金玉山:基于MES与ERP系统的汽车行业生产计划集成

关键词:[中层管理] [领导力] [质量管理] [生产管理] [现场管理] 浏览:1622 发布日期:2016-08-22 网页收藏

  • “ERP系统基本出发点是订单管理、销售预测和物料需求计划等关联问题,能够很好地解决生产计划问题,MES一般接车间层和单元层分级制定作业计划。本文通过对MES和ERP集成研究,使MES系统的生产计划更合理,使ERP系统的数据更及时有效,工作效率更高。

       上个世纪90年代初期,美国先进制造研究机构(AMR)通过对大量企业的调查发现,完善的企业生产管理系统,普遍由以下三种软件构成:以ERP、MRPII为代表的企业管理软件,以SCADA(数据采集与监视)、HMI(Human Machine Interface)为代表的生产过程监控软件,以及实现操作过程自动化、支持企业全面集成的MES软件。根据调查结果,AMR于1992年提出了三层的企业集成模型(如图1所示)。

       1 计划层。也是决策层使用的管理工具,主要应用系统是ERP等。

    图1 三层企业集成模型

       ERP系统的基本出发点是订单管理、销售预测和物料需求计划等关联问题,主要是针对企业资源计划,作历史分析和预测将来要发生的事件。

       2 执行层。使用工具MES(制造执行系统)在计划管理层与底层控制之间架起一座桥梁。

       MES是处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层,为ERP系统和控制系统提供关键联接。MES对生产过程进行实时监视诊断和控制,完成生产单元整合和系统优化,通过控制包括物料设备、人员、流程指令和设施等在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,在生产过程进行物科平衡、制订生产计划实时排产、优化调度,实现了从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理,实现了实时化的ERP/MES过程控制系统的集成一体化

       3 控制层。一线操作人员使用的,以SCADA(数据采集与监视),HMI(Human Machine Interface)为代表的生产过程监控软件。

    ERP与MES系统概述

       生产计划的管理在ERP和MES中都是非常重要的功能和内容。一般情况下,企业的生产计划是由上层管理系统ERP来完成,生产计划在MES和ERP中的不同点在于:

       ERP的生产计划是以订单为对象的前后排列,考虑到时间因素,以日为排列单位,先后日期依据销售订单和销售预测的时间、制造提前期和原材科栗购提前期、库存等因素MRP的逻辑来计算;是基于订单的无限产能计划。

       MES的生产计划以生产物科和生产设备为对象,按照生产单元进行排程;以执行为导向,考虑约束条件,把ERP的生产订单打散,重新计划生产排程,是基于时间的有限产能计划。

       以下是对ERP和MES的分工进行比较从管理范围、管理对象、管理内容、管理时效四个方面来比较:

       1 管理范围:ERP是对整个企业或企业集团业务的管理,而MES的管理是针对车间或生产分厂的。即使是功能最完备的MES系统,对整个企业来说,也只是提供了一个比较狭窄的视角,缺乏管理层管理和决策所需要数据的宽度和深度。

       2 管理对象:ERP是对企业整个运营资源(人、财、物)的管理,强调物流、资金流的统一,也即所谓的“业务财务一体化”;MES的管理则更集中于生产现场资源,即设备、工艺物料等。

       3 管理内容:ERP管理整个企业的内部价值链和供应链,即销售、采购生产、库存、质量、财务、人力资源等。强调所有这些业务的整合,强调计划(销售计划、生产计划、采购计划等)的协调和控制;MES主要管理生产的执行,包括生产质量生产作业调度生产实绩反馈等。

       4 管理时效:ERP对计划和业务管理的时问区段比较宽,以年季、月、旬或周、日为单位;由于对生产现场管控的需要,MES的管理更加细致,管到日、班、小时。在ERP系统产生的长期计划指导下,MES根据底层控制系统采集的生产实时数据,进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。

       MES的生产计划管理和ERP的生产计划管理共同构成了企业整个生产过程的生产计划管理。为了更好地实现生产,必须将MES生产计划管理和ERP生产计划管理有效地结合在一起,使MES与ERP一起构成计划、控制反馈、调整的完整闭环系统,通过接口进行计划、命令的传速和实缋的接收,使生产计划、控制指令、实绩信息在整个ERP、MES、过程控制系统/基础自动化的体系中透明、及时、顺畅的交互传递。

    图2 汽车厂信息系统协作模型

       通过对ERP、MES生产计划的理解,在设计MES的生产计划管理时,必须保证此系统能够实现以下功能:

       计划管理:(1)销售需求和生产计划信息通过MES系统进行传递;(2)生产计划自动编排功能。

       生产跟踪:(1)覆盖SAP生产跟踪范围鲴.细化跟踪内窖:(2)支持VIN码焊装下达生产模式。

       过程质量:建立过程质量管理系统。纵向做到一辆车焊涂总整个生产过程的质量情况统计;横向做到相同工艺质量信息共享。

       数据采集:(1)满足装车结算数据采集;(2)追溯件管理。

       物料拉动:(1)协同生产;(2)物料拉动。

    MES与ERP生产计划管理集成研究

       在汽车整车公司非常强调焊装、涂装、总装三大车间的生产优化计划排程功能,重大影响物料精益、生产准时、低生产成本、生产力性能。生产排程的数据源是从ERP下传的,MES系统需要根据各个不同车间的影响因素来进行优化生产排程,鉴于各个不同汽车整车公司生产模式、具备资源、生产能力差异很大,而影响优化排程的因素非常众多并且是经常变化的,如生产节拍、物料准备,物科性能、质量、生产人员技能、市场导向等等,需要MES系统根据实际情况进行定制开发,系统要求非常灵活、开放,这样才能确保排出来的计划切实可行,计划执行率高。

       目前,采用ERP系统实现物料需求计划或资源计划是企业最常用的一种生产管理方式。ERP形成主生产计划后,在规定的时间向执行层的MES系统发送具体的生产计划,即向MES发出“生产什么”的指示。因此,ERP系统本身不能时时掌握生产动态,对生产情况是通过MES来实现。

       MES与ERP数据交换

       MES与ERP的数据交换必不可少,提供基于S95/B2MML的标准企业连接器来双向交换数据和信息,实现与SAP等主流ERP的数据交换,MES与ERP的交换信息包括两大类,ERP发送到MES的信息和MES反馈给ERP的信息。

       ERP发送到MES的信息包含:

       各车间生产订单、生产订单BOM

       MES反馈给ERP的信息包含:

       车辆上线信息、车辆下线信息、物料消耗、实施效果

       计划管理

       1 生产计划制定

       按定单排产、单台混流的精益生产方式是目前汽车整车生产追求的一种较为理想的生产组织模式。尽管目前从人员成本、生产效率、市场等各个因素考虑,这只是一个目标,但作为信息系统一定是朝着这个方面击设计和布局的。MES根据混流平衡的原则实现排产,并计算出装配过程中各个相关工位所需要的物料信息,实现物科的拉动管理。订单管理将允许方便进行发序的调整(包括改序,插序等)。

       在汽车制造企业中,计划的制定过程如图3所示。首先,ERP根据订单和预测需求,经过对关键工作中心的粗能力平衡,确定出主生产计划MPS;然后,根据生产所用的BOM确定所需物料,同时根据库存状况生成能力需求计划;最后,根据能力需求计划得到车间作业计划和采购计划,用来指导生产和采购作业。由于有了相应的订单和BOM信息,还可在特定的工位进行生产的指导,对于出错的情况进行指导和防错防呆处理。MES计划管理模块可以有效管理混流生产计划,同时可生产计划的执行情况将通过和ERP的接口反馈到ERP中。

    图3 基于MES和ERP系统的生产计划和管理模型

       2 计划的执行和控制

       ERP生产计划后,经过MES的计划调度,并进行合理配置,生成子计划,下发给各生产单元进行生产,MES的监控和数据采集功能实现了对生产计划执行情况的控制:各个监控单元对生产状况进行跟踪,并对影响生产的各个因素状态如物料情况、人力资源、质量检测、设备状态等进行监控,将所跟踪和采集得到的生产情况信息和资源状况信息反馈给谓度室;最后,由调度室对生产计划重新进行调度分配。同时,每个监控单元都有报警系统,当出现异常情况时,报警系统会迅速反馈到调度室,暂停或终止生产计划的执行。MES在监控生产计划执行情况的同时,还生成生产进度分析报告,并将关键信息反馈给上层的ERP。这样,在MES的功能保障下,整个系统实现了对生产计划的有效控制。

    图4 生产过程控制

       车辆跟踪

       在混流生产中,车辆跟踪尤为重要。车辆动态队列是物料拉动和订单跟踪的基础。一般,车辆在车身车间(焊装车间)就开始跟踪,再到WBS,通过涂装车闻,经过PBS重新排序,直至总装车间下线检验结束后,进入成品库。跟踪方式以条形码和射频标签为主。车辆的VIN号是车辆的唯一标识。

       MES有专门针对车辆的跟踪和控制软件,可以实现车体跟踪和车体路由功能。并提供产区内车辆显示功能,通过汇总的条码信息和预先设定的各区域,实时显示不同区域的车辆信息,如显示焊装、涂装和总装车间的在制车辆的信息,如显示下线后的各检修和检查区域的车辆信息。

       车间生产计划和调度方法

       首先总结车间生产实践经验以及ERP下达的生产计划对计划期或预期需求、加工设备和工件工艺特征进行分析,然后确定生产任务的匹配加工资源,进行“工件-设备”的匹配。具体方法是在一个生产周期(-般为一周)里,考虑加工全部工件所需的批量数最少和全部机器的平均利用率最高两方面,对工件加工任务进行类型与数量的分批。其次,在考虑设备、变货期、机器负荷均衡等约束前提下,充分考虑使分配给不同机器的工作量所需的加工时间差别最小和机器上工件操作的工顺序的优化两方面问题进行“工序-资源”的匹配。再次,对计划与调度结果进行仿真分析与综台评价,以此手段进一步改进计划与调度方案,实现ERP与MES生产计划和调度过程的全局优化。主要包括以下两方面的内容:一是对生产率、制造周期、产品混合比变化对生产率的影响、瓶颈与堵塞及设备负荷均衡等进行分析;二是评估、选择轻忧调度策略与作业计划,评估成品与半成品的库存等。若分析与评价结果达到预计要求,则可下达生产指令,否则,调整计划与调度策略,进行再计划、再调度,直到满足要求为止。最后,根据检测监控系统采集的故障与扰动信息对系统作出及时反应,进行实时调度。对制造系统中经常产生的一些不可预见的扰动,例如机器故障、急件的插入等,打乱了原先的作业计划、调度安排,及时根据系统当前的状态,对其资源进行实时动态调度,重新进行规划与仿真。

       实现MES与ERP的整合,关键在于业务流程的优化和整舍以及对所涉及MES和ERP系统的具体分析以充分发挥各系统的优势。近些年来,MES有了新的发展,有的MES系统功能已经非常强大,与ERP在功能实现上有重叠的地方,于是出现了“厚3薄4”和“厚4薄3”(也即重ERP还是是重MES)的说法,这需要我们根据企业的实际业务需要,分析所用ERP系统和MES系统的功能特点,比较在ERP中实现或在MES中实现、或一部分在ERP中实现,另一部分在MES中实现这几种方案分别有哪些优点、哪些缺点,然后决定取舍。比如,生产计划管理在两个系统中都能做,但如果涉及数据采集系统、物料跟踪等,MES在这方面比ERP功能强,MES可以完成生产的排产、物料跟踪、生产状态控制等,根据车间生产的完成情况和物料的消耗情况主动向ERP发出物料消耗请求,满足自动化生产的物料消耗要求;通过在线质量检测,及时把质量数据采集到MES中,使在制品的质量能够及时得到控制:通过监控生产过程,自动纠正生产中的错误或向用户提供决策支持以提高生产效率。

    企业管理专家

                                  金玉山

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