MES系统无纸化生产分析和建设思路

MES 系统无纸化生产分析和建设思路2016 年 10 月目录1 无纸化生产理解 31.1 无纸化生产作用 31.1.1 扩展 MES系统的应用范围31.1.2 促使生产者角色的转变 41.1.3 促进生产数据采集的效率 41.1.4 促进工作过程的规范化和标准化 41.1.5 实现单一数据源，确保数据准确完整唯一 51.1.6 促使生产工艺和MES系统更加紧密地结合51.2 无纸化生产关键技术分析 61.2.1 生产现场终端技术 61.2.2 物流标识技术 61.2.3 自动化数据采集技术 61.2.4 人机交互技术 72 建设基础分析 73 无纸化建设思路和步骤 83.1 建设目标 83.2 建设思路 83.3 建设步骤 91 无纸化生产理解围绕MES系统的应用进行的信息集成，对于生产企业的信息集成是具有极其关键的作用。“纸”是传 统企业信息交互最基本的媒介，也是企业内各孤岛信息系统之间交换信息的主要途径，因此，无纸化生产 不仅意味着生产模式的变革，还体现了整个企业信息系统集成的水平。“无纸化就是让工人多拧几下扳手， 少录一些数据”，比较生动形象地表达出了无纸化生产带来的变化。1.1无纸化生产作用无纸化生产作用和影响主要体现以下几个方面。11扩展MES系统的应用范围一般都认为，MES系统是位于上层生产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，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、客户需求等方面） 的当前状态的信息。生产计划售启匪行工莒设计我取产吕生命區吏哎程创意设汁j ns 设计客户MS 订单制匿图1 制造活动处于企业价值流和产品生命周期的交叉位置当前，制造活动同时存在于价值链和生命周期链条的交叉点上（如图1所示），其中，前者是传统MES 系统的一般需求，后者是无纸化应用下MES的新需求。考虑到同一个制造现场只能有一个生产执行管理系 统，因此，现有MES系统的应用范围肯定就会扩展，需要集成和参与产品生命周期上的产品设计、工艺设计和维护等阶段的工作。促使生产者角色的转变生产者角色将发生转变。离散型生产企业实现无纸化生产，将工人从图纸、工艺卡片、工艺路线单等 纸质文档频繁更新和管理中解放出来，使工人能够在无纸化环境中顺利工作，降低了生产和管理成本。在 原来，工人要干一件活，需要自己去准备工装工具、领材料、翻图纸、找各种资料等，需要大量准备和等 待时间；而现在通过标准化和规范化，简化了工人工作内容，消除了大量无价值的活动；同时通过信息化， 工人不用去打印质量跟踪卡，不用在文件签字，不用去领料、准备工装，避免缺料造成的等待等，工人只 需要专注于生产工作。无纸化通过大量各种方式和手段，大大提升了工人的价值，因此，无纸化应用使工 人的角色会发生转变。同时，随着无纸化应用的深入，大部分生产管理者都逐步转变为生产辅助人员，为生产一线的工人提 高生产效率进行服务，如物流、计划、质量等人员，做好生产的现场保障。促进生产数据采集的效率在日常生产中，尤其装配时，比较重要的一个过程是需要记录配套零件的质量信息，如果采用手工方 式录入，工作量非常大，且质量跟踪难度大。因此，一般MES系统在质量跟踪卡上打印条码，通过条码可 实现零件的所有信息跟踪。在进行零件出入库时，可直接通过扫描质量跟踪卡条码实现库存管理；在装配 现场，也可直接扫描质量跟踪卡条码来实现装配记录的跟踪，简化和方便了现场的操作。无纸化生产科将 工人的工牌植入ID卡，工人和检验员在采集信息时，直接扫描ID卡即可，更是省略了质量跟踪卡的扫描 和流转环节，减少了人工操作，进一步提高了数据采集的效率。促进工作过程的规范化和标准化无纸化生产实施后，不再需要打印工艺文件，车间现场也没有任何纸质过程单据，生产计划、过程控 制、执行反馈信息以电子化方式传递，但是，这些都是表面现象。没有纸并不代表无纸化，电子化并不等 于信息化。无纸化生产的核心是工作过程标准化、规范化，提高专业化，减少重复工作，消除浪费，缩短 制造周期，提高产品质量，降低成本。在无纸化生产的建设初期，最重要的工作就是对生产各个活动进行了价值流梳理和分析，建立以规范 化和标准化为核心的整个体系，主要包括：1) 工艺的规范化和标准化。对产品的工艺过程、要素、工艺文件、零件、工装等，在满足要求前提 下，通过归纳、分类、整理，使其具有通用性、典型性，并形成工艺操作方法标准、工艺要素标 准、工艺管理标准，为整个工艺的标准化和规范化奠定基础。2) 工人操作的规范化和标准化。对生产过程的各个活动进行价值流分析，在保证质量的前提下，简 化生产过程和内容，消除不必要的活动。对每一步生产过程的具体操作进行规范，提升工人的效 率，保证了产品质量，缩短生产周期。3) 数据结构化。在对工艺规范化和标准化、工人操作的规范化和标准化的基础上，以软件为支持， 实现业务数据的结构化。4) 现场自动配送。在对生产过程标准化和规范化的前提下，实行自动配送制度，包括零件配送、工 装配送等，并建立配送的标准和制度，保证装配现场的活动按价值流不间断地进行。实现单一数据源，确保数据准确完整唯一实践经验表明：数据的准确性、完整性、唯一性是MES实施成败最重要的因素之一。由于数据带来的 各种问题大大阻碍了 MES的实施。一般的做法是，MES和CAPP工艺系统通过接口来实现数据的集成，主要 是由CAPP系统提供BOM和工艺信息到MES系统中；但是，实际应用表明，通过接口总会存在不能实时同 步，以及其它不可预知的问题，并不能彻底解决信息孤岛问题。无纸化应用将促进产品生命周期相关系统与在MES系统中的融合，规避了多系统数据集成的潜在问题， 最终彻底地解决了单一数据源问题，使得数据保持高度的准确性、唯一性、完整性。无纸化应用不仅仅解 决了数据问题，更多的是给企业生产和管理带来了模式的转变，突破了传统各个生产相关系统的定位，实 现以业务本身为核心，来通过单一系统进行业务整合。116促使生产工艺和MES系统更加紧密地结合无纸化生产模式，将生产工艺和MES系统更加紧密地融合在一起，生产工艺系统和MES系统信息互通 更加畅通。工艺人员在CAPP系统中进行工艺文件的编制、审批、定版，会直接把工艺文件等信息直接推 送到MES系统中，现场工人可直接浏览工艺文件，并且基于工艺文件进行现场生产相关信息的采集，大大 简化了工作流程，方便了各个业务层的具体工作。1.2无纸化生产关键技术分析在MES系统的基础上，实现无纸化生产，不仅需要管理模式的改变，还需要许多软硬件技术作为支持:生产现场终端技术生产现场终端用于显示工作指令和工作指导书，操作者可以在终端上察看工作任务、报开工和完工。 无纸化生产要求在终端上察看图纸、工艺规程和数字化模型。一般情况下，无纸化车间的现场终端配置数 量原则上应当做到一台设备或者一个操作者配置一个终端。国外的MES应用已经表明：便携式的无线终端或离线终端的使用正在成为MES应用的重要方向。尤其 是符合国防军工生产保密安全要求的、具有无线加密传输功能的终端技术，将成为国防工业企业MES的关 键技术。1.2.2 物流标识技术MES系统强调对物料流转的控制，准确和快速的物流管理往往都需要采用标识技术，包括：条码、RFID 等。在无纸化的情况下，对物流标识技术的应用又有更高的要求，为了实现精细的物料和在制品跟踪，特 别是一些体积小、加工要求高的零部件，其标识应用更为迫切。目前，微型化的激光标刻二维码（如图2 所示），抗金属干扰和腐蚀的可粘贴式RFID等，都是能够适应于离散制造需要的标识技术，这些技术的应 用拓展需要结合实际环境多做试验和研究。图2 微型化的激光标刻二维码1.2.3 自动化数据采集技术离散型制造企业实现无纸化，达到管控一体化，最重要的一点就是要有自动化数据采集技术作为支撑。当前比较具备可行性的自动化数据采集技术包括：数控设备运行数据的自动采集、测量系统或测试系统数据的自动采集等。人机交互技术MES系统管理制造的执行过程，制造的执行过程是充满变化和例外的，该问题在失去纸作为记录载体 的情况下尤其突出，这也是提高人机交互能力对于无纸化MES非常重要的原因。人机交互技术一般需要物流标识技术和自动化数据采集技术（尤其是测试数据自动采集）作为支撑， 能够实现对各类异常进行提示和报警，如选取错误批次序列号的零组件进行提示，对BOM进行验证，对设 备异常和库存进行报警等，以及对测量结果进行自动打包和分析。2 建设基础分析装备制造部属于综合性的生产加工部门，主要以机械加工、装配、电装和集成等生产线为主，其中， 装配以机械件装配为主；电装以线缆加工、集成布线、接线（如配电箱）为主；集成以指挥车内设备和分 系统的总装为主。针对装备制造部对车间生产信息透明化的要求，解决生产过程在制品系统管理、提高产 品质量以及改进工时定额制定和统计困难的状况等，进行了MES 期的建设。MES期的建设，基本实现了该部门的全生产流程的信息管理，主要包括综合计划管理、工艺管理、 委外管理、车间管理、产能管理、库存管理、设备工装管理、质量管理、综合查询、基础数据管理等MES 一期建设，实现了对生产过程各个环节的覆盖，基本完成生产过程中各类生产数据的追踪、监视、提取和 分析，满足生产现场管控的要求，达到了一定程度的统筹生产和精益生产。目前，MES系统并未实现与CAPP 系统的信息集成；而实现了与PDM系统的信息集成，当前主要获取产品BOM和生产工艺信息，并在MES系 统中进行一定程度的工艺管理。根据MES 期建设的分析，开展无纸化生产具备了初步的基础：1）MES系统已经部署，并能够在机加、装配以及电装等车间上正常使用。2）MES系统主要依据工艺流程卡，进行现场生产加工过程以及质检等信息的采集。3）通过MES系统的实施和建设，对生产各个活动进行了流程梳理和分析，规范化和标准化建设有了 一定的基础。4）MES系统未与CAPP集成直接获取产品BOM和工艺信息，而是通过PDM系统获得。5）MES系统与PDM系统集成，但目前并未获得PDM系统提供的产品设计数据和生产作业指导书等。3无纸化建设思路和步骤3.1建设目标针对MES 期建设的基础以及当前的管理要求，无纸化建设的主要目标包括：1）实现车间生产现场无纸化办公。2）按照BOM结构建立产品生产的电子档案，实现对生产过程和质量信息的跟踪、监控、追溯等。3）MES系统与CAPP系统集成，实现BOM和工艺文件等信息直接导入到MES系统，方便现场工人直接 浏览工艺文件，以及采集基于工艺文件的现场生产相关信息。4）MES系统与PDM系统集成，实现在MES终端方便查询和浏览产品设计数据（如2D和3D图纸）和 电子作业指导书等信息。3.2建设思路根据对装备制造部的MES系统实施现状和需求的理解，无纸化的建设需循序渐进，采用“业务梳理和 优化、生产相关部门协同、先试点后推广”的推进方式，来逐步落实。1）业务梳理和优化：目前MES系统运行时，还有一些生产是在线下进行；MES系统进行工艺管理；MES系统并未和CAPP集成来获取BOM信息和工艺数据等。这些现象表明：装备制造部内部的工艺 和生产流程，与研发部门的设计流程，仍然没有完全理顺；各个业务系统的职责和应该共享的信 息没有完全清晰等；导致MES系统功能繁杂，应该丰富的功能（如排产管理和生产统计分析等） 不够深入。而且，无纸化的应用会带动生产者角色和生产方式的转变，因此，无纸化实施时，必 须进一步理顺和优化制造部内部生产和工艺部门流程，以及生产相关部门之间的工作流程。2）生产相关部门协同：无纸化建设会带动生产相关部门，如产品研发部、工艺部、计划部门、生产 部门等，内部工作流程和信息共享方式的改变和优化；各个部门和对应的业务系统各归其位，接 口和职责清晰；大部分生产管理者向生产服务方向转型，转变管理理念，使各个部门的无纸化建 设能够统一规划和部署，建设步骤协调。3）先试点后推广：先从机加车间试点，优化流程和积累实施经验，并逐渐推广到装配、电装、集成 以及总装车间。3.3建设步骤无纸化生产的实施可以分批分层次建设：1）首先，对生产流程更进一步的梳理和优化；对工艺进行规范化和标准化的整理；对工人操作进行 规范化和标准化；实现现场物料自动配送等措施；为无纸化建设奠定扎实的技术基础。这类工作 的推进存在一定的难度，而且会一直伴随在无纸化实施过程之中。2）其次，部署DNC/MDC系统，实现数控设备运行数据的自动采集，改进对排产和车间调度的支持能 力，为无纸化应用奠定良好的资源基础。3）提高MES的文档支持能力，实现PDF、Office格式的工艺文档、生产规范、加工制造标准、作业 指导书、操作规程等，直接显示在MES终端上，并可进行浏览和查阅。4）根据每个产品的BOM关系，建立产品电子生产档案，逐渐替代“产品工艺流程卡”等纸质记录， 用于产品生产流转和质量跟踪。5）通过与CAPP系统集成，将BOM和工艺文件等信息直接导入到MES系统，实现在MES终端直接浏 览工艺文件，以及采集基于工艺文件的现场生产相关信息。6）通过与PDM系统的信息集成，实现二维和三维设计图纸（或三维数字化模型）、二维和三维工艺 等，在MES终端上的浏览和查阅，实现真正的无纸化生产模式。7）最后，扩展人机交互能力，MES终端使用移动设备，进行质量数据采集、生产异常情况记录汇报、 产品出/入库管理记录等，全面替代纸质介质。其中，移动设备的数据导入，可采用加密USB接 口导入，加密IC卡导入、无线加密传输等方式。