集成环境下的车间生产系统

1 概 述

    在世界经济一体化的今天，制造企业面临的是激烈的市场竞争。但其核心表现在产品创新和管理创新上。向管理要效益，是不容回避的课题。为此目的，必然要求企业在最短的时间内，迅速完成观念更新、方法更新及手段更新。实现企业资源的信息化管理，是现代企业必经之路。企业能否对市场做出快速响应，取决于企业信息化管理的集成度。企业管理中的任何一块“短板”，都可能为企业带来灾难性的后果。当前，众多企业都在上ERP系统，但无论是采用国外或国内的软件，功能大多停留在企业的上层管理功能上，与车间管理产生了断层。产品是制造出来的，车间层在生产过程中能否对制造计划、生产进度、质量、物耗、成本等信息实施有效管理，将直接影响企业的经营决策和企业效益。沈鼓集团伴随ERP应用范围和水平的提升和企业网络化的普及，为车间生产管理与ORACLE ERP系统有效集成，提供了拓展平台。

    企业管理数字化分为两个层次，上层和底层。上层包括：销售、采购供应、财务、计划（产品计划、投产计划、物料需求计划、进度计划等）、产品结构数据、工艺流程等管理模块；底层是对车间生产执行层的管理，包括任务下达、生产动态数据的采集与反馈。离散制造企业的管理模型和软件构成与流程制造企业也有着较大的区别。在流程制造业可以实现自动采集底层数据，经由车间制造执行过程的管理软件MES（Manufacturing Execution System）处理后向上层生产计划管理软件MRP厄RP系统报告计划执行信息，从而实现企业的数字化管理。但是，离散制造企业的底层基础数据主要靠人工录入。因而，将离散制造业的企业管理分为两层，上层是生产计划管理，底层是车间制造执行过程的管理。上层解决“生产什么？生产多少？”的问题，底层解决“如何生产？”的问题。

    我国离散制造企业上层生产组织与底层车间制造执行之间的脱节现象十分严重。在为数不多的应用MRP／ERP生产计划管理系统的企业中，同时应用车间制造执行MES系统的企业可谓凤毛麟角。成熟的离散制造业MES商品软件尚未面市。上层生产计划与车间制造执行的集成应用尚无成功案例。这就严重地制约了离散制造企业生产效率的提高。导致企业上层生产计划管理与车间执行层无法进行良好的双向信息交流，也就不能实现生产的动态监控。十多年前流程制造企业MES系统应运而生，目前在发达国家已经普遍推广。而在装备制造业集中的沈阳市甚至辽宁省，绝大多数企业对离散制制造业MES还缺乏认识。沈鼓集团和北方电脑公司经过攻关，实施了基于上层生产计划管理系统的底层车间制造执行系统，在部分车间试运行取得了阶段性成果。

2 企业需求

    我公司是国内研制大型透平压缩机、往复压缩机、泵类产品的龙头企业，是辽宁省及沈阳市装备制造业中的骨干企业。同时又是一个按订单设计生产的典型的离散制造企业，由于70年代引进压缩机技术的机遇，计算机应用已走过了20多年。随着ERP系统的实施，沈鼓集团已具有较为完善的上层生产计划、物料需求计划、投产及相关的管理功能，已成为生产管理不可缺少的支撑平台。但是由于缺少车间底层制造执行过程管理，ERP系统将车间出产计划和生产任务下达车间后，形成了信息中断。生产动态反映滞后，严重地影响了企业的运作。现行的ERP系统产生的生产指令下达到车间后，车间的生产进度、动态信息难以及时控制。上层生产管理需要的信息，都是通过人工统计报表得到。信息滞后，带来了调整决策的滞后。厂、车间两级生产主管，需要借助企业信息化平台，以最直接的方式、最快的速度掌握产品的生产动态，人员、设备能力及负荷，并能根据变化的市场情况及客户要求及时发出调整指令。当企业信息化走到一定程度，信息的断线会制约企业的发展。随着近几年经营指标呈两位数增长，车间制造过程的管理成为制约企业发展的瓶颈。为此，沈鼓集团需要在完成0RACLE ERP功能全面实施的同时，完成与之集成的底层车间生产管理系统的开发与应用。

3 单元MES和集成MES

    美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”。对离散制造企业而言，MEs可以理解为是介于上层生产计划管理和底层数据采集之间的车间制造执行过程管理的计算机系统。
MES大致可分为单元MES和集成MES两种。

    单元MES系统主要是针对某个特定领域的问题而开发的系统，除车间维护、生产监控、资源管理等一般功能之外，还要具有车间计划编制、工艺编制等。明显特点是可以没有MRP／ERP或脱离MRP／ERP独立运行的孤岛系统。整个系统的通用性较弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。

    集成MES系统在功能上已实现了与上层生产计划管理和下层数据采集系统的集成。目前大多应用于流程制造业，如钢铁、化工、电子产品、食品和卫生等行业。虽然，单元MES能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它应用系统集成。集成的MES具有很多优点，如系统与上层MRP／ERP通过关系数据库实现数据共享和集成等。目前在沈鼓集团实施的MEs，由于上层生产计划管理软件和底层MES软件均为北方电脑应用开发公司一家提供的产品，从方案设计开始就是基于信息集成的前提下进行的。

4 离散制造业MES的基本构成

    离散制造业的底层管理是紧紧围绕企业经营目标，不断调整、不断适应的动态过程。每台产品成千上万的零部件都是分散在不同的车间、不同的设备、不同的操作者来完成的。大量的生产进度信息、加工质量信息、设备运行信息、制造成本信息、员工能力及业绩信息等，都是在车间实施产品制造的过程中产生的。如图1所示，离散制造业车间制造执行系统（MES）包括车间层基础数据，计划调度，任务管理，物流管理，资源管理，质量检验，车间生产统计查询，生产监控，成本核算等9个模块。

图1 离散制造业MES的基本构成