文/李鴻奎

（黑龍江立高科技股份有限公司）

制造執(zhí)行系統(tǒng)在嬰幼兒配方奶粉行業(yè)的應(yīng)用

文/李鴻奎

（黑龍江立高科技股份有限公司）

概括介紹目前困擾國(guó)內(nèi)大中型嬰幼兒配方奶粉企業(yè)的生產(chǎn)管理問題，提出了智能制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的概念，針對(duì)該行業(yè)，介紹了MES的各個(gè)功能模塊的功能，為企業(yè)的精細(xì)化生產(chǎn)，自動(dòng)化、信息化兩化融合，管理模式提檔升級(jí)提供了參考。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）；嬰幼兒配方奶粉；生產(chǎn)管理

阜陽(yáng)“大頭娃娃”、三鹿牌“嬰幼兒奶粉事件”等發(fā)生后，國(guó)家監(jiān)管層與消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量安全的關(guān)注度越來越高，陸續(xù)推出了強(qiáng)制性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)，企業(yè)也相應(yīng)地對(duì)環(huán)境設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、檢驗(yàn)檢測(cè)方法等進(jìn)行改造和提檔升級(jí)，但只提高硬件設(shè)施，管理跟不上，也無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前乃至未來的要求。

制造業(yè)再升級(jí)是各國(guó)提振經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)戰(zhàn)略，德國(guó)提出了“工業(yè)4.0”，美國(guó)倡導(dǎo)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，而中國(guó)制定了“中國(guó)制造2025”。在這種情況下，企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身?xiàng)l件，積極響應(yīng)國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，從基礎(chǔ)做起，做好“工業(yè)2.0”及“工業(yè)3.0”，再認(rèn)真理解“工業(yè)4.0”的精髓。

而對(duì)于嬰幼兒配方奶粉企業(yè)，也應(yīng)按照國(guó)家的戰(zhàn)略發(fā)展愿景與發(fā)展規(guī)劃，引進(jìn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。該系統(tǒng)在汽車、電子行業(yè)應(yīng)用的較早，目前在煙草、制藥、石油、鋼鐵、化工、食品飲料等各行各業(yè)均有應(yīng)用，但在乳制品行業(yè)還沒有較為成功的案例。

1 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）定義

M E S系統(tǒng)，即制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES），是由美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR（Advanced Manufacturing Research）于1990年11月提出的概念，將MES定義為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能及時(shí)做出反應(yīng)，并做出報(bào)告，用當(dāng)前準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)和處理。這種對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。

2 嬰幼兒配方奶粉企業(yè)的管理問題

我國(guó)嬰幼兒配方奶粉企業(yè)根據(jù)規(guī)?？煞譃榇笮推髽I(yè)及中小型企業(yè)，但無(wú)論企業(yè)規(guī)模大小，都有共同的管理需求。目前，困擾企業(yè)管理層和生產(chǎn)管理人員的主要問題主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 面對(duì)市場(chǎng)變化莫測(cè)的需求，產(chǎn)品形式不斷地變化，訂單不斷地調(diào)整，如何制定生產(chǎn)計(jì)劃、原材料采購(gòu)計(jì)劃，在滿足市場(chǎng)供應(yīng)的同時(shí)，減少產(chǎn)品、原材料的積壓，有效地降低庫(kù)存，節(jié)省活動(dòng)資金；

2.2 當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃臨時(shí)調(diào)整時(shí)，生產(chǎn)車間如何快速的響應(yīng)，原材料、包裝材料是否能夠及時(shí)供應(yīng)；

2.3 如何保證生產(chǎn)人員操作的標(biāo)準(zhǔn)化、程序化，配方工藝執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)性、一致性，而沒有人為因素或失誤的操作發(fā)生；

2.4 如何保證產(chǎn)品出品率、產(chǎn)品合格率以及原材料的損耗率、物料的平衡率一致、穩(wěn)定，且各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)；

2.5 如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的準(zhǔn)確追蹤溯源，滿足監(jiān)管及公眾的要求，當(dāng)有產(chǎn)品遭到投訴時(shí)，能否根據(jù)產(chǎn)品名稱、批號(hào)，追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過程信息，如原料供應(yīng)商、生產(chǎn)設(shè)備、操作人員、經(jīng)過的工序、生產(chǎn)時(shí)間和關(guān)鍵的工藝參數(shù)等；

2.6 如何保證環(huán)境、產(chǎn)品的微生物指標(biāo)合格、恒定，生產(chǎn)出合格、放心的產(chǎn)品；

2.7 如何保證設(shè)備的最大效能，如何時(shí)刻監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，知道保養(yǎng)時(shí)間以按需供應(yīng)備件；

2.8 如何進(jìn)行能源管理，如何發(fā)現(xiàn)哪里有浪費(fèi)，如何降低能源的消耗，按需供應(yīng)。

2.9 如何管理人員的績(jī)效，如何準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)進(jìn)行量化考核，追究責(zé)任人。2.10 如何管理車間。目前對(duì)車間的管理還主要是靠生產(chǎn)管理人員走動(dòng)和巡視進(jìn)行管理，并沒有做到流程化、標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)車間的每個(gè)環(huán)節(jié)的人員狀態(tài)、設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)、物料信息、環(huán)境條件、生產(chǎn)進(jìn)度、能源消耗等不能一目了然地呈現(xiàn)在管理人員的面前。

2.11 如何實(shí)現(xiàn)上層信息化和底層自動(dòng)化的有效溝通?，F(xiàn)代化的大型企業(yè)管理系統(tǒng)很全面，如企業(yè)資源規(guī)劃管理系統(tǒng)（ERP）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)（SCM）等；生產(chǎn)車間的過程控制系統(tǒng)（PCS）配備的也很齊全，如先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備、自動(dòng)包裝機(jī)、機(jī)械手裝箱機(jī)、機(jī)械手碼垛機(jī)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)等。但上層的信息化與底層的自動(dòng)化之間缺少了有效的、直接的溝通，各個(gè)自動(dòng)化的生產(chǎn)線也是來自不同的廠家、系統(tǒng)，數(shù)據(jù)不能直接采集，形成孤島。

2.12 每天有幾百?gòu)埬酥辽锨埖纳a(chǎn)記錄、運(yùn)行數(shù)據(jù)、庫(kù)存報(bào)表、物料信息、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等需要人員手工進(jìn)行記錄、錄入，而這些數(shù)據(jù)的人工錄入不但在數(shù)據(jù)的及時(shí)性、真實(shí)性、有效性、規(guī)范性等方面存在問題，也消耗了大量的勞動(dòng)力和人力成本，而且生產(chǎn)車間各工段之間的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，如物料信息、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等不能實(shí)時(shí)傳遞，導(dǎo)致了生產(chǎn)的延誤和生產(chǎn)效率的低下。

3 解決方案

基于以上所述，要解決這些問題，就需要有一個(gè)承上啟下、管理生產(chǎn)的系統(tǒng)——MES。

3.1 MES適合什么企業(yè)

MES并不適合所用的企業(yè)。大型企業(yè)有著先進(jìn)的制造設(shè)備，從物料接收到成品包裝都有先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備（PLC、上位機(jī)），先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS），有成型的立體庫(kù)房管理系統(tǒng)（WMS），成熟的信息化管理系統(tǒng)（ERP），有做MES的基本硬件基礎(chǔ)；而中小型企業(yè)不具備全廠的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，或是沒有成型的庫(kù)房管理系統(tǒng)，或是缺少實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，即還沒有達(dá)到“工業(yè)3.0”的要求，因此，很難做好功能全面的MES，只能做MES系統(tǒng)的某一個(gè)功能模塊，如物料防錯(cuò)、投料防錯(cuò)、產(chǎn)品追溯等定制開發(fā)功能。

3.2 MES系統(tǒng)主要配置的功能模塊

食品飲料的流程制造行業(yè)關(guān)心3 個(gè)問題：生產(chǎn)什么、生產(chǎn)多少、如何生產(chǎn)，ERP回答的是前2 個(gè)問題，而MES解決和掌控的是“如何生產(chǎn)、可以生產(chǎn)什么、在什么時(shí)間生產(chǎn)、在什么時(shí)間已生產(chǎn)了什么、質(zhì)量如何、效率如何”。對(duì)于“計(jì)劃”如何下達(dá)到“生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程中變化因素如何快速反應(yīng)給“計(jì)劃”，在“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”之間需要有一個(gè)“實(shí)時(shí)的信息通道”，MES就是計(jì)劃管理層與生產(chǎn)過程控制層之間承上啟下的“信息樞紐”。

針對(duì)嬰幼兒配方奶粉的生產(chǎn)工藝及管理需求，MES系統(tǒng)主要應(yīng)配置“生產(chǎn)流程管理”“稱量配料與物料防錯(cuò)”“車間庫(kù)存管理”“追蹤追溯”“設(shè)備管理”“質(zhì)量管理”“能源管理”“績(jī)效管理”等功能模塊。

3.2.1 生產(chǎn)流程管理

“生產(chǎn)流程管理”主要有“配方管理”“工單管理”“物料平衡”等子模塊。

（1）配方管理

“配方管理”主要管理企業(yè)所有產(chǎn)品的配方升級(jí)、歸檔、實(shí)施，保證在用配方版本唯一，由專門部門發(fā)放，防止配方版本混亂。

（2）工單管理

“工單管理”是根據(jù)ERP下達(dá)的周計(jì)劃、日計(jì)劃而拆解的各個(gè)工段、崗位作業(yè)的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，保證各個(gè)工段作業(yè)的一致性。車間主任或工藝員下達(dá)各個(gè)崗位的工單，領(lǐng)料員根據(jù)“領(lǐng)料工單”進(jìn)行領(lǐng)料；脫包員根據(jù)“脫包工單”對(duì)原料的外包裝袋進(jìn)行脫包，內(nèi)袋進(jìn)行賦碼；配料員根據(jù)“預(yù)混料工單”“稱量分裝工單”“投料工單”進(jìn)行小料的稱量分裝，微料的預(yù)混放大，大料及各種小料、微料的投料等操作；包裝崗位人員根據(jù)“叫料工單”進(jìn)行各種產(chǎn)品的包材、包裝箱的供應(yīng)。

（3）物料平衡

“物料平衡”是以各個(gè)工段為單位，對(duì)物料的投入與產(chǎn)出，自動(dòng)計(jì)算物料平衡率、出品率、損耗率等，并設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)限值，超出限值能報(bào)警提示，并能自動(dòng)生成從原料接收到成品入庫(kù)總的物料平衡率、出品率、損耗率等信息。

3.2.2 稱量配料與物料防錯(cuò)

“稱量配料與物料防錯(cuò)”主要是根據(jù)工單，對(duì)各種物料進(jìn)行條碼掃描與稱量控制，通過原料、包裝材料條碼的唯一性，根據(jù)配方將其進(jìn)行一一綁定。在掃描條碼時(shí)，驗(yàn)證物料的所有信息，如物料名稱、生產(chǎn)廠家、批號(hào)、失效期、檢驗(yàn)合格與否等，保證所投物料品種的正確性，并且通過電子稱確定返回到MES系統(tǒng)的精確實(shí)際重量，驗(yàn)證是否在允許誤差范圍內(nèi)，來控制所投物料數(shù)量的正確性，從而保證產(chǎn)品配方執(zhí)行的準(zhǔn)確性、精確性、安全性。

3.2.3 車間庫(kù)存管理

“車間庫(kù)存管理”是將從物流供應(yīng)庫(kù)領(lǐng)進(jìn)車間的物料進(jìn)行管理，車間內(nèi)各個(gè)原料暫存庫(kù)、冷庫(kù)、小料庫(kù)、配料現(xiàn)場(chǎng)的原料、包裝現(xiàn)場(chǎng)的包裝材料等，都作為“庫(kù)房”進(jìn)行管理，從而使生產(chǎn)車間各個(gè)工段、環(huán)節(jié)的物料狀態(tài)、數(shù)量一目了然，并且通過條碼掃描，實(shí)現(xiàn)物料實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)移，同時(shí)各個(gè)庫(kù)房的物料是一個(gè)動(dòng)態(tài)、平衡的流轉(zhuǎn)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)車間與現(xiàn)場(chǎng)的物料管理的可控性。此外，“車間庫(kù)存管理”可以提供有效期預(yù)警、領(lǐng)用量估算、領(lǐng)用批次提醒（先進(jìn)先出、零頭先出、失效期優(yōu)先等）、庫(kù)位（貨位）管理等功能。

3.2.4 追蹤追溯

“追蹤追溯”可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品追溯的完整性、準(zhǔn)確性、真實(shí)性的要求，與ERP集成，記錄原材料的各種信息，如生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、批次、數(shù)量、版本號(hào)等，追溯物料的源頭；與自動(dòng)控制系統(tǒng)集成，記錄原料罐、配料罐、成品罐、包裝機(jī)等物料的流向，記錄各個(gè)工段生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)追蹤追溯的全面性、完整性，保證譜系數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、真實(shí)。

3.2.5 設(shè)備管理

“設(shè)備管理”可通過對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，獲取運(yùn)行時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、設(shè)備狀態(tài)等，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）和設(shè)備綜合效率做出分析和評(píng)價(jià)，形成量化的指標(biāo)，如設(shè)備OEE、設(shè)備利用率、設(shè)備達(dá)產(chǎn)率等；可有效地管理設(shè)備，了解設(shè)備狀態(tài)，如維修保養(yǎng)、停機(jī)、運(yùn)行、故障、清洗、已清洗、未清洗等，提示何時(shí)維修保養(yǎng)，提供保養(yǎng)備件清單和備件庫(kù)庫(kù)存信息，備件預(yù)警等。

3.2.6 質(zhì)量管理

“質(zhì)量管理”可與實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)（LIMS）進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，直接采集化驗(yàn)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，如各種原材料、半成品、成品的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等，取消人工錄入數(shù)據(jù)操作，減少等待時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期；可與空調(diào)系統(tǒng)集成，自動(dòng)控制環(huán)境的溫度、濕度、換風(fēng)次數(shù)；控制人員進(jìn)出清潔作業(yè)區(qū)、準(zhǔn)清潔作業(yè)區(qū)的規(guī)范流程等。

4 結(jié)論

4.1 嬰幼兒配方奶粉企業(yè)應(yīng)用MES后，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)紙化作業(yè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)批記錄即時(shí)報(bào)表、現(xiàn)場(chǎng)物料追蹤、實(shí)時(shí)品質(zhì)控制、配料及物料防錯(cuò)、實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；可做到系統(tǒng)運(yùn)行“智能化”，體系運(yùn)行“標(biāo)準(zhǔn)化”，過程管控“信息化”，生產(chǎn)監(jiān)控“可視化”，質(zhì)量管控“嚴(yán)格化”，追蹤溯源“一鍵化”，生產(chǎn)記錄“即時(shí)化”，物料數(shù)據(jù)“動(dòng)態(tài)化”；可為企業(yè)縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，降低產(chǎn)品不良率，提高能源利用率，滿足工信部對(duì)智能制造的要求。4.2 MES具有很強(qiáng)的行業(yè)特性，并非所有的功能模塊均適用于所有行業(yè)，不同行業(yè)、不同生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)，甚至相同行業(yè)，都具有不同的管理模式，對(duì)于MES的需求有極大的差異。因此需要不同行業(yè)的具有管理經(jīng)驗(yàn)的人，把生產(chǎn)管理的需求明確的表達(dá)出來，讓做MES的工程人員完全理解該行業(yè)的生產(chǎn)工藝、管理模式，需要有信息化、自動(dòng)化、生產(chǎn)管理人員共同組成的團(tuán)隊(duì)，而且需要一個(gè)既懂信息化，又懂自動(dòng)化，還有行業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)的人來牽頭組織，這樣才能做出一個(gè)好的、適合于企業(yè)的MES，而平臺(tái)與技術(shù)并不是難題，這就是為什么嬰幼兒配方奶粉行業(yè)還沒有一個(gè)成功案例的原因。

李鴻奎（1978-），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，主要從事乳品企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)、咨詢服務(wù)等工作。

2016-07-12）