供应链团队管理订单交付领域的数字化转型——运营层之生产线

执行战略板块阐述了数字化转型工具和整体思路，导出了供应链数字化结构：三端（供应端、生产端、消费端），四层（基础层、运营层、监控层、战略层）。

上一期分享了运营层中的物流上线，今天和大家聊一聊运营层中的生产线控制管理系统MES。

什么是MES系统

MES(Manufacturing Execution System)是制造执行系统，这个系统的核心用户是车间现场管理人员，主要解决车间生产任务的执行问题。

MES国际联合会对其的官方定义是：MES能通过信息的传递对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化管理，对工厂发生的实时事件，及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对它们进行相应的指导和处理。

早在1980年代，美国先进制造研究机构(AMT)就首先提出了MES的概念，90年代初，美国成立了以宣传与推广MES的组织：90年代末，MES国际联合会先后修订和发布了6个白皮书，对MES的定义与功能、与供应链上下游之间的系统接口数据、采用MES的经济性、以及其未来的发展趋势等问题进行了说明。

MES的整体架构

MES系统的服务对象处于供应链的中下游阶段，它的整体架构包括：         

①上下游系统关系

从细节接口上来看，MES的上下游系统相对复杂，但是为了说明逻辑关系，我们从简化的视角来审视。

a.如下图所示，我们把供应链的上下游系统分为产品流、物料流，它们在生产线合二为一变成完整产品交付。

b.无论是产品流还是物料流，它们的源头都是产品定义BOM明细表系统，它既是产品信息的来源，也是物料信息的来源。

c.产品流通过销售客户管理系统，进行销售线索管理和订单录入，然后是订单的管理和排程，输出主计划和详细序计划，然后就来到了生产线的MES系统，承接排程结果进行生产制造。

d.物料流在订单录入后，通过BOM明细表系统的，结合产品订单，分解成物料需求，物料通过供应商生产备货后，通过外部运输TMS、内部仓储WMS和LES执行上线与产品在生产线结合。

②MES的功能模块

MES大概分为六大功能模块，分别是：工艺管理模块、设备管理模块、物流管理模块、质量管理模块、成本管理模块、效率管理模块。这些模块串联在一起，组成了生产线现场管理六要素（人机料法环测）的核心组件。

工艺管理模块

工艺管理模块的主要作用是，记录生产制造过程所需加工参数、需要设备行走的路线路径、使用油漆、辅料的用量，并根据这些记录“指挥”工业设备进行自动化操作的过程。         

①焊接过程

焊接过程主要是对产品结构的构建和“缝合”，这个过程的工艺管理特点是对产品结构选择、焊接强度等工艺的确认。以汽车行业为例，最为典型的是焊接过程中对有无天窗的顶盖、有无带后视摄像孔后盖的选择。通常情况下，

PLC会读取当前车辆的信息，通过车辆VIN码等信息向MES请求车辆结构数据，MES根据VIN码定位车辆订单，同时找到该订单对应的车辆结构信息并传递给PLC，PLC控制机械设备开展顶盖和后盖进行选择性的抓取工作（当然，两种天窗和后盖都是位于线旁半成品料架之上的），然后在设备上安装相应的红外感应装置，来验证抓取的半成品是否正确； 

②喷涂过程

油漆过程主要是对产品外观的颜色喷涂，这个过程的工艺管理特点是对漆种类、颜色的选择，以及机器人喷涂路径的规划执行。以汽车行业为例，最为典型的是喷涂过程中对漆种类和颜色的选择，以及触发对不同颜色切换时喷枪、喷管中上一个颜色的清洗。通常情况下，PLC会读取当前车辆的信息，通过车辆VIN码等信息向MES请求颜色数据，MES根据VIN码定位车辆订单，同时找到该订单对应的外饰颜色并传递给PLC，PLC控制机械设备开展喷涂工作和换洗颜色的工作； 

③装配过程

装配过程主要是对不同配置的模块进行合装，这个过程的工艺管理特点是对连接件拧紧力矩、各种液体加注量、电子电器元件的通讯要求的规定和监控。以汽车行业为例，最为典型的是装配过程中对连接件拧紧力矩的选择，通常情况下，PLC会读取当前车辆的信息，通过车辆VIN码等信息向MES请求力矩要求，MES根据VIN码定位车辆订单，同时找到该订单对应的力矩要求传递给PLC，PLC控制拧紧枪按照规定力矩作业；

④调试过程

调试过程主要是对产品的功能进行验证和检查，这个过程的工艺特点是对电子通讯功能、机械性能、结构强度进行检查。以汽车行业为例，最为典型的是车辆的检电，通常情况下，会有手持MFT对车辆进行检电，然后将检查结果回传MES系统，MES系统进行记录和比对，判断结果的正确性，为车辆是否合格放行做出判断。

设备管理模块

MES系统对设备的管理主要包括三方面：

①设备参数管理

设备参数指的是设备的运行轨迹、加工深度、连续作业时间等信息，这些数据是规定和指导设备远行的底层逻辑，可以通过MES系统进行统一的设计、录入和管理（有的企业设备大多在设备的局域网中自运行，并没有和MES打通，不便于统一的管理和策划）；

②设备状态监控

设备状态监控指的是设备的实时运行参数展示，如电流电压的稳定性、冷却水的温度、各种压力油的压力和深度、电信号使用过载情况，这些状态反映了设备的健康状态，可以同步至MES系统中做实时过载报警管理、以及问题时候追溯和分析；

③设备维护保养

设备维护保养指的是通过对设备使用周期的记录和测算，系统性地提醒维修保养周期、频次、内容。除此之外，还有通过对设备振动性、电流电压稳定性、力矩大小等信息，做出预测性判断，提供预测性维修的支持。

物流管理模块

物流管理在MES中的应用分为两部分：         

①产品流动管理

产品流动管理指的是对产品的流向进行调整、对产品的秩序进行保障，尤其是在产品生产线的传输机构中，MES会根据管理者的需要，写入一些控制逻辑，每次在执行任务前，PLC都会向MES请求控制指令，MES根据写好的逻辑发出指令，PLC快速执行，例如多巷道机械化传输机构的先进先出保障，明确入口位置的产品进入逻辑、以及出口位置的产品排列逻辑；

例如立体库的产品流秩序纠偏逻辑，库内的堆垛机如何存储、以及如何抓取产品发出，对生产计划起到还原的作用；

②物料流动搭接

物料流动搭接指的是在物料配送的最后一公里，往往是获取的MES系统的生产信号，提早几十个工位向物料存储站点发出要货指令，从而使物料的配送更有节奏、更符合生产线消耗的速率和频次。

在我们之前的文章《供应链团队管理订单交付领域的数字化转型——运营层之上线》就提到了，厂内物料的流动上线，需要调用生产线MES系统的过点数据，这些数据在经过排列和拆解以后，形成了对物料配送需求的指令，这些指令的特点是极其贴近生产线的需求，对变化也很敏感。

质量管理模块

MES中的质量管理包括：         

①质量目标设定

在MES中设定不同产品的质量控制目标，比如表面光泽度、强度、抗拉伸度、颜色偏差度、疲劳极限等，它的作用是为后续的偏差对比提供基准；

②质量数据收集

通过分布于生产线的传感器，当产品通过时测量它的表面、内部、电流电压等属性得到质量数据，它的作用是为后续的偏差对比提供实际数据；

③偏差对比分析

通过将收集的质量实际数据和系统中录入的质量目标进行对比，得出的偏差值大小即可了解质量超差的严重程度，再通过其它参数的横向对比，可以分析问题发生的原因；

④不合格品控制

对于不合格品，MES系统的质量管理模块可以通过建立特征字段识别这一类订单并在系统中将其锁定，被锁定的订单无法打印合格证件，从而暂时无法交付，起到了对不合格品禁止流出的作用；

⑤问题追溯

通过记录不合格品的批次信息，在MES数据库中记载不合格品数据特征，在解决质量问题放行后，如果出现了售后质量问题，可以很好地查找当时的生产线质量状态判定结果、处理过程和放行文档，起到问题追溯的作用

成本管理模块

MES中的成本管理包括：

①成本数据收集

通过底层PLC，收集和成本相关的原始数据，如人员作业负荷情况、设备折旧情况、物料损坏/消耗情况、能源消耗情况等；

②成本计算

在MES中编写对应的算法，针对收集的数据进行成本计算，让人员作业、设备折旧、物料损耗、能源消耗变成直接成本输出；

③对比优化

将计算好的数据与系统中提前预设的标准值、报警值进行比较，超过阈值的需要及时预警，输出分析对比报告，作为现场成本管理方法和手段之一。

效率管理模块

为了更好对生产效率做监控管理，在MES数据库基础上，构建管理者驾驶舱BI，对效率进行计算收集、对比，得出整体工厂运行效率。包括但不限于：订单兑现率、产量完成率、在制品资金占用、产品通过时间偏差、综合开动率等等方面。

①订单兑现率：实际生产顺序/计划生产顺序，考虑的是订单秩序的兑现，实际生产顺序来源于MES数据库，计划生产顺序来源于APS，关键用户为生产制造部门；

②产量完成率：实际完成数量/计划完成数量，考虑的是产量的兑现情况，数据来源与订单兑现率一致，关键用户为生产制造部门；

③在制品资金占用：生产线未下线产品总数*各环节产品成本单价，考虑的是在制品储备的合理性，数据均来源于MES数据库，关键用户为财控部门；

④产品通过时间偏差：产品实际通过时间-产品通过时间基准，考虑的是产品通过时间的兑现和快慢，关键用户是生产制造部门；

⑤综合开动率：设备正常运行时间+（设备带伤运行时间*带伤系数）/计划内生产时间，关键用户是生产制造部门。