以精益生產等先進理念為指導思想，針對軍工企業多品種、小批量的復雜生產特點，本文提出了軍工行業MES系統的五大關鍵技術：精確的高級自動排產、集成化的協同制造、自動化的數據采集、透明化的決策支持、圖形化的軟件界面，構建一套適合軍工企業的、廣義上的MES系統，即精益化、自動化、透明化、體現協同制造、適合中國國情的MES系統。

　　1. 軍工企業生產管理現狀及對策

　　近些年來，軍工企業對信息化建設的越來越重視，大部分企業陸續建立了CAD/CAM/CAE、CAPP、OA、PDM、ERP等各類軟件系統，在車間也購置了大量高檔數控設備，信息技術正在軍工企業發展中發揮著巨大的作用。但企業現有信息管理系統主要集中在技術和管理部門，大部分企業車間制造過程信息化仍處于空白，眾多的數控設備還處于單機工作模式，車間管理工作如計劃、派工、物料、刀具、質量、設備等等，還處于原始的憑經驗、人工干預的方式。這種依靠人工的生產組織與管理方式已越來越不適應企業發展的需要，生產資源管理信息、產品技術信息在車間得不到快速有效利用，車間生產過程信息得不到及時反饋，產品出產周期難以有效監督與控制。

　　隨著國家以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化，走新型工業化道路的號召，越來越多的軍工企業已經深刻地意識到，企業必須立足高起點，大力發展和應用信息技術，用先進的技術管理手段變革現有的生產組織和管理模式，實現生產過程管控的數字化，不斷挖掘生產制造過程的潛力，從而全面提升企業的競爭力。并逐漸認識到：以國家兩化融合為契機，通過實施具有精益生產思想的、適合軍工企業特點的數字化車間管理系統，即構建以精益生產、協同制造為特色的廣義上的MES系統，可很好地解決上述問題。

　　因此，在探討軍工行業MES系統特點之前，我們很有必要進一步了解精益生產以及MES系統的概念及含義。

　　2. 精益生產與MES概念

　　精益生產(Lean Production，簡稱LP)是美國麻省理工學院國際汽車計劃組織(IMVP)的專家對日本豐田準時化生產JIT(Just In Time)生產方式的贊譽稱呼。精益生產方式是一種以最大限度地減少企業生產所占用的資源和降低企業管理和運營成本為主要目標的生產方式，它是當前工業界最佳的一種生產組織體系和方式，也必將成為二十一世紀先進的生產體系，更是中國企業特別是軍工企業，加強企業運營管理、提高自身競爭力的發展方向。

　　精益生產最關注的三個要素是Quality(質量)、Cost(成本)、Delivery(交貨期)，精益生產的主要表現形式：識別浪費、持續改進;縮短交貨期、實現看板化的目視管理、生產節拍控制、現場管理、及時的生產數據采集等。

　　這些技術手段體現到車間實際生產中就是：

　　準確分析非增值勞動，提高生產效率，降低庫房、工具等生產輔助成本。

　　采用高級排產等技術手段，將生產任務分解到每一工序、每一設備、每一分鐘，并合理解決緊急插單等問題、確保生產計劃最優，確保產品交貨期，確保設備利用率最高。

　　實現目視化管理、信息最大程度透明化。

　　生產過程控制，實現產品流的生產，實現生產的柔性化生產。

　　基于數據自動采集等先進技術，實現生產數據及時、準確反饋，提供科學決策基礎，實現車間計劃、執行、資源等要素的閉環管理。

　　實現產品工序級的質量控制，將質量損失降低到最低。

　　MES 是Manufacturing Execution System(制造執行系統)的簡稱，1992年由美國先進制造研究機構AMR ( Advanced Manufacturing Research)提出，AMR將MES定義為位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的，面向車間層的管理信息系統，為操作人員、管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態，重點解決車間生產問題。

　　2004年,美國MESA協會提出了協同MES體系結構(c-MES)的概念，重點強調車間級的制造協同管理。

　　至此，MES內涵已經豐富為“執行、跟蹤、協同等多方位，在理論體系上已經完全成熟了。

　　AMR的三層企業集成模型

　　作為離散MES系統的引領者，北京蘭光創新科技有限公司長期致力于數字化車間系統的研究與應用，公司的DNC/MDC/MES系統在眾多軍工企業中得到了成功應用，并取得了良好的效果。為更好地促進軍工企業的數字化車間建設，我們非常榮幸地能有機會與您一起探討、共同促進我國軍工企業的數字化車間，特別是軍工MES系統的建設。

　　大家知道，MES的核心在于執行，此處的執行分兩層含義：首先是將ERP的生產計劃根據車間實際情況，將每一工序分解到每一設備、每一分鐘精細執行;其次是通過MES的建設，在車間內部構建計劃排產、作業調度、數據采集、程序管理、在制品管理、庫存管理、質量管理等一個全閉環管理，層層緊扣，而非簡單的一個數據庫管理。

　　因此，可以這么說：MES就是實現精益生產的軟件載體，而MES最核心是計劃排產、數據采集和協同制造管理，這也是判斷一套軟件是否是真正意義上MES系統的標準。

　　3. 軍工行業MES系統的5大關鍵技術

　　基于以上分析，并結合我們對數字化車間的深刻理解，我們認為軍工行業的MES系統應充分借鑒精益生產等先進理念，以DNC/MDC為基礎，在高級排產基礎上，涵蓋計劃調度、作業管理、機床聯網、程序管理、物料管理、工具管理、質量管理、數據采集、現場信息管理、決策支持等車間生產管理的方方面面，是一套模塊化、高度集成、過程透明、閉環的、體現協同制造、適合軍工企業特點的MES系統。

　　由于MES系統是一項較為復雜的大型管理系統，模塊眾多、涉及的技術也非常多，下面將以蘭光MES為例，重點介紹一下軍工企業MES系統的五大關鍵技術。

　　3.1.精確的高級自動排產

　　軍工企業由于多品種、小批量、工序多、緊急插單多、生產周期要求嚴格等特點，生產計劃如果全靠人工進行制訂將是非常困難的，也經常因為人為考慮不周而影響了整個生產的有序進行。

　　MES作為制造執行系統，首要的就應該具有高級排產功能，將ERP等上游系統的生產計劃，按照交貨期、生產數量、優先級、車間現有資源(人員、設備、物料)的有限生產能力，自動制訂出科學的生產計劃，細化到每一工序、每一設備、每一分鐘，進行精細化生產管理。

　　因此，可以說高級自動排產(簡稱APS)是軍工MES系統中第一項最重要的關鍵技術，是衡量MES系統是否具有“執行(ERP計劃)能力”的一個關鍵因素。一款優秀的APS應該具有以下功能：

　　1)支持多樣的排產算法

　　支持多種高級自動排產算法，如：具有按交貨期、精益生產、生產周期、最優庫存、同一裝夾優先、已投產訂單優先等多種排產方式，可滿足軍工企業各類復雜的排產要求。

　　2) 基于設備有限產能的排產

　　MES與ERP在排產方面最大的不同就是MES是基于有限能力排產的，即MES完全基于車間現有設備產能進行排產，可準確到每一道工序、每一臺設備、每一分鐘，并可根據實際情況進行動態調整。

　　3)具有優化生產、平衡設備間加工能力

　　能力平衡

　　通過直觀的圖形、數字表示，系統提供機床負荷以及每臺機床生產任務的視圖及分析功能，可方便地優化生產和平衡機床負荷，使生產計劃更科學更合理。對逾期計劃，系統可提供工序拆分、外協加工、調整設備、調整優先級等靈活的處理措施。

　　3.2.全集成的協同制造

　　MESA協會在2004年就明確地提出了c-MES的概念，即協同MES，重點強調了協同制造在MES的作用，而非僅僅是執行的問題。

　　協同制造在軍工生產中也具有非常重要的意義。在當前的車間生產中，計劃、調度、物料、工具、檢驗、操作工等各工種間缺乏有效的協同機制，信息溝通不暢通，常常發生因為某一環節的延誤而導致整個生產拖延的情況，在MES系統里采用協同制造管理機制，可有效地避免這些情況，可確保整個生產流暢高效地運轉。

　　蘭光MES中的協同制造平臺

　　在蘭光MES中，當生產計劃優化完成后，可通過協同制造平臺向相應子系統發送生產準備指令。通過車間級的協同，物料準備、工具準備等各類職能人員可以提前知道相關生產任務，便于提前進行各類生產準備，生產管理人員可實時查看到計劃的準備情況、工序狀態、在制品信息、質檢信息和生產過程中設備的詳細運行參數、齊套分析等內容，通過采取及時的生產調度措施來應對生產過程中的各種變化情況，可最大程度地避免因某項工作準備不足而影響車間的正常生產，實現車間級生產的全面協同管理。

　　3.3.自動化的數據采集

　　很多軍工企業實施MES系統，一般首選設備自動化程度較高、信息化基礎較好的數控車間。為充分發揮這些數控設備數字化、智能化、自動化的特點，MES系統的另外一項核心就是數據的自動采集技術，對數控設備進行實時、客觀、準確、自動的采集，實現一臺計算機同時監控所有機床的實時狀態，以電子看板的形式隨時展示所有機床的開機、運行、故障、生產進度等狀態信息。這些實時的數據將與生產計劃形成了管理上的閉環，并進一步指導生產計劃的調整。

　　1)對于數控設備實現自動化的采集數據：

　　支持FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等在內的上百種控制系統。

　　實時采集：可從網絡上的任何客戶機監控所有機床的實時狀態。

　　詳盡的報告：全功能的機床狀態電子看板與電子地圖顯示，以及各種分析報告，便于了解現場關重設備的生產狀況。

　　針對帶網卡的機床，不用添加任何硬件，直接通過網卡采集到以下信息：

　　機床開機、關機。

　　機床的實時狀態。如運行狀態、空閑、報警等等。

　　程序信息，如正在運行哪個程序等。

　　數控程序加工次數。

　　轉速和進給?？梢詫崟r反饋當前的轉速S值和進給速度F值，機床倍率。

　　坐標信息。包括：絕對坐標、機床坐標、相對坐標、剩余移動量等。

　　報警信息。能夠實時反饋機床是否有報警，報警號是什么。

　　主軸功率等其他信息

　　2)系統也支持條碼、觸摸屏等常見的采集手段。

　　除了對數控設備的自動采集外，蘭光MES也完全支持條碼自動打印、自動掃描、條碼內容自由定義等功能。

　　條碼自動識別技術具有輸入速度快，準確度高、成本低和易操作等特點。在自動化裝配生產線和各加工過程中，使用條碼掃描隨工單上條碼，實現對生產數據的采集。每個產品的每個工序都會有一個唯一的條碼，只需讀入產品上的條碼，就可以在數據庫內調出該產品所有的相關數據，大大便利了產品的質量跟蹤和售后服務。

　　觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式，具有堅固耐用、反應速度快、節省空間、易于交流等許多優點。利用這種技術，用戶只要用手指輕輕地觸摸計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。

　　在現場終端觸摸屏，可通過條碼掃描自動識別工序，工人就能夠方便快捷地進行工序的開工、暫停和完工反饋。

　　總之，數據采集是MES成功實施的重要基礎，MES系統只有能夠進行及時、全面的數據采集，并與生產計劃形成管理上的閉環，制訂的計劃才有可執行性，計劃才能更科學。

　　3.4.全透明的決策支持

　　為實現生產數據最大程度上的共享，結合當今大數據分析等先進理念，MES系統要對這些海量數據進行深入挖掘，實現過程全透明的管理，做到對生產中所有信息可隨時查看，并結合企業的真實需要，提供車間管理人員、各類使用人員的各類統計分析報告，做到對生產計劃制訂情況、執行情況、工段作業情況、物料、刀具、質量、設備等幾乎所有的生產信息進行綜合分析，為車間層的管理與決策提供可靠的量化數據。如：

　　1) 機床實時生產狀況統計：

　　每臺機床或每班組加工的工件數量。

　　機床開機時間、機床停機時間、機床故障時間、機床運行時間。

　　操作工的效率、機床利用率(OEE)等。

　　各種形式的日報、月報、季報、年報。

　　可以具體統計到每個機床、一個班組、整個車間。

　　可以以餅圖、柱圖、折線圖、統計表格等多種方式統計、分析數據。

　　機床利用率

　　2) 計劃制訂及完成情況統計：

　　監控、查詢所有產品的進度和生產，如：該訂單處是否已經投產?交貨期能否準時?是延誤還是提前?具體時間是多少?以產品、部件、零件、工序等多級別管理生產，結構清楚，一目了然。

　　3) 物料、在制品、質量、庫存等統計查詢：

　　物料庫存、在制品周轉、各工序的質量、工具庫存及積壓等情況。

　　4) 其他各類數據統計分析功能

　　3.5.直觀易用的圖形化界面

　　由于MES系統的主要應用對象是車間的各類人員，包括車間領導、計劃調度人員、現場工人及各類生產輔助人員，生產事務繁忙，計算機水平不是很高，因此，蘭光MES系統在設計時就充分考慮到了這些因素，采用直觀的圖形化界面，將生產中的各類抽象信息用圖形化的形式展現出來，非常方便使用者學習與掌握。

　　1) 圖形化的計劃排產

　　蘭光MES系統除了具備強大的排產算法以外，并采用了讓人耳目一新的圖形化界面。如：計劃員可用鼠標拖拽的方式調整機床的生產計劃，所有因此而受到影響的產品將被重新排產。所有的更改只有保存后才會生效，因此計劃員可以進行各種可能排產的嘗試。

　　圖形化的排產界面

　　2) 圖形化的生產看板

　　在生產任務管理中，蘭光MES采用“紅綠燈系統”的顏色，用戶很容易地查看每個任務和工序的狀態，包括是否投產、計劃數量、交貨期、所用時間、提前(或延遲)時間、已完成數量等，非常直觀。

　　圖形化的生產看板

　　3) 醒目的預警機制

　　拖期任務提醒

　　在計劃進行調整后，對于還未執行的計劃，系統會計算分析出可能要拖期的零件和工序，并用醒目的顏色表示出來，使計劃調度人員有針對性地關注其進度并做出快速響應。

　　4) 圖形化的統計分析

　　在蘭光MES系統中，可以自動生成各類統計報表，可按車間不同角色所需了解的信息來分類，可按周報、年報、月報來統計，可按柱狀圖、餅圖、報表的形式展現。

　　圖形化的統計報表

　　4. 結束語

　　面對復雜的軍工企業生產管理，我們一定要深入理解與貫徹精益生產與MES的概念與精髓，并緊密結合軍工企業的行業特點、當前存在的問題，以及系統使用群體的特點，重點突破上述5大關鍵技術瓶頸，力爭全面涵蓋計劃調度、作業管理、物料管理、工具管理、質量管理、數據采集、現場信息管理、決策支持等車間生產的各個方面，構建具有軍工特色的MES系統，可有效地提升企業的運行效率、降低生產成本、全面增強企業競爭力，為打造國內領先的數字化工廠奠定良好的基礎。