流程企业MES集成生产计划管理系统研究

作者：刘晓冰 崔发婧

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, ... 流程工业主要是指化工、炼油、冶金、造纸、电力等原材料加工和能源工业行业，其特点是对生产原料伴有化学、物理、相变等反应、变化过程的连续加工。我国加入世贸组织以后，流程工业的市场竞争日趋激烈。流程型企业管理受市场影响越来越大，计划的适应性问题愈来愈突出。为了适应市场需求，企业的生产模式由MTS（面向库存生产）转向MTO（面向订单生产）。产品生产呈现多品种小批量的趋势，同时要求产品质优价廉、准时交货和提供优质的售后服务。流程型企业要在竞争中获胜，必须保证在向敏捷化、连续化、自动化生产发展的同时，实行实时高效的生产管理策略。 AMR（The Academy of Management Review）组织于20世纪90年代提出的企业集成模型清楚地描述了ERP、MES和Control层在企业集成信息管理系统中的地位。目前，国内外一些先进的流程型企业都采用了以MES为核心的基于ERP/MES/PCS架构的整体信息化方案。然而，我国流程型企业在综合自动化系统研究与发展中对MES还没有给予足够的重视，技术、装备和管理水平仍较落后，尤为突出的问题是：因缺乏生产计划而造成宏观生产失控以及调度系统不完善而导致实时监控紊乱等，极大地制约了流程工业生产管理水平的提高。 对于流程型企业而言，生产计划系统功能集成中遇到的最大难题便是如何根据多品种小批量的大量订货合同组织生产，包括在不同产品种类、产品规格和交货期需求下订单的聚类组批；生产计划的各种平衡；以及前后工序计划同步化，物流运行准时化；最终达到降低能耗，减少材料损失，缩短生产周期，增加企业效益和市场竞争力的目的。因此，建立满足流程型企业生产过程的MES集成生产计划管理系统，对于提高流程型企业的现代管理水平、降低企业生产成本、增强企业竞争力是至关重要的。 谈到流程工业的MES，就不得不提离散工业的MES。由于行业特点不同，二者存在一些差别。为了更深入地了解流程工业的MES功能模型，本文借鉴国际MES协会推荐的MES功能模型图，给出了离散型企业的MES功能模型。钢铁企业属干典型的流程型企业，故本文以某钢铁企业为例建立MES集成失产计划管理系统，结合该钢铁企业介绍MES的主要功能模型、模型之间的联系、系统开发的体系结构等。在该企业中，MES已经嵌入到整个管理信息系统当中。 一、生产计划和调度模型 根据钢铁企业支持订单和市场预测混合驱动的生产经营理念，建立以入库计划和预测计划相结合的生产计划机制，形成三层的生产经营计划模型：（1）主生产计划表明产成品的出产时问和数量，是高层次的总体计划。经粗能力平衡并考虑库存情况，再考虑任务生产提前期、约束条件、成品库存、工艺文件、制造标准等情况下，制定出主生产计划。（2）物料需求计划是根据主生产计划，计算出订单需要的产品（即钢铁企业的半成品，钢锭、钢坯、钢材等）的开工日期和完工日期以及原材料的提供时间。（3）车间层控制是根据上层下达的月入库计划，进行分厂级的生产调度，把各工序按时间序列细分，确定每项生产任务的完成时间、数量、顺序等信息，把每一项生产任务分配到具体设备上来完成，制定分厂的每日作业计划。这三层生产经营计划对企业的生产管理和执行起着指导和监控作用，保证了以产品类划分为依据的生产物流时间和数量上的平衡。 二、生产计划与其他系统的信息集成 1．生产计划管理与物料管理系统的集成 生产计划是对整个生产流程的指导，它可从总体上对生产中的物料进行调控。物料系统在生产中依据计划的指导数据记录物料实际流动的方向和数量，是合同跟踪和成本核算的依据。 2．生产计划管理与质量系统的集成 物料系统接收生产计划管理系统的指令进行物料的生产和跟踪，生产计划管理系统接收物料系统的完成标识进行下一工序的计划下达，二者互动直至生产的完成。 质量系统根据生产工艺在适当的地方进行质量检验，并将检验结果记录返回给计划，在质量检验中发现不合格产品属于生产中的正常现象，生产计划管理系统可根据不合格品的种类和数量，重新调整计划，如进行物料借用（借用其他同类产品的合同）或补料生产（重新安排生产）等。 3．生产计划管理与基础数据的集成 基础数据主要包括工艺、标准、设备和人事信息等企业固定的信息，为企业的各项业务提供最基本的数据支持。计划排产的根据是每种产品对应的生产工艺路线，因此洋细准确的产品工艺信息是训划正确排产的前提。钢铁产品的生产须严格按照各种标准进行，如冶炼过程中原材料配料需要由标准提供准确的化学成分数据和原料配比，因此标准也是制定和调整生产计划所必需的重要信息。 4．生产计划管理与合同管理系统的集成 生产计划管理系统根据合同的具体要求，确定工艺路线，并对合同聚类分批进行排产，下达作业计划，将合同转换为生产任务；然后对生产任务进行分解，根据工艺的成材率扣除已有库存、计算出每种产品在每道工序的生产需求量，形成物料需求计划；对物料需求计划进行调度与能力平衡，进而形成月生产计划，并标识每个生产号在每道工序的牛产需求量。 为了便于生产中对同类产品的组合生产、降低物料平衡的难度、增加其准确性，系统建立了以产品类号为依据的生产组织模型，减少了由于合同号不同而实际产品相同所造成的生产数据冗余、有效降低了系统复杂性、提高了生产效率。这样可以方便地对各类产品进行物料平衡，保证每一种产品各生产工序的能力平衡。各生产工序能力平衡的目的在于：各个生产阶段要做到有节奏地工作，既要求各生产单元有最优负荷，又使其不超过生产能力，对于每台工序生产设备都要进行能力平衡计算，以便及时根据设备故障和紧急合同插入等生产环境的变化而动态地调整生产计划。 三、系统的开发与实现 下面以MES生产计划管理信息系统的设计和开发为例，介绍系统的开发和实施情况。 1．系统开发体系结构 （1）客户层。由动态Web页面和浏览网页的Web浏览器组成，处理与用户的交互，运行在客户端机器上。（2）Web层。为基于Web的应用程序服务，运行在J2EE服务器上，JSP（Java Server Page）和JavaServlet技术可访问封装有商务逻辑的组件，并负责响应Web客户端的请求。（3）业务逻辑层。由若干个EJB实现，运行在J2EE服务器上，它们封装了业务逻辑，完成企业计算。该层建立在一个强大的分布式计算模式之上，并为其提供多个层次的服务，如事务处理、安全性、资源连接等，程序员用这种模式编写EJB可不关心诸如组件通信、事务处理等底层工作，而只需把主要精力放在业务逻辑的实现上。（4）数据库层。数据库系统存放系统的应用数据，并提供对组织数据的基本存储与访问，J2EE提供了多种技术来访问数据库，如JDBC技术等。 2．系统的实现 这里以日计划下达为例说明系统的实现过程。日计划下达是整个系统的最重要部分，也是MES面向车间生产的具体体现。生产日计划下达主要包括：（1）非炼钢分厂日计划下达。非炼钢分厂工序间无必然联系，工序的独立性较大。因此只需考虑从完成的上一工序往下一工序林达。（2）炼钢分厂日计划下达。炼钢分厂的几个工序具有较密切的联系，它们是电炉冶炼、LF炉、VOD炉和锭型丁序，原材料需经几乎所有的这些土序变成钢水，且提纯去氧，最后浇注成锭。可认为这些工序是一个不可分割的大工序，对这个大工序一起下达计划。选择设备只需选择电炉冶炼的炉号，即可确定同组的其他工序设备。炼钢的首工序—电炉冶炼工序是整个生产过程的开始，所以需要根据月计划进行制定。 3．应用效益分析 集成生产计划管理系统为生产信息化管理提供了重要的手段，加快了对客户的响应速度，降低了企业生产成本。2004年上半年与2003年同期相比，交货周期缩短了20%，对重要用户实现了由按月交货向按旬交货的转变；在制品库存下降了8.6%，内部生产制造周期也缩短10%以上；产品质量异议处理周期缩短了25%，有效地提高了用户满意度。 四、结束语 该钢铁企业MES生产计划管理系统开发与试运行后，取得了显著的经济效益：实现了作业计划编制、物料收发流转、生产统计、质量分析、成本控制和设备能力平衡等管理的一体化，达到了生产作业的优化调度和制造资源的合理配置，为企业缩短制造周期、降低生产成本、提高制造质量、提供有效的信息化手段。这对其他流程型企业的生产管理系统设计开发有一定的参考价值。我国流程工业的制造执行管理还处于起步阶段，这项技术将有着很大的应用空间和广阔的发展前景。(end)

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