[提要]世界范圍內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇和全球能源供應(yīng)緊張，迫使制造企業(yè)要以最少的資源消耗、最短的制造周期生產(chǎn)出質(zhì)量最好的產(chǎn)品，并以最快的速度送到訂貨者手中。在這樣的條件下，現(xiàn)有的MES系統(tǒng)因其本身固有的缺陷，越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)的需要。本文基于精益的思想，分析了現(xiàn)有的MES系統(tǒng)的弊端，提出了精益MES的概念，構(gòu)建了精益MES的功能模型及信息模型，最后提出了實(shí)現(xiàn)精益MES的關(guān)鍵技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]精益；生產(chǎn)；MES；功能架構(gòu)

[作者簡(jiǎn)介]孟笑揚(yáng)(1979—)，女，焦作大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院。(河南焦作454003)

“精益”的概念起源于日本豐田汽車(chē)公司的準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)方式(JIT)，它強(qiáng)調(diào)“人是生產(chǎn)諸要素中的首要因素”，注重調(diào)動(dòng)員工的積極性和創(chuàng)造性，在此基礎(chǔ)上消除一切不必要的浪費(fèi)，持續(xù)改進(jìn)、不斷完善，追求零庫(kù)存、高柔性和零缺陷，運(yùn)用kanban、平準(zhǔn)化等技術(shù)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)式柔性生產(chǎn)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是在企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制系統(tǒng)之間，分為生產(chǎn)調(diào)度管理、人力資源管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理等11個(gè)功能模塊，能夠通過(guò)信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，能夠?qū)Υ思皶r(shí)地做出反應(yīng)和報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行分析和處理。

但是在企業(yè)精益化的趨勢(shì)下，現(xiàn)有的MES系統(tǒng)所暴露出來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越明顯，比如在進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度時(shí)采用“推式生產(chǎn)”，容易產(chǎn)生計(jì)劃安排和實(shí)際生產(chǎn)的差異，也容易造成車(chē)間內(nèi)部在制品的積壓，提高了企業(yè)的生產(chǎn)成本；忽視了現(xiàn)場(chǎng)管理中人的重要作用；質(zhì)量管理手段落后等等。而這些方面恰恰是精益生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)所在。因而，本文考慮將精益生產(chǎn)與MES系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，提出精益MES的概念，并對(duì)其功能架構(gòu)進(jìn)行研究。

一、現(xiàn)有MES系統(tǒng)的功能及其缺陷

美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AMR)于20世紀(jì)90年代提出了三層企業(yè)集成模型，它將MES系統(tǒng)定位于企業(yè)計(jì)劃層與控制層之間的執(zhí)行層。MES系統(tǒng)一方面把從上層取得的計(jì)劃信息(如生產(chǎn)信息、工藝報(bào)表等)在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行識(shí)別、分解，然后將信息傳遞給底層控制器，操縱設(shè)備、指導(dǎo)人員進(jìn)行生產(chǎn)；另一方面，從底層控制器取得反饋，將采集到的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)品加工信息等儲(chǔ)存到系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析處理，再回傳給上層計(jì)劃層，從而保證計(jì)劃層與控制層的信息通暢。

MES系統(tǒng)大致可以分兩種：傳統(tǒng)的MES(T—MES)和可集成MES(I—MES)，前者具有較強(qiáng)的行業(yè)專(zhuān)用特征；后者具有模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)展等特性。

現(xiàn)有的MES系統(tǒng)主要在如下幾個(gè)功能模塊中存在不足：

(1)生產(chǎn)調(diào)度管理模塊。MES系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度是一種典型的推式生產(chǎn)調(diào)度，但由于生產(chǎn)的不確定性，實(shí)際生產(chǎn)情況往往與計(jì)劃存在很大差別，因而這種調(diào)度方式會(huì)造成大量的在制品積壓，以及某些工序的待料停工。

(2)人力資源管理模塊。MES系統(tǒng)中將人看作設(shè)備的延伸，操作者只能被動(dòng)地接受系統(tǒng)的命令，無(wú)法主動(dòng)地與系統(tǒng)進(jìn)行溝通，因而限制了工人主觀能動(dòng)性的發(fā)揮。另外，缺少對(duì)操作工人必要的激勵(lì)。

(3)工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃模塊。MES系統(tǒng)把從上層ERP系統(tǒng)獲得的車(chē)間級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃分解為工序級(jí)詳細(xì)生產(chǎn)序列計(jì)劃，安排到各個(gè)工作地。但是生產(chǎn)條件和工人水平往往存在較大的差異，而這些差異會(huì)造成生產(chǎn)的波動(dòng)，使得實(shí)際生產(chǎn)情況很難與計(jì)劃相吻合。因而需要對(duì)此模塊進(jìn)一步地細(xì)化。

(4)資源分配和狀態(tài)管理模塊。MES系統(tǒng)中，資源分配和狀態(tài)管理的含義是：“對(duì)資源狀態(tài)及分配信息進(jìn)行管理，包括機(jī)床、輔助工具、物料、勞動(dòng)者等其他生產(chǎn)能力實(shí)俸以及開(kāi)始進(jìn)行加工時(shí)必須具備的文檔和資源詳細(xì)歷史數(shù)據(jù)，還包括為滿(mǎn)足生產(chǎn)計(jì)劃的要求而對(duì)資源所作的預(yù)留和調(diào)度。”而這些的前提是系統(tǒng)對(duì)資源的配置是合理、有效的，因而需要采用相應(yīng)的方法予以輔助。

(5)生產(chǎn)過(guò)程管理模塊。MES系統(tǒng)通過(guò)各種儀器和設(shè)備從現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控，達(dá)到自動(dòng)修正生產(chǎn)中錯(cuò)誤的效果。然而這種靠?jī)x器進(jìn)行的監(jiān)控僅僅是一種被動(dòng)的監(jiān)控——等待著錯(cuò)誤發(fā)生，然后捕捉錯(cuò)誤，再采取措施進(jìn)行補(bǔ)救。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制必須變被動(dòng)為主動(dòng)，防患于未然。

二、精益MES的功能架構(gòu)

精益MES以I-MES為基礎(chǔ)，其功能涵蓋了傳統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度管理、人力資源管理、工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、資源分配和狀態(tài)管理、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理、生產(chǎn)設(shè)備管理、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、文檔管理、生產(chǎn)性能分析等方面。同時(shí)，精益MES強(qiáng)調(diào)精益的思想，彌補(bǔ)了現(xiàn)有MES系統(tǒng)的不足。

(一)精益MES功能模塊。基于以上對(duì)MES系統(tǒng)缺陷的描述，精益MES需要在生產(chǎn)調(diào)度管理、人力資源管理、工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)過(guò)程管理等5個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有MES系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充和改進(jìn)，改進(jìn)后的精益MES系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能模塊：

(1)推拉結(jié)合的調(diào)度模塊。在生產(chǎn)調(diào)度方面，該采用“推式計(jì)劃，拉式生產(chǎn)”的方式，即制定調(diào)度計(jì)劃時(shí)按照“推式”，分配好各種資源。規(guī)定各工序產(chǎn)品投入和出產(chǎn)的時(shí)間；而在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，采用“拉式”，某道工序完成任務(wù)時(shí)，向系統(tǒng)發(fā)送一條完工信息，系統(tǒng)接到信息后通過(guò)電子kanban向其上道工序發(fā)出需求指令，這樣通過(guò)工序間的拉動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)生產(chǎn)。在這里，調(diào)度計(jì)劃僅僅是一種參考而非指令，真正的指令是“電子kanban”。每經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，系統(tǒng)必須對(duì)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行一次更新，以適應(yīng)當(dāng)時(shí)的實(shí)際生產(chǎn)情況。

(2)以人為本的人力資源管理模塊。在人力資源管理方面，除了提供工人的基本信息和實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)信息外，還應(yīng)該采用實(shí)時(shí)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與車(chē)間控制間的信息溝通；增加崗位評(píng)比功能，利用實(shí)時(shí)記錄的工人工作信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)車(chē)間的電子看板展示出來(lái)，從而在一定程度上提高員工的積極性，并為年終評(píng)優(yōu)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。另外，為了提高生產(chǎn)效率。降低車(chē)間運(yùn)營(yíng)成本，企業(yè)必須培養(yǎng)能勝任多種工作的多能工。因此，MES系統(tǒng)應(yīng)該為每個(gè)員工建立適合他們的培養(yǎng)計(jì)劃，定期考核，并將工人掌握的工種記錄下來(lái)，作為生產(chǎn)調(diào)度時(shí)人力資源分配的依據(jù)。

(3)工步級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃模塊。引入精益生產(chǎn)的工作標(biāo)準(zhǔn)化方法，首先通過(guò)動(dòng)作分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)操作的標(biāo)準(zhǔn)化，詳細(xì)規(guī)定各種加工的操作條件、操作內(nèi)容和操作步驟等，并細(xì)化到具體的動(dòng)作。然后利用秒表法或者預(yù)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)法(PTS)確定標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間，并將以上信息錄入MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。最后在MES系統(tǒng)進(jìn)行工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃分解時(shí)，自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出這些信息，加入到工藝卡片中，從而更好地指導(dǎo)工人進(jìn)行高效率的生產(chǎn)操作。

(4)定置化的資源分配和狀態(tài)管理模塊。采用精益生產(chǎn)的定置管理方法，在MES系統(tǒng)進(jìn)行資源分配前，先要根據(jù)動(dòng)

作經(jīng)濟(jì)原則和工藝要求確定各類(lèi)物品(如設(shè)備、原材料、刀具、卡具等)的擺放位置及狀態(tài)，以保證作業(yè)者能迅速、準(zhǔn)確且省力地拿到所需的物品。然后將這些物品信息以及它們對(duì)應(yīng)的位置信息存入MES系統(tǒng)中。在系統(tǒng)進(jìn)行資源分配時(shí)，根據(jù)上面記錄的信息，綜合考慮成本、時(shí)間等因素，完成對(duì)設(shè)備、人員、材料、輔具等的配置。一旦系統(tǒng)完成資源分配，就要嚴(yán)格按照事先確定的定置方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定置管理。這樣才能保證MES系統(tǒng)資源管理的合理性以及準(zhǔn)確地在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到體現(xiàn)。

(5)目視化生產(chǎn)過(guò)程管理模塊。在這方面。一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的管理人員相比儀表設(shè)備具有更大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槭褂萌藖?lái)管理，不但可以發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)發(fā)生的錯(cuò)誤，而且對(duì)正在或?qū)⒁l(fā)生的錯(cuò)誤也有更敏銳的預(yù)見(jiàn)能力。所以，首先需要在MES系統(tǒng)中引入精益生產(chǎn)的“目視管理”方法，將現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題直觀化，然后在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)配置一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)管理人員來(lái)配合MES系統(tǒng)完成生產(chǎn)過(guò)程管理。為了達(dá)成這一目標(biāo)，精益MES系統(tǒng)在功能上需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口，以便現(xiàn)場(chǎng)管理人員通過(guò)終端(如掌上電腦等)與系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的交互。

(6)其它模塊。精益MES系統(tǒng)中，設(shè)備管理、文檔管理、生產(chǎn)性能管理、質(zhì)量管理、產(chǎn)品跟蹤/產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊與現(xiàn)行MES系統(tǒng)基本相同，不再贅述。

(二)精益MES系統(tǒng)的信息模型?；谏鲜龉δ苣Ｐ?，構(gòu)建精益MES信息模型。精益MES系統(tǒng)的輸入有2項(xiàng)，輸出有9項(xiàng)，各模塊具體的信息傳遞描述如下：

“現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集”模塊與底層控制系統(tǒng)相連，它通過(guò)人工或者自動(dòng)的方式從底層控制系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)的各種生產(chǎn)信息，并傳遞給相應(yīng)的模塊進(jìn)行處理。

“定置化資源分配和狀態(tài)管理”、“設(shè)備管理”、“文檔管理”4個(gè)模塊把從現(xiàn)場(chǎng)收集到的有關(guān)人力資源、生產(chǎn)資源、設(shè)備、生產(chǎn)記錄等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，然后將人力資源信息(包括工人的自然條件、掌握的技能情況、工作狀態(tài)、疲勞程度、意見(jiàn)和建議等)、生產(chǎn)資源信息(包括各種設(shè)備和輔具的基本信息、存放位置、可用狀態(tài)等)、設(shè)備的信息(包括設(shè)備型號(hào)、位置、加工精度、可靠性等)、文檔信息(包括生產(chǎn)工藝、工藝卡片、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等)傳遞給“工步級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃”模塊，為計(jì)劃的分解提供數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)將這些信息以圖表的形式輸出給系統(tǒng)使用者。

“目視化生產(chǎn)過(guò)程管理”、“產(chǎn)品跟蹤/產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理”、“精益質(zhì)量管理”、“生產(chǎn)性能分析”4個(gè)模塊將從現(xiàn)場(chǎng)收集的生產(chǎn)過(guò)程信息、產(chǎn)品信息、質(zhì)量信息、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等信息進(jìn)行記錄分析，并將分析結(jié)果實(shí)時(shí)地傳遞給推拉結(jié)合調(diào)度模塊。其中包括生產(chǎn)過(guò)程中的延遲停頓、錯(cuò)誤操作；產(chǎn)品的種類(lèi)、數(shù)量、任務(wù)完成情況；產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸信息、缺陷率；生產(chǎn)產(chǎn)量、生產(chǎn)費(fèi)用等信息。同時(shí)將這些信息以圖表、報(bào)表、標(biāo)準(zhǔn)等形式輸出給系統(tǒng)使用者。

推拉結(jié)合調(diào)度”模塊一方面與上層ERP系統(tǒng)連接，接收ERP下達(dá)的產(chǎn)品需求計(jì)劃(通常為EXCEL表格或BOM文件)，另一方面接收現(xiàn)場(chǎng)采集的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，不斷修正自己的計(jì)劃和調(diào)度，最后將生成的車(chē)間級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃傳遞給“工步級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃”進(jìn)一步分解。

“工步級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃”模塊將車(chē)間級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)一步細(xì)分，分解計(jì)劃前要綜合考慮目前現(xiàn)有的人力、物料和設(shè)備等資源是否可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。如果條件滿(mǎn)足，則通過(guò)控制器向底層控制系統(tǒng)發(fā)送制造指令；如果不滿(mǎn)足，則向上級(jí)模塊報(bào)警，請(qǐng)求修改生產(chǎn)計(jì)劃。

(三)實(shí)現(xiàn)精益MES的關(guān)鍵技術(shù)。由于精益MES系統(tǒng)與現(xiàn)有MES系統(tǒng)功能上有所不同，因而在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上也必然存在一些差別。為了實(shí)現(xiàn)精益MES，在現(xiàn)有MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本文引入以下兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

(1)工作標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。所謂工作標(biāo)準(zhǔn)化，就是對(duì)各個(gè)崗位的工作制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在工作過(guò)程中嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。它是一種面向生產(chǎn)最底層的控制技術(shù)，它的引入可以使MES系統(tǒng)得到的結(jié)果更準(zhǔn)確，同時(shí)也可以降低生產(chǎn)的不平衡性，是精益MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)。它包括動(dòng)作分析和作業(yè)測(cè)定兩個(gè)主要內(nèi)容。

動(dòng)作分析就是以一個(gè)完整的工作或一組操作為研究對(duì)象，將操作者全過(guò)程的作業(yè)動(dòng)作拆分成最基本的動(dòng)作單元，消除浪費(fèi)、無(wú)用的動(dòng)作，制定一個(gè)輕松、快捷、高效的動(dòng)作序列組合，使其滿(mǎn)足動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則。將優(yōu)化后的動(dòng)作序列存入MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，生成各項(xiàng)作業(yè)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，輸出為各工序的工作卡片，以規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作。

作業(yè)測(cè)定是指為達(dá)成某一作業(yè)的目的，以具體的時(shí)間值為尺度，對(duì)作業(yè)效率進(jìn)行評(píng)價(jià)的分析手法，通常在動(dòng)作分析后使用。運(yùn)用作業(yè)測(cè)定技術(shù)可以為MES系統(tǒng)提供各項(xiàng)操作的準(zhǔn)確時(shí)間，為MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃分解、調(diào)度、人員績(jī)效考核等功能提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

(2)MES kanban技術(shù)。kanban技術(shù)是精益思想下實(shí)現(xiàn)拉式生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)kanban控制生產(chǎn)節(jié)奏可以有效地平衡各工序的生產(chǎn)，減少在制品積壓和停工等待的發(fā)生。

MES kanban技術(shù)是精益MES實(shí)現(xiàn)推拉結(jié)合調(diào)度功能的基礎(chǔ)，它通過(guò)生產(chǎn)kanban傳遞MES系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間、需要生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量等信息；通過(guò)生產(chǎn)情況kan，ban，完成MES系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏的控制。并統(tǒng)計(jì)出各生產(chǎn)單位的投入產(chǎn)出和不良率；通過(guò)質(zhì)量kanban向MES系統(tǒng)反饋實(shí)時(shí)的質(zhì)量信息，使用6σ、質(zhì)量圖等工具對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量進(jìn)行控制；通過(guò)物料kanban傳送物料需求信息，避免待料停工和物料堆積的現(xiàn)象。因此，引入kanban技術(shù)?？梢杂行У貙?shí)現(xiàn)精益MES系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的狀況進(jìn)行控制。

綜上所述，精益MES系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是企業(yè)向精益化發(fā)展的必然趨勢(shì)。要構(gòu)造精益MES，就必須在生產(chǎn)調(diào)度管理、人力資源管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、資源分配和狀態(tài)管理、工序級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃等模塊對(duì)現(xiàn)有MES進(jìn)行擴(kuò)展和深化，在其中集成精益的思想和方法，使之適應(yīng)精益生產(chǎn)的需求。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有MES系統(tǒng)架構(gòu)的研究，提出了精益MES的概念，構(gòu)建了精益MES的功能模型和信息模型，實(shí)現(xiàn)了MES系統(tǒng)與精益思想的集成。