浅谈多品种小批量生产模式下线缆行业MES建设

丁 然，蒋 伟，焦国涛，许 练

（1.中国电子技术标准化研究院，北京，100007；2.南京全信传输科技股份有限公司，江苏南京，210036）

1 引言

市场竞争的日益加剧，迫使企业纷纷采用精细化的管理手段来加快生产效率、提升产品质量、降低生产成本，MES系统作为实现企业精细化管理的有效工具，已然成为制造型企业实施智能制造的必然选择。相比民品线缆少品种、大批量的相对固化生产模式，军品线缆有多品种、小批量、产品换型频繁、生产异常频发等特点，生产过程中物流、信息流、价值流复杂，生产资源要素配置要求较高，对于MES系统的建设要求因此更高，实现难度更大。

2 MES系统实现范围

多品种、小批量线缆制造业的普遍特征是BOM结构和工艺加工过程较为复杂，具体特征表现如下。

1）基础数据方面，该类企业大多面向订单进行个性化设计和制造，异构数据普遍存在，对于数据在全生命周期各个环节的及时性、有效性、准确性和完整性有较高要求；

2）生产计划方面，尽管很多企业上了ERP系统，但上层计划并不能及时准确传递到执行层，导致计划与执行严重脱节；

3）生产执行方面，各种插单，急单，撤单，各类生产资源短缺的现象时有发生，导致生产过程难以控制，生产交付及时性难以有效保证；

4）生产设备方面，线缆制造对生产设备依赖程度高，生产过程中对应的设备数据需要进行记录及分析，以实现对生产过程的有效追溯与控制；

5）质量控制方面，产品品种繁多，导致检测方案及项目复杂，并且大多依据检测设备。

针对上述特征及问题，线缆制造企业可以通过MES系统，在对公司各个环节生产数据实时采集的基础上，对数据进行跟踪、管理与统计分析，从而进一步帮助公司将工厂生产网络化、透明化、无纸化以及精细化，以达成生产过程有效管控以及工作效率提升的管理目标。

一般线缆行业MES应用范围包括工程基础数据管理（如物料及工艺BOM数据）、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、设备管理、工具工装管理、生产看板管理、生产过程控制、设备数据采集及控制、系统集成、能源及环境智能管控、设备自动化控制等管理模块。MES建设无法一蹴而就，可根据企业自身的情况，包括核心需求关切程度、各管理板块的依赖关系、设备的自动化数字化程度以及项目规划的渐进明细原则，将MES项目进行分期规划，稳扎稳打，逐步实现管理目标，如，

1）一期-基础框架应用：工程基础数据管理、计划排产管理、生产调度管理、质量管理、库存管理、生产过程控制、系统集成；

2）二期-技术管理提升：设备管理、工装管理管理、设备数据采集及控制（若设备具备采集及控制条件，也可考虑放一期）、能源及环境智能管控。

3）三期-智能制造拓展：设备自动化控制及其他智能化、自动化拓展。

3 MES系统建设难点及对策

建设MES系统需要按照信息化管理系统实施的方法来进行推进，主要环节包括，明确MES系统需求及实施范围、厂商选型（若具备研发能力，也可自行开发）、蓝图设计、系统开发建设、系统上线运行。在这个过程中，除系统本身与及企业生产业务的适配难度外，还需注意以下几个方面：

3.1 MES系统边界的划分

企业在实施MES之前，一般都会应用其他信息化系统，如ERP、PLM等，尤其对于ERP，MES在功能的描述上很多与ERP一致，具体功能上也存在一定的重叠与交叉，如果对各个系统没有深入的研究与行业积累，很难进行界定，同时各个系统厂商只会关注各自系统的建设内容，无法站在更高的层面，进行各个系统的范围及职能界定，企业更多的要从对于各个系统的定位及系统擅长领域，并结合行业标杆的成功应用案例，展开规划，以达成各个系统各尽其能，高效衔接。

1）ERP：供应链前端（合同、订单等）、财务核算；

2）MES：生产计划、生产执行数据收集、监控及异常管理、质量管理、设备管理及设备数据采集、生产看板、过程数据统计分析；

3）WMS：出入库管理；

4）CAPP：设计过程及结果管理；

5）PLM：物料库及图文档管理。

建议增加线缆行业生产制造过程，各个系统之间边界划分内容。

3.2 MES基础数据整理

多品种、小批量生产模式下，MES系统对于所需基础数据如物料编码、生产BOM、工艺路线、工艺文件等，数据整理的及时性、规划性以及全面性，依赖程度更高，对于少品种大批量生产，往往可以通过初期导入的方式一次性将基础数据导入至MES，然后反复引用数据，效率高，不易出错，而多品种、小批量生产，物料及工艺BOM会频繁增加及变更，通过手工录入或导入的方式进入MES，效率较低，易出错，无法起到快速指导生产的作用。

传统ERP中对于生产BOM及工艺路线的规划，更多的是从物料需求计划、材料耗用、成本核算的角度出发，往往忽视了计划排产及全过程追溯的要求，导致原有生产BOM及工艺路线的层次结果及细化程度，往往无法满足MES系统计划排产与执行监控的要求，两者存在差异性。基于上述问题与风险，对策如下：

1）对于基础数据管理，建立内部标准化管理体系，规范物料、工序、工作中心、工艺BOM、条码等关键数据的编码规则及命名，加强物料申请流程的有效审核，杜绝一料多码、一码多标准的情况发生。

2）根据线缆行业计划排产及过程全面监控的管理要求，对BOM层次及工艺进行合理拆分及优化，线缆制造不同于普通离散装配行业，其生产过程中，会由多根线芯多次绞合而成，上下游工序间并不是严格的1：1数量关系，也就要求加工过程中包含多股导线或线芯绞合的产品，需将绞合至成缆的各个工序一一进行分层，并设置BOM上下游层级准确数量消耗关系，以满足后续计划排产及完工反馈的数据一致性要求；另外，线缆产品工艺BOM需涵盖生产加工相关所有串行及并行工序，对于工序区分太粗，无法达到全方位过程管控的要求，则需要将工序进行细分，例如多次成缆等。

3）引入成熟线缆行业化PLM或CAPP软件，管理前端产品设计研发及变更过程，结合MES系统多生产全过程追溯的要求，建立细化层级的BOM数据管理模型，通过并建设与MES接口，将设计研发结果，如物料编码、工艺BOM、工艺规程、工艺变更等，实时传递至MES系统，实现设计制造一体化。提升工艺BOM搭建的效率，减少人为参与的数据传递，降低错误发生率，为智能制造MES系统提供足够细度的BOM数据及相关工艺参数的支持，以支持后续生产管理的深化，从而为企业从制造到智造打下坚实的基础。

3.3 MES计划排产优化

多品种、小批量生产模式，对于生产计划要求较高，再加上行业特有的紧急插单、生产变更及异常，大量的生产管理不是依赖计划来控制，督促，协调，而是依赖少数管理人员的经验，生产计划实现率低，对生产执行缺乏指导与监督。企业迫切需要通过MES系统对计划排产进行优化，提升计划排产的合理性与可执行性。在此需求的驱动下，一般会涉及APS自动排产的范畴，实现内容包括，全自动智能排程，快速制定合理，优化的生产计划；自动处理紧急插单，模拟排程，订单交期评估，可视化计划显示与调整等。但是，APS自动排产对于车间管理及行业要求较高，首先需要获取准确全面的运算数据，包括，订单、工单、机台、产能等，尤其对于工序加工时间、设备产能等关键数据，还需要保证一定程度上的确定性要求，否则计算结果有可能会差之毫厘，谬以千里。对照多品种、小批量线缆生产，产品加工设备间存在一定替代性、设备产能受加工工人经验、加工现场异常（如换模、清机等）因素影响，都存在不确定性、紧急插单后影响范围广调整大，这些因素都影响APS自动排产的模型搭建，导致计算出的结果，在一定程度无法直接指导后续计划的执行，这也是APS排产在多品种、小批量线缆生产行业一直难有突破的原因。

针对此问题，建议在MES建设初期，多品种小批量线缆生产企业不要盲目推进APS自动排程，在MES实施过程中，首先要通过引导，降低生产计划对APS自动排程的预期，通过不确定的数据模型，想要计算出确定可靠的数据结果，逻辑上本身就不成立。同时，企业可通过设备技改、提升操作工技能、车间现场6S等一系列管理措施，提升车间加工数据的相对确定性及一致性，如关键的设备产能数据，后续结合MES系统中设备实际加工情况，对订单需求进行产能模拟，计算出产能负荷下所能承载的订单以及各订单工序的初步开完工时间。然后再结合实际情况，采取人机交互的方式，根据模拟结果进行合理调整，最大限度地为计划排产提供有效的参考依据。

4 结语

MES系统作为智能工厂的基础与核心框架，其建设无法一蹴而就，需要企业长期的努力与变革，MES的应用也不是简单的车间现场软硬件的自动化改造，其根本是运营模式的变化。多品种小批量线缆行业企业应结合各自生产经营实际情况合理推行推进精细化智能管理，既不在落后的管理上搞信息化，也不在落后的工艺上搞自动化，更不在不具备数字化与网络化基础上搞智能化。