制造业MES系统需求分析及解决方案

Posted 2021-01-20

MES系统面向生产管理人员，满足排产、调度，了解整体生产信息的需求，支持在线生产信息广播，提供厂内精益物料管理，物料拉动，生产质量管控。排产和跟踪系统制定上线顺序，并下发到车间控制PLC里负责执行。
MES生成系统内部订单数量范围内的计划,所以MES不用关心，由于生产模式造成的插单问题（上次订单未生产完成，造成的半成品临时存放等问题）这是ERP或电子商务系统需要解决的问题。ERP发布的是以发布日为节点顺延两周的生产计划，MES针对每日生产计划进行分解排序。根据规则，实时根据生产线生产情况推算一周内每天、各车间、各工位上下线点的计划量 。当然MES会把相对问题反馈到ERP中。这也是为什么要区分各应用系统功能边界，是系统实施成功的一个关键要素。
1 项目概述
2 MES平台概述
MES系统需提供完整的生产管理和可视化解决方案：生产过程、物料谱系和跟踪，工厂建模、资源管理，工艺管理、数据采集、整合和同步，CAPA，HACCP，规则依从和报表，质量管理，SPC，报表和数据分析工具，基于角色的操作员管理，物料状态查询，实时生产状态监控。通过工单、批次、在制品和半成品状态来跟踪生产质量、产量和性能，并生成报表、进一步的数据分析和ERP的信息反馈。数据可以从多个生产现场采集汇总，进行企业的质量和性能分析。适应一个工厂到整个企业的解决方案。
3 面向企业的MES功能理解及功能具体需求概述
传统企业MES系统范围：
MES（生产订单管理、质量管理）
LES（精益厂内物流拉动）
生产自动化设备管控
目标：需要有足够敏捷的实时响应时间，能够有很强的鲁棒性，能够应付各种复杂的制造生产环境，对于系统具有强大的可扩展性
MES系统的开发并非一次上到大而全，而是要逐步的建立一个完整的柔性制造系统的体系，逐步的完善需求并将所有的功能 流程统一到一定的MES平台上，在保证基本满足业务功能需求的同时逐步的建立功能强大的MES系统
主要模块：生产管理、质量管理、精益物料拉动
3.1 MES－制造执行系统生产过程管理的需求分析
对整个生产过程进行监视控制，为制造生产线提供指令，指导。并获取生产实绩状况，提供必要信息给生产管控人员，以对生产过程进行决策。保证订单生产信息流完整。整个面向生产过程模块需要做到高度可柔性化，可配置化。
具体功能：

1. 订单接收和生命周期管理
   订单接收主要分为自动通过EAI接口接收ERP广播生产订单，通过webservice转换MES定义格式下载至MES，并将接收记录反馈。手动下载订单。同时接收与订单相对应的（单件）BOM表。
   对生产计划进行排序
   订单的匹配
   调整订单的优先级，直接继承ERP传入订单的优先级设置。也可在特殊情况下在MES里修改，反馈给ERP。大量订单排序调整在ERP完成，少量调整可通过手工触发上传指令更新订单信息。
   紧急订单插入：ERP可以直接将紧急订单传入MES，MES负责将此类订单插入已经排定的尚未执行的日生产计划中，给予优先生产。
   通知ERP释放订单，当物料与订单不匹配，及时通知ERP释放新的订单。
2. 订单生产路由跟踪和控制
   能够对订单的状态进行跟踪，订单跟踪包括原材料从WMS做出库进入车间开始至生成成品入库单结束。包括以下跟踪点：裁剪、缝制、整烫、质检、返修工段。并将完成的订单信息反馈到ERP。
   订单跟踪：通过跟踪产品经过每个跟踪点的信息来获得产品的状态信息和采集生成过程信息。对产品的标准生产过程进行配置，对中间下线返修过程进行控制，对线上的空位进行控制、对缓冲区的半成品进行控制管理，获取所有产品的在线情况，完成产品跟踪工作。
3. 订单信息广播（包括订单关键点TRIGGER（触发）,输入和输出口）
   通过设置关键点触发器对生产信息进行广播，把订单信息广播到现场终端和打印机上，给现场工人生产提供指导信息。
4. 二维码的生成
   包含订单的属性，作为产品生命周期的跟踪码，在销售订单生成后即可产生，所以可在ERP生成，如果在MES层实现，可以控制销售订单在在制生产订单和库存订单之间选择。
   订单的SETOUT/SETIN/订单交换（SWAP/JOB CHANGE）
   在制品返修：因质量或制造工艺问题需要将某件产品从生产序列中拉出（SET-OUT）的情况，维修后再插入生产序列（SET-IN）的情况。需对set-out的产品进行跟踪并对set-in的位置进行调度。并明确在产品信息中记录SET-OUT、SET-IN相关信息。以便实现订单产品的跟踪。
   生产调度应包含在订单管理模块中，从业务功能来看应包含：SET-IN/SET-OUT、产品控制/释放、订单在制品返修调度、各工段产量平衡监控、车间重排序规则调整
   订单交换
5. 订单的生产信息记录
   MES需提供对于产品订单的生产信息查询，可查询订单的元件、半成品、制作过程、PACKAGE(打包)信息以及订单所有相关属性信息。
6. 虚拟订单（DUMMY ORDER）的创建和管理
   样衣
   返修分为返修和重做，返修有专门的返修线来做，重做，重新下订单。
7. 车间定义管理
   MES系统将生产车间的布局进行管控，能够对车间代码定义，生产线代码的定义等进行设置。
8. 生产序列号管理
   订单号（ORDER NUMBER）、订单工厂号来源ERP。标签信息：NS P/N(公司物料编码）、VD P/N（供应商物料编码）、VD CODE供应商代码、L/N（供应商的生产批次信息）、D/C（生产日期）、LN/VD（供应商生产批次、代码、日期组合）、QTY（包装中的物料数量）、SPN（最小包装编码）、二维码
9. 生产日历管理
   对生产日和非生产日设定
10. 生产订单历史信息查询
    对生产订单在经过逻辑点和功能操作进行记录查询，对生产过程进行分析
11. 订单属性的变更
    订单属性变更出于安全考虑应有ERP释放订单更信息（Order Change）通过EAI－Webservice接口传到MES系统（Rebroadcast）,如处理紧急订单也可开放MES高级权限。
12. 订单的报交控制
    MES提供生产订单的相关记录并同生产信息绑定，确证订单最终是否可以正常报交。
13. 订单报工信息同ERP交互
    所有的报工信息都需要通过在完成生成后通过EAI上传到ERP层，完成订单的反冲（BACKFLUSH）
14. 生产订单的属性显示
15. 在制品追溯信息采集
    追溯扫描正常录入信息，校验部件的正确性
16. HOLD处理（增加和消除）
    对来料、在制品存在质量缺陷Hold
17. 生产报表工具
    生产管理人员能通过报表工具完成相关报表的制作
18. 订单批处理
    生产过程中的订单处理除提供对指定的单个订单进行处理，还要批次的对指定范围内的订单订单进行处理。
19. 在成品加工，自动扫描，完成相关统计
    结合相应硬件的添加完成在制品的自动扫描，采集记录相应信息，并完成相关信息的统计分析。
20. 半成品在和车间的流向、返修跟踪与追溯
    实时采集订单的生产路由，并记录订单的每一次在线返修情况（包括SET-OUT/SET-IN）
21. 管理产品工位停留时间，避免停滞
    管控在制品在产线上小型暂存库的数量，避免大量积压
    3.2 LES－面向厂内物流拉动过程（基于其实时性等方面要求，建议通过MES与上游系统协同完成）
    厂内物流拉动不同于（SCM的）物流计划部分，对于实时性要求非常高，虽然产线上存在一定的缓存区可以存储一定的物料累积时间，但是实际所有的这些时间在实际生产过程中这些时间的缓存的可靠性非常脆弱，对于厂内物料拉动的操作依赖于订单在车间内的生产监控，响应等级应该在分钟甚至于秒。
    3.2.1 看板
    相对与所有的物料，系统通过看板方式实现物料拉动
    3.2.2 电子物料拉动
    对看板的一种电子化的补充方式，系统能够更加精确的确认物料的实际消耗情况，并通过电子化的拉动方式避免人工操作失误（吊挂、AGV、输送线等 ）
    3.2.3 大件物料按灯
    3.2.4 同步物料拉动（JIS）
    对于物料生产的根本问题是解决物料同生产订单之间同步化的生产方式，能够实现对于制定序列订单序列的生产状况物料信息的支持
    3.2.5 随行物料拉动
    支持随行小车的业务模式，精益化线边物料并减少实际工艺操作动作
    3.2.6 物料线边库管理
    3.3 MES－面向质量管理的需求.
22. 质量缺陷定义
    通过质量部门提供的图形、参数、文字的输入，形成标准化的质量描述语言，作为后期质量采集过程的标准
23. 质量过程数据采集
    集成车间内各线质量数据管理，具备高效采集/分析/发布能力
    在QC工序和在制品返修记录质量缺陷信息
    设定关键必检项，结合IT系统，不合格产品不允许流转
    质量管控的关键，对于关键工位作为质量控制，系统提供HOLD功能，并于关键检查项绑定，控制关键工位的报交
    建立关键过程质量能力监控与防错
24. 质量报表分析工具
    通过录入的质量参数，质检工位和相关辅助设备上传的信息，结合返修等信息，生成相关的质量报表
25. 质量档案建立
    3.4 PMC建议方案
    （对生产的计划与生产进度，以及物料的计划、跟踪、收发、存储、使用等各方面的监督与管理和待滞料的预防处理工作）
    对设备实现实时监控功能：

3.5 系统运维管理
系统及应用状态监控及报警机制，事件控制中心
4 系统架构
4.1 系统架构
MES平台应集成：制造、质量、物流
MES与低层设备的连接实现的车间实时控制功能，对可靠性要求较高。“车间控制器”等专用服务器的应用 。
4.2 与设备PLC的数据交互
MES系统的PMC生产过程监控系统需要采集制造现场的设备数据，进行监控显示。通过OPC（OLE for Process Control用于过程控制的OLE）技术，PMC子系统可以与底层设备进行数据交互。
为实现跟踪、生产指示、防错等支撑制造过程的功能，MES系统需获得生产现场的节拍信号，设备的故障信号以及部分产品的跟踪信号。同时，在一些关键的工艺控制点，MES需要把生产指令传递给生产现场设备PLC。对数据的实时性，可靠性要求较高。
4.3 与其它设备的数据交互
实时数据交互，可采用Socket 接口实现
非实时数据交换，可采用文件交互或中间数据表交换的方法
4.4 模块架构图
MES系统面向生产管理人员，需满足排产、高度、了解整个生产信息，支持在制品信息广播，提供厂内精益物料管理、物料拉动、生产质量管控。
5 MES－面向生产控制系统解决方案
5.1 MES部署范围
生产线各车间、中控室，工作日历设置、车间产能管理、生产限制条件设置、订单信息维护、订单投入顺序制定和计划展开、订单调整、二维码生成打印、生产信息广播、生产时间表管理、订单跟踪查询、统计查询、厂内物流实时拉动、质量管控
业务分工基础：中央控制室、各车间分控室、生产系统管理、IT系统管理人员、HELPDESK（帮助台或调试）、质量部门、生产过程监控（节拍信号、设备故障信号、生产跟踪信号、工艺控制点）
5.2 建设目标
生产过程管理系统需要对整个生产过程进行监视控制。为制造生产线提供指令、指导。获取生产实绩状况，提供必要信息给生产管制人员，以对生产过程进行决策。保证生产的信息流完整。
业务流程梳理：跟其它业务系统构建一样，MES系统的构建是一个业务流程梳理、设计与IT实施相结合的项目，并且业务流程的梳理、整合、设计是项目成败的一个关键因素。结合乙方的成功案例，对我方的具体需求、规范进行细致的整理。细化整个MES管理体系。
整个IT系统的构建，为将来各应用系统的集成提供规划。对公司业务系统的长期规划，系统要提供强大的可扩展性。
建设目标：通过MES系统的建立能够支持业务准确跟踪运行信息，开展有效的管理，实现柔性化生产模式。
MES平台，实现以下内容：
建设统一的生产信息跟踪管理平台，实现车间生产数据的集成
提供准确的配置清单给各工位，指导生产
提供产品的参数给质量检测设备
发布订单的生产实时序列，指导各车间的供料和生产
5.3 生产计划
生产计划生成、查询、调整
? 生成：MES生成系统内部订单数量范围内的计划，覆盖时间短
? 查询：每次生成的生产计划都有版本号，可以通过终端进行查询：可根据日期、车间、计划版本，输出
? 调整：调整订单的序列后生产新版本的生产计划、调整生产计划的数量而自动调整订单的序列。
5.4 基础订单信息管理
5.4.1 接收订单

5.4.2 定单更新
5.4.3 紧急下载定单
5.4.4 定单优先级别管理
5.4.5 接受定单删除
5.4.6 定单Hold
5.4.7 定单过程控制
5.4.8 定单的的匹配
5.4.9 定单手工批量更改
5.4.10 定单归档和清除
5.4.11 定单断点管理
5.4.12 SET-IN/SET-OUT
5.4.13 订单信息反馈(Backflush)
5.5 物料流向跟踪，返修跟踪和追溯
5.6 （主生产工序，物料识别）
5.7 订单准时性监控（车间内临时库存管理）
5.8 质量检验单据打印
5.9 打印管理
5.10 标签打印
5.11 合格证打印
5.12 物料身喷码打印
5.13 现场铭片打印
5.14 设备维护管理
5.15 追溯件管理
5.16 信息广播
5.17 ECU信息在线刷新
5.18 MES同现场质量测试设备
5.19 用户管理
6 MES-质量管理解决方案
6.1 基于过程SIP质量信息的采集
6.2 原材料参数，加工参数在线检测
6.3 半成品质量数据管理
6.4 精加工和QC工序质量缺陷记录
6.5 质量关键点控制
6.6 合格证打印质量检测及管理
6.7 MES力矩拧紧防错功能
6.8 MES同现场质量测试设备
6.9 精确追溯零件信息的防错扫描及HOLDCODE设置
6.10 订单码打印
7 LES－物流执行系统－厂内精准物流拉动部分解决方案
7.1 厂内物流上线解决方案
7.2 排序物流拉动
7.3 供应商直送物料拉动
7.4 物料ANDON
7.5 电子看板（eKANBAN/Production Pull System）
7.6 随行料架（DPS）
7.7 物料接收
7.8 电子拉动系统（EPS）
7.9 年度盘点（API）/动态盘点
7.10 数据交换内容
8 PMC子系统解决方案
8.1 功能概述
8.2 在制品和存储区
8.3 总装PMC工作节拍与可动率
8.4 产量
8.5 设备管理
9 系统运维解决方案
10 MES平台及其对系统特性满足
10.1 平台总体介绍
10.2 MES平台性能
10.3 MES灵活性
10.4 MES平台拓展性
10.5 MES平台盘冗余功能
10.6 MES平台与异构系统的集成
10.7 工作流管理
10.8 MES平台界面展示及交互
10.9 MES平台工艺对象模型
10.10 MES平台二次开发
11 报表查询系统
11.1 报表及查询
11.2 MES平台内置的jasper report
11.3 自动化智能报表软件
12 项目管理
12.1 项目管理方法和体系
12.2 项目实施规划
12.2.1 项目实施阶段、内容分类
12.2.2 项目实施主要里程碑、进度规划
12.2.3 项目实施的组织
12.2.4 项目实施的方法
12.3 项目工作范围
12.3.1 工程文档
12.3.2 出厂前验收测试
12.3.3 安装与现场调试
12.4 培训及知识转移
12.4.1 教育培训内容
12.4.2 教育培训说明
12.5 乙方职责
12.5.1 项目管理
12.5.2 项目计划
12.5.3 项目的组织
12.5.4 项目管理
12.5.5 项目跟踪和报告
12.5.6 项目检查会议
12.5.7 交付件
12.5.8 需求评估与系统设计
12.5.9 编码/配置及单元测试
12.5.10 系统测试和培训
12.5.11 系统部署和上线
12.6 甲方职责
12.6.1 监督协调项目实施
12.6.2 提供测试及生产数据
12.6.3 有关数据的有效性检查
12.6.4 报表和表格范围
12.6.5 应用软件源代码
12.6.6 网络
12.7 项目实施的保障措施
12.7.1 项目变更管理
12.7.2 风险管理
12.7.3 品质确保计划
12.7.4 沟通管理
12.7.5 项目交付件
12.8 完成标准
12.8.1 验收过程
12.8.2 项目完成标志

附件：
需求－方案对照索引
MES系统常用主数据维护
PMC：生产计划与物料控制
PMC的数据自动采集和生产过程监控，也是MES系统的基础数据模块。也是MES实施的切入点
这种实施方式的缺点是：一开始就要在一个大框架下进行实施，各种基础设施（基础网络、上位机、控制模块等）一开始就要一步到位，进行不要造成后续功能实施的时候二次投入。所以说前期准备工作时间比较长。
PMC系统自动采集生产过程中的生产数据，并通过MES图形、数据查询、数据报表、数据曲线等形式，呈现给生产管理者，使得生产过程更加透明，为科学有效进行生产管理提供客观的依据，从而提高生产效率，增加产品质量和生产产量。

车间生产及设备，运行MES计算机实时采集各控制系统中PLC的数据。通过这些数据可以实时反映整个车间的生产状态，各种与系统连接的OEM设备的运行情况，并在MES系统上产生相应的报警信息。操作人员还可以在此系统上调整参数，进行编辑操作和查询相应的生产信息。

MES生成系统内部订单数量范围内的计划,所以MES不用关心，由于生产模式造成的插单问题（上次订单未生产完成，造成的半成品临时存放等问题）这是ERP或电子商务系统需要解决的问题。ERP发布的是以发布日为节点顺延两周的生产计划，MES针对每日生产计划进行分解排序。根据规则，实时根据生产线生产情况推算一周内每天、各车间、各工位上下线点的计划量 。当然MES会把相对问题反馈到ERP中。这也是为什么要区分各应用系统功能边界，是系统实施成功的一个关键要素。

周滚动计划的产生，每个车间、甚至每个工位的计划都可单独立执行，在任何时间、多次执行。通过有效计划、有效分工，各司其职，继而达到各工位各车间各设备的有效配合。由于轮胎生产的一大特点就是生产设备类型和数量众多，所以通过不同设备之间的有效匹来提高生产效率。

1、在制品车间，暂存库区
通过PMC系统，用户可以获知各个生产单元，生产线上在制品的数量、品种以及每个“订单”具体信息。
PMC画面将分层次设计，车间级画面显示各个工艺区域的在制品数量。

生产数据的采集：
可以在PMC子系统中实现也可以在MES第一阶段“生产执行系统”中实现。执行的过程：采集－核对－控制

GSD：（General Sewing Data 一般车缝数据）是指在正常的操作条件下 以标准的作业方（SOP），及合理的劳动强度和速度，完成符合质量要求的工作所需的作业时间， 即是标准工时。
标准工时
GSD标准工时的核心用途
效率：计算个人、班组、车间、工厂和款式的效率，评估绩效
效率＝有效工时/上班时间=(件数×GSD 标准时间)/(人数×每日上班小时)×100%
方法：技术改良，统一做工方法，培训员工，提升生产效率
报价：基于效率和成本核算，准确接单报价和发单定价
产能：核算不同时间段的班组、车间和工厂的标准工时产能
产能＝缝制人数每日上班小时目标效率
计划：基于效率、人数、工作时间，制定日均目标产量
日均产量＝（人数每日上班小时目标效率 ）/（GSD标准时间/件）
生产：基于效率和GSD时间，提前、合理工序分配和工序平衡
节奏时间＝GSD标准时间/(人数目标效率）
分配时间＝节奏时间个人效率
工价：制定一致的各工序等级的工价标准，确保工资合理化
GSD单价=该工序GSD时间*该工序对应等级的基础工价
成本：精确核算每标准工时的直接人工、间接人工、管理人工等各类成本
每标准工时成本（分钟或小时）＝当月相关总成本/当月总GSD时间