基于MES的注塑生产过程物料配送方案

    为了提高对市场的竞争能力，适应世界先进制造业的发展趋势，我国的制造业正在大力实施信息化。它包含3层内容：1）以底层控制为核心的基础自动化层；2）以制造执行系统（MES）为核心的运行优化层；3）以ERP为核心的经营优化层。我国企业的底层自动化相当普遍，而目前的信息化主要是实施ERP。但实施ERP的效果并不理想，成功率低，不足20%。原因虽多，但重要的原因之一是缺乏中间的MES。MES是总结MRPⅡ实施成功率较低的教训的结果，实施MES有巨大的需求和经济效益。根据美国MESA（制造执行系统协会）白皮书，采用MES可以平均减少制造周期45%，减少数据录人时间75%，减少生产过程的操作量17%，减少文档及纸介转换量56%，缩短交货周期32%，提高质量水平15%，减少文档、图纸的丢失率57%。因此，实施MES将是我国制造业信息化的重要任务。

    为了适应企业敏捷化的要求，2004年MESA提出了c-MES体系结构。c-MES主要包括8个功能：资源分配与状态监控、生产计划调度、数据采集、操作者管理、质量管理、过程管理、产品跟踪与谱系、性能分析。其中一个重要的功能就是资源分配与状态监控。对于一个复杂的制造系统，如果不能及时地获得生产现场的状态信息，实时地对生产过程进行有效的控制，就会大大降低生产效率和在制品的水平。

    本文以一个复杂的注塑生产系统作为案例，研究其实时状态监控的一个子问题：物料的实时状态监控。为了保证生产中物料的准时供给，同时最大限度地降低物料的库存水平，提出并开发了物料实时集中配送系统。

1 问题的提出

    本文研究的是一大中型注塑生产系统，图1是其生产组织的逻辑示意图。它包含3个注塑车间，分别为大中型件、中小型件和精密件注塑车间，一共有将近20台注塑机，每天耗费塑料原料超过50t。

图1 注塑生产系统的组织逻辑示意图

    注塑车间目前的领料方式是：每一个生产车间都有自己的配料设施，以保证各台注塑机的原料的供给。按照原有的物料供给模式，每个生产车间根据计划部门下达的生产计划，结合制造物料清单（Bill of Materials，BOM）开出领料单，凭领料单到仓库领取物料。此外，当注塑生产过程有紧急插单，注塑生产计划就会发生变动，改为生产急单的任务，之前已领取的物料则被堆放在配料点，形成车间物料库存。

    从上述的描述可以发现以下问题：

    1）由于注塑生产过程可以看作是连续生产过程，从生产一个产品到另一个产品的切换需要相当高的成本和相当长的时间。因此，为了取得最大的经济效益，每一项注塑任务的批量都比较大。而领料单是根据各个注塑任务发放的，每一注塑任务的物料需求量相当大，对于大型注塑件尤其如此。特别是，各注塑机在同一时间内的生产任务不同，而不同的注塑任务所用的原料可能不同。可以想象，按照这种运行模式，如果不能实施有效的控制，就会造成配料现场大量的原材料堆放。这不仅造成现场的阻塞，同时造成大量的原材料库存。需要指出的是，在注塑生产中，原材料的成本占其制造成本相当大的一部分。原材料库存的增大，使得制造成本增加。

    2）注塑生产基本上是按照客户的订单生产，因此，经常会有紧急订单的插入，这就要求经常变更某些注塑机的生产任务。当生产任务变更后，所需要的物料也会随着变更，但是，原来未变更前的生产任务的物料可能已经在生产车间了，这就使得车间存在并不需要的物料，这往往会造成原料的浪费。此外，目前对于每一项注塑任务的原料需求是按照注塑件的重量计算而得，再加上换模材料消耗的估计。实际上，每一注塑件的重量并不完全相等，换模材料消耗更是估计的，因此，有时需要追加物料，而另一些时候会出现领料的多余，这样造成不能按照需要供料，同时造成浪费。

    3）仓库部门缺少生产现场的实时信息，因而在准备物料方面缺乏主动性，有时会出现注塑车间的人来领料时，才发现该物料欠料或现有的数量不足以满足注塑车间的要求，从而导致注塑部门停工待料，或生产延误。

    为了克服上述问题，我们设计了基于实时生产状态监控的物料配送系统，达到了良好的效果。