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流程型制造业企业的MES系统设计和实现

[日期:2014-04-08] 来源:万方数据  作者:毛国栋 [字体: ]

  近代科学技术的发展使人类从工业化社会进入了信息化社会,与物资资源一样,信息成为企业的重要资源。信息化是当今企业发展的必然选择,中国铝业股份有限公司作为多金属的国际化大公司,通过开展信息化建设,能够改善产品研发、生产制造、企业管理和商务的各个环节,带动产品、技术、管理的创新,全面提升企业核心竞争力。特别是在逐步实施ERP之后,尽快建立能使计划落到实处的执行系统——中国铝业股份有限公司的MES系统,即生产管理信息系统(下文简称“MES”),构筑实时化的ERP/MES/PCS系统架构,推进实施标准量化管理、成本管理,以对整个生产过程进行优化提高,满足企业持续发展的需要,显得更为必要。

  MES项目通过提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境,控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源,在统一信息平台上集成诸如计划排程、生产调度、质量控制、设备管理、能源计量、文档报表等功能,从而建立最适合企业发展的新的管理模式,实现生产决策信息化、智能化,生产过程数字化、自动化,推动企业降低成本、增强效益、不断提高产品质量和服务质量,为中国铝业股份有限公司成为科技含量高、资源配置优、环境污染少、国际竞争力强的新型工业企业奠定坚实的基础。

  1.项目背景和意义

  1.1 MES的发展历程

  MES是美国管理界上世纪90年代提出的新概念。美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)通过对大量企业的调查发现现有的企业生产管理信息系统普遍是由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件、以DCS、SCADA等为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化、支持企业全面集成的模型MES软件群组成。根据调查结果,AMR于1992年提出了三层的企业集成模型。

  MES的产生源自工厂的内部需求,传统的MES(T-MES)就是从70年代的零星车间级应用发展起来的。20世纪80年代后期,随着计算机技术和网络技术的迅速发展,流程工业控制中出现了多学科间的相互渗透与交叉;同时,信号处理技术、计算机技术、通信技术及计算机网络与自动控制技术的结合使过程控制开始突破自动化孤岛模式,出现了集控制、优化、调度、管理和经营于一体的综合自动化新模式。MES就是这种新模式下的一项重要技术和应用。MES适用于不同行业(石化、钢铁、家电、汽车、通讯、IT、医药),可以将数据信息从生产现场取出,由操作控制级送达管理级,通过连续信息流来实现企业信息全集成。

  由于MES在产品计划到成品产出的整个过程中,扮演生产活动最佳化的“信息传递者”的角色,MES必然要具有多种功能并且能够同时为生产、质检、工艺、物流等多个部门服务,这就决定了MES的结构设计必须满足以下原则:

  ①MES应该是一个分布式的计算机系统。

  ②MES系统能够与企业的其他制造信息系统相连接,从而提供高效的企业管理功能。

  ③“它以生产行为信息为核心,为企业决策系统提供直接的支持”。(MESA 1997)

  1.2 国际上先进制造业企业管理模式

  20世纪90年代以来,经济全球化的趋势日益明显,信息技术的发展极为迅速,市场环境发生了根本性的变化。客户驱动已成为市场的主要特征,信息技术正在向以服务为主的信息管理进行变革。在信息技术的发展方面,企业资源计划ERP得到广泛推广和应用。在ERP发展的同时,供应链管理SCM、客户关系管理CRM也在迅速的发展。

  在制造行业中,为了实现生产的有效控制和管理,低成本、高品质、高效率的生产运作成为制造业赢得市场的关键,其要素涉及到基于时间的竞争、质量、价格、协同服务和环境。现代企业生产管理以制造执行系统MES为核心,将企业资源计划ERP和过程控制系统有效的结合,其发展结合了多年以来生产管理理论和技术的发展,包括70年代MRP物料需求计划,80年代JIT准时化生产,90年代TQM全面质量管理、六西格玛管理、BPR业务流程再造和BPM业务流程管理等理念,目标是建立柔性的生产系统,实现网络化生产以及产品和服务的个性化。纵观国际先进制造业,制造执行系统MES已实现了从理念到应用的跨越,并逐渐成熟,得到了较为广泛的应用。如美铝已应用系统建模、动态仿真等技术实现了氧化铝生产的物料动态平衡控制。生产管理信息系统的信息化正成为企业获取竞争优势的重要举措和必由之路。

  2.系统建设的基本思路和目标

  随着信息化建设的推进,管理模式逐步向着国际先进水平靠近,中国铝业股份有限公司适时提出了标准量化管理。标准量化管理为中国铝业股份有限公司应对新的环境、寻求更大的发展空间、“创建世界一流企业、打造铝业百年老店”提供了新的思路、方法、路径。标准量化管理是以流程管理为基础,通过量化、测量和差距分析,实施全过程的持续改进,并保持复制改进效果形成标准,不断循环上升的管理系统,充分体现了“量化为基、标准为本、优化为魂”的特点。MES项目在建设中,融人标准量化的管理理念,力求与企业的发展步调一致,在标准量化管理技术标准的支持下,进行差异分析、持续改进,通过对生产工艺过程的优化管理,降低生产成本,提高产品质量,减少人为因素干扰,实现产能效益的最大化。

  此外,由于中国铝业股份有限公司含有生产电解铝、氧化铝、碳素制品等不同产品的多家分、子公司,怎样做到最佳生产管理,将成为MES建设关注的焦点。生产不同的产品,生产过程的管理必然有差异,但从管理功能上看,都需要生产指挥协调、生产计划排产、生产设备管理、生产运输、生产过程中的物流跟踪、生产过程的数据分析等等。随着企业信息化发展的需要,企业管理的不断强化,信息系统技术的日益成熟,建设MES的条件已经成熟。为了快速、优质、科学地建设生产管理信息系统,提出如下基本思路和目标:

  瞄准国际先进的管理理念和经验,按照国际化上市公司和中国铝业股份有限公司标准量化管理和成本管理的要求,认真作好生产过程的流程分析、生产管理业务分析、生产过程控制系统、数据采集系统的梳理,借助先进的流程排序、建模技术,以生产计划排产、产品订单、生产指挥协调为核心,以标准量化管理为支持手段、以完善生产过程控制系统、优化控制技术为支撑,以及时、准确地采集数据为基准,以绩效考核降低生产成本为目标,建立统一的管理标准、科学合理的生产指标核算体系,做到信息共享、指挥灵活、协调及时、核算科学,从而建设先进科学的、符合中国铝业股份有限公司生产管理实际的生产管理信息系统。

  3.系统实现

  中国铝业股份有限公司生产管理信息系统建设是一个综合性的,其中包括生产管理、网络基础补充完善、数据库建设、与ERP(SAP)系统的衔接、PCS层面的补充完善建设等等。围绕着生产管理,各项内容缺一不可,否则无法实现建设目标。

  3.1 软件系统

  通过建立符合中国铝业股份有限公司生产指挥协调特点的软件系统,对整个生产进行日常的指挥协调,保证中国铝业股份有限公司的生产管理指令、各项生产经济技术指标、绩效考核指标等,及时准确地下发到各个分公司,各个分公司能够根据中国铝业股份有限公司总部下发的各项管理指令、各项经济技术指标、绩效考核指标,分解到各个生产产品的生产单位,各单位再将各项指标分解到各个生产车间,组织生产。同时,中国铝业股份有限公司总部可以借助生产管理信息系统,及时收集各个分公司生产任务的完成情况,各项经济技术指标的完成情况。分公司可以借助生产管理信息系统,实时地收集、显示各生产工艺过程的设备运行情况、工艺技术指标的执行情况、各项消耗指标的完成情况,及时进行生产指挥协调,修正、调整生产工艺技术参数,解决生产过程中发生的问题等等。生产管理的建设内容按照现有的管理模式,将其分成两个部分,其一是生产业务管理,其二是生产过程管理。生产业务管理主要是按专业由上至下的生产业务的管理。生产过程管理主要集中在生产过程的层面,而且针对生产产品的不同,生产过程管理会有差异。在建设生产管理信息系统的过程中需将两个部分有机的融合,生产管理信息系统的重点应该放在分公司的生产业务管理和生产过程管理上。

  软件系统实现的主要功能和内容:

  ①高效的分层授权管理

  管理架构在系统中的体现和部署:实现总部、分公司、分厂、车间班组基层的各级管理层面的授权管理。在总部实现数据的共享和生产的中、长期决策,分公司作为生产控制的协调指挥中心。

  ②管理流程的梳理和标准化

  管理标准在系统中的部署:实现管理职能的梳理优化。实现ISO9000、HSE、计量体系的标准化管理,并在系统软件中得以实现,并具有普适性。

  ③流程职能管理的准确、有效和迅捷

  管理职能在系统中的部署:按照模块划分,按照标准量化的要求,实现管理职能的功能性内容;实现成本控制、物流平衡、设备状态检测、备件库存管理及条码化,仓储的管理优化等。

  ④实施标准量化管理内容

  分析评定在各项管理职能中指标数据按照标准量化管理,对指标进行分级有效管理,在数据可测、准确的基础上,确定采用六西格玛标准控制的指标(指标统计平均值偏移正负1. 5倍标准差)、三西格玛标准控制的指标(指标统计平均值偏移正负2倍标准差)。对主要技术经济和消耗指标数据的六西格玛管理主要以月统计数据进行控制(月采样数据大于30个)。对主要过程和质量数据的六西格玛管理控制按照需要选择实行班、日、周、旬、月数据统计平均的分析、控制。建立按照六西格玛进行控制的指标数据统计平均值波动分级控制需求表,对生产数据、技术数据、质量数据、设备数据、安全环保数据、计量能源数据等数据中能够进行六西格玛管理控制的数据进行梳理评价,确定标准量化管理受控数据,建立受控指标库,在系统实施运行时实现指标控制。

  3.2 基础硬件系统

  生产管理信息系统的正常运行应建立在相应的运行平台之上,其运行平台的基础包括PCS层的数据收集,实际上就是结合生产管理的对象,收集对象所需的各类参数、数据,如温度、压力、流量、电量等各类物理量、化学量。按照现代企业的要求,在生产工艺过程能够收集到的、生产工艺过程所需的信息均在PCS这个层次上完成,使之为生产业务管理、工艺过程管理、企业生产经营管理提供详实可靠的数据,为企业经营决策提供强有力的依据。这就需要对各个相关的生产过程控制系统、数据采集系统进行完善和建设。

  3.3 网络系统

  为保证生产管理信息系统的正常运行,需要有安全、可靠的网络为基础,通过对各相关的网络进行完善建设,打通信息通道,并将管理网络和生产过程控制系统、数据采集系统在物理上通过物理隔离,以保证底层生产过程控制系统的绝对安全。

  3.4 数据库系统

  为保证生产管理信息系统的正常运行,保证生产过程参数、技术数据能够及时地收集到相关的数据存储地,需要建设相应的数据仓库,存放相应的信息,供生产管理人员对生产过程的数据进行提炼分析。

  3.5 与ERP连接系统

  为保证生产管理信息系统起到呈上启下的作用,一方面是将相关的生产过程信息传输到ERP(SAP)系统,以支持SAP系统的有效运行,另一方面需要从SAP系统中获取相关信息,以保证生产管理信息系统发挥积极的作用。

  3.6 视频监控系统

  为了支持生产管理信息系统的运行,及时发现生产过程中存在的问题,需要在各个关键生产工序点、危险源点安装图像收集设备,进行有效监控。同时对意外事件和突发事件也能够及时组织处理,保证生产安全、通畅。

  3.7 其他系统

  包括相应的动力回路、防雷接地系统、机房建设完善等。

  4.结束语

  通过MES建设,实现生产过程的透明化,满足企业管理优化改进的需求。通过对生产现场的实时监控和预警,及时地防止问题的发生。结合生产过程的优化管理和标准量化管理,使生产管理的协调更加通畅,在技术、质量、成本等方面均有不同改善。通过进一步完善现场实时数据的采集、先进控制技术和DCS系统应用,能够获得详细的工艺过程参数和数据,为生产经营管理人员提供了便于统计汇总、偏差分析、历史数据挖掘等有效平台,为流程型制造业企业的决策者和不同层面的管理者提供有力的决策和管理依据,具有很好的发展前景。

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