制造执行系统在婴幼儿配方奶粉行业的应用

文/李鸿奎

（黑龙江立高科技股份有限公司）

制造执行系统在婴幼儿配方奶粉行业的应用

文/李鸿奎

（黑龙江立高科技股份有限公司）

概括介绍目前困扰国内大中型婴幼儿配方奶粉企业的生产管理问题，提出了智能制造执行系统（MES）的概念，针对该行业，介绍了MES的各个功能模块的功能，为企业的精细化生产，自动化、信息化两化融合，管理模式提档升级提供了参考。

制造执行系统（MES）；婴幼儿配方奶粉；生产管理

阜阳“大头娃娃”、三鹿牌“婴幼儿奶粉事件”等发生后，国家监管层与消费者对食品质量安全的关注度越来越高，陆续推出了强制性的国家标准及法规，企业也相应地对环境设施、生产设备、生产工艺、检验检测方法等进行改造和提档升级，但只提高硬件设施，管理跟不上，也无法适应当前乃至未来的要求。

制造业再升级是各国提振经济的重点战略，德国提出了“工业4.0”，美国倡导“工业互联网”，而中国制定了“中国制造2025”。在这种情况下，企业应结合自身条件，积极响应国家的发展战略，从基础做起，做好“工业2.0”及“工业3.0”，再认真理解“工业4.0”的精髓。

而对于婴幼儿配方奶粉企业，也应按照国家的战略发展愿景与发展规划，引进制造执行系统（MES）。该系统在汽车、电子行业应用的较早，目前在烟草、制药、石油、钢铁、化工、食品饮料等各行各业均有应用，但在乳制品行业还没有较为成功的案例。

1 制造执行系统（MES）定义

M E S系统，即制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES），是由美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）于1990年11月提出的概念，将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。当工厂发生实时事件时，MES能及时做出反应，并做出报告，用当前准确数据进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。

2 婴幼儿配方奶粉企业的管理问题

我国婴幼儿配方奶粉企业根据规模可分为大型企业及中小型企业，但无论企业规模大小，都有共同的管理需求。目前，困扰企业管理层和生产管理人员的主要问题主要有以下几个方面。

2.1 面对市场变化莫测的需求，产品形式不断地变化，订单不断地调整，如何制定生产计划、原材料采购计划，在满足市场供应的同时，减少产品、原材料的积压，有效地降低库存，节省活动资金；

2.2 当生产计划临时调整时，生产车间如何快速的响应，原材料、包装材料是否能够及时供应；

2.3 如何保证生产人员操作的标准化、程序化，配方工艺执行的标准性、一致性，而没有人为因素或失误的操作发生；

2.4 如何保证产品出品率、产品合格率以及原材料的损耗率、物料的平衡率一致、稳定，且各项指标最优；

2.5 如何实现产品的准确追踪溯源，满足监管及公众的要求，当有产品遭到投诉时，能否根据产品名称、批号，追溯这批产品的所有生产过程信息，如原料供应商、生产设备、操作人员、经过的工序、生产时间和关键的工艺参数等；

2.6 如何保证环境、产品的微生物指标合格、恒定，生产出合格、放心的产品；

2.7 如何保证设备的最大效能，如何时刻监视设备的运行状态，知道保养时间以按需供应备件；

2.8 如何进行能源管理，如何发现哪里有浪费，如何降低能源的消耗，按需供应。

2.9 如何管理人员的绩效，如何准确地采集数据进行量化考核，追究责任人。2.10 如何管理车间。目前对车间的管理还主要是靠生产管理人员走动和巡视进行管理，并没有做到流程化、标准化，生产车间的每个环节的人员状态、设备关键数据、物料信息、环境条件、生产进度、能源消耗等不能一目了然地呈现在管理人员的面前。

2.11 如何实现上层信息化和底层自动化的有效沟通。现代化的大型企业管理系统很全面，如企业资源规划管理系统（ERP）、客户关系管理系统（CRM）、供应链管理系统（SCM）等；生产车间的过程控制系统（PCS）配备的也很齐全，如先进的自动化生产线设备、自动包装机、机械手装箱机、机械手码垛机、自动化立体仓库等。但上层的信息化与底层的自动化之间缺少了有效的、直接的沟通，各个自动化的生产线也是来自不同的厂家、系统，数据不能直接采集，形成孤岛。

2.12 每天有几百张乃至上千张的生产记录、运行数据、库存报表、物料信息、检验数据等需要人员手工进行记录、录入，而这些数据的人工录入不但在数据的及时性、真实性、有效性、规范性等方面存在问题，也消耗了大量的劳动力和人力成本，而且生产车间各工段之间的指导性数据，如物料信息、检验数据等不能实时传递，导致了生产的延误和生产效率的低下。

3 解决方案

基于以上所述，要解决这些问题，就需要有一个承上启下、管理生产的系统——MES。

3.1 MES适合什么企业

MES并不适合所用的企业。大型企业有着先进的制造设备，从物料接收到成品包装都有先进的自动化生产设备（PLC、上位机），先进的实验室信息管理系统（LIMS），有成型的立体库房管理系统（WMS），成熟的信息化管理系统（ERP），有做MES的基本硬件基础；而中小型企业不具备全厂的自动化生产设备，或是没有成型的库房管理系统，或是缺少实验室管理系统，即还没有达到“工业3.0”的要求，因此，很难做好功能全面的MES，只能做MES系统的某一个功能模块，如物料防错、投料防错、产品追溯等定制开发功能。

3.2 MES系统主要配置的功能模块

食品饮料的流程制造行业关心3 个问题：生产什么、生产多少、如何生产，ERP回答的是前2 个问题，而MES解决和掌控的是“如何生产、可以生产什么、在什么时间生产、在什么时间已生产了什么、质量如何、效率如何”。对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快速反应给“计划”，在“计划”与“生产”之间需要有一个“实时的信息通道”，MES就是计划管理层与生产过程控制层之间承上启下的“信息枢纽”。

针对婴幼儿配方奶粉的生产工艺及管理需求，MES系统主要应配置“生产流程管理”“称量配料与物料防错”“车间库存管理”“追踪追溯”“设备管理”“质量管理”“能源管理”“绩效管理”等功能模块。

3.2.1 生产流程管理

“生产流程管理”主要有“配方管理”“工单管理”“物料平衡”等子模块。

（1）配方管理

“配方管理”主要管理企业所有产品的配方升级、归档、实施，保证在用配方版本唯一，由专门部门发放，防止配方版本混乱。

（2）工单管理

“工单管理”是根据ERP下达的周计划、日计划而拆解的各个工段、岗位作业的依据和标准，保证各个工段作业的一致性。车间主任或工艺员下达各个岗位的工单，领料员根据“领料工单”进行领料；脱包员根据“脱包工单”对原料的外包装袋进行脱包，内袋进行赋码；配料员根据“预混料工单”“称量分装工单”“投料工单”进行小料的称量分装，微料的预混放大，大料及各种小料、微料的投料等操作；包装岗位人员根据“叫料工单”进行各种产品的包材、包装箱的供应。

（3）物料平衡

“物料平衡”是以各个工段为单位，对物料的投入与产出，自动计算物料平衡率、出品率、损耗率等，并设定标准限值，超出限值能报警提示，并能自动生成从原料接收到成品入库总的物料平衡率、出品率、损耗率等信息。

3.2.2 称量配料与物料防错

“称量配料与物料防错”主要是根据工单，对各种物料进行条码扫描与称量控制，通过原料、包装材料条码的唯一性，根据配方将其进行一一绑定。在扫描条码时，验证物料的所有信息，如物料名称、生产厂家、批号、失效期、检验合格与否等，保证所投物料品种的正确性，并且通过电子称确定返回到MES系统的精确实际重量，验证是否在允许误差范围内，来控制所投物料数量的正确性，从而保证产品配方执行的准确性、精确性、安全性。

3.2.3 车间库存管理

“车间库存管理”是将从物流供应库领进车间的物料进行管理，车间内各个原料暂存库、冷库、小料库、配料现场的原料、包装现场的包装材料等，都作为“库房”进行管理，从而使生产车间各个工段、环节的物料状态、数量一目了然，并且通过条码扫描，实现物料实时的转移，同时各个库房的物料是一个动态、平衡的流转关系，可以实现车间与现场的物料管理的可控性。此外，“车间库存管理”可以提供有效期预警、领用量估算、领用批次提醒（先进先出、零头先出、失效期优先等）、库位（货位）管理等功能。

3.2.4 追踪追溯

“追踪追溯”可实现对产品追溯的完整性、准确性、真实性的要求，与ERP集成，记录原材料的各种信息，如生产厂家、生产日期、批次、数量、版本号等，追溯物料的源头；与自动控制系统集成，记录原料罐、配料罐、成品罐、包装机等物料的流向，记录各个工段生产设备的关键参数，从而实现追踪追溯的全面性、完整性，保证谱系数据的准确、真实。

3.2.5 设备管理

“设备管理”可通过对设备的数据采集，获取运行时间、停机时间、设备状态等，对设备关键性能指标（KPI）和设备综合效率做出分析和评价，形成量化的指标，如设备OEE、设备利用率、设备达产率等；可有效地管理设备，了解设备状态，如维修保养、停机、运行、故障、清洗、已清洗、未清洗等，提示何时维修保养，提供保养备件清单和备件库库存信息，备件预警等。

3.2.6 质量管理

“质量管理”可与实验室管理系统（LIMS）进行数据集成，直接采集化验、检验数据，如各种原材料、半成品、成品的检验数据等，取消人工录入数据操作，减少等待时间，缩短生产周期；可与空调系统集成，自动控制环境的温度、湿度、换风次数；控制人员进出清洁作业区、准清洁作业区的规范流程等。

4 结论

4.1 婴幼儿配方奶粉企业应用MES后，可实现实时的现场作业管理、现场无纸化作业、实时数据采集、生产批记录即时报表、现场物料追踪、实时品质控制、配料及物料防错、实时设备运行状态监控；可做到系统运行“智能化”，体系运行“标准化”，过程管控“信息化”，生产监控“可视化”，质量管控“严格化”，追踪溯源“一键化”，生产记录“即时化”，物料数据“动态化”；可为企业缩短生产周期，提高生产效率，降低运营成本，降低产品不良率，提高能源利用率，满足工信部对智能制造的要求。4.2 MES具有很强的行业特性，并非所有的功能模块均适用于所有行业，不同行业、不同生产规模的企业，甚至相同行业，都具有不同的管理模式，对于MES的需求有极大的差异。因此需要不同行业的具有管理经验的人，把生产管理的需求明确的表达出来，让做MES的工程人员完全理解该行业的生产工艺、管理模式，需要有信息化、自动化、生产管理人员共同组成的团队，而且需要一个既懂信息化，又懂自动化，还有行业管理经验的人来牵头组织，这样才能做出一个好的、适合于企业的MES，而平台与技术并不是难题，这就是为什么婴幼儿配方奶粉行业还没有一个成功案例的原因。

李鸿奎（1978-），男，黑龙江哈尔滨人，工程师，主要从事乳品企业的工艺设计、咨询服务等工作。

2016-07-12）