，不僅提供出入站記錄，同時提供生產數據的防錯、工藝流程的防錯功能！
4. 內嵌Jidoka，精益生產自働化的自工序完結理念，不接收、不制造、不流轉不良品！堅持“三不”原則！?
工單計劃管理
1. 工單計劃服務于OTD（order todelivery）訂單和產品生產全生命周期流程，從ERP訂單開始，一直到訂單關閉，產品發貨！
2. 內嵌精益生產生產JIT管理思維，盡量縮短LT時間，根據工藝流和信息流，識別訂單執行過程種的VSM(value stream mapping），統計每個過程的時間節點，根據TAKT定拍工序，倒推工單計劃！
3. 工單計劃中的關鍵字段包括：ERP工單、產品編碼、產品名稱、計劃數量、已排程數、投入數量、可完工數、生產類型、計劃開始日期、計劃結束日期、工藝版本、關閉時間等！
4. 通過關鍵字段的投入和產出數量對比，可以計算生產效率、生產成本、設備利用率等顯性和隱性數據！對運營和財務管理提供支持！
5. 計劃開始、結束日期與關閉時間對比，可以反應安排的合理性，同時驗證工藝的優越性與否！同時對生產效率起到監控作用！
6. 根據生產進度能夠實時反應訂單的優先級別和完成速度！
工單排程管理
1. 根據工單計劃，進行工單排程，調用前端工藝管理的標準產能/良率數據，作為工單排程的基礎數據，同時也是實際完成情況的對比基準！形成管理和監控閉環！
2. 通過選擇工單、車間、班次、工站等參數，進行新建排程、刪除排程、修改計劃操作！真正實現人機交互，充分體現和尊總計劃管理人員智慧！
3. 適用國際通用的項目計劃管理工具——甘特圖進行目視化管理！直觀、簡單、易理解、易維護！
4. 計劃開始、結束日期與關閉時間對比，可以反應安排的合理性，同時驗證工藝的優越性與否！同時對生產效率起到監控作用！
5. 根據生產進度能夠實時反應訂單的優先級別和完成速度！?
包裝管理
1. 包裝管理作為單獨的模塊設置，符合模塊化設計的里面，可以作為單獨的功能使用，包裝工藝和包材BOM與產品生產工藝和物料BOM分開，更具有靈活性！
2. 提供容器類型選擇，維護、包裝，拆包作業、包裝記錄和成品檢測管理功能，內嵌質量管理和統計管理模塊！
3. 提供最小包裝管理功能！
記錄生產過程的人、機、料、法、環、測等數據！實現追溯功能！
4. 成品檢查功能，內嵌Jidok，精益生產自働化的自工序完結理念，不接收、不制造、不流轉不良品！堅持“三不”原則！降低不良成本，變事后管理為事前管理！?
精易會自主研發的標簽打印系統，在功能上和部署便捷性以及使用成本完全可以替代bartender標簽打印。
報表管理
管理看板
四、項目管理介紹
MES項目從開始到成功驗收，需要經過一個科學、嚴謹的流程，涉及諸多的相關方。主要的階段有需求立項、需求分析、需求確認、方案編寫、方案檢討、開發規格書編寫、軟件開發、內部測試、部署實施、上線驗收等。按照大類可以分為售前階段、項目階段和售后階段。其中項目階段包含開發階段，很大程度上決定了項目的進度和最終交付制質量。我們的項目管理嚴格遵守PMP標準的前提下，結合自身的經驗靈活作業。
項目管理和知識轉移
以上簡要的敘述，一個典型的機械加工工廠的輕量化MES管理系統從需求提出、轉型路徑選擇、方案設計、系統功能模塊設置、系統開發、實施、驗收，整個項目管理的簡要流角度，對精易會的產品做了簡介。篇幅有限，很多細節未能詳盡，歡迎留言交流！
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