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MES生产现场管理系统介绍

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2020年5月29日
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后现代生产现场管理系统----MES系统介绍
随着时代的列车快速的前进,人类社会也进入了以信息技术为主导的二十一世纪。这是一个新的时代,一个一切以信息技术为准则的时代,一个信息技术无孔不入、无处不在的世纪。信息时代的来临给我们带来了新的生活和游戏规则,只有不断的适应信息社会的要求,我们才能有自己的生存之地。
     同样,信息技术也在不断的改变着我们的思维,包括我们对企业管理的认识。随着信息技术的发展,它给企业管理带来了全方位的、革命性的变化。对于正在进行的这场管理信息化革命而言,现在企图进行全面的特征描述和概括可能是徒劳的,所作出的任何判断和预测都可能是不准确的。现在唯一能够确定的是这场信息化革命对管理理论和实践的影响是重要而深远的。有人说,未来的工厂将只有两个员工:一个人和一条狗,人是喂狗的,而狗是防止人去碰厂里的电脑的。因此各种管理方法的创新开始越来越倾向与依靠信息技术手段。于是便有了当前市面上:ERP、SCM、CRM、EIP、PDM等林林总总的信息化管理软件,也开始广泛的应用于企业管理中,也取得了一定的管理效益,并逐渐为更多的管理者所接受。
     可是以上系统都主要是对企业的管理数据进行处理和运算,主要是应用在计划、预测、计算等方面,可是对企业管理要求的重点-----生产现场管理都没有涉及到,因此,企业的生产现场的管理就象在黑箱中操作一样,也就使许多管理效益无形中打了折扣,当前在国内的海尔、联想,台湾的台达、恒基等知名生产商中,开始使用一种新的信息化管理技术,就是制造执行系统(MES),国内有称现场数据采集系统的。这是一个集硬件与软件于一体的系统,下面我们就具体的对其进行讲述。
    一、首先,我们从生产现场的管理现状与问题谈起
    行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向, 因而也使得生产现场的状况起了很大的变化,传统现场管理方式己无法应付这新的局面,我们可将生产型态的变化及引申的问题归纳成以下几点:
    (1)产品生命周期缩短
    信息电子产品最能代表这个现象。产品汰旧换新加速迫使产品设计,工程及生产部门之间的关系越来越紧密。生产单位不断面临新的零组件,新的设备,新的制程及经常性的工程变更,生产现场需要一套实时生产指示系统,有效地指引生产人员作业规范,同时能正确迅速地将生产状况反应给设计制造部门,及时找出新产品生产问题。
    (2)少量多样生产型态
    美国福特汽车的开创者亨利福特在20年代曾说过:「我能够给任何客户任何款式的车子,只要它是黑色的。而如今已进步到客户可在销售店里从数百种组合中挑选所要的车子配备,立即下单至工厂生产,你能够随时知道你的车子已生产至何种程度。由于少量多样的生产型态,现场随时充斥着众多不同的制造工令,不同的在制品、零组件,生产单位必须具备混线生产能力,弹性而有效率地在一天当中应付不同产品生产所需。
    (3)市场变化快速难以预测
商场如战场,过去大规模正规作战已不复见,而现在强调的是快速打击部队,能应付全球各地突发状况。生产现场也是要能机动地应付变化快速难以预测的订单式生产型态。
    (4)国际性竞争,日益激烈
    经济的发展日渐国际化,所面临的不但是国内竞争而是面对全球各地一流产品的竞争压力。就生产而言,所面临的是要不断提升产品品质及降低生产成本。过去老板生意好做,只把生产现场当做是一黑箱作业,如今在竞争压力下必须将此黑箱作业透明化,找出任何影响品质及成本的问题,并寻求具体的对策。
    二、那么何谓制造执行系统 – MES
    计算机在制造业的应用及计算机本身的发展与生产型态的演变,是息息相关的。过去的生产型态较为单纯,属于由上而下(Top Down)规划型态,计算机应用的重点在生产规划管理(MRP-Ⅱ)及一般事务处理,而现场作业管理仍停留在传统人工窗体作业型态。即使有所谓现场管制功能(Shop Floor Control - SFC),也受制于传统大型/微型计算机及电子科技,多是由收集相关资料,再以批次方式输入处理,所提供之功能有限。
在工厂自动化(Factory Automation - FA)方面,过去多是强调在物流自动化(Material Flow Automation),例如自动化生产设备,自动化检测仪器,自动化物流搬运储存设备等等。她们确实取代不少人工,解决了一些生产瓶颈,但也因相关作业配合不当,并没有充份发挥她们的功效,而有所谓 "自动化孤岛"之称(Islands of Automation)。
从一所提的问题,需要有一种现场信息流自动化系统(Frontline Data Automation)来解决,这类系统如果是运用在工厂制造现场,我们称之为制造执行系统-Manufacturing Execution System(MES)。在日本,她们称之为生产时点管理情报系统(Point of Production - POP),取法可模拟商业自动化中的销售时点(Point of Sales - POS),日本的命名颇为传神,因为无论 POP或 POS,其精神是一致、观念是相通的,都可说是一种由下而上(Bottom Up)实时掌握现场状况的情报管理系统。
MES 导入之前,公司MRP系统与生产现场之间透过人为方式沟通,使生产现场如同黑箱作业,无法掌握实时正确信息。而导入MES之后除了提供现场信息流自动化之外,它扮演承上启下的功能,达到计算机整合(Computer-IntegratedManufacturing - CIM)的境界。我们从MES这三个英文缩写,不难看出,它MRP(Manufacturing Resource Planning)或ERP(Enterprise Resource Planning)系统之间的互动关系,一个是上层的规划系统(Planning),一个是下层实际的执行系统(Execution)。
    三、发展沿革
    MES的需求是这十多年来生产型态的变革所产生的,因此它的发展历史比MIS,MRP,CAD/CAM 等要短。在先进国家中,多有专业从事 MES 的公司,而她们启源也多是源自公司内部的需求,以项目计划方式进行,当累积相当经验之后,逐渐形成独立之专业公司,而其系统也开发至相当成熟标准。一般是针对特定的产业生产型态,或特定的功能需求而开发出较为标准化的 MES。(例如美国的 Consilium,加拿大的 Promise 公司皆是开发 IC 厂 MES 的知名厂商。)或者是实时品管系统,或现场排程等特定功能也有厂商开发此类产品。另外,许多公司累积多年技术经验之后,开发一些核心的发展工具,一方面卖这些发展工具给System Integration 厂商,一方面自己也利用这些工具,承接MES的案子。
    四、MES功能
    我们将现场管理分成四个功能层次,依序是:
    (1) 追踪功能(Tracking)
    (2) 监督功能(Monitoring)
    (3) 控制功能(Controlling)
    (4) 管理功能(Management)
    以下我们就此四大功能,就传统方式及 MES 做一比较,在后面的章节中,我们将就几种产业实际状况做进一步具体说明。
    4.1. 追踪功能
    它的特色是尽量利用自动辨识技术,传感器或是与设备仪器的联机,能自动搜集现场生产情报,而下达的生产指示也可透过各类电子显示装置实时告之作业人员,达到无纸化(Paperless)的境界。传统人工窗体收集方式,需透过层层人工操作程序,才能到达管理者手中。
它的缺点是:
    (1) 作业缓慢,没有时效性,而使情报价值大减。
    (2) 错误率高,所谓Garbage In Garbage Out。错误情报甚而导致错误判断决策,影响层面更大。
    (3) 可利用性偏低,如果资料只是用人工记录在窗体、报表中,而不输入计算机,此信息可利用性非常低。而人工输入原始生产信息非常有限,只能点到为止,无法进一步做深入分析之用。
而 MES 资料收集方式有以下之优点:
    (1) 实时性。 在现场事件发生的同时便马上以电子资料型式纳入MES处理。
    (2) 正确性。 利用电子科技处理,免除人为因素,使正确性由百分之一以上,降至十万分之一以下。
    (3) 高度完整性及使用性。 现场事件经过计算机处理,可合并相关资料,存入电脑数据库中。
    4.2. 监督功能
    实时掌握了制造资源的最新状况及历史过程,再加上制程或作业规则,便可做到监督的功能。MES 随时将追踪的状况与设定的标准加以比较,如发生异常则立即透过计算机网络通知相关人员处理。
制程规格的监督,例如某类产品需要使用特殊规格的材料或组件,须经过某些制造程序,或者是成品要求某些包装配件,这些要求在作业人员实际工作时透过自动辨识技术或与设备的联机,很方便地让 MES 得知作业情形,与事先设定的标准比对,达到实时核对效果。
    制程品质的监督,实时收集所有现场的品质资料,并就不同制程、品检、修护、站别、产品时间区段或制令做统计分析,并立即反应给相关单位,达到品质预警效果。此项功能的发挥,能够大量减少工作现场因人为疏忽造成产品再加工或损坏,因而降低了直接人工及物料成本,达到品质预警效果。
生产设备的监督,随时了解各重要生产设备的状况,如发生异常能实时提供维修,并机动调整生产活动。
    4.3. 控制功能
    制程监督功能有了以后,便能够再进一步将制程中各个独立的自动化物料搬运备,自动检测设备及自动化生产设备联机起来,构成较完整的自动化系统,发挥整合的效果。基本上,各自独立的自动化设备只是解决了某项制程的生产瓶颈,而此自动作业之前后仍须人力的配合,并未能充份发挥昂贵设备的功能。而 MES 及弹性制造单元/系统(Flexible Manufacturing Cell/System--FMC/FMS)在这方面扮演着相辅相成的角色。简单地说,FMS 是以一个或数个自动化生产设备为核心如(CNC),配合一弹性的外围设备(如治具、机器人),使得此制造单元能有效率地自动地执行较大弹性制程规格内的制造程序。而 MES 掌握了生产最新状况(status)、制程规则(rules)及规画系统所设定的生产目标(goal)能够有效地整合控制个自独立的自动化设备,提升整厂的生产效率。
    4.4. 管理功能
    现场信息自动实时收集除了提供做现场监督、控制之外, 最重要的功能是做为现场管理之用。MES 将现场实时收集的资料,以及监督控制的状况都立即存入数据库中,不但有最新的状况也有长期储存的历史资料,利用数据库强大的查询、分析、报表功能,使得传统人工方式无法达到的管理功能得以在MES 中实现,亦使现场管理达到Just-In Time (JIT)的境界。