板材加工的关键--MES制造执行系统

作者：Juergen Kletti博士 Jochen Schumacher    来源：德国BLECH InForm杂志

欢迎访问e展厅 展厅 3 CIO信息化管理展厅 电子商务/企业门户, IT运维管理, 制造执行系统MES, 流程管理BPR/BPM, SOA/SaaS/云计算, ... 对生产流程的持续优化在板材加工中显得越来越重要。因此决策者们不仅仅讨论MDE、BDE和ERP，还非常关注MES系统。与BDE系统相比，MES制造执行系统能够更详细地描述企业的运行数据，并进行更有效地评估。利用MES系统，来自Sauerland的一家中型板材加工企业成功地构建起一套综合信息流程:从机床数据一直到ERP系统。 MES（制造执行系统）这一概念第一次涉及到以前BDE（企业数据采集）系统所没有扩展到的主题。到目前为止，所有系统的前台任务都是采集企业数据。现代化的系统方法定位于以下几个组件之间 ：诸如ERP的基于企业经济方面的系统，机床、工艺装备和生产场地；但是现在的系统却超越了传统的数据采集范畴。这样的方法与大多数员工日常从事的工作背道而驰。如今对生产过程进行控制意味着不仅仅要关注诸如成本、交货期或者质量等方面的影响因素，还需要了解生产设备的实时状态。尽管消息及其透明度是两项非常重要的前提条件，但是相关的工作人员仍然需要借助刀具才能够直接对生产过程施加影响。一个MES系统总是专注于各部门的需求，这一点对于保证成本、交货期或者质量目标而言至关重要。这里主要有两个应用方向： 1、水平方向包括了所有生产过程涉及到的资源（机床、刀具、数控程序、检测规范、材料、人员以及工装夹具）； 2、垂直方向主要收集诸如生产规范、检测规范的基本数据，然后采集各种资源作用于生产流程的反馈数据并传送到ERP、TQM（Total Quality Management，全面质量管理系统）、库存管理以及人员核算系统。 MES系统在水平方向集成了生产管理领域非常传统的三个功能 ：生产、人员以及质量。“生产”功能组包括了BDE（企业数据采集系统）、MDE（机床数据车间系统）、控制室、计划看板、刀具资源管理系统、DNC（直接数字控制技术）以及MPL（材料与生产物流控制系统）等模块，“质量”功能组包含了SPC（统计流程调节）、REK（抱怨管理）以及PDV（流程数据加工）等模块，“人员”功能组包含了PZE（人员时间采集）、LLE（用于绩效工资考核的基础数据整理）、PEP（人员使用计划）和ZKS（门禁控制系统）等模块。MES非常重要的一项功能是ESK（扩展管理）系统，主要用于监控现有各功能组和模块的实时数据，与目标数据核对后及时通知相关用户。 供货期及质量方面的指导具有重要意义 MES系统在水平方向上的能力对用户而言非常有用。首先，这些功能使得用户可以在尽可能小的计划范围内考虑所有的资源。因此，制定计划的人员可以比较容易地安排某些机床在某一时间点满负荷运转，还可以确认这些机床是否已经配备了所需的刀具、数控程序、检测规范、原材料以及已接受相关培训的人员是否能够在生产开始阶段就可以投入工作。其次，还能够在错误发生的第一时间内通知仓库内的用户，使得他们不仅能够迅速发现技术层面的问题，还能够及时了解后勤、物料流、人员以及质量方面所遇到的瓶颈问题。另外，这套系统还能够简化工作流程。举例来说，这套系统允许操作工在一台终端或者PC机上登录或者登出，调用分配给他的工作任务、下载相关的数控程序、获取与质量有关的检验计划数据、或者直接在屏幕上显示工作规范和检测规范。借助这套系统还能够减少准备和工作中断时间，降低IT系统的采购费用。 显著降低数据采集的费用 MES系统在垂直方向上提供了多种接口与机床、水平仪和工业总线连接，可以直接获取生产设备的数据，从而降低数据采集的费用。MES系统能够在线及时评估这些数据，并且为相关的生产部门提供有力支持。此外，MES系统能够支持种类繁多的数据协议，能够按需加工数据，按所需的详细程度压缩数据，并传输给诸如ERP或者库存管理的上级系统。即使是公司层面的需求，例如材料核算、审计、成本核算或者管理都能够及时得到可靠、详尽的数据。上文所述的MES系统功能可以使得生产企业保持很高的透明度。与传统依赖公文进行管理的形式不同，MES系统大大加快了企业的反应速度。采集到的数据经过进一步分析并长时间保存，可以用于实时比较，形成了持续改进的良性循环。对于增强企业的竞争力而言，MES系统是一种不可或缺的重要工具。 板材加工商利用MES得以改进 来自Luedenscheid的Markes & Co.两合公司（www.markes.de）的实例表明板材加工企业能够利用MES系统提高生产效率。Carl Markes于1904年创建了这家公司，主要业务是金属板材的冲裁加工。如今，该公司已经成为整个欧洲范围内滚珠轴承无屑加工领域的领导者。这家公司的成功得益于以下几点：第一，使用了大批现代化的机床，其中包括了机械式龙门冲压机、冲裁-装配自动机床以及压铸机床；第二，在DIN EN ISO 9001质量标准基础上建立了一整套高标准的质量体系；第三，拥有积极向上的员工。该公司采用了来自Grefrath的IBB Berles公司（www.berles.de）开发的企业层面ERP系统。为了获得诸如在工作计划系统内用于预算、结算的工位-节拍时间表（Te）和准备时间表（Tr）等详细数据库，以及进行理论-实际值比对，这家公司开始寻求MES系统。此外，Markes公司还希望借助MES系统提高生产过程的透明度，以期优化生产流程和机床利用率。Markes公司还提出了模块化结构的要求，目的在于使系统可以集成所有必需的功能组；并且能够畅通无阻地进行功能扩展。于是在1998年，Markes公司决定引进由位于Mosbach的MPDV微实验室（www.mpdv.de）开发的“Hydra”MES系统。 MES系统能够及时识别并分析故障 目前Markes公司采用了Hydra系统中的ADE模块采集订单数据，采用MDE模块采集机床数据，采用PZE模块采集人员时间数据，采用ZKS模块采集门禁信息。Hydra系统可以在Windows-NT服务器上基于Oracle数据库运行。操作人员可以获得生产过程的实时信息。ERP系统向Hydra系统下发订单信息，Hydra系统负责安排详细的生产计划。当用户在BDE系统的终端登录后跟踪生产流程，Hydra系统可以依靠ADE模块跟踪订单信息。该系统还能够监控订单的进展并统计每一份订单的所累积的工作时间及工作量。详细的停线时间和停线原因可以由MDE模块生成。Markes公司非常注重每台设备的详细的非工作时间，哪些类型的故障会重复发生，以及生产中断的原因。现在依靠Hydra系统可以及时识别故障和系统的弱点，并制定对策。利用IBM系统可以统计50台以上的机床详细，用于订单决算（实际时间）。Markes公司会详细评估这些数据，将获取的经验用于机床工艺的优化，缩短停线时间，提高设备利用率，改进决算和成本核算。 Markes公司拥有超过25台自动化装配机床。由于机床非常复杂，所以经常发生停线故障。MES系统可以查明并排除停线的主要原因。因此Markes公司在一年以内就将各台机床的设备利用率提高了5%到90%（其中总体上提高了43%）。引进Hydra系统之前，两次故障之间的运行时间只有30分钟，但是到了2000年就已经延长到了45分钟。从2000年到2002年，两次故障之间的运行时间就提高了35%到321%（平均提升了100%）。利用总体工作时间和故障时间的比例可以得到一个数值。目前无需考虑故障形式和分布情况。机床的运行时间原计划提高5%，而实际上已经提高了16%。 在工作时间和奖金之间寻找平衡 Hydra系统中的PZE模块主要用于采集员工的出勤时间，将其传输到IBM的工资结算系统。然后Markes公司使用尤其自身研发的奖金系统，无需复杂的公式和变量。通过对比PZE模块提供的出勤时间和ADE模块提供的合同时间计算出奖金。如果机床发生故障，那么可以使用备机或者提前结束工作。如果这两个方案均无法实施，那么就无法计入工作时间，奖金也会因此扣除。在引进奖金系统之前，设备工时和人员工时之间的平均比率是0.97；在引进奖金系统之后，设备工时与人员工时之间的比率上升了40%，达到了1.36。在金属加工领域获得的经验可以应用到自动装配机床上，所得到的结果是：生产效率提高了37%。 Hydra系统的一大优点是可以在休息时间内继续安排运行（重叠的休息时间），员工也得以继续工作。奖金系统不仅可以充分利用人力资源和设备资源，还可以使其发挥更大的作用。因此，在相同员工数量的前提下，Markes公司能够获得更大的产出。MES系统的其他优点还能使Markes公司继续受益，尤其是在决算阶段。在完成订单后，所有的流程都将重新进行评估，并得出结论。此外，系统维护日程表还能够支持审核功能（DIN EN ISO 9000）。由于机床负担更小，维护时间更短，Makres公司也因此受益匪浅。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/13/2008)