安中望，王遠(yuǎn)波，梁朝培，顏菁菁

（1.中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300452）

1 引言

MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）是面向制造企業(yè)車(chē)間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES 在企業(yè)整個(gè)信息化架構(gòu)中承上啟下，是生產(chǎn)過(guò)程PCS 與企業(yè)規(guī)劃ERP 之間信息溝通的橋梁[1]，在企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間信息化管理中發(fā)揮著重要作用[2]。

對(duì)于制造企業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車(chē)間的信息化管理非常重要。MES 能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、清晰地記錄并顯示生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[3]，營(yíng)造一個(gè)良好的生產(chǎn)環(huán)境，保證各部門(mén)的高效協(xié)作，在幫助企業(yè)降低管理成本、提高管理效率的同時(shí)也可以促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。

MES 在應(yīng)用于不同行業(yè)的過(guò)程中，由于制造工藝及制造管理流程的不同，功能模塊的運(yùn)行邏輯差異較大[5]。因此MES 的設(shè)計(jì)都是采用個(gè)性化定制，這就需要MES方案設(shè)計(jì)者對(duì)企業(yè)車(chē)間信息化管理現(xiàn)狀及車(chē)間管理人員的需求進(jìn)行深入調(diào)研和分析，以此作為方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2 車(chē)間生產(chǎn)管理現(xiàn)狀

生產(chǎn)計(jì)劃依靠Excel 文檔制作，郵件方式傳遞。生產(chǎn)進(jìn)度依靠線(xiàn)下人工統(tǒng)計(jì)，在生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)執(zhí)行之間缺少有效的信息共享，無(wú)法實(shí)時(shí)掌控車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)度。

沒(méi)有嚴(yán)格推行物流、信息流、責(zé)任流三流合一的機(jī)制，物料的領(lǐng)用為人工在倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)取，缺少物料領(lǐng)用和交接等相關(guān)單據(jù)記錄。制造過(guò)程中對(duì)于物料的消耗缺少記錄，車(chē)間物料情況不透明，不利于公司對(duì)物料消耗成本的統(tǒng)計(jì)。

檢驗(yàn)過(guò)程由人工根據(jù)紙質(zhì)檢驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果手動(dòng)寫(xiě)入檢驗(yàn)記錄表，檢驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行有效利用，不利于控制產(chǎn)品的穩(wěn)定性。套管未實(shí)現(xiàn)追溯管理，無(wú)法進(jìn)行后期質(zhì)量追蹤。

人工通過(guò)上墻的設(shè)備維保計(jì)劃定期進(jìn)行設(shè)備維保，時(shí)常發(fā)生設(shè)備維保不及時(shí)現(xiàn)象，缺少維保記錄。設(shè)備進(jìn)行維修后，缺少對(duì)維修過(guò)程的詳細(xì)記錄，無(wú)法建立完善的設(shè)備檔案，缺少設(shè)備易損配件的管理。

上述問(wèn)題存在于多數(shù)套管制造企業(yè)，本文將根據(jù)上述現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)出一套信息化、智能化、精益化的MES，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)訂單快速處理、產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)記錄及呈現(xiàn)、異?，F(xiàn)象快速響應(yīng)等需求。

3 車(chē)間MES 需求分析

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理方式優(yōu)化，改善生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況不透明現(xiàn)狀，解決從編制、下達(dá)到反饋完全依靠人工傳遞，效率低、反饋滯后、設(shè)備的負(fù)荷不均等問(wèn)題。通過(guò)以現(xiàn)場(chǎng)為中心的協(xié)同作業(yè)機(jī)制提高生產(chǎn)效率；通過(guò)工單數(shù)字化流轉(zhuǎn)提升作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平；通過(guò)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理可執(zhí)行下達(dá)到車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)計(jì)劃，并對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行管控。

根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃要求，動(dòng)態(tài)制定合理的生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃。借助信息化手段快速的完成物料配送，減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，降低物料配送成本。實(shí)時(shí)跟蹤指令的執(zhí)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)物料信息透明化、實(shí)時(shí)化，提升配送的精準(zhǔn)度，確保及時(shí)生產(chǎn)運(yùn)輸。實(shí)現(xiàn)對(duì)原材料和成品進(jìn)行全面完成的管理，使管理者及早掌握庫(kù)存狀況，以便對(duì)庫(kù)存過(guò)剩、庫(kù)存短缺及時(shí)處理。實(shí)施全過(guò)程質(zhì)量的跟蹤，通過(guò)質(zhì)量控制，確保整個(gè)過(guò)程穩(wěn)定受控，有效促進(jìn)質(zhì)量的改進(jìn)，管理的范圍包括過(guò)程檢驗(yàn)和最終檢驗(yàn)。為設(shè)備及其各個(gè)部件單獨(dú)制定周期性保養(yǎng)計(jì)劃或臨時(shí)保養(yǎng)計(jì)劃，監(jiān)控保養(yǎng)計(jì)劃的執(zhí)行情況，有效的提高設(shè)備管理的效率。針對(duì)設(shè)備故障及時(shí)向責(zé)任人員發(fā)送通知，保證設(shè)備維修時(shí)效性，盡量減少故障時(shí)間。對(duì)車(chē)間異常事件報(bào)警處理機(jī)制進(jìn)行管理。利用看板顯示車(chē)間的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，便于管理者隨時(shí)觀看數(shù)據(jù)。

4 車(chē)間MES 方案設(shè)計(jì)

MES 通過(guò)與PLM 集成，獲取設(shè)計(jì)圖紙、制造BOM、工藝信息等數(shù)據(jù)，作為MES 運(yùn)行的核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。MES 整體運(yùn)行流程圖如圖1 所示。

圖1 MES 整體運(yùn)行流程圖

MES 通過(guò)與ERP 集成，獲取生產(chǎn)訂單生成生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃編制產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃，計(jì)劃員將日計(jì)劃下發(fā)至生產(chǎn)線(xiàn)各工位。日計(jì)劃下發(fā)后，MES 根據(jù)制造BOM生成所需的物料配送計(jì)劃（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“配送計(jì)劃”），并發(fā)送至WMS；WMS 出庫(kù)時(shí)將出庫(kù)信息隨接收到MES的配送計(jì)劃回傳至MES，MES 進(jìn)行物料接收確認(rèn)；物料確認(rèn)接收后，MES 開(kāi)始對(duì)整個(gè)制造過(guò)程進(jìn)行管控；日計(jì)劃完成后，MES 生成完工入庫(kù)發(fā)送至WMS，WMS 進(jìn)行成品入庫(kù)作業(yè)。

4.1 生產(chǎn)計(jì)劃管理

MES 根據(jù)生產(chǎn)訂單生成生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)計(jì)劃員對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行確認(rèn)，并將已確認(rèn)的生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)。當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃需要進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可對(duì)計(jì)劃狀態(tài)下需要調(diào)整的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，如不是計(jì)劃狀態(tài)需從當(dāng)前狀態(tài)退回至計(jì)劃狀態(tài)。

計(jì)劃員對(duì)已下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃編制生產(chǎn)天數(shù)，MES 根據(jù)交貨期、計(jì)劃數(shù)量、產(chǎn)能等條件并考慮廢品率生成產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃，生產(chǎn)計(jì)劃員對(duì)產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃進(jìn)行確認(rèn)，并將已確認(rèn)的產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃下達(dá)。當(dāng)產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃需要關(guān)閉時(shí)，對(duì)于已開(kāi)工的日計(jì)劃可在完成規(guī)定數(shù)量后進(jìn)行凍結(jié)并關(guān)閉，對(duì)于未開(kāi)工的日計(jì)劃退回至確認(rèn)狀態(tài)后進(jìn)行關(guān)閉。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理

調(diào)度接收產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃后，創(chuàng)建物料的要料申請(qǐng)，物料配送至產(chǎn)線(xiàn)后，現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行物料接收確認(rèn)，形成物料在制賬。MES 接收生產(chǎn)線(xiàn)首工位上線(xiàn)信號(hào)后，啟動(dòng)作業(yè)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集記錄全過(guò)程制造信息。MES 記錄螺紋加工完成數(shù)據(jù)，作為一次性合格率報(bào)工依據(jù)。MES 記錄螺紋檢測(cè)數(shù)據(jù)及檢測(cè)結(jié)果，將不合格品做返修處理，記錄探傷、水壓及通徑檢測(cè)結(jié)果，將不合格品做報(bào)廢處理。MES 接收生產(chǎn)線(xiàn)末工位的過(guò)站信息或數(shù)控機(jī)床的完工信號(hào)后，根據(jù)系統(tǒng)中工藝路線(xiàn)設(shè)置的末工位，完成末序報(bào)工操作，形成套管的生產(chǎn)過(guò)站記錄。

4.3 物流倉(cāng)儲(chǔ)管理

MES 根據(jù)日計(jì)劃配置的配送頻次、物料在制賬及產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃生成配送計(jì)劃，由庫(kù)管員根據(jù)配送計(jì)劃進(jìn)行備料和配送。當(dāng)發(fā)現(xiàn)報(bào)廢物料/物料短缺時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行物料接收?qǐng)?bào)廢/物料盤(pán)點(diǎn)操作，并更新物料在制賬，同時(shí)生成報(bào)廢/盤(pán)虧數(shù)量的配送計(jì)劃。當(dāng)出現(xiàn)不合格產(chǎn)品時(shí)，如處理結(jié)果為報(bào)廢，現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行報(bào)廢入庫(kù)操作，并更新物料在制賬，同時(shí)生成報(bào)廢數(shù)量的配送計(jì)劃。如結(jié)果不是報(bào)廢，進(jìn)入返修處理流程。套管完工下線(xiàn)后，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)起完工入庫(kù)申請(qǐng)，庫(kù)管員接收到入庫(kù)申請(qǐng)后，根據(jù)入庫(kù)申請(qǐng)單生成入庫(kù)作業(yè)單，并根據(jù)入庫(kù)作業(yè)單進(jìn)行成品入庫(kù)操作。如需退料，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)起退料申請(qǐng)，庫(kù)管員根據(jù)已經(jīng)確認(rèn)的退料申請(qǐng)單生成入庫(kù)作業(yè)單，然后根據(jù)入庫(kù)作業(yè)單對(duì)退庫(kù)物料進(jìn)行入庫(kù)操作。

4.4 質(zhì)量管理

質(zhì)量管理僅用于螺紋參數(shù)質(zhì)量控制，質(zhì)量工程師根據(jù)檢驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)定義具體的檢驗(yàn)項(xiàng)，根據(jù)檢驗(yàn)項(xiàng)制定檢驗(yàn)卡片，并將工位信息與檢驗(yàn)卡片進(jìn)行綁定。質(zhì)量工程師根據(jù)各工序的質(zhì)檢要求設(shè)定檢驗(yàn)規(guī)則，進(jìn)行檢驗(yàn)類(lèi)型配置。當(dāng)工序有質(zhì)檢需求時(shí)，MES 根據(jù)配置的檢驗(yàn)項(xiàng)和檢驗(yàn)規(guī)則創(chuàng)建不同類(lèi)型的報(bào)檢單。在開(kāi)班、更換刀具、換班時(shí)，需要進(jìn)行首檢，質(zhì)檢員根據(jù)報(bào)檢單進(jìn)行首檢，首檢合格后方能進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)。首檢合格后，在制造過(guò)程中車(chē)絲人員進(jìn)行自檢，如果合格則流入下道工序，如果不合格則進(jìn)行返修處理。質(zhì)檢員對(duì)車(chē)絲工序已完工的套管進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)作為終檢，如果合格進(jìn)行完工入庫(kù)，如果不合格則進(jìn)行返修處理，并重新抽樣進(jìn)行檢驗(yàn)，終檢累計(jì)檢驗(yàn)數(shù)量不能超過(guò)已完工數(shù)量。

4.5 異常管理

當(dāng)車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生異常時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員將異常反饋給車(chē)間調(diào)度，由車(chē)間調(diào)度創(chuàng)建異常記錄單，并將異常記錄單發(fā)布提交至異常責(zé)任人，MES 會(huì)記錄異常提交的時(shí)間。異常提交后，若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，異常責(zé)任人未響應(yīng)該異常，MES 會(huì)按照組織結(jié)構(gòu)或者角色層級(jí)，向責(zé)任人的上級(jí)提醒該異常。異常責(zé)任人在接收到車(chē)間提交的異常記錄單后進(jìn)行異常處理，異常處理完成后，填寫(xiě)異常處理單。如果是異常問(wèn)題，則填寫(xiě)異常處理結(jié)果，如果不是異常問(wèn)題，則直接將異常處理單回退給車(chē)間調(diào)度。異常負(fù)責(zé)人提交異常處理結(jié)果后，車(chē)間調(diào)度會(huì)根據(jù)異常處理結(jié)果驗(yàn)證異常是否得到處理，若異常未解決，可再次提報(bào)異常記錄單。若異常解決，則關(guān)閉異常記錄單。

4.6 設(shè)備維保管理

設(shè)備管理員對(duì)設(shè)備的維保規(guī)則進(jìn)行設(shè)定，并根據(jù)設(shè)備維保規(guī)則制定設(shè)備維?？ㄆ?，關(guān)聯(lián)詳細(xì)的維保項(xiàng)目。MES 會(huì)按維保類(lèi)型、維保日歷定時(shí)生成維保任務(wù)。設(shè)備使用者查看已下發(fā)的任務(wù)，并按照要求完成設(shè)備維保，記錄維保信息。設(shè)備管理員對(duì)保養(yǎng)結(jié)果進(jìn)行審核，如維保異常，可進(jìn)行異常反饋。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)設(shè)備集成獲取設(shè)備故障信息，MES 生成設(shè)備故障報(bào)修單，對(duì)故障情況進(jìn)行詳細(xì)描述。設(shè)備管理員根據(jù)報(bào)修單創(chuàng)建維修任務(wù)，隨后將任務(wù)指派具體的設(shè)備維修員。設(shè)備維修員接收到任務(wù)后進(jìn)行維修，完成后對(duì)維修信息進(jìn)行記錄。設(shè)備管理員對(duì)維修記錄進(jìn)行審核確認(rèn)，并進(jìn)行驗(yàn)收，若設(shè)備恢復(fù)正常，則反饋給設(shè)備使用者維修完成。若設(shè)備故障沒(méi)有得到解決，則重新提交設(shè)備維修申請(qǐng)單。

4.7 目視化管理

目視化管理主要顯示生產(chǎn)計(jì)劃詳細(xì)信息，包括生產(chǎn)計(jì)劃號(hào)、計(jì)劃開(kāi)始完成時(shí)間、實(shí)際開(kāi)始完成時(shí)間和當(dāng)前進(jìn)度（已入庫(kù)、在線(xiàn)數(shù)量）等信息；主要顯示檢驗(yàn)結(jié)果信息、不合格數(shù)據(jù)、質(zhì)量問(wèn)題top 排行和近一周質(zhì)檢合格率等；主要顯示異常事件、異常發(fā)布人員、異常發(fā)布時(shí)間和異常處理結(jié)果等信息；主要顯示設(shè)備的數(shù)據(jù)采集信息（例如離線(xiàn)、待機(jī)、開(kāi)工等）、設(shè)備利用率等信息。

5 MES 實(shí)施效果

生產(chǎn)計(jì)劃管理模塊可對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃及產(chǎn)線(xiàn)日計(jì)劃施行確認(rèn)、下達(dá)、凍結(jié)、解凍、終止和關(guān)閉等管理職能。施行輸送編制，有效解決了因插單、補(bǔ)單造成的排產(chǎn)混亂現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理模塊實(shí)現(xiàn)了套管制造信息的全面采集?？捎涗浉鞴の粓?bào)工數(shù)量，并與最終報(bào)工數(shù)量進(jìn)行對(duì)比分析，精準(zhǔn)確定每個(gè)工序的實(shí)際工作量，以此判斷產(chǎn)能波動(dòng)原因，對(duì)設(shè)備使用情況進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。物流倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊共同為車(chē)間建立了有效的送料、領(lǐng)料、出庫(kù)和入庫(kù)機(jī)制。依據(jù)套管制造BOM，對(duì)原材料、成品、廢品出入庫(kù)的數(shù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，有效的降低了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提升了物料配送精度。質(zhì)量管理模塊可對(duì)螺紋檢驗(yàn)結(jié)果采集，生成檢驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC 分析，找出產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的原因。異常管理模塊可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生的各種異?，F(xiàn)象進(jìn)行緊急響應(yīng)處理并進(jìn)行過(guò)程記錄。對(duì)異常的發(fā)生原因、處理方式、處理結(jié)果及處理責(zé)任人進(jìn)行閉環(huán)管理。質(zhì)量管理模塊有效解決了保養(yǎng)不及時(shí)，保養(yǎng)記錄混亂現(xiàn)場(chǎng)。管理設(shè)備維修的整個(gè)業(yè)務(wù)流程，對(duì)設(shè)備故障的發(fā)生原因、處理方式、處理結(jié)果及維修責(zé)任人實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理。可視化管理可將套管制造全過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重點(diǎn)呈現(xiàn)在制造看板中，讓生產(chǎn)者管理者隨時(shí)關(guān)注生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)該企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的實(shí)際情況進(jìn)行研究，找出生產(chǎn)業(yè)務(wù)中信息流中斷或無(wú)法記錄的節(jié)點(diǎn)，結(jié)合企生產(chǎn)管理特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)適合于套管生產(chǎn)線(xiàn)的MES，成功實(shí)現(xiàn)了套管制造過(guò)程的數(shù)字化、精益化、透明化管理，為套管制造業(yè)引進(jìn)MES 提供了一套切實(shí)可行的方案。