基于MES與ERP系統(tǒng)的汽車行業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃集成

1、 廣州精弘益企業(yè)管理咨詢有限公司 Guangzhou HLEAN SYSTEM Consulting Co., Ltd WWW.HLEAN.COM基于MES與ERP系統(tǒng)的汽車行業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃集成 “ERP系統(tǒng)基本出發(fā)點(diǎn)是訂單管理、銷售預(yù)測(cè)和物料需求計(jì)劃等關(guān)聯(lián)問(wèn)題，能夠很好地解決生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題，MES一般接車間層和單元層分級(jí)制定作業(yè)計(jì)劃。本文通過(guò)對(duì)MES和ERP集成研究，使MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃更合理，使ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更及時(shí)有效，工作效率更高。 上個(gè)世紀(jì)90年代初期，美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AMR)通過(guò)對(duì)大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，完善的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，普遍由以下三種軟件構(gòu)成：以ERP、MRPII為代表的企業(yè)

2、管理軟件，以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視)、HMI(Human Machine Interface)為代表的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控軟件，以及實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程自動(dòng)化、支持企業(yè)全面集成的MES軟件。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型(如圖1所示)。 1 計(jì)劃層。也是決策層使用的管理工具，主要應(yīng)用系統(tǒng)是ERP等。圖1 三層企業(yè)集成模型 ERP系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)是訂單管理、銷售預(yù)測(cè)和物料需求計(jì)劃等關(guān)聯(lián)問(wèn)題，主要是針對(duì)企業(yè)資源計(jì)劃，作歷史分析和預(yù)測(cè)將來(lái)要發(fā)生的事件。 2 執(zhí)行層。使用工具M(jìn)ES(制造執(zhí)行系統(tǒng))在計(jì)劃管理層與底層控制之間架起一座橋梁。 MES是處于計(jì)劃層和車間層操作控制系統(tǒng)之間的執(zhí)行層

3、，為ERP系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供關(guān)鍵聯(lián)接。MES對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視診斷和控制，完成生產(chǎn)單元整合和系統(tǒng)優(yōu)化，通過(guò)控制包括物料設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施等在內(nèi)的所有工廠資源來(lái)提高制造競(jìng)爭(zhēng)力，在生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行物科平衡、制訂生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)時(shí)排產(chǎn)、優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成整個(gè)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)化的ERP/MES過(guò)程控制系統(tǒng)的集成一體化 3 控制層。一線操作人員使用的，以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視)，HMI(Human Machine Interface)為代表的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控軟件。ERP與MES系統(tǒng)概述 生產(chǎn)計(jì)劃的管理在ERP和MES中都是非常重要的功能和內(nèi)容。一般情況下，企業(yè)的生產(chǎn)

4、計(jì)劃是由上層管理系統(tǒng)ERP來(lái)完成，生產(chǎn)計(jì)劃在MES和ERP中的不同點(diǎn)在于： ERP的生產(chǎn)計(jì)劃是以訂單為對(duì)象的前后排列，考慮到時(shí)間因素，以日為排列單位，先后日期依據(jù)銷售訂單和銷售預(yù)測(cè)的時(shí)間、制造提前期和原材科栗購(gòu)提前期、庫(kù)存等因素MRP的邏輯來(lái)計(jì)算；是基于訂單的無(wú)限產(chǎn)能計(jì)劃。 MES的生產(chǎn)計(jì)劃以生產(chǎn)物科和生產(chǎn)設(shè)備為對(duì)象，按照生產(chǎn)單元進(jìn)行排程；以執(zhí)行為導(dǎo)向，考慮約束條件，把ERP的生產(chǎn)訂單打散，重新計(jì)劃生產(chǎn)排程，是基于時(shí)間的有限產(chǎn)能計(jì)劃。 以下是對(duì)ERP和MES的分工進(jìn)行比較從管理范圍、管理對(duì)象、管理內(nèi)容、管理時(shí)效四個(gè)方面來(lái)比較： 1 管理范圍：ERP是對(duì)整個(gè)企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)業(yè)務(wù)的管理，而MES的管

5、理是針對(duì)車間或生產(chǎn)分廠的。即使是功能最完備的MES系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，也只是提供了一個(gè)比較狹窄的視角，缺乏管理層管理和決策所需要數(shù)據(jù)的寬度和深度。 2 管理對(duì)象：ERP是對(duì)企業(yè)整個(gè)運(yùn)營(yíng)資源(人、財(cái)、物)的管理，強(qiáng)調(diào)物流、資金流的統(tǒng)一，也即所謂的“業(yè)務(wù)財(cái)務(wù)一體化”；MES的管理則更集中于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)資源，即設(shè)備、工藝物料等。 3 管理內(nèi)容：ERP管理整個(gè)企業(yè)的內(nèi)部?jī)r(jià)值鏈和供應(yīng)鏈，即銷售、采購(gòu)生產(chǎn)、庫(kù)存、質(zhì)量、財(cái)務(wù)、人力資源等。強(qiáng)調(diào)所有這些業(yè)務(wù)的整合，強(qiáng)調(diào)計(jì)劃(銷售計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃等)的協(xié)調(diào)和控制；MES主要管理生產(chǎn)的執(zhí)行，包括生產(chǎn)質(zhì)量生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度生產(chǎn)實(shí)績(jī)反饋等。 4 管理時(shí)效：ERP對(duì)計(jì)劃

6、和業(yè)務(wù)管理的時(shí)問(wèn)區(qū)段比較寬，以年季、月、旬或周、日為單位；由于對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管控的需要，MES的管理更加細(xì)致，管到日、班、小時(shí)。在ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長(zhǎng)期計(jì)劃指導(dǎo)下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行短期生產(chǎn)作業(yè)的計(jì)劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化等工作。 MES的生產(chǎn)計(jì)劃管理和ERP的生產(chǎn)計(jì)劃管理共同構(gòu)成了企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)計(jì)劃管理。為了更好地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，必須將MES生產(chǎn)計(jì)劃管理和ERP生產(chǎn)計(jì)劃管理有效地結(jié)合在一起，使MES與ERP一起構(gòu)成計(jì)劃、控制反饋、調(diào)整的完整閉環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)接口進(jìn)行計(jì)劃、命令的傳速和實(shí)繢的接收，使生產(chǎn)計(jì)劃、控制指令、實(shí)績(jī)信息在整個(gè)ERP、MES、過(guò)程控制系統(tǒng)

7、基礎(chǔ)自動(dòng)化的體系中透明、及時(shí)、順暢的交互傳遞。圖2 汽車廠信息系統(tǒng)協(xié)作模型 通過(guò)對(duì)ERP、MES生產(chǎn)計(jì)劃的理解，在設(shè)計(jì)MES的生產(chǎn)計(jì)劃管理時(shí)，必須保證此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能： 計(jì)劃管理：(1)銷售需求和生產(chǎn)計(jì)劃信息通過(guò)MES系統(tǒng)進(jìn)行傳遞；(2)生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)編排功能。 生產(chǎn)跟蹤：(1)覆蓋SAP生產(chǎn)跟蹤范圍鲴細(xì)化跟蹤內(nèi)窖：(2)支持VIN碼焊裝下達(dá)生產(chǎn)模式。 過(guò)程質(zhì)量：建立過(guò)程質(zhì)量管理系統(tǒng)?？v向做到一輛車焊涂總整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)；橫向做到相同工藝質(zhì)量信息共享。 數(shù)據(jù)采集：(1)滿足裝車結(jié)算數(shù)據(jù)采集；(2)追溯件管理。物料拉動(dòng)：(1)協(xié)同生產(chǎn)；(2)物料拉動(dòng)。MES與ERP生產(chǎn)計(jì)劃管理集成

8、研究 在汽車整車公司非常強(qiáng)調(diào)焊裝、涂裝、總裝三大車間的生產(chǎn)優(yōu)化計(jì)劃排程功能，重大影響物料精益、生產(chǎn)準(zhǔn)時(shí)、低生產(chǎn)成本、生產(chǎn)力性能。生產(chǎn)排程的數(shù)據(jù)源是從ERP下傳的，MES系統(tǒng)需要根據(jù)各個(gè)不同車間的影響因素來(lái)進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)排程，鑒于各個(gè)不同汽車整車公司生產(chǎn)模式、具備資源、生產(chǎn)能力差異很大，而影響優(yōu)化排程的因素非常眾多并且是經(jīng)常變化的，如生產(chǎn)節(jié)拍、物料準(zhǔn)備，物科性能、質(zhì)量、生產(chǎn)人員技能、市場(chǎng)導(dǎo)向等等，需要MES系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)要求非常靈活、開(kāi)放，這樣才能確保排出來(lái)的計(jì)劃切實(shí)可行，計(jì)劃執(zhí)行率高。 目前，采用ERP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料需求計(jì)劃或資源計(jì)劃是企業(yè)最常用的一種生產(chǎn)管理方式。ERP形成主

9、生產(chǎn)計(jì)劃后，在規(guī)定的時(shí)間向執(zhí)行層的MES系統(tǒng)發(fā)送具體的生產(chǎn)計(jì)劃，即向MES發(fā)出“生產(chǎn)什么”的指示。因此，ERP系統(tǒng)本身不能時(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，對(duì)生產(chǎn)情況是通過(guò)MES來(lái)實(shí)現(xiàn)。 MES與ERP數(shù)據(jù)交換 MES與ERP的數(shù)據(jù)交換必不可少，提供基于S95B2MML的標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)連接器來(lái)雙向交換數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)與SAP等主流ERP的數(shù)據(jù)交換，MES與ERP的交換信息包括兩大類，ERP發(fā)送到MES的信息和MES反饋給ERP的信息。 ERP發(fā)送到MES的信息包含： 各車間生產(chǎn)訂單、生產(chǎn)訂單BOM MES反饋給ERP的信息包含： 車輛上線信息、車輛下線信息、物料消耗、實(shí)施效果 計(jì)劃管理 1 生產(chǎn)計(jì)劃制定 按定單排產(chǎn)

10、、單臺(tái)混流的精益生產(chǎn)方式是目前汽車整車生產(chǎn)追求的一種較為理想的生產(chǎn)組織模式。盡管目前從人員成本、生產(chǎn)效率、市場(chǎng)等各個(gè)因素考慮，這只是一個(gè)目標(biāo)，但作為信息系統(tǒng)一定是朝著這個(gè)方面擊設(shè)計(jì)和布局的。MES根據(jù)混流平衡的原則實(shí)現(xiàn)排產(chǎn)，并計(jì)算出裝配過(guò)程中各個(gè)相關(guān)工位所需要的物料信息，實(shí)現(xiàn)物科的拉動(dòng)管理。訂單管理將允許方便進(jìn)行發(fā)序的調(diào)整(包括改序，插序等)。 在汽車制造企業(yè)中，計(jì)劃的制定過(guò)程如圖3所示。首先，ERP根據(jù)訂單和預(yù)測(cè)需求，經(jīng)過(guò)對(duì)關(guān)鍵工作中心的粗能力平衡，確定出主生產(chǎn)計(jì)劃MPS；然后，根據(jù)生產(chǎn)所用的BOM確定所需物料，同時(shí)根據(jù)庫(kù)存狀況生成能力需求計(jì)劃；最后，根據(jù)能力需求計(jì)劃得到車間作業(yè)計(jì)劃和采購(gòu)計(jì)

11、劃，用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)和采購(gòu)作業(yè)。由于有了相應(yīng)的訂單和BOM信息，還可在特定的工位進(jìn)行生產(chǎn)的指導(dǎo)，對(duì)于出錯(cuò)的情況進(jìn)行指導(dǎo)和防錯(cuò)防呆處理。MES計(jì)劃管理模塊可以有效管理混流生產(chǎn)計(jì)劃，同時(shí)可生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行情況將通過(guò)和ERP的接口反饋到ERP中。圖3 基于MES和ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃和管理模型 2 計(jì)劃的執(zhí)行和控制 ERP生產(chǎn)計(jì)劃后，經(jīng)過(guò)MES的計(jì)劃調(diào)度，并進(jìn)行合理配置，生成子計(jì)劃，下發(fā)給各生產(chǎn)單元進(jìn)行生產(chǎn)，MES的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況的控制：各個(gè)監(jiān)控單元對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行跟蹤，并對(duì)影響生產(chǎn)的各個(gè)因素狀態(tài)如物料情況、人力資源、質(zhì)量檢測(cè)、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控，將所跟蹤和采集得到的生產(chǎn)情況信息

12、和資源狀況信息反饋給謂度室；最后，由調(diào)度室對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃重新進(jìn)行調(diào)度分配。同時(shí)，每個(gè)監(jiān)控單元都有報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)迅速反饋到調(diào)度室，暫停或終止生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行。MES在監(jiān)控生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況的同時(shí)，還生成生產(chǎn)進(jìn)度分析報(bào)告，并將關(guān)鍵信息反饋給上層的ERP。這樣，在MES的功能保障下，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的有效控制。圖4 生產(chǎn)過(guò)程控制 車輛跟蹤 在混流生產(chǎn)中，車輛跟蹤尤為重要。車輛動(dòng)態(tài)隊(duì)列是物料拉動(dòng)和訂單跟蹤的基礎(chǔ)。一般，車輛在車身車間(焊裝車間)就開(kāi)始跟蹤，再到WBS，通過(guò)涂裝車聞，經(jīng)過(guò)PBS重新排序，直至總裝車間下線檢驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)入成品庫(kù)。跟蹤方式以條形碼和射頻標(biāo)簽為主。車輛的

13、VIN號(hào)是車輛的唯一標(biāo)識(shí)。 MES有專門針對(duì)車輛的跟蹤和控制軟件，可以實(shí)現(xiàn)車體跟蹤和車體路由功能。并提供產(chǎn)區(qū)內(nèi)車輛顯示功能，通過(guò)匯總的條碼信息和預(yù)先設(shè)定的各區(qū)域，實(shí)時(shí)顯示不同區(qū)域的車輛信息，如顯示焊裝、涂裝和總裝車間的在制車輛的信息，如顯示下線后的各檢修和檢查區(qū)域的車輛信息。 車間生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度方法 首先總結(jié)車間生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及ERP下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)計(jì)劃期或預(yù)期需求、加工設(shè)備和工件工藝特征進(jìn)行分析，然后確定生產(chǎn)任務(wù)的匹配加工資源，進(jìn)行“工件-設(shè)備”的匹配。具體方法是在一個(gè)生產(chǎn)周期(-般為一周)里，考慮加工全部工件所需的批量數(shù)最少和全部機(jī)器的平均利用率最高兩方面，對(duì)工件加工任務(wù)進(jìn)行類型與數(shù)量的分

14、批。其次，在考慮設(shè)備、變貨期、機(jī)器負(fù)荷均衡等約束前提下，充分考慮使分配給不同機(jī)器的工作量所需的加工時(shí)間差別最小和機(jī)器上工件操作的工順序的優(yōu)化兩方面問(wèn)題進(jìn)行“工序-資源”的匹配。再次，對(duì)計(jì)劃與調(diào)度結(jié)果進(jìn)行仿真分析與綜臺(tái)評(píng)價(jià)，以此手段進(jìn)一步改進(jìn)計(jì)劃與調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)ERP與MES生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度過(guò)程的全局優(yōu)化。主要包括以下兩方面的內(nèi)容：一是對(duì)生產(chǎn)率、制造周期、產(chǎn)品混合比變化對(duì)生產(chǎn)率的影響、瓶頸與堵塞及設(shè)備負(fù)荷均衡等進(jìn)行分析；二是評(píng)估、選擇輕憂調(diào)度策略與作業(yè)計(jì)劃，評(píng)估成品與半成品的庫(kù)存等。若分析與評(píng)價(jià)結(jié)果達(dá)到預(yù)計(jì)要求，則可下達(dá)生產(chǎn)指令，否則，調(diào)整計(jì)劃與調(diào)度策略，進(jìn)行再計(jì)劃、再調(diào)度，直到滿足要求為止。最后

15、，根據(jù)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)采集的故障與擾動(dòng)信息對(duì)系統(tǒng)作出及時(shí)反應(yīng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度。對(duì)制造系統(tǒng)中經(jīng)常產(chǎn)生的一些不可預(yù)見(jiàn)的擾動(dòng)，例如機(jī)器故障、急件的插入等，打亂了原先的作業(yè)計(jì)劃、調(diào)度安排，及時(shí)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，對(duì)其資源進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度，重新進(jìn)行規(guī)劃與仿真。 實(shí)現(xiàn)MES與ERP的整合，關(guān)鍵在于業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化和整舍以及對(duì)所涉及MES和ERP系統(tǒng)的具體分析以充分發(fā)揮各系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。近些年來(lái)，MES有了新的發(fā)展，有的MES系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，與ERP在功能實(shí)現(xiàn)上有重疊的地方，于是出現(xiàn)了“厚3薄4”和“厚4薄3”(也即重ERP還是是重MES)的說(shuō)法，這需要我們根據(jù)企業(yè)的實(shí)際業(yè)務(wù)需要，分析所用ERP系統(tǒng)和MES系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，比較在ERP中實(shí)現(xiàn)或在MES中實(shí)現(xiàn)、或一部分在ERP中實(shí)現(xiàn)，另一部