今天，MES管理的對象無非就是工廠五要素：人、機(jī)、料、法、環(huán)。本文要介紹一下MES的標(biāo)準(zhǔn)體系——管理了哪些業(yè)務(wù)要求。當(dāng)然，介紹標(biāo)準(zhǔn)體系不僅僅是從業(yè)務(wù)應(yīng)用出發(fā)，也要考量系統(tǒng)功能的實現(xiàn)技術(shù)。
為什么要從兩個方面來闡述MES的標(biāo)準(zhǔn)體系？這是因為是MES前期立項過程中主要考量的兩個方面。通常企業(yè)的高層首先是決定企業(yè)是不是要上MES，然后再確定應(yīng)該如何確定需求規(guī)范。需求規(guī)范的整理過程中，用戶方兩個主要的角色業(yè)務(wù)和IT部門將向高層分別提出“我們需要什么”。這兩個角色相輔相成，“業(yè)務(wù)驅(qū)動IT，IT實現(xiàn)業(yè)務(wù)”。
筆者見過很多企業(yè)在MES選型中因為這兩個主要角色的工作對實施MES項目不甚了解，或者以部門利益考慮，而為企業(yè)MES系統(tǒng)失敗埋下禍根。比如，業(yè)務(wù)部門認(rèn)為IT不懂生產(chǎn)，不讓IT參與項目，結(jié)果往往是業(yè)務(wù)需求范圍的不合理。應(yīng)該是ERP完成的功能放在MES里去解決，或者是只是片面考慮本部門的狹隘需求，導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部孤島系統(tǒng)林立。我經(jīng)常聽到客戶說我們這次要上條碼系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等等之類的業(yè)務(wù)需求。反過來，有些企業(yè)的IT部門喜歡越俎代庖，繞過業(yè)務(wù)部門去規(guī)劃MES的業(yè)務(wù)應(yīng)用，在不明白需要解決什么問題的情況下，認(rèn)為把數(shù)據(jù)采集上來開發(fā)一些報表就是實現(xiàn)了MES。我經(jīng)常聽到客戶業(yè)務(wù)部門說那個MES都是IT的人在搞，我們也不知道干嘛，只管派人在系統(tǒng)里錄數(shù)據(jù)，我們自己生產(chǎn)管理有自己的手工帳。還有一種情況是IT的人往往只考慮系統(tǒng)本身的功能，而忽略了應(yīng)用需求。筆者有時參與所謂的投標(biāo)前技術(shù)交流，準(zhǔn)備了一大堆關(guān)于對業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)方案。結(jié)果在現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn)幾乎都是IT人員在主導(dǎo)，更關(guān)注的這是什么語言開發(fā)的、數(shù)據(jù)安全保證的、大數(shù)據(jù)量時系統(tǒng)的響應(yīng)速度等等純系統(tǒng)功能性方面的問題，而完全忽略了業(yè)務(wù)應(yīng)用解決方案。皮之不存、毛將焉附?
所以，筆者首先從業(yè)務(wù)應(yīng)用層面闡述MES的標(biāo)準(zhǔn)體系，因為這是根本。
從企業(yè)信息化系統(tǒng)發(fā)展歷史來看，現(xiàn)有ERP / WMS/ HR等公司級系統(tǒng)，在生產(chǎn)車間對現(xiàn)場管理的要求也是從簡單的滿足ERP報工、提高設(shè)備績效等工具類軟件開始。經(jīng)過一二十年的實踐總結(jié)，在上世紀(jì)90年代初形成了系統(tǒng)化的理念，并正式命名為MES系統(tǒng)。僅僅從業(yè)務(wù)范圍來看，軟件系統(tǒng)覆蓋的范圍遠(yuǎn)超過軟件工具。筆者在很多項目上碰到一些MES廠商，他們往往做了一個追溯系統(tǒng)或者設(shè)備績效管理就號稱提供了MES解決方案。也有一些ERP廠商和SCADA集成商分別向下向上延伸業(yè)務(wù)范圍，也搖身一變成為MES廠商。
MES究竟應(yīng)該實現(xiàn)哪些業(yè)務(wù)范圍，目前國際上遵循的是兩個標(biāo)準(zhǔn)體系，分別是美國的ISA-95和德國的VDI5600標(biāo)準(zhǔn)。兩者實質(zhì)上相同，只是表述方式上不一致。美國標(biāo)準(zhǔn)是對生產(chǎn)管理進(jìn)行抽象，以IT系統(tǒng)的概念進(jìn)行演繹，受眾面更多是企業(yè)IT人員。德國標(biāo)準(zhǔn)的闡述方式更是接近實際生產(chǎn)業(yè)務(wù)的管理邏輯，受眾面更多是業(yè)務(wù)部門。筆者希望首先是讓生產(chǎn)人員清晰明白MES應(yīng)該管理的業(yè)務(wù)范圍究竟有哪些，故而在本文中選擇闡述德國標(biāo)準(zhǔn)。
VDI5600把制造管理分成三大區(qū)域：生產(chǎn)、質(zhì)量和人員。
【生產(chǎn)管理】
其中生產(chǎn)管理是MES的核心業(yè)務(wù)，它回答了什么時候、做什么、如何做和誰來做？
工單管理是整個MES的業(yè)務(wù)應(yīng)用基石，在MES中所有的數(shù)據(jù)都是與工單進(jìn)行交叉關(guān)聯(lián)的，產(chǎn)生對應(yīng)的控制、計劃、統(tǒng)計和分析等相關(guān)的應(yīng)用。工單，顧名思義是工作任務(wù)。一個工單基本的信息是加工什么產(chǎn)品(或零件)、多少數(shù)量和加工時間。工單管理的基本要素是時間和數(shù)量。其中時間可以包括生產(chǎn)時間、等待時間、換線時間、工序周轉(zhuǎn)時間等等，而數(shù)量可以是良品量、不良品量、報廢品、欠交品等等。在生產(chǎn)過程中，工單的時間和數(shù)量被不斷采集，在MES中通過數(shù)據(jù)處理，形成了豐富的管理信息。如筆者在上一篇所述，MES中的信息呈現(xiàn)是分三個層面的，即實時生產(chǎn)監(jiān)控、歷史績效統(tǒng)計和原因分析。因此，工單信息的呈現(xiàn)也必須包含實時的工單作業(yè)狀態(tài)(開始、完成、中斷或取消)、工單作業(yè)進(jìn)度(產(chǎn)出、未結(jié)、剩余加工時間);歷史統(tǒng)計包含工單的良品率、時間利用率、交期達(dá)成率等;當(dāng)績效指標(biāo)有偏差時，可以分析相關(guān)原因，比如通過工單作業(yè)時間成本分析，可以了解到每個產(chǎn)品優(yōu)的生產(chǎn)成本是多少，沒有達(dá)到生產(chǎn)成本的是由于計劃不合理還是設(shè)備績效差，甚至不同班次員工造成的。從而為管理層提供決策依據(jù)，對生產(chǎn)優(yōu)化對癥下藥。
設(shè)備是重要的生產(chǎn)資源，對于管理層而言關(guān)注“我的高價值設(shè)備是否發(fā)揮出高價值應(yīng)用”。設(shè)備績效管理兩個要素：狀態(tài)和速度。首先是設(shè)備有多少時間處于增值的生產(chǎn)狀態(tài)，即為企業(yè)“印鈔”的時間有多少。以一臺車床為例，假設(shè)一公斤的鋼棒是10元，經(jīng)過一次切削加工，賣出去就是15元。這5元的增值只是發(fā)生在設(shè)備處于“切削”加工狀態(tài)下完成的，而設(shè)備在其他狀態(tài)都是非增值時間。其次是設(shè)備在增值狀態(tài)下的生產(chǎn)速度，即產(chǎn)出數(shù)量。同樣，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后形成的有效信息也按三個層次呈現(xiàn)：即實時的設(shè)備狀態(tài)和產(chǎn)出;歷史統(tǒng)計包括設(shè)備效率、OEE等;可以分析設(shè)備停機(jī)原因，以便有效制定整改措施。
既然已經(jīng)知道工單的時間情況，并掌握設(shè)備產(chǎn)能，這時可以考慮有限產(chǎn)能計劃。許多客戶在提MES需求時總是說需要自動排產(chǎn)，但是無法提出明確的排產(chǎn)規(guī)則。事實上，由于各種生產(chǎn)資源的約束，沒有滿足所有約束條件的排產(chǎn)結(jié)果，只有合適的。比如，上海到北京的交通方式，可以是坐飛機(jī)、高鐵、普快、自駕甚至騎摩托車，你無法說哪個是方式，而是考慮相應(yīng)的約束條件，到底是追求不晚點還是便宜。總之，在車間排產(chǎn)的世界里，沒有“既要馬兒不吃草，又要馬兒跑得快”的優(yōu)化規(guī)則，而是選擇約束條件并制定權(quán)重。由于提高設(shè)備利用率的直接結(jié)果就是增加“增值生產(chǎn)時間”，因此往往考慮的第一個維度是在滿足交付期的情況下實現(xiàn)設(shè)備利用率大化。
高級排產(chǎn)的第二個約束維度是物料的可用性，尤其是在離散制造多工序之間，由于排產(chǎn)不合理，導(dǎo)致許多在制品在工序間“睡覺”(等待)，延長了制造周期。因此，生產(chǎn)物流管理的要素是物料的位置和數(shù)量，其給出的信息是什么物料，什么時候，需要多少數(shù)量，從什么位置移動到什么位置，是合理的。
而物料管理還有重要的一項業(yè)務(wù)需求就是跟蹤追溯，在許多制造領(lǐng)域是強(qiáng)制性的要求，相當(dāng)于汽車上路必須有交強(qiáng)險。追溯應(yīng)用分兩個層面，其一是批次追溯，即從原材料到半成品乃至成品的追溯鏈的建立；其二是在批次追溯鏈的基礎(chǔ)上加載過程信息，回答了誰在哪個設(shè)備 / 工位上、什么時間做哪個工單，使用什么批次的輸入材料又產(chǎn)出哪些批次，加工過程的工藝參數(shù)實際值是多少，過程檢驗結(jié)果是多少等。
工裝、模具等生產(chǎn)輔助設(shè)施都是作為生產(chǎn)資源管理。在做有限產(chǎn)能排產(chǎn)時，不僅考慮滿足工單交期時設(shè)備的可用性、產(chǎn)能利用率的約束條件，還有考慮其他生產(chǎn)資源的可用性。此外，另有兩個對生產(chǎn)資源的管理。既然已經(jīng)知道設(shè)備的實際產(chǎn)出數(shù)量或工作時間，完全可以據(jù)此制定生產(chǎn)資源的預(yù)防性保養(yǎng)計劃。生產(chǎn)資源的使用歷史評估可以了解生產(chǎn)資源對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)出數(shù)量的影響。
過程參數(shù)是只有在加工過程中產(chǎn)生，如溫度、壓力、速度。它們通常是連續(xù)變化的值。過程參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量有影響，必須進(jìn)行管理，并且關(guān)聯(lián)到工單、設(shè)備和批次進(jìn)行交叉比對，統(tǒng)計分析。
在多品種小批量的生產(chǎn)環(huán)境中，換產(chǎn)的頻率非常高。設(shè)備的設(shè)置參數(shù)和加工程序應(yīng)該能夠隨著工單下達(dá)到設(shè)備后也同步自動傳送到設(shè)備的控制系統(tǒng)，以減少人工出錯。此外，在首件生產(chǎn)時需要調(diào)試，當(dāng)工藝穩(wěn)定后，需要從設(shè)備控制器中把更新后的設(shè)置參數(shù)上傳到中央系統(tǒng)儲存。MES在這個過程中相當(dāng)于郵遞員，在編程系統(tǒng)和設(shè)備控制傳遞設(shè)置參數(shù)，并且對參數(shù)變化進(jìn)行比對確認(rèn)。
如同家用冰箱，都有能耗等級標(biāo)識。德國綠色制造標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了設(shè)備本身的能耗等級作為考核設(shè)備質(zhì)量的重要評價;另一方面也考核企業(yè)使用該設(shè)備的真正能耗。這不是簡單的生產(chǎn)車間的總體用電量抄表，而是真實記錄每臺設(shè)備做每個產(chǎn)品的能耗。甚至在做計劃排產(chǎn)時，可以考慮把能耗高的產(chǎn)品排在夜班生產(chǎn)。
在提高設(shè)備績效、優(yōu)化排產(chǎn)、降低在制品庫存后，接下來就是要考慮如何進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。質(zhì)量是企業(yè)生存的根本，在改進(jìn)質(zhì)量問題所花的精力和成本遠(yuǎn)高于改進(jìn)設(shè)備績效。因此，在提高生產(chǎn)效率產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益后，用節(jié)約出來的成本去改進(jìn)質(zhì)量。無論做任何產(chǎn)品，總是離不開來料檢驗、過程檢驗和成品檢驗。這些檢驗過程都是以檢驗計劃為控制。檢驗計劃規(guī)定了對什么物料進(jìn)行檢驗，在哪個工位檢驗，檢驗?zāi)男┨卣髦?定量和定性)，使用什么樣的檢測設(shè)備，檢測頻率，樣本，檢驗特征的標(biāo)準(zhǔn)值和容差，檢驗結(jié)果的控制圖。
在來料區(qū)，根據(jù)收貨通知尋找檢驗計劃，并生成檢驗工單，執(zhí)行檢驗后，把檢驗結(jié)果發(fā)送給倉庫，把收貨通知單結(jié)束后向ERP上報。來料檢驗需要考慮動態(tài)抽檢。來料檢驗的結(jié)果可以用于供應(yīng)商評估。
在生產(chǎn)過程中的檢驗也同樣由檢驗工單來驅(qū)動。當(dāng)生產(chǎn)工單被執(zhí)行時，系統(tǒng)自動尋找本工序的檢驗計劃，并觸發(fā)檢驗工單的生成。檢驗結(jié)束后提供使用決策，是否判定為廢品、返修、降級還是讓步通過。
對于某些行業(yè)，如醫(yī)療或汽車安全電子行業(yè)，所有的質(zhì)檢數(shù)據(jù)必須記錄使用了哪個檢測設(shè)施。根據(jù)使用次數(shù)或檢測結(jié)果需要校準(zhǔn)檢測實施的精度。此外，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)的錄入和修改都必須滿足FDA的規(guī)范要求，即四眼法則、電子簽名和主數(shù)據(jù)更改跟蹤等。
FMEA是一種缺陷修正規(guī)范。在產(chǎn)品設(shè)計時已經(jīng)定義可能發(fā)生的各種缺陷，產(chǎn)生每種缺陷的各種原因以及對應(yīng)的解決措施。在生產(chǎn)過程中，如果某種缺陷以預(yù)先定義的某種模式出現(xiàn)時，自動觸發(fā)相應(yīng)的解決措施。
對于某種缺陷的解決措施的管理是在投訴管理中實現(xiàn)。投訴的缺陷可能來自生產(chǎn)過程中，也來自終端客戶。因此，必須要跟蹤這些投訴的處理狀態(tài)、描述投訴中的缺陷細(xì)節(jié)，更為重要的是統(tǒng)計針對缺陷解決措施的成本。因為，解決措施可以有臨時的和長期的，可能會有多種解決方案。如果作為長期解決方案，必須要分析相關(guān)成本，以做出合理的決策。
【人員管理】
無論是多先進(jìn)的工廠，車間里總是有工人來執(zhí)行相關(guān)作業(yè)。既然已經(jīng)清晰知道設(shè)備效率、工單達(dá)成率、物料損耗率、良率等KPI(Key Performance Indicator關(guān)鍵績效指標(biāo))，就完全可以據(jù)此來評估工人的績效。從管理的效果來說，就是管理層能夠給員工分配公平的指標(biāo)，指標(biāo)的達(dá)成過程對管理層和員工雙方都是透明的，那么雙方都能接受。筆者曾經(jīng)詢問過某一線工人如何看待企業(yè)建設(shè)MES？該員工想了想，要是今天MES系統(tǒng)不工作，他們就寧愿不上班了，因為他們所有的工時、績效考核都是以系統(tǒng)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，而不是以主管的人為意志轉(zhuǎn)移。
在生產(chǎn)管理領(lǐng)域，優(yōu)化車間排產(chǎn)時考慮的約束條件主要考慮工單交期、設(shè)備產(chǎn)能、工具和物料可用性。在此基礎(chǔ)上，可以考慮人員資質(zhì)安排。即首先是根據(jù)生產(chǎn)資源的限制和優(yōu)化條件(如滿足交期下?lián)Q線損失小)，將工單分配到某一設(shè)備/工位的某個時間段。此時，可以附加檢查人員資質(zhì)。即該工序 / 設(shè)備所需的人員資質(zhì)在已分配的時間段是否可用以及需要的數(shù)量。
接下來，另一個問題又出現(xiàn)了。假設(shè)通過高級排產(chǎn)，將某工單安排在10月3日，需要A類資質(zhì)的工人三名。企業(yè)有此類資質(zhì)的工人共五名。原則上該工單的生產(chǎn)是可以執(zhí)行的。可是此時正處于國慶長假，具備該資質(zhì)的四名工人已經(jīng)休假。因此，在人力資源管理中需要綜合考慮工人的出勤管理。
有了工人的出勤管理和工單管理中的人員工時數(shù)據(jù)過賬，可以對人員時間績效賬戶進(jìn)行管理，并過賬給上級的HR系統(tǒng)，作為人員薪酬體系的時間成本計算基礎(chǔ)。
在某些特殊行業(yè)，還要考慮生產(chǎn)區(qū)域或生產(chǎn)設(shè)備的訪問控制?？梢詫ο嚓P(guān)人員進(jìn)行授權(quán)，并監(jiān)控受控區(qū)域中人員訪問情況。
本篇的內(nèi)容是介紹MES的業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍，并以VDI5600為基礎(chǔ)，從生產(chǎn)、質(zhì)量和人員管理三個方面進(jìn)行邏輯性解讀。通過這個綜合闡述，想告訴企業(yè)用戶MES可以覆蓋的業(yè)務(wù)范圍，作為業(yè)務(wù)IT系統(tǒng)總體設(shè)計時應(yīng)該考慮周全。然而，在實踐中，筆者并不主張企業(yè)一開始就要把這些業(yè)務(wù)功能一股腦去放入實施計劃中。且不說很少有專業(yè)的MES系統(tǒng)能夠具備這些應(yīng)用功能，對于企業(yè)而言MES本身就是一個新鮮事物，如果一下子上的功能太多，企業(yè)的內(nèi)部團(tuán)隊既無精力全盤消化，也無法在短期內(nèi)培養(yǎng)核心能力去應(yīng)用。務(wù)實的企業(yè)都是根據(jù)實際現(xiàn)在出發(fā)，挑一兩個功能模塊開始既試驗MES產(chǎn)品性能，也同步檢驗自身能力是否能適應(yīng)MES的管理應(yīng)用。筆者曾經(jīng)參與一個某招標(biāo)項目，企業(yè)把各家MES廠商的功能點集中在一起，發(fā)出一份RFP(需求規(guī)范)。這個出發(fā)點是好的，屬于總體規(guī)劃。筆者曾經(jīng)建議客戶秉承總體規(guī)劃、分步實施的原則，在本次招標(biāo)是關(guān)注兩個層面：宏觀層面上評價哪家產(chǎn)品的功能比較豐富，這樣將來擴(kuò)展時成本低;本次招標(biāo)范圍應(yīng)該限定在幾個基本模塊中，微觀層面上評價各家是否做的精細(xì)。但是企業(yè)認(rèn)為每個功能都很重要，都必須納入本次合同報價范圍。也可以理解企業(yè)是希望一次性商務(wù)談判，以低的成本拿下多的功能。然而企業(yè)有沒有想過什么才是當(dāng)前需要的。如果什么都是重要的，那么就是什么都不重要。如同我們買車一樣，經(jīng)常性聽從銷售人員說，加一點錢就可以導(dǎo)航、天窗、座椅加熱、六碟音響等配置。但車買回去，很多功能幾乎都是不用的，這就是投資浪費。
然后，企業(yè)由于在本期項目中功能要求太多，造成項目整體預(yù)算非常高，引來各家MES廠商激烈競爭。為贏得大單，各家紛紛殺價。然而，當(dāng)項目開始執(zhí)行時就陷入泥潭，討論的業(yè)務(wù)范圍太廣，客戶對系統(tǒng)的理解也很膚淺，雙方在無數(shù)次拉鋸戰(zhàn)后筋疲力盡，勉強(qiáng)在項目啟動一年多以后把藍(lán)圖簽掉，草草收兵。同期，另一家客戶選擇從工單管理和設(shè)備績效管理開始，花四周的時間完成系統(tǒng)部署，然后通過4周的運行，收集實際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時用戶也能在熟悉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出更為詳細(xì)的需求，并據(jù)此優(yōu)化系統(tǒng)來實現(xiàn)業(yè)務(wù)的優(yōu)化。同樣在一年時間里，這家客戶分四個階段完成8個功能模塊的建設(shè)和應(yīng)用。一年后，僅設(shè)備利用率提高一項就帶來投資回報是165萬。正所謂少則得、多則惑，道理就在其中。關(guān)于MES的實施方法，筆者在后篇專題介紹。效率的MES和WMS可以為企業(yè)構(gòu)建智能工廠、智能排產(chǎn)、智能倉儲，助力產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級。
