作者：MPDV 曹海勇博士 中國機電一體化技術應用協(xié)會制造執(zhí)行系統(tǒng)分會

上一篇主要是追根溯源，闡述了MES作為管理的“用”，應該秉承管理的“體” – “軌”。管仲在提出“軌”時，明確了管理的對象包括土地、人口、用度、常費、貨幣等。今天，MES管理的對象無非就是工廠五要素：人、機、料、法、環(huán)。本文要介紹一下MES的標準體系——管理了哪些業(yè)務要求。當然，介紹標準體系不僅僅是從業(yè)務應用出發(fā)，也要考量系統(tǒng)功能的實現(xiàn)技術。

為什么要從兩個方面來闡述MES的標準體系？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)的最高層首先是決定企業(yè)是不是要上MES，然后再確定應該如何確定需求規(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)務和IT部門將向最高層分別提出“我們需要什么”。這兩個角色相輔相成，“業(yè)務驅(qū)動IT，IT實現(xiàn)業(yè)務”。

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)最終MES系統(tǒng)失敗埋下禍根。比如，業(yè)務部門認為IT不懂生產(chǎn)，不讓IT參與項目，結(jié)果往往是業(yè)務需求范圍的不合理。應該是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)、設備管理系統(tǒng)等等之類的業(yè)務需求。反過來，有些企業(yè)的IT部門喜歡越俎代庖，繞過業(yè)務部門去規(guī)劃MES的業(yè)務應用，在不明白需要解決什么問題的情況下，認為把數(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，而忽略了應用需求。筆者有時參與所謂的投標前技術交流，準備了一大堆關于對業(yè)務需求的響應方案。結(jié)果在現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn)幾乎都是IT人員在主導，更關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)務應用解決方案。皮之不存、毛將焉附？

所以，筆者首先從業(yè)務應用層面闡述MES的標準體系，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)務范圍來看，軟件系統(tǒng)覆蓋的范圍遠超過軟件工具。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)務范圍，也搖身一變成為MES廠商。

MES究竟應該實現(xiàn)哪些業(yè)務范圍，目前國際上遵循的是兩個標準體系，分別是美國的ISA-95和德國的VDI5600標準。兩者實質(zhì)上相同，只是表述方式上不一致。美國標準是對生產(chǎn)管理進行抽象，以IT系統(tǒng)的概念進行演繹，受眾面更多是企業(yè)IT人員。德國標準的闡述方式更是接近實際生產(chǎn)業(yè)務的管理邏輯，受眾面更多是業(yè)務部門。筆者希望首先是讓生產(chǎn)人員清晰明白MES應該管理的業(yè)務范圍究竟有哪些，故而在本文中選擇闡述德國標準。

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，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)務應用基石，在MES中所有的數(shù)據(jù)都是與工單進行交叉關聯(lián)的，產(chǎn)生對應的控制、計劃、統(tǒng)計和分析等相關的應用。工單，顧名思義是工作任務。一個工單最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、交期達成率等；當績效指標有偏差時，可以分析相關原因，比如通過工單作業(yè)時間成本分析，可以了解到每個產(chǎn)品最優(yōu)的生產(chǎn)成本是多少，沒有達到最佳生產(chǎn)成本的是由于計劃不合理還是設備績效差，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。

設備是最重要的生產(chǎn)資源，對于管理層而言最關注“我的高價值設備是否發(fā)揮出高價值應用”。設備績效管理兩個要素：狀態(tài)和速度。首先是設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)生在設備處于“切削”加工狀態(tài)下完成的，而設備在其他狀態(tài)都是非增值時間。其次是設備在增值狀態(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)：即實時的設備狀態(tài)和產(chǎn)出；歷史統(tǒng)計包括設備效率、OEE等；可以分析設備停機原因，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最佳排產(chǎn)結(jié)果，只有最合適的。比如，上海到北京的交通方式，可以是坐飛機、高鐵、普快、自駕甚至騎摩托車，你無法說哪個是最佳的方式，而是考慮相應的約束條件，到底是追求不晚點還是最便宜?？傊谲囬g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重。由于提高設備利用率的直接結(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)設備利用率最大化。

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，其最終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，是最合理的。

而物料管理還有重要的一項業(yè)務需求就是跟蹤追溯，在許多制造領域是強制性的要求，相當于汽車上路必須有交強險。追溯應用分兩個層面，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上加載過程信息，回答了誰在哪個設備 / 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，必須進行管理，并且關聯(lián)到工單、設備和批次進行交叉比對，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。設備的設置參數(shù)和加工程序應該能夠隨著工單下達到設備后也同步自動傳送到設備的控制系統(tǒng)，以減少人工出錯。此外，在首件生產(chǎn)時需要調(diào)試，當工藝穩(wěn)定后，需要從設備控制器中把更新后的設置參數(shù)上傳到中央系統(tǒng)儲存。MES在這個過程中相當于郵遞員，在編程系統(tǒng)和設備控制傳遞設置參數(shù)，并且對參數(shù)變化進行比對確認。

如同家用冰箱，都有能耗等級標識。德國綠色制造標準不僅規(guī)定了設備本身的能耗等級作為考核設備質(zhì)量的重要評價；另一方面也考核企業(yè)使用該設備的真正能耗。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)。

【質(zhì)量管理】

在提高設備績效、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，在改進質(zhì)量問題所花的精力和成本遠高于改進設備績效。因此，在提高生產(chǎn)效率產(chǎn)生經(jīng)濟效益后，用節(jié)約出來的成本去改進質(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)定了對什么物料進行檢驗，在哪個工位檢驗，檢驗哪些特征值（定量和定性），使用什么樣的檢測設備，檢測頻率，樣本，檢驗特征的標準值和容差，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施。根據(jù)使用次數(shù)或檢測結(jié)果需要校準檢測實施的精度。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的解決措施。在生產(chǎn)過程中，如果某種缺陷以預先定義的某種模式出現(xiàn)時，自動觸發(fā)相應的解決措施。

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，必須要分析相關成本，以做出最合理的決策。

【人員管理】

無論是多先進的工廠，車間里總是有工人來執(zhí)行相關作業(yè)。既然已經(jīng)清晰知道設備效率、工單達成率、物料損耗率、良率等KPI（Key Performance Indicator關鍵績效指標），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，指標的達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，而不是以主管的人為意志轉(zhuǎn)移。

在生產(chǎn)管理領域，優(yōu)化車間排產(chǎn)時考慮的約束條件主要考慮工單交期、設備產(chǎn)能、工具和物料可用性。在此基礎上，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線損失最?。?，將工單分配到某一設備/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?？墒谴藭r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。

在某些特殊行業(yè)，還要考慮生產(chǎn)區(qū)域或生產(chǎn)設備的訪問控制?？梢詫ο嚓P人員進行授權，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)務應用范圍，并以VDI5600為基礎，從生產(chǎn)、質(zhì)量和人員管理三個方面進行邏輯性解讀。通過這個綜合闡述，想告訴企業(yè)用戶MES可以覆蓋的業(yè)務范圍，作為業(yè)務IT系統(tǒng)總體設計時應該考慮周全。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)核心能力去應用。務實的企業(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MES的管理應用。筆者曾經(jīng)參與一個某招標項目，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，在本次招標是關注兩個層面：宏觀層面上評價哪家產(chǎn)品的功能比較豐富，這樣將來擴展時成本低；本次招標范圍應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。但是企業(yè)認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)是希望一次性商務談判，以最低的成本拿下最多的功能。然而企業(yè)有沒有想過什么才是當前最需要的。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，當項目開始執(zhí)行時就陷入泥潭，討論的業(yè)務范圍太廣，客戶對系統(tǒng)的理解也很膚淺，最終雙方在無數(shù)次拉鋸戰(zhàn)后筋疲力盡，勉強在項目啟動一年多以后把藍圖簽掉，草草收兵。同期，另一家客戶選擇從工單管理和設備績效管理開始，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)的基礎上，提出更為詳細的需求，并據(jù)此優(yōu)化系統(tǒng)來實現(xiàn)業(yè)務的優(yōu)化。同樣在一年時間里，這家客戶分四個階段完成8個功能模塊的建設和應用。一年后，僅設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。關于MES的實施方法，筆者在后篇專題介紹。

本文作者系默佩德衛(wèi)軟件技術服務（上海）有限公司銷售總監(jiān)。

【關于MPDV】

默佩德衛(wèi)軟件技術服務（上海）有限公司是MPDV在中國的全資子公司。

總部位于德國的MPDV公司是全球領先的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）供應商，其核心產(chǎn)品MES HYDRA提供一整套創(chuàng)新的制造執(zhí)行系統(tǒng)解決方案，幫助企業(yè)在生產(chǎn)管理、人力資源績效管理和制造質(zhì)量管理領域?qū)崿F(xiàn)精益生產(chǎn)最佳實踐。

三十多年來，MES HYDRA已經(jīng)成功應用于離散制造的各個行業(yè)，如精密儀器、設備制造、汽車零部件、橡塑、金屬加工、電子/電氣制造、印刷、醫(yī)藥、食品/飲料等制造業(yè)，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率、實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)管理、改進物料流，最終實現(xiàn)精益生產(chǎn)。

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