王昕燕

摘要：本文通過對注塑企業(yè)的特點和生產(chǎn)管理問題的分析，探討制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）在注塑企業(yè)生產(chǎn)管理中的應(yīng)用的可能性，并設(shè)計了實現(xiàn)MES基本功能的途徑。本文分別介紹了基于MES的生產(chǎn)準(zhǔn)備，試生產(chǎn)，官方生產(chǎn)和包裝的生產(chǎn)管理方式，以及幾種處理MES收集到的數(shù)據(jù)的方法，以期提高注塑企業(yè)生產(chǎn)與物流效率，為公司帶來更多的經(jīng)濟效益。

Abstract： This paper explores the possibility of Manufacturing Execution System（MES） in the production management of injection molding enterprises by analyzing the characteristics of injection molding enterprises and production management problems， and designs the ways to realize the basic functions of MES. This paper introduces MES-based production preparation， trial production， production management methods for official production and packaging， and several methods for processing data collected by MES， in order to improve the production and logistics efficiency of injection molding enterprises and bring more economic benefits to the company.

關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）;注塑企業(yè);生產(chǎn)管理

Key words： Manufacturing Execution System（MES）;injection molding enterprise;production management

中圖分類號：F406.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）27-0274-03

0 ?引言

目前，以ERP / PPS為代表的信息管理系統(tǒng)和自動化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造企業(yè)。ERP / PPS側(cè)重于提高企業(yè)資源利用率，提高財務(wù)部門的工作效率，降低庫存。而自動化技術(shù)則致力于以自動化、高效率的工作取代人工的重復(fù)性、高負(fù)荷勞動，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。但這兩種方法之間缺乏溝通的橋梁，導(dǎo)致管理信息系統(tǒng)無法根據(jù)實時生產(chǎn)狀況做出決策，而車間執(zhí)行層又無法有效執(zhí)行上層系統(tǒng)的計劃，這使企業(yè)管理層面對市場變化時無法及時做出策略改變。

MES是介于ERP / PPS和車間執(zhí)行層之間的系統(tǒng)，它不僅是一個收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，也是一個生產(chǎn)調(diào)度和執(zhí)行系統(tǒng)。所有相關(guān)的訂單、設(shè)備、工具、原材料、人力資源的實時信息都被收集并反饋到相關(guān)應(yīng)用程序，因而可以及時糾正異常生產(chǎn)情況——從這一點來看，MES系統(tǒng)的出現(xiàn)使得生產(chǎn)管理上升到了更高的水平。本文以注塑企業(yè)為例，提出了基于MES系統(tǒng)的生產(chǎn)管理優(yōu)化改進方案。

1 ?注塑企業(yè)的特點與生產(chǎn)管理中的問題

注塑成型是典型的離散生產(chǎn)工藝。注塑企業(yè)生產(chǎn)高度標(biāo)準(zhǔn)化，進行的是多品種大批量生產(chǎn)。由于生產(chǎn)的高度自動化的特點，MES可用于注塑企業(yè)以進行生產(chǎn)管理以提高企業(yè)效益。在往常沒有MES的情況下，注塑企業(yè)會遇到很多問題：①首先，注塑產(chǎn)品質(zhì)量差的原因有很多，然而即使知道缺陷產(chǎn)品的特征表現(xiàn)，找出真正的原因也像大海撈針一樣難。②沒有準(zhǔn)確的模具使用壽命記錄，導(dǎo)致工作人員只能被動地進行模具的維護和保養(yǎng)，增加了機器停機損失與維護成本。③由于缺乏相關(guān)記錄，無法追溯產(chǎn)品。④員工有可能錯誤地使用原材料。⑤由于無法獲得準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，管理層不知道產(chǎn)品的真實成本，導(dǎo)致無法對產(chǎn)品科學(xué)地定價。如今，通過在生產(chǎn)管理中引入MES，上述問題都可以得到解決。

2 ?生產(chǎn)模型的建立

為了提高生產(chǎn)的靈活性和注塑機的利用率，一些企業(yè)會將注塑生產(chǎn)工藝和包裝工藝分開。向不同的客戶提供同種的產(chǎn)品時，針對不同客戶的要求，采用不同的包裝方式。為降低包裝材料庫存，企業(yè)在將產(chǎn)品交付給客戶之前才會包裝產(chǎn)品。不同部門之間依靠周轉(zhuǎn)箱實現(xiàn)在制品（WIP）的周轉(zhuǎn)流動，生產(chǎn)模型如圖1所示。

3 ?構(gòu)建MES的基本功能

MES起著橋梁作用，連接企業(yè)中的規(guī)劃層和車間執(zhí)行層。 實現(xiàn)這種效應(yīng)的基礎(chǔ)是MES和其他層之間的數(shù)據(jù)傳輸，以下內(nèi)容介紹了MES在注塑企業(yè)中的數(shù)據(jù)傳輸方法。

3.1 與ERP/PPS系統(tǒng)對接

MES和ERP/PPS之間對接的主要目的是接收工作訂單和技術(shù)參數(shù)。ERP/PPS系統(tǒng)先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為XML格式，然后通過WEB SERVICE[1]或MSMQ與MES進行數(shù)據(jù)交換。

3.2 與車間控制層對接

在注塑企業(yè)中，生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集模式包括自動采集模式和手動輸入模式[2]。

自動采集模式包括條形碼，RFID技術(shù)和OPC。條形碼利用光學(xué)信號來讀取信息，所使用的標(biāo)簽和采集設(shè)備的成本很低。RFID技術(shù)使用射頻技術(shù)，它的讀取器可以同時識別多個RFID標(biāo)簽，但 RFID標(biāo)簽和RFID識別器相對昂貴[3]。生產(chǎn)車間有很多污染源，特別是注塑機和模具會粘油，需要定期清洗。如果標(biāo)簽被劃破、污染，掃描器就無法讀取其數(shù)據(jù)，因此模具和注塑機上不適合使用條形碼，而是配備RFID。同時，標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱也應(yīng)配備RFID以實現(xiàn)快速裝載，領(lǐng)料入庫操作。OPC[4]是一種通訊規(guī)范，它使用OPC SERVER作為協(xié)議轉(zhuǎn)換層以實現(xiàn)OPC SERVER與注塑機和機器人中其他PLC的通信，之后將OPC SERVER讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成XML數(shù)據(jù)格式，通過MSMQ與MES進行數(shù)據(jù)交換。與此同時，OPC CLIENT還可以用于自動化層的實時監(jiān)控和歷史分析。

手動輸入模式。從經(jīng)濟性和可行性來看，手動輸入的方法是收集MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的必不可少的方法。對于無法自動采集的數(shù)據(jù)，可以由員工手動執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作。一些收集方法如表1所示。

4 ?基于MES的生產(chǎn)管理的實施

通過優(yōu)化生產(chǎn)過程，將MES的數(shù)據(jù)傳輸和邏輯處理集成到生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化的高效生產(chǎn)管理。 產(chǎn)品的生產(chǎn)過程可根據(jù)生產(chǎn)模型分為準(zhǔn)備、試生產(chǎn)、正式生產(chǎn)和包裝這幾個階段。

4.1 準(zhǔn)備工作和試生產(chǎn)

準(zhǔn)備工作和試生產(chǎn)是注塑成型的必要步驟。 在MES的幫助下，生產(chǎn)準(zhǔn)備過程可以變得快速又準(zhǔn)確，從而提高企業(yè)的整體生產(chǎn)效率、減少不必要的浪費，并且可以起到防呆的作用。 其具體流程如圖2所示。

4.2 正式生產(chǎn)

在正式生產(chǎn)過程中應(yīng)用MES可以使車間實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)，通過電子設(shè)備進行信息傳遞，提高了信息傳輸效率[5]。生產(chǎn)經(jīng)理可以通過MES對實時生產(chǎn)信息的收集和反饋，清楚地了解WIP的數(shù)量、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率等情況?；贛ES的正式生產(chǎn)過程如圖3所示。

4.3 包裝操作

包裝需要考慮不同客戶對產(chǎn)品包裝的不同要求。一個生產(chǎn)工單通常包含多個發(fā)貨任務(wù)， MES需要將對應(yīng)于裝運任務(wù)的成品標(biāo)簽與數(shù)據(jù)庫中生產(chǎn)任務(wù)列表中的半成品條形碼相關(guān)聯(lián)，以使產(chǎn)品獲得可追溯性。 當(dāng)周轉(zhuǎn)箱的容量大于成品箱的容量時，流程如圖4所示。

4.4 異常警示

MES異常警示功能提高了工作人員對事故的響應(yīng)速度，從而降低了事故率及減少了故障恢復(fù)時間，保證了生產(chǎn)的正常運行。如果發(fā)生異常，操作員可以在MES中針對不同的異常進行不同的異常調(diào)用[6]。當(dāng)操作員申請異常警示時，MES將通知負(fù)責(zé)人處理異常并記錄停機時間。MES異常警示可以進行如下分類，如表2所示。

4.5 壽命與期限監(jiān)控

維護保養(yǎng)模具時，操作員需要掃描模具的RFID并記錄操作;當(dāng)操作員完成模具的維護后，MES系統(tǒng)將自動更新其維護壽命。當(dāng)模具的維修壽命或使用壽命達到警告限值時，MES將通知相關(guān)人;當(dāng)模具的維修壽命或使用壽命為0時，MES系統(tǒng)將鎖定模具，使所有相關(guān)操作都不能進行，以預(yù)防生產(chǎn)事故的發(fā)生。

5 ?MES信息處理

5.1 關(guān)鍵績效指標(biāo)（KPI）

注塑公司經(jīng)常采用減少注塑機的數(shù)量，減少模具更換的時間，優(yōu)化模具數(shù)量等方法來獲得更多的流動性，提高其經(jīng)濟效率，這使得設(shè)備綜合效率（OEE）成為注塑公司衡量自身生產(chǎn)管理水平最重要的KPI。在MES的數(shù)據(jù)收集功能的幫助下，可以輕松計算OEE。由于過去數(shù)據(jù)采集功能不完整，導(dǎo)致生產(chǎn)計劃不準(zhǔn)確，使得傳統(tǒng)的OEE計算模型受到限制，并且傳統(tǒng)模型沒有考慮設(shè)備的計劃停機時間。現(xiàn)在，在MES的幫助下，可以采用更完整的OEE計算方法來實現(xiàn)包括生產(chǎn)計劃者在內(nèi)的整個生產(chǎn)管理的績效評估。公式是：OEE=E*A*PR*Q[7]。

E，A，PR和Q如圖5所示。OEE指數(shù)使用MES收集到的數(shù)據(jù)獲得。OEE可以通過車間LED屏幕為所有生產(chǎn)相關(guān)人員提供實時反饋，以便他們能夠及時發(fā)現(xiàn)并糾正生產(chǎn)中的問題。

5.2 作業(yè)成本分析法（ABC）

由于已經(jīng)采集到了生產(chǎn)信息以及人力資源信息，便可運用作業(yè)成本法科學(xué)地算出每一個產(chǎn)品的成本。過去，我國制造企業(yè)采用傳統(tǒng)的成本核算體系，即制造成本法。隨著科技的發(fā)展、技術(shù)進步，導(dǎo)致資本的密集和直接人工工時減少[8]。在這種情況下，如果仍采用制造成本法中的直接人工標(biāo)準(zhǔn)法來分配制造費用，則會導(dǎo)致成本信息失真，不能幫助管理層評估生產(chǎn)活動的結(jié)果。因此設(shè)計了基于MES系統(tǒng)的ABC計算方法：

第一步是確定成本動因。對于不同的運營成本基礎(chǔ)，相應(yīng)的成本動因是不同的。通過分析注塑企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，得出成本動因表，如表3所示。

第二步是結(jié)合MES收集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使用ABC進行成本核算，并根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)訂單獲得直接人工、直接材料和制造費用。

通過上述過程，可以獲得產(chǎn)品成本的核算值，管理層可以由此做出決策，也可以用它作為衡量生產(chǎn)管理水平的依據(jù)。

5.3 產(chǎn)品可追溯性

對于從事汽車制造和醫(yī)療用品行業(yè)的注塑企業(yè)來說，產(chǎn)品具有可追溯性非常重要[9]。基于上述設(shè)計出的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品的可追溯系統(tǒng)可以通過掃描標(biāo)簽集成到MES中。由于在對產(chǎn)品包裝時，MES將半成品RFID與成品標(biāo)簽進行了關(guān)聯(lián)，因此當(dāng)企業(yè)需要追蹤一些產(chǎn)品時，工人可以掃描成品標(biāo)簽，然后MES就會輸出相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)清單、檢驗計劃、操作員、生產(chǎn)時間、模具等信息。當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題時，可以通過MES的追溯功能快速找到造成質(zhì)量問題的原因，以便及時做出應(yīng)對。

6 ?結(jié)論

基于MES的生產(chǎn)管理可以有效地規(guī)范員工的行為和生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率，同時通過審查生產(chǎn)管理KPI進行評估改善，逐步完善企業(yè)內(nèi)部管理標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的進步，注塑企業(yè)的半自動工藝和手工工藝將越來越少，MES的應(yīng)用與發(fā)展將會越來越受到矚目。在不久的將來，MES必將為注塑行業(yè)帶來新的變化。

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