基于工业工程技术的MES 系统导入应用研究

曾田；陈健飞；易晓艳

（①四川现代职业学院制造技术系，成都610200；②成都瑞迪机械科技有限公司，成都610200）

0 引言

近年来，国内制造企业逐渐由劳动密集型走向技术加资本密集型产业，但大部分传统制造业企业仍具有规模小、信息化程度低、企业管理水平不高的特点，再加上目前市场个性化需求的特点，生产模式已由传统大批量生产转向多规格小批生产，使得制造企业生存更加不易。当市场对产品成本、质量和交期提出更高要求时，具备物美价廉制造能力和现代化管理水平企业的存活几率会更高。

在这样的背景下，企业需提高生产管理水平，实现生产信息化管理。在实现生产系统的信息化管理方面，制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）扮演着举足轻重的作用。MES 系统是能通过信息传递从下单到完成成品的全生产过程进行最优化的信息系统技术，主要面向车间层生产管控。因MES 系统强调制造过程的整体协调和闭环管理，可通过连续信息流来实现企业的信息集成，提升企业计划管理层与车间执行层的双向信息交互能力，提高车间活动和生产响应的敏捷性，所以MES 系统近年来在国内外企业中得到了迅速地推广[1]。然而，在针对成都地区企业进行调研的过程中，发现部分企业导入MES系统之后，仅将其用作指令发布的系统，或者直接弃用，完全未发挥出MES 系统的优势。通过对调研结果分析发现：MES 系统导入失败的主要原因有高阶主管支持力度不足、对自身需求缺乏真正的理解、生产管理（尤指精益生产）不到位、执行团队沟通与协调不良等[2]。针对企业MES系统导入失败的问题，本文将采用工业工程（Industrial Engineering，IE）技术提升企业生产管理水平，构建MES 系统导入前必要的生产管理环境，解决导入系统的数据“失真”问题，从而保障MES 系统导入的成功率。

1 工业工程技术

工业工程（Industrial Engineering，IE）是对有关人员、物资、设备、能源和信息所组成的集成系统（Integrated System）进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理和社会科学方面的专门知识与技术，并且使用工程分析的原理和方法，对上述系统可能取得的成果予以确定、预测和评价[3]。工业工程一般认为最早起源于美国，F.W.泰勒（1856-1915），被誉为工业工程之父，他通过著名的“铁铲实验”“搬运实验”和“切削实验”，总结了称为“科学管理”的一套思想，并于1911 年发表了《科学管理原理》一书。

工业工程技术在组织实施精益生产过程中运用了程序分析、动作分析等方法使生产标准化（含作业标准化、时间标准化、动作标准化等），以达到适宜企业的精益生产要求，不仅能够有效地分析作业流程及人员动作，得出最节省作业时间且兼顾降低劳动强度的动作，还能准确地完成生产数据的采集，协助管理者对生产实施精准的动态管理，能极大地提升企业生产管理水平，为企业后续实现生产系统的信息化管理打下坚实的基础。

2 MES 系统

国际制造执行系统协会对MES 系统的定义：MES 能通过信息的传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理，对于工厂发生的实时事件及时做出相应的反应和报告，并用当前准确的数据进行相应的指导和处理[4-5]。MES 系统能够实现生产组织全过程中技术准备、生产计划及调度、产品加工、资源保障等部门的信息共享与协同工作，保证资源合理地配置和调度，不仅能提高生产能力，还能实现业务流程的可视化，促进业务流程的持续优化。因此，很多企业开始建设数据采集系统，加大了MES 系统的应用力度，促进了制造业企业的信息化管理水平，而MES 系统也成了制造业实现信息化管理的必然选择[6-8]。

3 构建MES 系统导入方法

3.1 国内制造企业MES 系统应用现状

MES 系统引入国内已有好些年，但因价格等因素，只有大型制造企业应用，大部份的中小型制造企业因缺乏企业资源，使其在信息化手段的运用上，往往落后于大型企业。此外，企业在导入MES 系统前须进行需求分析以及对其进行应用研究，并提出生产制造执行中关键问题的解决办法和MES 系统应用方案，以保障MES 系统导入的成功率，在这个过程中，对企业的生产管理水平提出了较高的要求。因此，在国内中小型制造企业中MES 系统的使用率远低于国外欧美中小型制造企业[9-10]。

3.2 MES 系统导入失败的原因分析

根据调研及资料查询结果[2]，罗列出如表1 中MES 系统导入失败的原因，并按照失败原因进行分类，主要分为企业资源性因素、人为操作因素以及内部管理性因素，其中企业生产管理水平对MES 系统是否导入成功影响重大。

表1 MES 系统导入失败的主要原因及其类别

3.3 构建MES 系统导入方法

针对企业生产管理问题，在企业引入MES 系统之前，采用工业工程技术，组织企业实施精益生产，确保MES 系统实现数据的精准采集与发布，从而保障MES 系统的成功导入。

首先结合企业的生产特点，采用工业工程技术对生产作业人员的作业动作、作业时间、作业路径、生产设备作业时间、物料来源、物料使用方法、产品生产及装配工艺流程、作业环境等进行现状调查，根据调查结果，确定适宜的生产模式，比如将推动式生产改为拉动式生产、将批量单工序生产改为单元生产等。其次，结合优化后的生产模式优化整个作业现场的布局，做到工具“三定”（定位、定品、定量）和物料运输距离短等要求，最后采用程序分析和动作分析对作业内容及其动作进行优化，去冗简繁，对作业顺序进行重组，遵循动作经济原则，分析并优化作业员的作业动作，对作业员的动作数量、动作时间、动作距离、作业现场布局进行标准化，形成一套标准化的精益生产管理模式，构建出MES 系统导入前必要的生产管理环境。

在这样的条件下，可将生产工序、标准工时、标准人数、标准生产周期等同时导入MES 系统，确保MES 系统能够实现数据的精准采集与发布，协助管理人员实时动态调整，从而保障MES 系统导入后的正常运行。

4 某企业MES 系统导入案例

4.1 案例企业现状调查

案例企业为汽车行业配套厂家，属于制造行业典型的中小型企业，产品质量和交期原本就是其瓶颈，再加上近两年汽车市场基本饱和，同行竞争压力较大，案例企业产品销售增长较难，所以案例企业迫切地想挖掘自身潜力，实现降本增效。此外，案例企业生产管理存在如下主要问题：①采用多规格少批量集中生产模式；②现场布局不合理，物品摆放混乱且物料转运距离远；③作业指导书不够详尽，现场作业手法与文件规定内容存在较大差异；④生产计划依据经验制定，无足够的数据支撑；⑤紧急插单或制令变更时，容易出现计划混乱。

根据现状调查结果可知，目前企业的生产管理环境无法满足MES 系统导入前的工作准备要求。

4.2 案例企业某产品工艺流程

企业某产品生产工艺流程如图1 所示。首先，生产线管和接头，对线管进行裁剪，满足各规格的长度要求，再组织车间对线管、接头及其它零件进行装配，完成后进行导通检测、外观检查及线束评价，最后包装出货。

图1 案例企业某产品生产工艺流程

4.3 基于工业工程技术的MES 系统导入准备工作

经现状调查后可知，企业采用的是单工序批量生产，每批生产1-500 件产品，瓶颈工序为装配工序。此外，因现场每一个工序生产的品名均不同，甚至存在同一工序生产好几种品名的情况，并且作业员作业手法的不一致导致作业时间不同，所以无法精准地获取每个品名的每一工序数据。

针对上述现状问题，采用工业工程技术完成MES 系统导入准备工作。首先，选取公司批量最大的三种品名采集各工序作业娴熟作业员的作业时间，在采集的数据基础上增大15%，以确保作业时间的适用性。其次，对生产流程进行分析，将单工序批量生产模式更改为单元生产模式，新建一条试用产线，增加检测工装，合并生产工艺流程中的“导通检测”与“外观检查”工序，合并“线束评价”与“包装工序”，设置每个工序间的在制品（Work In Progress，WIP）数量为6。然后，对现场布局和所有工序的作业内容进行标准化，再通过动作分析，优化作业动作，并进行标准化，进而完成作业时间的标准化。通过这样的优化改善后，试用产线较以前产线的平衡率由75%提升至93%，产线每小时的产出（Pieces Per Hour，PPH）数量由19 提升至26，增幅约37%。最后，在完成试用产线的改造后，逐渐地将其他品名转线到试用生产线，甚至扩建产线，完成所有品名的标准化。

表2 MES 系统主要功能模块

4.4 MES 系统导入的程序模块

案例企业导入的MES 系统为“汽车零件制造业MES范本”。该范本是一套针对汽车行业开发的MES 系统软件工具与作业指引，它的主要模块和功能如表2 所示。

4.5 案例企业MES 系统成功导入后的主要收获

①优化规范作业现场，将现场所有活动（含设备、人工、质量管理、维修、现场作业等）纳入MES 系统管理，实现数据化管理，精准掌控生产成本。

②实现自动化排程，快速响应订单变更，响应效率提升近84%。

③精确有效掌握生产进度，并监控质量状况，生成周期由20 天降低为12 天，提升效率40%。

④记录生产状况，改善工程师能够对产线生产状况进行准确判断，分析影响生产效率原因，找出真因，针对真因做出相应改善，提升设备使用与人员作业效率，并有效降低在制品数量约42%，成品库存降低约40%。

⑤数据化绩效评核，有利于企业高层的决策确定。

5 结束语

本文对部分企业MES 系统导入失败的原因进行了分析，针对因企业生产管理问题导致MES 系统导入失败的问题，提出了基于工业工程技术的方法对企业生产管理进行优化改善。首先进行流程分析，然后进行动作分析，再标准化作业流程、作业动作、作业现场布局等，创建MES 系统导入前的必要生产管理环境，最后通过案例应用分析，实现案例企业现场精益生产（生产工艺布局合理化、现场作业动作标准化、作业时间标准化、作业指导书标准化等），不仅保证了MES 系统的成功导入，还帮助企业实现降本增效。在MES 系统应用的基础上，采用工业工程技术不断地改善与提升企业生产管理水平，使企业的生产制造执行和管理效率都有相应的提升，对增强和保持企业在市场上的竞争力具有重大影响。