《制造执行系统（MES）项目化教程》读书笔记

《制造执行系统（MES）项目化教程》

 肖国涛 丛兰强

 57个笔记

 前言

• 党的二十大提出，加快建设制造强国。实现制造强国，智能制造是必经之路。在新一轮科技革命和产业变革的浪潮中，智能制造正越来越聚焦于数字化设计、数字化工厂和数字化运营服务。制造执行系统(MES)是智能制造、工业互联网最核心的工业软件之一，目前已在我国智能制造领域应用广泛，但该领域的复合型技术技能人才匮乏制约着智能制造产业的快速发展。本书是根据高等职业教育人才培养的标准及“制造执行系统实施与应用”职业技能等级证书的培训要求而编写的，主要目的在于培养复合型技术技能人才。

 模块1 认识制造执行系统

• 模块1 认识制造执行系统制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)一般部署在数字化车间，是数字化车间的日常生产管理系统。如果把数字化车间类比成一家公司，那么制造执行系统相当于办公自动化(OA)系统。制造执行系统被赋予工业管控中心的地位。数字化车间如图1-0-1所示。
• 本模块围绕制造执行系统设置了走进数字化工厂、制造执行系统的组成及作用、认识自动化颗粒灌装线三个工作任务。同学们在完成工作任务的过程中可以了解数字化工厂、制造执行系统基本组成及作用、自动化颗粒灌装生产线（也可称颗粒灌装线）结构组成和生产工艺流程的相关内容，将所学理论知识应用到工作实践中，在实践中长知识、塑人格、育精神，树立精益求精的“大国工匠”精神。

 任务1.1 走进数字化工厂

• 1.1.1 数字化工厂的定义数字化工厂(DF)是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。数字化工厂是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。它的出现给基础制造业注入了新的活力，主要作为产品设计和产品制造之间的桥梁。数字化管理是指利用计算机、通信、网络等技术，通过统计技术量化管理对象与管理行为，实现研发、计划、组织、生产、协调、销售、服务、创新等职能的管理活动和方法。企业要想实现高效的数字化管理，一般来说要经历以下这五个步骤。1.价值流程梳理以精益生产为核心指导思想，运用价值流分析，对企业作业流程进行全面的梳理和诊断，对产品经原材料供应商、生产企业最终到客户手中的一系列活动，区分出增值与非增值的活动。再通过精益的工具减少、消除一切非增值活动，重新定义，重组作业标准、时间节点、数据指标，设计以最少的资源投入获取最大利益的价值流程。2.人员设备全面升级在价值流程梳理的基础上，对标行业优秀企业，设定安全(Safety)、质量(Quality)、成本(Cost)、交期(Delivery)等支持企业运作的经营指标，规范作业流程的标准化。同时企业的人员素质和设备（软硬件）必须全面升级。在人员方面，必须转变思想，必须丢弃旧的生产管理理念，学习并接受新知识技能，以适应新的生产方式。在设备方面，企业可根据实际情况进行软硬件升级，包括机器替换人工、设备改造、工艺重组等，或导入新的高级计划系统(APS)/MES等生产制造信息化系统等。3.利用物联网技术通过基于物联网架构的新型技术，例如射频识别(RFID)、红外感应、激光扫描、电子标签等信息传感技术，将生产资源进行无线连接，实现信息交换和通信，采集关于企业在生产经营活动中各资源要素（人员、机器设备、物料、方法、环境、测量）的信息，实时掌握并监控企业各方面的运行状况。4.数据统筹分析在物联网的基础上，企业实时采集来自供应商、采购、生产、仓库、物流、销售等方面的信息，形成企业级数据库，然后再通过统筹系统，及时进行识别、记录、分析、运算，对数据进行筛选和区别，最终形成各类图形报表，如客户订单及生产进度报表、生产工单及缺料信息报表、生产质量统计与分析报表、生产效率UPPH（单位人时产能）统计与分析报表、OEE（设备综合效率）统计与分析报表、计时与计件工资核算报表、其他定制类统计与分析报表。通过数据统筹分析，将数据及时、有效、准确、透明地呈现给企业管理者，让企业管理者获得判断和决策的依据，达到在线敏捷应对，从而降低成本和减少风险。5.建设在线数字经营驾驶舱在线数字经营驾驶舱以物联网形成的数据为基础，以精益生产思想为企业管理核心思想，通过详尽的指标呈现体系，实时反映企业的运行状态，并最终以驾驶舱仪表盘的形式，将实时采集的生产经营活动数据，通过图表建模与对标分析，体现为各种常见的图表（直方图、品质报表、效率报表等），形象化标示企业运行的关键指标，直观地监测企业生产运营现状，并可以对异常关键指标预警和挖掘分析，使企业管理者对经营状况了如指掌，能及时做出智慧决策，及时防范有可能发生的各类风险，运筹帷幄，决胜千里。数字化工厂也不等于全自动化工厂。数字化工厂的价值，并不是用自动化设备完全取代人，而是用自动化设备来帮助人。数字化工厂的另一个重要价值是提高效率，通过提高效率，实现在不增加人工成本的情况下增加产能。
• 1.1.2 数字化工厂的组成主流观点认为数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节，数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/增强现实(VR/AR)等技术也包含在其中。1.产品设计环节——三维建模是基础在产品设计环节利用数字化建模技术为产品构建三维模型，能够有效减少物理实体样机制造和人员重复劳动所产生的成本。同时，三维模型涵盖产品所有的几何信息与非几何制造信息，这些信息会通过PDM/cPDM（产品数据管理/协同产品定义管理）数据平台，贯穿产品整个生命周期，是实现产品协同研制、产品从设计端到制造端一体化的重要保证。经历了30余年的发展，数字化建模技术已经相当成熟，至今使用三维CAD（计算机辅助设计）软件的全三维建模技术在制造业的应用已经相当普及。数字化建模技术的应用始于航空航天领域，由于对产品和零部件的精度、质量、加工工艺有着比其他行业更加苛刻的要求，航空航天工业让数字化建模技术的效用得以充分发挥。例如，美国波音公司在其737-NXK和787的设计制造中，利用数字化建模技术，不但有效缩短了研制周期，大幅降低了研制成本，而且通过PDM/cPDM，有效实现了产品设计与制造环节的信息协同，从而大幅提高了生产效率。2.生产规划环节——工艺仿真是关键在生产规划环节，基于PDM/cPDM中所同步的产品设计环节数据，利用虚拟仿真技术，可以对工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划，并在仿真模型“预演”的基础之上，进行分析、评估、验证，迅速发现系统运行中存在的问题和有待改进之处，并及时调整与优化，减少后续生产执行环节对实体系统的更改与返工次数，从而有效降低成本、缩短工期、提高效率。虚拟仿真技术广泛应用于汽车、船舶及其他大型设备制造过程中。例如，大众汽车公司旗下斯柯达捷克工厂，就采用西门子的Tecnomatix，利用虚拟仿真工艺路径规划，来减少实际生产线调整和改进所需要花费的成本。此外，随着“人”在制造业中的地位和作用逐渐被重新认识，虚拟现实/增强现实技术的应用也日渐增多，使人能够融入虚拟仿真环境之中，身临其境地参与生产规划。3.生产执行环节——数据采集实时通早期的数字化工厂，其实并不包含生产执行环节，但随着制造业企业具体实践与应用的发展，数字化工厂的概念开始向覆盖产品整个生命周期的全价值链拓展与延伸。作为将产品从设计意图转化为实体成品的关键环节，生产执行无疑应该是数字化工厂的关键一环。这个环节的数字化体现在制造执行系统(MES)与其他系统之间的互联互通上。制造执行系统与企业资源计划(ERP)、PDM/cPDM之间的集成，能够保证所有相关产品属性信息从始至终保持同步，并实现实时更新。如果某一款产品的零部件或原材料发生变化，PDM/cPDM和制造执行系统中的数据信息会同步变化，制造执行系统会自动调整制造解决方案，从而有效避免传统制造企业由于信息无法及时传递和同步而造成的误工。借助RFID（射频识别）技术，制造执行系统还能够对生产线上的产品零部件进行识别和路径规划，从而实现柔性化混线生产，大幅提高生产效率。玛莎拉蒂的Bertone工厂就采用上述技术实现Quattroporte与Ghibli两款不同车型的全自动生产与组装（见图1-1-1），据不完全统计，其产能提升幅度高达两倍以上。
• 1.1.3 数字化工厂的特征和传统工厂相比，数字化工厂的显著特征是：在“人、机、料”之外多了数字虚体（计算机、网络、软件、模型、报表和图形等的组合）。三体智能制造理论有助于理解数字化车间。在传统车间中只存在二体，即意识人体和物理实体，而没有三体中的数字虚体和数字化工厂最为显著的特点。意识人体是指车间管理人员和生产人员，以及这些人的知识、技能、经验和智慧等构成的意识与行为；物理实体是指设备、物料、产品、工装、工位和场地等对象以及它们形成的生产能力。车间活动就是人体用意识和行为操作或操纵实体来完成生产任务，人的脑力和体力就是生产条件的组成部分，也就是说，人体和实体同样处于生产回路中（见图1-1-2）。
• 模仿上述智能制造的定义，可以通俗地定义：数字化车间=传统车间+车间数字虚体。车间数字是传统车间中的实体和行为在数字空间的映射。实体映射包括“人、机、料”的数字化表现，表现形式有图片、表格、视频、虚拟现实(VR)、数据类以及XML文件等。行为映射是根据采集的生产过程数据推演到的生产过程动态场景。如果数据足够多，就可以想象数字化车间是虚、实两个版本镜像车间，这也被称作“数字孪生”(Digital Twins)车间。数字孪生车间由四部分组成，即物理车间、虚拟车间、车间服务系统、车间孪生数据，如图1-1-4所示。
• 1.1.4 数字化工厂的关键技术1.数字化建模技术通常研究的制造系统是非线性离散化系统，需要建立产品模型、资源模型，涉及制造设备、材料、能源、工具、生产人员和制造环境等。工艺模型、工艺规则、制造路线等受到生产管理模型系统的限制和约束。数字化工厂是建立在模型基础上的优化仿真系统，所以数字化建模技术是数字化工厂的基础。2.优化仿真技术随着虚拟设计技术、三维造型、装配分析和数控模拟技术以及工程分析技术的不断发展和完善，优化仿真技术进一步向制造过程领域发展。在数字化建模的基础上，数字化工厂对制造系统进行运动学、动力学、加工能力等各方面的动态仿真优化。3.虚拟现实技术文本信息很难满足制造业的需求，随着三维造型技术的发展，三维实体造型技术已得到普遍应用，具有沉浸式的虚拟现实技术，使用户能身临其境地感受产品的设计过程和制造过程，使仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分。4.软件之间的重组和集成数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间会有信息交换和集成。5.应用工具数字化工厂拥有产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控制程序生成器、各种报表输出工具等。
• 1.1.5 数字化工厂的发展趋势虽然CAD与PDM等专注于产品设计的专业软件自诞生至今已有几十年的历史，但在相当长的时间里，由于缺乏科学有效的数据协同管理手段，研发设计阶段所产生的产品数据与信息，无法与后续生产规划、生产执行环节同步共享，仅能通过负责生产的工作人员的经验判断来安排生产，由信息不对称而造成的一切问题，只能被动应对与处理，不仅严重影响实际生产效率，还需承担由此产生的额外成本损失。这种产品设计与制造环节数据与信息脱节所引发的种种问题，是制造业的痛点。如今，制造业竞争日益激烈，客户需求多样化、制造工艺日益复杂、市场对质量与效率的要求不断提升，传统制造业面临巨大挑战。制造数字化转型，制造生态链分工细化，使得传统的生产模式遇到极大的挑战。多品种、小批量、快速、透明的生产诉求，使得越来越多的制造企业认识到，需要以更短的产品设计制造周期、更快的产品迭代速度、更高的生产效率与更灵活的生产方式来应对。因此，残酷的生存现状使得越来越多的制造企业进行工厂数字化转型。事实上，制造业从未停止使用信息化手段尝试解决这些问题，其中比较著名的解决方案，包括20世纪80年代提出的计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)，但在企业的具体实践当中，限于成本与技术瓶颈问题，尤其是限于机制问题，实施后收效甚微，有些甚至无果而终。20世纪90年代末，基于虚拟制造技术的数字化工厂解决方案逐步发展起来。它利用数据协同管理、三维建模、虚拟仿真等数字化技术，以及统一的数据平台实现产品设计与制造阶段的数据协同，实现从产品研发设计到实际生产制造之间数据与信息的协同与集成，从而填补产品研发设计与生产制造之间的鸿沟，同时在计算机虚拟环境中对物理制造系统与实际生产过程进行仿真，使生产制造过程能够在生产线实际布局前，在数字虚拟空间内提前验证、调整与优化。实践证明，数字化工厂解决方案能够帮助制造企业缩短产品上市周期、降低产品研发成本、消除信息不对称所造成的成本与效率损失、提高生产线配置与布局效率、降低生产线潜在故障与风险、减少生产制造过程中的不确定性等。正如北京航空航天大学刘强教授于2015年提出的“智能制造三不要”所描述的那样：1)不要在落后的工艺基础上搞自动化——工业2.0必须先解决的问题。2)不要在落后的管理基础上搞信息化——工业3.0必须先解决的问题（需以建立在现代管理基础上的信息化为前提）。3)不要在不具备数字化、网络化基础时搞智能化——工业4.0必须先解决的问题（需夯实数字化网络化基础）。要实现工业4.0，必须先构建智能工厂，而要构建智能工厂，必须先打造数字化工厂，数字化工厂是走向智能制造与实现工业4.0愿景的必由之路。近年来，数字化工厂逐渐成为国内外制造业企业关注的重点，具体的实践与应用也实现了快速发展，但是业内对数字化工厂含义的解读却是千差万别的，至今也没有达成统一的认识。
• 1.1.6 数字化管理系统1.战略性业务模式：PLMPLM（产品生命周期管理）是一种战略性业务模式，它应用一系列一致的业务解决方案，支持产品信息在全企业和产品全生命周期内（从概念到生命周期结束）的创建、管理、分发和使用，集成了流程和信息等众多要素。PLM软件解决方案是以产品为中心，以应用软件为手段，以灵活应对市场需求为目标，通过对企业知识型资产的管理，实现对产品的数据管理、项目管理、变更管理、协同管理、标准化管理、安全管理等，为制造企业提供了一个可伸缩的研发管理平台。PLM与ERP集成：PLM将PBOM（计划物料清单）和工艺路线传给ERP，ERP根据零部件的标准成本、建议成本、现行成本基础数据，结合加工中心和成本中心，自动生成CBOM（采购物料清单）。PLM与MOM（制造运行管理）集成：PLM将MBOM（制造物料清单）、SOP（标准作业程序）传给MOM，指导MOM生产管理。当产品发生设计变更时，会将变更数据实时同步到ERP、MOM系统。2.管理平台：ERPERP（企业资源计划）是指建立在信息技术基础上，集信息技术与先进管理思想于一身，以系统化管理思想，为企业员工及决策层提供决策手段的管理平台。ERP是从MRP（物料需求计划）发展而来的新一代集成化管理信息系统，扩展了MRP的功能，其核心思想是供应链管理。它跳出了传统企业边界，从供应链范围优化企业的资源，优化了现代企业的运行模式，反映了市场对企业合理调配资源的要求。将企业的三大流——物流、资金流、信息流进行全面一体化管理。它对于改善企业业务流程、提高企业核心竞争力具有显著作用。特别提一下，ERP不要过多管理制造端，只需以报工方式，保存制造端的生产结果，用于财务成本核算。ERP与MOM集成：将生产基础数据（物料、销售订单）传给MOM。APS（高级排产排程）将分解后的制造工单回传给ERP，MES将生产数量、物料消耗数量按照一定周期回传给ERP。ERP与MES集成：实时同步物料基础数据、仓库基础数据、库存数量。3.管理系统：WMSWMS（仓库管理系统）是指通过入库业务、出库业务、仓库调拨、库存调拨等功能，对批次管理、物料对应、库存盘点、质检管理、虚拟仓管理和即时库存管理等功能综合运用的管理系统，它能够有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程。WMS与ERP集成：如果需要提供一整套仓库解决方案，则ERP依然存在一些缺陷，我们也了解到WMS可以弥补ERP的一些缺陷。因此，如果想拥有一个强大的仓库管理解决方案，那么可以将ERP与WMS两者结合起来使用。WMS与MOM集成：当车间MES接料时，WMS实时将物料批次信息传给MES，绑定接料工位。当成品入库时，MES会实时将物料批次信息传给WMS，绑定仓库和储位。4.仪表控制系统：DCSDCS（集散式控制系统）是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分散和独立以及综合协调设计原则的新一代仪表控制系统。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在电力、冶金、石化等行业都获得了极其广泛的应用。DCS与MOM集成：MES将工单下达到机台设备，对设备、模具、刀具、人员防错，指导设备生产。DCS将设备状态、工艺参数数据（温度、压力、扭矩等）回传给MES，与生产工单关联，用于生产追溯。5.运行系统：MOM美国仪器、系统和自动化协会（Instrumentation，System，and Automation Society，ISA，现为国际自动化学会）于2000年开始发布ISA-95（也称SP95）标准，首次确立了MOM的概念，针对更广义的制造管理划定边界，作为该领域的通用研究对象和内容，并构建通用活动模型应用于生产、维护、质量和库存四类主要运行区域，详细定义了各类运行系统的功能及各功能模块之间的相互关系。数字化工厂解决方案的系统工具组合包括：APS（高级排产排程），MES（制造执行系统），QMS（质量管理系统），SCADA（数据采集与监控系统）。通过APS、MES、QMS、SCADA无缝深度集成，打造数字化工厂制造运营端一体化解决方案，实现自动化、智能化制造运营流程，实现高效、透明的运营管理。
• 1.1.7 数字化工厂的优势时间、效率、灵活性是当前制造企业在激烈的市场竞争中所面临的主要议题，也是制造业经由数字化转型向智能制造迈进，最终现实工业4.0愿景所面临的三大挑战。数字化工厂利用其工厂布局、工艺规划和仿真优化等功能手段，改变了传统工业生产的理念，给现代化工业带来了新的技术革命，其优势作用较为明显。(1)预规划和灵活性生产　利用数字化工厂技术，整个企业在设计之初就可以对工厂布局、产品生产水平与能力等进行预规划，从而进行评估与检验。同时，数字化工厂技术的应用使得工厂设计不再是各部门单一地流水作业，各部门成为一个紧密联系的有机整体，这有助于工厂建设过程中灵活协调与并行处理。此外，在工厂生产过程中能够最大限度地关联产业链上的各节点，增强生产、物流、管理过程中的灵活性和自动化水平。(2)缩短产品上市时间、提高产品竞争力　数字化工厂能够根据市场需求的变化，快速、方便地对新产品进行虚拟化仿真设计，从而加快了新产品设计的进度。同时，通过对新产品的生产工艺、生产过程进行模拟仿真与优化，保证了新产品生产过程的顺利与产品质量的可靠，加快了产品的上市时间，在企业竞争中占得先机。(3)节约资源、降低成本、提高资金效益　通过数字化工厂技术方便地进行产品的虚拟设计与验证，最大限度地降低了物理原型的生产与更改，从而有效地减少资源浪费、降低产品开发成本。同时，充分利用现有的数据资料（客户需求、生产原料、设备状况等）进行生产仿真与预测，对生产过程进行预先判断与决策，从而提高生产收益与资金使用效益。(4)提升产品质量水平　利用数字化工厂技术，能够对产品设计、产品原料、生产过程等进行严格把关与统筹安排，降低设计与生产制造之间的不确定性，从而提高产品数据的统一性，方便进行质量规划，提升质量水平。据不完全统计，采用数字化工厂技术后，企业能够将产品上市时间缩短30%，减少60%以上的设计修改与返工作业，生产工艺规划时间减少40%，产能提高15%以上，同时节约15%左右的生产成本。
• 安贝格工厂创建于1989年，是德国政府、企业、大学以及研究机构合力研发全自动、基于互联网智能工厂的早期案例。在占地约10万m2的厂房内，员工仅有1000名，近千个制造单元仅通过互联网进行联络，大多数设备都在无人力操作状态下进行挑选和组装。最令人惊叹的是，在安贝格工厂中，每年可生产约1500万件Simatic控制设备，按每年生产230天计算，即平均每秒就能生产出一台控制设备。每100万件产品中，次品约为15件，产品合格率高达99.9985%，追溯性更是达到100%。安贝格工厂自身生产过程也利用Simatic设备进行控制，生产过程实现了高度自动化。这里的生产设备和计算机可以自主处理75%的流程工作，由人力完成的部分只有生产过程的开头部分，即员工将初始组件放置到生产线上的环节，此后所有的工作均由机器自动控制完成。依靠Simatic设备的高度自动化，在24h内西门子安贝格工厂就可将面向全球约6万名用户的产品做好交付准备。工业4.0意味着网络进入工厂大生产，是一个崭新的工业制造逻辑和方式。过去是由中心控制指挥系统每一分钟对机器发出指令；而现在则由产品所附带的信息告诉机器需要什么样的生产过程，以制造出符合客户要求的产品。这样的智能工厂能够让产品完全实现产品全生命周期自动化生产，堪称智能工厂的典范。在生产之前，产品的使用目的就已预先确定，包括部件生产所需的全部信息，都已经“存在”于虚拟现实中，这些部件有自己的“名称”和“地址”，具备各自的身份信息，它们“知道”什么时候、哪条生产线或哪个工艺过程需要它们。通过这种方式，这些部件得以协商确定各自在数字化工厂中的运行路径。在未来的工厂里，设备和工件之间甚至可以直接交流，从而自主决定后续的生产步骤，组成一个分布式、高效和灵活的系统。目前，安贝格工厂的姊妹工厂——西门子工业自动化产品成都生产研发基地（下称“西门子成都工厂”）已在我国四川成都建立。西门子成都工厂承担着西门子全球工业自动化产品研发的角色，厂内实现了从管理、产品研发、生产到物流配送全过程的数字化，并且通过信息技术，与西门子在德国的生产基地和美国的研发中心进行数据互联。
• 企业组织结构一个生产企业的主要业务部门包括市场营销中心、研发生产中心、供应链管理中心、管理保障中心和技术保障中心，其中管理保障中心和技术保障中心为内部条件支撑部门。某生产企业组织结构如图1-1-6所示。
• 数字化工厂运营管理流程生产车间的主要运行管理流程如图1-1-8所示。生产车间运行活动从接到生产任务开始，直到成品入库结束。中间要经历排程排产、制订物料需求计划、作业分派、生产线准备、物料接收、生产线执行以及成品入库等过程，需要从工程部获取工艺资料，接受质量部的物料产品检验及质量标准检查，与设备部配合完成设备管理和维护工作，还需要和研发部共同解决生产技术问题等。归纳起来，生产车间的运行管理活动包括四个范畴：生产管理、物料管理、质量管理和设备管理。

 任务1.2 制造执行系统的组成及作用

• 1.2.2 制造执行系统的定义与作用无论产业界或者学术界如何解读工业4.0，它的本质都是数据，这些数据包括了智能产品数据、企业运营数据、产业链上数据、企业外部数据等。这些数据串起来就是工业4.0的生态圈。从目前的市场热度及反应来看，大家对于工业4.0的认识存在一定程度上重硬轻软的现象，各种展会或者媒体宣传的示范线，常常是生产装备。我们可以把智能工厂比作一个人，工业软件就是这个人的神经系统，而MES在工业软件制造板块中的作用尤为重要。1.MES的定义MESA（制造企业解决方案协会）对MES所下的定义：MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使企业既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通信在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。MESA在MES定义中强调了以下三点：1)MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一地解决某个生产瓶颈。2)MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并做出相应的分析和处理。3)MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。从定位角度来看，MES是服务于工厂生产执行的信息系统，位于企业经营的计划系统与生产过程的直接工业控制系统之间。该定位将企业的运作划分为三个层次，分别是计划层、执行层和控制层。其中，计划层有MRP II或ERP等经营管理信息系统；控制层包括DCS、PLC、NC/CNC（数字控制/计算机数字控制）或SCADA中的一个系统或这几种系统的组合，以及各种仪器设备等；介于两者之间的是执行层，包括MES（制造执行系统）。
• 2.MES的作用MES介于企业的“计划层”和“控制层”之间，对企业生产计划进行“再计划”，“指令”生产设备“协同”或“同步”动作，对产品生产过程进行及时响应，使用当前确实的数据对生产过程进行及时调整、更改或干预。双向直接的通信，使得在整个企业的产品供需链中，既可以向生产过程人员传达企业的期望，又可以向有关的部门提供产品制造过程状态的信息反馈，如图1-2-1所示。
• 1.MES对企业的价值MES是为了车间级业务有序、协调、可控和高效进行而建立的全业务协同制造平台，其对企业的价值主要体现为以下三个方面。(1)全过程管理　对产品从输入到输出包括工艺准备、生产准备、生产制造、周转入库的全过程进行管理，包括过程的进展状态、异常情况监控等。(2)全方位视野　从工艺、进度、质量、成本等方面进行全过程的管理。(3)全员参与形式　车间领导、计划人员、工艺人员、调度人员、操作人员、质量管理人员、库存人员、协作车间人员等根据自身角色参与制造执行过程，在获取和反馈实时数据的基础上，通过及时沟通与协调，实现业务协同，提高企业核心竞争力。2.MES对企业的影响在工业4.0背景下，企业需要推动智能制造，构建智能工厂、智能生产、智能物流和智能服务体系。(1)MES深度融入企业运营环节　智能工厂中的机器将全部由软件控制，工人只需要通过MES现场的操作计算机或者移动终端就可以完成生产。MES结合企业运营的其他工业软件构建一个具有高度协同性的生产系统，对企业的设计、采购、销售、计划、制造、运维等各个环节中每一个与制造相关的指令，都能够精确调度、发送、跟踪和监控该指令影响生产的过程，从而成为实现车间制造智能化的基本技术手段。MES收集及整合整个智能工厂的业务数据，通过工业大数据的分析整合，使全产业链可视化，达到生产最优化、流程最简化、效率最大化、成本最低化和质量最优化的目的。MES集成了生产计划管理、生产设备管理、生产过程管理、生产质量管理、物料和产品追溯管理、制造资源管理、看板和可视化展示等子系统或模块，将制造业企业的人、机、料、法、环等生产要素有机结合在一起（见图1-2-2）。
• MES的部分功能如下：智能排产：多模型排产，根据条件变化实现动态调整。设备管理：设备运行数据实时采集，基于数据分析进行设备预测性维护。物流协同：利用物流调度指令实现物料高效流转，并按指令快速配送，减少物料等待时间。通过物流协同管理，促进库存最小化。生产质量追溯：生产全过程实时监控，通过质量控制实现交付产品高质量，根据检测数据实现批次及履历可追溯。生产预警：零故障为目标，对设备故障实时预警、生产过程问题实时警示。可视化展示：全面图报表多维度分析数据指标，多种看板实时展示全局效率及利用率，通过车间现场可视化展示，来促进生产持续改进。伴随着制造企业的发展，未来制造企业势必也是一家软件公司，其软件系统的应用会越来越多，MES一定会成为制造企业运营的基石。在中国制造到中国智造，中国智造到中国创造的过程中，新时代的大学生责任在肩，应负重前行，树立“开天辟地、敢为人先”的红船精神。重新定义的MES与其他业务板块具有同等重要的地位，具体体现在以下几点：1)以网络化和扁平化的形式对企业的生产计划进行“再计划”，“指令”生产设备“协同”或“同步”动作，对产品生产过程进行及时响应，使用当前的数据对生产过程进行及时调整、更改或干预等处理。2)针对大规模定制的需求可以实现柔性排程和调度。3)采用多向直接的通信，在整个企业的产品供需链中，既向生产过程人员传达企业的期望（计划），又向有关部门提供产品制造过程状态的信息反馈，还要告知车间底层装备之间加工的法则、彼此的加工状态。4)既不同于类似于ERP的企业运营系统，也不同于企业的过程控制系统，使用MES的经验表明，它不再单纯针对制造过程进行优化，而是可以延伸至企业运营的其他板块，缩短产品的研发周期，提高生产效率，降低单元产品的制造成本，提高产品的合格率和能源利用率。(2)MES的业务应用范围更加广泛　传统MES的作用就是实现企业的连续信息流，并通过传递和处理信息，对订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。MESA归纳了应用MINT软件后的MES的11个主要功能模块。1)资源分配和状态管理(Resource Allocation and Status)。管理机床、工具、人员、物料、其他设备以及其他生产实体（例如进行加工必须准备的工艺文件、数控加工程序等文档资料），以保证生产的正常进行。MES还要提供资源使用情况的历史记录，确保设备能够正确安装和运转，以提供实时的状态信息。对这些资源的管理，还包括为满足作业排程计划目标而对其所做的预定和调度。2)工序详细调度(Operations/Detail Scheduling)。在具体生产单元的操作中，根据相关的优先级(Priorities)、属性(Attributes)、特征(Characteristics)以及配方(Recipes)，提供作业排序功能。例如，当根据形状和其他特征对颜色顺序进行合理排序时，可最大限度减少生产过程中的准备时间。这个调度功能的能力有限，主要是通过识别替代性、重叠性或并行性操作来计算出准确时间、设备上下料，以做出相应调整来适应变化。3)生产单元分配(Dispatching Production Units)。以作业、订单、批量和工作单等形式管理生产单元间工作的流动。分配信息用于作业顺序的制定以及车间有事件发生时的实时变更。生产单元分配功能具有变更车间已制订的生产计划的能力，对返修品和废品进行处理，用缓冲区管理的方法控制任意位置的在制品数量。4)文档管理(Document Control)。管理生产单元有关的记录和表格，包括工作指令、配方、工程图纸、标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及班次间的通信记录，并提供按计划编辑信息的功能。它将各种指令下达给操作层，包括向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产配方。此外它还包括对环境、健康和安全制度信息以及IS0信息的管理与完整性维护，例如纠正措施控制程序。当然，还要提供存储历史信息功能。5)数据采集(Data Collection/Acquisition)。能通过数据采集接口来获取生产单元的记录和各种作业生产数据和参数。数据采集有手工录入和自动化提取两大类。手动方式又包括手工方式、手持终端方式和条码扫描方式；自动化提取则包括DNC网卡、RFID和PLC等方式。6)人力资源管理(Labor Management)。提供按分钟级更新的内部人员状态，作为作业成本核算的基础。包括出勤报告、人员的认证跟踪以及追踪人员的辅助业务能力，如物料准备或工具间工作情况。劳务管理与资源分配功能相互作用，共同确定最佳分配方案。7)质量管理(Quality Management)。对生产制造过程中获得的测量值进行实时分析，以保证产品质量得到良好控制，质量问题得到确切关注。此功能还可针对质量问题推荐相关纠正措施，包括将症状、行为和结果加以关联以确定问题原因。质量管理还包括对统计过程控制(SPC)和统计质量控制(SQC)的跟踪，以及实验室信息管理系统(LIMS)的线下检修操作和分析管理。8)过程管理(Process Management)。监控生产过程、自动纠错或向用户提供决策支持以纠正和改进制造过程活动。这些活动具有内操作性，主要集中在被监控的机器和设备上，同时具有互操作性，可以跟踪从一项到另外一项作业的流程。过程管理还包括报警功能，使车间人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的过程更改。通过数据采集接口，过程管理可以实现智能设备与MES之间的数据交换。9)维护管理(Maintenance Management)。跟踪和指导作业活动，维护设备和工具以确保它们能正常运转并安排定期检修，以及对突发问题能够即刻响应或报警。它还能保留以往的维护管理历史记录和问题，帮助进行问题诊断。10)产品跟踪和产品清单管理(Product Tracking and Genealogy)。提供工件在任一时刻的位置和状态信息。其中，状态信息可包括：进行该工作的人员信息、按供应商划分的组成物料、产品批量、序列号、当前生产情况、警告、返工或与产品相关的其他异常信息。其在线跟踪功能可创建一个历史记录，使得零部件和每个末端产品的使用都具有追溯性。11)性能分析(Performance Analysis)。提供按分钟级更新的实际生产运行性能结果报告信息，将过去记录和预想结果进行比较。运行性能结果包括资源利用率、资源可获取性、产品单位周期、与排程表的一致性、与标准的一致性等指标的测量值。性能分析则包含SPC/SQC。该功能从度量操作参数的不同性能提取信息，当前性能的评估结果以报告或在线公布的形式呈现。通过MES这些功能模块的有效协作，可以沟通企业计划层和控制层，凭借信息技术提供精确的实时数据，最终达到优化管理活动和生产活动的目的。而在现实当中，企业可以根据自身行业特点和企业实际情况，开发出适合自身情况的多种功能模块。从MESA的定义也可以看出，提供精确的实时数据是一个优秀的MES的优势所在。MES对数据提供的实时性要求明显高于ERP。基于我国制造企业的现状，我国制造企业常用的八大MES应用模块、核心业务支撑平台和客户化定制体系见表1-2-9。
• MES未来的市场效益主要体现在以下方面：1)生产数据的即时采集（ERP为事后录入采集），通过实时数据采集，大大减少了ERP等系统数据录入时间。2)对生产数据的即时查询、历史查询和精细化数据分析。3)不良产品追溯管理。一方面，即时处理不良产品维修并及时改进以减少不良产品；另一方面，销售产品出现不良现象时，及时追溯相关批次，并准确召回不良批次，提高服务质量，并减少召回成本。4)收集工艺参数，优化工艺数据，缩短产品研发周期。5)改进生产工艺，提高产品质量。6)提高生产效率，监控生产工人生产状况，提高工作积极性（说明：在实际生产中，有一些生产车间为了降低自身工作量而舞弊）。7)准确追溯不合格供应商，减少不必要的损失。8)合理调配生产资源，如人员、物料、生产线等。9)按时交货，建立良性供货关系。10)为降低成本提供有力的数据来源。11)实现零库存管理，提高企业资金流的运转效率。12)与能源监控协同调度制造装备，提高能源利用率。13)统一标准和时刻，归结统计单元产品的制造成本，优化分析，达到降低制造成本的目的。工业领域正在全球范围内发挥越来越重要的作用，是推动科技创新、经济增长和社会稳定的重要力量。但与此同时，其市场竞争也在变得愈发激烈，客户需要新的、高质量的产品，要求以更快的速度交付根据客户要求而定制的产品。此外，制造企业还必须不断提高生产力水平，只有那些能以更少的能源和资源完成产品生产的企业，才能够应对不断增长的成本压力。智能制造的整体解决方案实现虚拟生产与现实生产环境的融合，采用创新的工业软件、自动化技术、驱动技术及服务，让MES深入企业运营应用过程中，促进企业缩短产品研发周期、提高生产效率、降低单元产品的制造成本、提高产品的优良率和能源利用率。(4)MES未来发展趋势　新形势下，落后产能过剩即将被淘汰，企业转型升级成为必然。制造企业的核心竞争力是以合适的成本适时交付高性价比的产品，来满足客户各方面的需求。对于制造企业而言，客户为什么选择本企业的产品？这就不得不谈到质量、交付、服务、价格（见图1-2-3）。
• 通过MES，制造企业可以达到以下目的：1)使产品有足够的质量性能优势。要明确并解决以下质量问题：原料是否合格？操作机台、人员、经过的工序、生产时间是否可追溯？关键工艺参数是否可控？能否防止工人装错部件、产品生产流程错误、产品混装？2)使产品有足够的交付优势。要明确并解决以下交付问题：平均生产周期是否明显高于同行业平均水平，加工周期是否稳定，是否预先可知准确的交付日期？生产过程中是否可以及时知道产品所在的工序位置？若工序中有报废，是否可以立即捕获到报废数据，并投料进行加工？3)使产品有足够的成本优势。要明确并解决以下成本问题：内部精益生产的水平如何？影响产能的原因是设备故障，调度失误，材料供应不及时，工人培训不够，还是工艺指标不合理？是否使OEE、材料利用率达到行业领先水平？4)在客户心目中有足够的服务优势。要明确并解决以下服务问题：是否可以引入客户自助服务APP，让客户录入订单号自行查看其对应订单的执行进度、产品的质量状态，方便地追溯产品的原料批次、工艺参数是否在控制线以内？5)使企业各级管理者享用清洁及时的生产数据。让整个生产现场完全透明化，以便做出最合理的决策。尽量废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷、设备台时、设备运行参数、利用率、OEE等：针对在线检测数据与关键工序的运行参数，通过大数据分析的方式，找出适合企业的最佳产品工艺。无论何时身处何地，各级管理者都能通过互联网将生产现场的状况一览无余。

 任务2.3 颗粒灌装生产线设备信息配置

• 关联知识1.设备设备是制造企业进行生产的主要物质和技术基础，制造企业的生产率、产品质量、生产成本都与设备直接相关。设备在MES里的基础信息管理称为设备的台账管理。设备台账管理涉及两类信息：一类是设备自身所固有的信息，如设备编号、设备型号、设备名称、设备生产商、采购日期、设备附件信息等；另一类是随着设备运行而产生的数据，如设备运行时间、设备维护时间、设备维修时间、设备点检记录等。设备台账管理能够根据设备唯一编码检索到该设备历史运行及维护情况，支持进行设备电子文档的存储与调取（如设备图纸、安装说明书、设备图片等），实现设备电子档案的建立。2.设备类型MES首先需要对企业所有设备进行分类，如生产类、仪器类、辅助类、工具类、运输类、管理类。现以化工企业为例，对其设备进行分类。根据化工企业设备在生产上的重要程度，可将设备分为主要设备和一般设备两大类，各自又分成两类，如图2-3-1所示。
• 主要设备分为甲类（级）设备和乙类（级）设备。(1)甲类（级）设备　甲类（级）设备是工厂的“心脏”设备。在无备用机的情况下，如若其出现故障，将引起全厂停产。有的企业称之为关键设备，在一个企业中约占全部设备的5%～10%，如乙烯厂的原料气、气体压缩机，超高压反应器等，都是乙烯厂的“心脏”设备。(2)乙类（级）设备　乙类（级）设备是工厂主要生产设备，但有备用设备。其重要程度比甲类（级）设备要低一些，对全厂生产和安全影响不重要。乙类（级）设备约占全厂设备的10%。在化工企业中，一般设备的重要性虽不及主要设备，但所占比重较大，约占90%。一般设备又分为丙类（级）和丁类（级）设备。(1)丙类（级）设备　丙类（级）设备是运转设备或检修比较频繁的静止设备，如一般反应设备、换热器、机、泵设备等。(2)丁类（级）设备　丁类（级）设备属于结构比较简单，平时维护工作较少，检修也简单的设备，如高位槽、小型储槽等静止设备。这种类别（等级）的划分，是为了便于管理，只能是相对的，是根据设备在企业经济地位中的重要性来衡量的。根据化工企业生产性质，可将使用设备分为14个大类：①炉类；②塔类；③反应设备类；④储罐类；⑤换热设备类；⑥化工机械类；⑦橡胶与塑料机械类；⑧化纤机械类；⑨通用机械类；⑩动力设备；⑪仪器仪表类；⑫机修设备机床类；⑬起重运输和施工机械类；⑭其他类设备。综上所述，设备分类不是一概而论的，可以根据生产企业的实际情况来划分。3.设备信息设备自入厂后，都需要相关负责部门对其进行登记管理。设备登记内容一般包括以下信息：1)设备编号：设备在MES里的唯一编码，以此为设备建立电子档案和电子标签，电子标签与生产设备绑定，方便在设备生命周期中完整追溯。2)设备名称：设备的中文名称，更直观。3)设备属性：可以此信息对不同设备进行分类管理。4)所属车间：可与车间做绑定关联，便于日常派工管理。5)工位编号：可与工位做绑定关联，便于日常派工管理。6)负责人：设备的责任人，设备出现问题可直接向其反馈。7)设备状态：在用、在库、检修、停用、报废等。8)其他设备出厂信息，如型号、规格、总功率、颜色、出厂编号、尺寸、重量、用气量、购买厂商、出厂时间等。设备出厂后一般都会有部分随机附件，如使用说明书、电气说明书、基本的操作指导、安装光盘、特殊工具、保养须知等。要根据需要，以设备编号为单位，以附件的形式单独保存这些随机附件，便于日常查看。
• 5.仓库仓库是工厂物流的基础单位，仓库的设定目标是让不同状态的物料不混淆。根据物料属性，仓库可分为原料仓、半成品仓、成品仓、辅材仓、设备仓；根据物料检验情况，仓库可分为待检仓、良品仓、隔离仓、不良品仓、报废仓；根据物料分类，仓库可分为普通电子仓、湿敏元件仓、结构件仓、危险品仓、包装物仓。在MES中，每个仓库需单独编号，日常生产运行中物料其实就是在不同仓库中流转的。比如一个物料从进厂开始，从待检仓、良品仓根据不同属性进入电子仓或包装物仓，领料后进入线边仓，生产后进入半成品仓，最后组装完成后进入成品仓。生产中损坏的物料，从线边仓、隔离仓，经过质量检验后，进入不良品仓再经过判断进入报废仓或修整后回到线边仓。MES中针对不同的仓库属性，可对里面的物料做相应的逻辑限制，比如不良品仓、隔离仓的物料是不允许被生产领用的，电子类半成品的领料BOM（物料清单）是不会有包装仓的物料的。6.堆垛机堆垛机是整个自动化立体仓库的核心设备，通过手动操作、半自动操作或全自动操作实现把货物从一处搬运到另一处。它由机架（上横梁、下横梁、立柱）、水平行走机构、提升机构、载货台、货叉及电气控制系统构成。图2-3-3所示为某企业堆垛机。

 任务2.4 颗粒灌装生产线物料信息配置

• 关联知识1.物料的定义对于多数企业来说，物料有广义和狭义之分。狭义的物料是指材料或原料；而广义的物料包括与产品生产有关的所有物品，如原材料、辅助材料、半成品、成品等。需要注意的是，在MES中，成品属于物料中的一个分类。原材料和辅助材料如图2-4-2所示。[插图]图2-4-2 原材料和辅助材料2.物料的重要性物料是工厂生产产品的第一道门槛。有许多工厂出现这种情况：因为物料的异常而常常改变生产计划，影响了产品质量或者合同交期；也可能因为库存物料数量不清晰，仓库出现大量呆滞料，从而占用企业大量资金，导致企业运营成本增加。物料牵动着企业各个部门的神经，凸显了自身的重要性。3.MES中物料的分类在MES中，企业一般将物料分为三大类：原材料、半成品、成品。原材料是指企业采购回来用于加工生产半成品或成品的材料。半成品是指企业的原材料已经过一定生产过程，并已检验合格，但尚未最终制造成为成品的中间产品。成品是指企业生产合格用于销售的产品。例如：A企业是一家生产铅笔的企业，对于A企业来说，铅笔可以看作A企业的一个成品；因为铅笔是由木质笔杆与铅笔芯组成的，所以笔杆与笔芯是A企业的半成品；而笔杆是由木材制成的，笔芯是由石墨制成的，所以木材和石墨便是A企业所需要采购的原材料。A企业通过采购原材料（木材与石墨），将其加工成半成品（笔杆与笔芯），再经过二次加工将笔杆与笔芯制造为成品（铅笔）。这便是A企业整个的铅笔制造过程。同样的物料在不同企业的分类是不同的。比如：X企业是一家生产计算机屏幕的企业，所以对于X企业来说，计算机屏幕便是X企业的成品。但是对于生产计算机的Y企业来说，计算机屏幕是其需要采购的原材料。所以在MES中物料的分类一定是根据企业的实际情况来划分的。4.物料编码的定义物料编码是企业标识物料的唯一代码，通常用字符串或数字表示（见图2-4-3）。物料编码是MES对物料的唯一识别代码。它用一组代码来代表一种物料。物料编码在一家企业内必须是唯一的，也就是说在同一家企业内同一种规格的物料不能有多个物料编码，一个物料编码也不能对应多种不同规格的物料。通俗一点来解释，做数字化工厂就是要对工厂内所有物料进行管控，在这里可以把工厂看作一个班级，班主任要对班级里面所有学生进行管理，那么就会先给每个学生分配一个学号。学号便是这个学生在这个班级里的唯一标识。物料编码就是这个物料在这个工厂里的唯一标识。类似我们每个人都有自己的身份证号，而身份证号就是我们在中国的唯一标识。在企业MES中，物料编码是整个MES的基础，MES会将企业内所有需要管控的物料通过编码汇聚在一张物料清单中。[插图]图2-4-3 物料编码示例5.物料的属性在物料清单中，物料名称、物料规格、物料类型、计量单位、物料型号、批号等都属于物料的基本属性（见图2-4-4），在企业中大部分员工并不能根据物料编码认识物料，只能通过物料基本属性中的某些信息去辨识，比如使用物料名称、物料规格去确认。这类似于在一个班级里，我们无法根据一个学号判断出学生是谁，但能通过学生的姓名、相貌快速辨识。物料清单就是物料编码与物料属性对应关系的表。6.物料的基本管控原则在物料清单中，不但有物料的一些基本属性，还有一部分企业用于管控物料的管控原则信息。比如是否先进先出、是否批次管理、是否超任务下架、是否质检、是否调整数量发料、是否质检、是否禁用等。这些原则信息并不是描述物料客观基础属性的，它们可以根据企业对物料的管控要求随时调整。
• 以下是常用物料管控原则：(1)先进先出原则　在库存管理中我们经常提到“先进先出”(First In First Out，FIFO)，那么何谓先进先出？顾名思义，先进先出就是指先放进来的货品要先提取出去。由于先放进来的物料经过了较长时间，品质可能会有所变化，因此要把先放进来的物料最先提取出去，以保证物料的质量。那么在MES中如何实现货品的先进先出呢？这里需要先引入一个概念——条码管理。企业每采购一批物料，当物料到货需要入库时，MES就会给该批物料生成一个条码，该条码关联了该批的物料编码、物料名称、物料型号、物料数量、供应商等信息。例如，A企业是一家生产手机的企业，采购了500块手机电池。手机电池便是一种需要先进先出的物料。当电池送到A企业时，MES会为这500块电池生成一张二维码标签。A企业仓管员通过扫描二维码，将该批电池入库。二维码记录了物料编码、物料名称、数量、入库时间等信息，当需要领料出库，仓管员扫描二维码，MES便会提示该二维码是不是该物料最早入库时间的。如果不是则MES不会允许出库，且MES会提示入库时间最早的二维码以及所在货位，方便领料出库时做到先进先出。(2)批次管理原则　批次管理是指产品从原材料投入到交付出厂的整个生产制造过程中，实行严格按批次进行的科学管理，它贯穿于产品生产制造的全过程。其作用主要为一旦发生质量问题，就能够迅速准确地根据批次号来隔离产品，把半成品返修报废的数量和对成品的影响限制在最低限度。对于批次，因为需求不同，所以会有不同的定义，也产生了不同的管理方式。总体来说，批次管理是为追溯提供信息服务的必需要素。例如：A企业是一家生产手机的企业，B企业是A企业的电池供应商。A企业要求B企业对生产的电池进行批次管理，因此B企业生产的电池每一批都有一个生产批号。每当B企业为A企业供应一批电池，A企业在材料入库时需要通过MES对这批电池生成一个条码，其中B企业的生产批号是该条码的必填项之一，继而A企业生成的物料条码会绑定B企业的生产批号。后续A企业在生产时会通过扫描条码来领用电池材料，这样便完成了原材料与成品的互相关联。当发现B企业的某个批次产品有质量问题，需要全部召回时，A企业便可以通过B企业提供的问题产品批号，找出对应入库时的条码，再通过条码找出使用这些条码的生产订单，从而找出相应的成品，针对该批次的产品做出相应的处理，从而减少企业的损失。这样的追溯过程便是批次管理的意义所在。(3)来料检验管理原则　来料检验（即来料质量控制，IQC）指对采购进来的原材料或部件在入厂前做品质确认和查核，即在供应商送原材料或部件时，通过抽样的方式对品质进行检验，并最后做出判断——该批产品是允收还是拒收。来料检验是企业产品在生产前的第一个控制品质关卡，如把不合格原材料放到制程中，则会导致制程最终产品的不合格，造成巨大的损失。来料检验不仅影响到企业最终产品的品质，还影响各种直接或间接成本。在制造业中，对产品品质有直接影响的通常为设计、来料、制程、储运四大主项，一般来说设计占25%，来料占50%，制程占20%，储运占1%到5%。综上所述，来料检验对企业产品质量有决定性作用，因此要把来料检验提升到一个企业战略性地位来对待。
• 那么企业如何通过MES来控制来料检验呢？例如：A企业是一家生产计算机的企业，因为今年接的订单量比较大，原有的显示屏供应商无法满足A企业要求，于是A企业新洽谈了一家显示屏供应商。但是A企业对该显示屏供应商所提供的显示屏质量并不放心，于是在MES中对该显示屏的“是否质检”项做了勾选。当供应商送来显示屏时，A企业仓管员准备收货入库，MES便会提示仓管员，该物料没有质检，须质检合格后才允许入库。于是仓库员就必须通知企业质检部门人员对该批物料进行质检。质检合格后仓管员进行入库操作。企业便是通过这种方法，对入库物料做了质量卡控，以保证入库物料的质量都是合格的。同样，又过了段时间，该显示屏供应商提供的显示屏一直是合格的，并且每次显示屏供应商都能提供检验合格报告，A企业也觉得不用每次入库都做质检了，于是就在MES中取消了该物料的“是否质检”项。这样，A企业的MES就不会再卡控该物料。这个供应商供货的显示屏就不需要质检，便可以直接入库了。(4)最小包装量原则　最小包装指的是原材料从生产方出厂成品时的最小销售单元。大米的2.5kg/包和20kg/包、饮料的330mL/罐和1.5L/瓶、芯片IC的1000PCS/盘和200PCS/盘、电子元器件的4k/盘和5k/盘等，这些都是最小包装量的具体体现。最小包装根据包装数量的不同，可以适用于不同需求的客户和需求。最小包装量的不同会影响到物料MRP（物资需求计划）运算和原料的领用，比如一包五金件是10k/包的，但领料单的需求只要4k，因此仓管员有两种发放方式：第一种是直接根据最小包装发10k给生产线，同时修改领料单的实际发货数量为10k：第二种是用称量或点数的方法，根据实际需求量发4k给生产线，领料单的实际发货数量为4k。两种发放方式均有利弊：第一种方式减少了仓库的工作量，但有生产线元件无故耗损、增加成本的风险；第二种方式则增加了仓库的工作量和生产线因数量差异补料的时间损耗，但便于生产过程管控，可以更精细地管控生产成本。企业具体采用哪种发放方式，需要从实际出发，择优选择。物料MRP运算则会考虑原材料的最小包装量。比如A物料暂缺I7k/PCS，供应商分别有2k/PCS和5k/PCS两种最小包装的成品，采购时会考虑采购成本，决定以2k×9或以5k×4的方式来采购。来料收货需要根据原材料的最小包装制作物料标签。
• 7.产品结构BOM的重要性BOM不仅是MES中重要的输入数据，而且是财务部门核算成本、制造部门组织生产等的重要依据，因此BOM的影响面最大，对准确性要求也最高。正确地使用与维护BOM是管理系统运行期间十分重要的工作。具体来说，BOM有以下意义：1)MRP的基础。2)制造指令发料的计算依据。3)本质上是一项工程文件，不仅是产品的规范说明，也是制造流程的依据。4)用来核算产品成本的基础。设计部门是BOM的设计者，也是BOM的使用者，需要从B0M中获取所有零部件的信息以及相互间的结构信息；工艺部门根据BOM建立各零部件的制造工艺和装配件的装配工艺，以及确定加工制造过程中应使用的工装、模具等；生产部门根据BOM来生产产品；仓库根据BOM进行发料；财务部门根据BOM中每个自制件或外购件的成本来确定最终产品的成本；质量控制部门要根据BOM保证产品的质量合格；生产维修部门通过BOM了解最终产品的具体结构，了解需要哪些备件等。可见BOM对于企业各部门的管理工作都有着十分重要的作用，它如此重要及影响范围如此大，故其内容必须随时保持正确、及时。BOM如图2-4-5所示。

 任务2.5 颗粒灌装生产线工艺信息配置

• 关联知识1.工艺的定义工艺(Technology Craft)是指劳动者利用各类生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理，最终使之成为成品的方法与过程。制定工艺的原则是技术上的先进和经济上的合理。由于不同工厂的设备生产能力、精度以及工人熟练程度等因素都大不相同，因此对于同一种产品而言，不同工厂制定的工艺可能是不同的，甚至同一个工厂在不同时期制定的工艺也可能不同。2.工序的定义工序是生产作业人员或机器设备为了完成指定的任务而做的一个动作或一连串动作，是加工物料、装配产品的最基本加工作业方式，是与工作中心、外协供应商等位置信息直接关联的数据，是组成工艺路线的基本单位。刮研工序和去毛刺工序如图2-5-2所示。
• 3.工艺路线的定义工艺路线(Routing)是描述物料加工、零部件装配操作顺序的技术文件，是多个工序的序列。例如，PCBA工艺流程（见图2-5-3）中，一条SMT贴片全自动流水线就是一条工艺路线，这条流水线上包含了许多工序。
• 6.工序工位配置可以说，工序是一个（或一组）工人在一个工作地对一个（或几个）劳动对象连续进行生产活动的综合，是组成生产过程的基本单位。各个工序按加工工艺过程，可细分为各个工步；按其劳动过程，可细分为若干操作。划分工序的制约因素有：生产工艺及设备的特点，生产技术的具体要求，劳动分工和劳动生产率能提供的条件。整个生产过程中各工段加工产品的次序，也指各工段的加工。材料经过各道工序，被加工为成品。同一工序的操作者、工作地和劳动对象则是固定不变的，如果有一个要素发生变化，就构成另一道新工序。例如在同一台车床上，由一个工人完成某零件的粗车和精车加工，称为一道工序；如果这个零件在一台车床上完成粗车而在另一台车床上精车，就构成两道工序。以精加工行业为例：1)车床工序，一个工人在一台车床上完成车外圆、端面、退刀槽、螺纹、切断。2)刮研工序，一组工人刮研一台机床的导轨。3)去毛刺（整形）工序，一组工人对一批零件去毛刺。4)检验工序是生产和检验原材料、零部件、整机的具体阶段。工序是完成产品加工的基本单元，在生产过程中按其性质和特点，可分为：1)工艺工序，即使劳动对象直接发生物理或化学变化的加工工序。2)检验工序，指对原料、材料、毛坯、半成品、在制品、成品等进行技术质量检查的工序。3)运输工序，指劳动对象在上述工序之间流动的工序。按照工序的性质，可把工序分为基本工序和辅助工序：1)基本工序是直接使劳动对象发生物理或化学变化的工序。2)辅助工序是为基本工序的生产活动创造条件的工序。合理划分工序，有利于建立生产劳动组织，加强劳动分工与协作，制定劳动定额。

 任务2.6 颗粒灌装生产线订单信息配置

• 生产排产需要考虑的因素：1)客户交期。2)生产能力（人员、机器设备、标准产能）。3)物料到位状况。4)生产进度状况。5)产品的相似性，模具的共用性。6)工艺资料是否齐全。生产能力的定义涉及：1)班次/天、小时/班次。2)工作中心包含的设备。3)设备：设备数，设备效率。4)人数、人员效率。5)定额完成率：每小时完成的产品数量。6)并行作业数：工序一次排产的件数。7)最大投入数：当设备很多时，控制一次允许投入的设备数。调整产能的措施包括：1)延长或缩短工时/机时。2)生产部门培养多能员工。3)临时招募人员外协加工，或压缩外协加工数量，甚至取消外协加工采用外购方式解决本公司产能不足的问题。4)改善生产条件、作业方式、生活福利等以刺激短时间内提升产能。5)公司内部人员调整，从非生产部门抽调人员参与生产。生产排产是一个复杂的系统工程，从排产过程看，需要对排产所需的关键要素如物流时间、工艺调试时间、单件加工时间、设备信息等，在相应的工作区间内进行严密的逻辑推导，以生成合理的排产结果，这就是系统本身需要满足的排产功能。这些要素来源于相应产品的工艺数据以及设备信息、工作时段信息等。为了确保所用数据的准确性和完整性，需要对数据进行持续不断的优化和完善。排产过程关键要素如图2-6-2所示。
• 2.生产下达(1)下达生产任务单　当计划部门安排好日生产计划后，就会以生产任务单的方式下达到每个执行车间。车间调度人员接收到生产任务单后，可以获知以下信息：1)销售订单号、订单编号——唯一编号。2)需完成的成品物料编号——做什么。3)需完成的数量/单位——做多少。4)需完成的时间——做多久。车间调度会从人、机、料、法、环多个维度来评估生产任务单（见图2-6-3）。
• 在工票信息（见图2-6-7）里，生产计划需要指定工位或实际作业的设备、计划开始时间、计划结束时间，来要求指定工位在规定时间内完成规定的生产任务。工票信息还会显示以下信息：1)该工位需要用的物料信息及用料。2)该工位首检或巡检的质检项目。3)该工位的常见缺陷项目。4)该工位的标准工时。5)该工位需要用的一些技术文件。6)以上信息可以提供给工位作业人员在日常操作时的依据和基础信息。

 任务3.1 生产过程阶段管理

• 3.1.2 数据收集方法数据的实时性和准确性是决定一个MES软件项目实施成败的关键环节。数据收集是MES业务进行的根本，也是MES进行统计分析的基础。在MES软件应用中，需要根据不同的数据、应用场景、人员能力、设备投入等方面的因素，采用不同的数据收集方法，选择不同的数据收集设备。根据数据的不同类型，采用不同的数据采集方法。1.通过条码采集　通过条码收集制造数据是最为普遍的方法之一。通过条码收集数据的前提是信息可以用编码的方式表达或与预设的数据通过编码建立对应关系。可以用这种方法收集的数据主要包括产品批号、物料批号、加工资源编号（前工序的半成品）、运输资源编号、人员编号、异常类别、异常现象、设备状态（维修、保养、故障停机等）、作业开始、作业结束等。条码可以提高数据录入的准确性，提高录入速度，而且成本较低。因此，建议尽量先将数据分类然后编码处理。通过条码采集数据适用于现场的数据采集。不良品代码示例见表3-1-2。表3-1-2 不良品代码示例表[插图]（续）[插图]2.通过传感器采集　某些行业对温度、压力、湿度等有严格的要求，可以在其相关数据来源增加各类传感器。这种采集模式主要由温度传感器、压力传感器、无线数据采集卡和个人计算机等构成。车间温湿度仪如图3-1-1所示。3.通过射频识别采集　射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)的原理为阅读器与电子标签之间进行非接触式数据通信，以达到识别目标的目的。在汽车行业中，对于完全依据订单进行生产，自动化物流跟踪是顺利生产的前提条件。每道生产工序都必须对汽车进行明确的识别，以避免诸如错误安装了空调、调漆颜色不对等问题。在装配流水线上应用RFID技术以尽可能大量地生产用户定制的汽车，用户可以从上万种内部和外部选项中选定自己所需要的颜色、引擎型号等，这样汽车装配流水线上就得支持装配上百种样式的汽车。在装配流水线上配有RFID系统，使用可重复使用的电子标签，该标签上可带有汽车所需的所有信息，在每个工作点都有RFID阅读器，这样可以保证汽车在各个流水线工作点能毫不出错地完成装配任务。RFID数据采集如图3-1-2所示。[插图]图3-1-1 车间温湿度仪4.采集设备的数据　如果企业需要管控设备，随时监控设备的运行状态和相关设施，可以根据企业需求采用DNC网卡方式、宏指令方式、PLC采集方式等数据，也有部分数据可以通过条码来采集。在生产过程中实时、准确地采集生产数据，是MES得以成功的重要基础，企业MES软件建设中应该充分考虑其数据采集的特点，在采集过程中，根据完整性原则、实时性原则、人机结合原则、易于集成应用原则，综合运用多种数据采集方式，并利用计算机、数据网络通信设备、各种技术标准、实时和历史数据库软件的有机组合来实现生产数据的集成应用，如图3-1-3所示。[插图]图3-1-2 RFID数据采集
• 当数据出现异常时，及时有效地通过各类生产看板，设备ANDON系统进行声光报警，及时提醒管理者、作业人员快速地介入问题，解决问题，避免问题扩大，保证产品质量和控制企业成本。
• 案例：检测工位检测工位一般作为产成品在流水线上作业完成后的最后一道环节，起到最终检验的作用。一般在线检测工位因为要遵循流水线的节拍，所以检查的一般是产成品的外观瑕疵和明显的不良品；离线检测工位因为独立工位可不受节拍限制的特性，所以可以检查产成品功能（利用功能测试，FCT）、电气性能（利用电路内测试ICT）等。在线检测工位分为放大镜检测和设备检测两类，它们的检测原理类似：根据一定的检验标准，同检测产品比对有无异常。放大镜检测：比较常用的设备有20倍放大镜和800倍显微镜（带显示屏的）。设备检测：比较常用的设备有AOI和X-RAY。检测工位主要内容见表3-1-3。

 任务3.4 标准作业程序/电子版标准作业程序应用认知

• 任务3.4 标准作业程序/电子版标准作业程序应用认知任务描述自动化生产的特点是快速、准确、高效，整个过程几乎不需要人工操作。那么如何才能保证生产过程的准确、统一呢？自动化生产需要标准作业程序/电子版标准作业程序(SOP/ESOP)，将某一事件的标准操作步骤和要求以统一的格式描述出来，用于指导和规范日常工作。本任务通过制作某一生产任务所需的标准作业程序来学习SOP/ESOP设计应用。下面我们就一起来学习SOP/ESOP应用认知相关知识。
• 3.4.3 标准作业程序的特征1.标准作业程序是一种程序标准作业程序(SOP)是对一个过程的描述，不是对一个结果的描述。同时，SOP既不是制度，也不是表单，而是流程下面某个程序中关键控制点规范的程序。2.标准作业程序是一种作业程序SOP是一种操作层面的程序，是实实在在的、具体可操作的，不是理念层次上的。如果结合ISO 9000体系的标准，SOP则属于三阶文件，即作业性文件。3.标准作业程序是一种标准的作业程序所谓标准，有最优化的含义，随便写出来的操作程序不可以称作SOP，只有经过不断实践总结出来的在当前条件下可以实现的最优化的操作程序才可以称作SOP。说得更通俗一些，所谓的标准，就是尽可能地将相关操作步骤进行细化、量化和优化，细化、量化和优化的度就是在正常条件下大家都能理解又不会产生歧义。4.标准作业程序是一个体系SOP不是单个的，而是一个体系。虽然可以单独地定义每一个SOP，但真正从企业管理角度来看，SOP不可能只是单个的，必然是一个整体和体系，也是企业不可或缺的。余世维在他的讲座中也特别提到：一个公司要有两本书，一本书是红皮书，是公司的策略，即作战指导纲领；另一本书是蓝皮书，即SOP，而且SOP一定要做到细化和量化。
• 3.4.7 电子版标准作业程序的优势ESOP作为专为生产线上作业指导书电子化显示而量身定做的系统，在促进企业发展方面至少有八大优势：1)一次投入，长期使用，为企业降低成本，实现企业无纸化办公，促进生产线合理运作，实现了利润最大化。2)0.1s快速换线作业指导书，解决了以往冗长的换线和等待时间的问题。3)简洁、高效的ESOP也对提升企业形象、提升智能制造和工业4.0 水平、扩大MES等软件影响有着极大的意义。4)ESOP不仅提高了制造质量，还将生产线实时生产状态反应给企业生产管理者。5)扩展MES和ERP、OA（办公自动化）、CRM（客户关系管理）的接口，ESOP实现企业信息全打通，定点给人员推送公告、通知、紧急警告信息等，实现工位之间通信、弹窗出警告。6)可以代替广播系统甚至广告。7)ESOP上的摄像头可以远程监控事故和作业状态，甚至识别人脸。管理人员和员工也可以通过ESOP举行视频通话会议。8)ESOP具有条码管理、工艺工序、智能计数、自动生成各种报表的功能。

 模块4 认识制造执行系统仓库管理

• 模块4 认识制造执行系统仓库管理仓库管理看似简单，实则是包罗万象、细如牛毛的工作。传统的仓库管理工作依靠人工的、非自动化的、以纸张为基础的系统来记录、追踪货物的出入、依靠人的记忆来实施仓库内部的管理，由于人为因素的不确定性，会导致劳动效率低下，信息更新不及时，造成企业损失。MES仓库管理可使仓库管理工作变得井然有序、有条不紊，能够实时、准确传达仓库内部存放信息。某企业立体仓库如图4-0-1所示。
• 本模块围绕仓库管理设置了物料采购作业，仓库库存配置，物料发料、退料作业，成品出入库作业，盘点作业、物料跟踪管理六个工作任务，学生可以在完成工作任务的过程中了解MES仓库管理。

 任务4.1 物料采购作业

• 任务描述在MES中物料采购作业的流程是什么？物料是生产企业生产产品的第一道门槛，有好多生产企业因为缺少物料而推迟出货。物料牵动着生产企业的神经，一套标准的物料采购作业流程对于生产企业尤为重要。在MES中融入物料采购作业环节，让生产企业整个物料采购作业流程更加智能化、便捷化，大大提高了产品生产效率。本任务从精益生产、物料采购计划、物料订单管理、物料采购申请等多方面介绍物料采购作业。
• 4.1.1 精益生产概述精益生产是由美国麻省理工学院提出的，他们在一项名为“国际汽车计划”(IMVP)的研究项目中，通过对日本企业的大量调查，对比发现，日本丰田汽车公司的生产方式是最适合现代制造的。这种生产方式的目标是降低生产成本，提高生产过程的协调度，杜绝企业中的一切浪费现象，从而提高生产效率，被称为精益生产。1.精益生产于发展中产生自20世纪初美国福特汽车公司创立第一条汽车生产流水线以来，大规模的生产流水线一直是现代工业生产的主要特征。大规模生产方式是以大批量生产来降低生产成本、提高生产效率的。这种方式适应了美国当时的国情，汽车生产流水线的产生一举把汽车从少数富翁的奢侈品变成了大众化的交通工具，汽车工业也由此迅速成长为美国的一大支柱产业，并带动和促进了包括钢铁、玻璃、橡胶、机电乃至交通服务业等在内的一大批产业的发展。大规模流水线生产在生产技术以及生产管理史上具有极为重要的意义。但是第二次世界大战以后，社会进入了一个市场需求向多样化发展的新阶段，相应地要求工业生产向多品种、小批量的方向发展。为了顺应这样的时代要求，日本丰田汽车公司在实践中摸索、创造出来的精益生产方式，被人称为“改变世界的机器”，是继大量生产方式之后人类现代生产方式上的又一个里程碑。总体来说，根据精益生产方式的形成过程可以划分为三个阶段：丰田生产方式的形成与完善阶段，丰田生产方式的系统化阶段（即精益生产方式的提出），精益生产方式的革新阶段（对以前的方法理论进行再思考，提出新的见解）。2.丰田生产方式的形成与完善阶段1950年，年轻的日本工程师丰田英二到底特律对福特的鲁奇工厂进行了三个月的参观，当时鲁奇工厂是世界上最大而且效率最高的汽车制造厂之一，这个厂每天能生产约7000辆轿车，比日本丰田汽车公司一年的产量还要多。丰田英二对这个庞大企业的每一个细微之处都做了审慎的考察，回到名古屋后和生产制造方面富有才华的大野耐一一起很快得出了结论：大量生产方式不适合日本。这是因为：第一，当时日本国内市场狭小，所需汽车的品种又很多，大量生产方式并不适合多品种、小批量的要求；第二，战后的日本缺乏大量外汇来大量购买西方的技术和设备，不能单纯地仿效鲁奇工厂；第三，缺乏大量廉价劳动力。由此丰田英二和大野耐一开始了适合日本需要的生产方式的革新。大野耐一先在自己负责的工厂实行一些现场管理方法，如目视管理法等，这是丰田生产方式的萌芽。经过30多年的努力，终于形成了完整的丰田生产方式，使日本的汽车工业超过了美国，产量累计达到了1300万辆，占世界汽车总量的30%以上。日本企业在国际市场上的成功，引起西方企业界的浓厚兴趣，西方企业家认为，日本在生产中所采用的方式是其在世界市场上竞争的基础。随着大野耐一式的管理方法取得初步实效，他的地位也得到了逐步提升，大野耐一式的管理方法在更大的范围内得到应用，他的周围也聚集了一些人，进一步完善其管理方法。他们通过对生产现场的观察和思考，提出了一系列革新，并不断地完善，最终建立起一套适合日本的丰田生产方式。随着日本汽车制造商大规模海外设厂，丰田生产方式传播到美国，并以其在成本、质量、产品多样性等方面的巨大成果得到了广泛传播。同时，由于经受住了准时供应文化冲突的考验，进一步验证了丰田生产方式的适宜性，证明了丰田生产方式不是只适合日本的文化，是普遍适用于各种文化、各种行业的先进生产方式。3.丰田生产方式的系统化阶段——精益生产方式的形成为了进一步揭开日本汽车工业成功之谜，1985年美国麻省理工学院筹资500万美元，确定了一个名叫“国际汽车计划”(IMVP)的研究项目。在丹尼尔·鲁斯教授的领导下，53名专家、学者用了5年时间对14个国家的近90个汽车装配厂进行实地考察。他们查阅了几百份公开的简报和资料，并对西方的大量生产方式与日本的丰田生产方式进行对比分析，最后于1990年出版了《改变世界的机器》一书，第一次把丰田生产方式定名为Lean Production，即精益生产方式。这个研究成果在汽车业内引起了轰动，掀起了一股学习精益生产方式的狂潮。精益生产方式的提出，把丰田生产方式从生产制造领域扩展到产品开发、协作配套、销售服务、财务管理等各个领域，贯穿于企业生产经营活动的全过程，使其内涵变得更加全面、更加丰富，对指导生产方式的变革更具有针对性和可操作性。1996年，经过“国际汽车计划”第二阶段研究，《精益思想》这本书诞生了。《精益思想》弥补了前一研究成果在学习精益生产方式方面指导性的不足，描述了学习精益生产方式所必需的关键原则，并且通过例子讲述了各行各业均可遵从的行动步骤，进一步完善了精益生产的理论体系。在此阶段，美国企业界和学术界对精益生产方式进行了广泛的学习和研究，提出了很多观点，对原有的丰田生产方式进行了大量的补充，主要是增加了很多信息技术、文化差异等相关内容，对精益生产理论进行完善，以使精益生产更具适用性。4.1.2 精益生产的核心(1)追求零库存　精益生产是一种追求无库存生产，或使库存达到极小的生产系统，为此而开发了包括看板在内的一系列具体工具，并逐渐形成了一套独具特色的生产经营体系。(2)追求快速反应，即快速应对市场的变化　为了快速应对市场的变化，精益生产者开发出了细胞生产、固定变动生产等布局及生产编程方法。(3)企业内外环境的和谐统一　精益生产成功的关键是把企业的内部活动与外部的市场（顾客）需求和谐地统一于企业的发展目标。(4)人本位主义　精益生产强调人力资源的重要性，把员工的智慧和创造力视为企业的宝贵财富和未来发展的原动力。人本位主义体现在以下几方面：①充分尊重员工；②重视培训；③共同协作。(5)库存是“祸根”高库存是大量生产方式的特征之一。由于设备运行的不稳定、工序安排的不合理、较高的废品率和生产的不均衡等原因，常常出现供货不及时的现象，库存被看作是必不可少的缓冲剂。但精益生产则认为库存是企业的“祸害”，其主要理由有两点：①库存提高了经营的成本；②库存掩盖了企业的问题。
• 4.1.3 采购管理采购管理是指对采购业务过程进行组织、实施与控制的管理过程。采购管理通过采购申请、采购订货、进货检验、收货入库、采购退货、购货发票处理、供应商管理等功能的综合运用，对采购物流和资金流全过程进行有效的控制和跟踪，实现企业完善的物资供应管理。采购管理与库存管理、应付账款管理、总账管理、现金管理结合应用，能提供企业全面的销售业务信息管理。采购是企业精益化生产的源头，精益生产的核心是追求零库存，要求企业在采购原材料时就做到按销售订单采购，既不能多，也不能少：多了会造成库存积压，占用库存成本，造成浪费；少了会导致订单数量不足、无法按期交货等问题。4.1.4 采购计划管理采购计划管理是指对企业的采购计划进行制定和管理，为企业提供及时、准确的采购计划和执行路线。采购计划包括定期采购计划（如周、月度、季度、年度）、非定期采购任务计划（如根据销售和生产需求自动产生的）。通过对多对象、多元素采购计划的编制、分解，将企业的采购需求变为直接的采购任务，采购计划管理支持企业以销定购、以销定产、以产定购的多种采购应用模式，支持多种设置灵活的采购单生成流程。企业的经营自购入商品/物料开始，经加工制成或经组合配制成为商品，再通过销售获取利润。其中如何获取足够数量的物料，是采购计划的重点所在。因此，采购计划是为了维持正常的产销活动，在某一特定的期间内，应在何时购入何种物料以及订购的数量是多少的估计作业。采购计划应达到下列目的：1)预估商品/物料采购需用的数量与时间，防止供应中断，影响产销活动。2)避免采购商品/物料储存过多，积压资金，占用堆积的空间。3)配合企业生产/采购计划与资金的情况。4)使采购部门事先准备，选择有利时机购入商品/物料。5)确立商品/物料合理耗用标准，以便控制采购商品/物料的成本。采购计划可根据计划期长短、物料使用方向、自然属性分3类，具体如下：按计划期的长短分为年度物料采购计划、季度物料采购计划、月度物料采购计划等；按物料的使用方向分为生产产品用物料采购计划、维修用物料采购计划、基本建设用物料采购计划、技术改造措施用物料采购计划、科研用物料采购计划、企业管理用物料采购计划等；按自然属性分为金属物料采购计划、机电产品物料采购计划、非金属物料采购计划等。4.1.5 采购订单管理采购订单管理以采购单为源头，准确跟踪从供应商确认订单、发货，到企业到货、检验、入库等采购订单流转的各个环节，实现全过程管理。通过流程配置，可选择多种采购流程，如订单直接入库，或经过到货质检环节后检验入库等，在整个过程中，可以实现对采购存货的计划状态、订单在途状态、到货待检状态等的监控和管理。采购订单可以直接通过电子商务系统发向对应的供应商，进行在线采购。图4-1-1为ERP中的采购订单。

 任务4.2 仓库库存配置

• 4.2.4 仓库条码管理仓库管理中引入条码技术，对仓库的到货检验、入库、出库、调拨、移库移位、库存盘点等各个作业环节的数据进行自动化采集，保证仓库管理各个作业环节数据输入的效率和准确性，确保企业及时、准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制企业库存。通过科学的编码，还可方便地对物品的批次、保质期等进行管理。图4-2-1为某企业仓库管理条码。
• 4.2.5 仓库货位的二维码在企业MES中，仓库管理的第一步便是建立仓库与货位。MES中的仓库一般分为成品仓、原材料仓、半成品仓、线边仓、不良品仓等。每个仓库都可以建立起对应的货位。在MES中对这些货位进行相应的编码，并打印成条码的形式贴在货架或货区上。在物料入库时仓库管理人员使用手持终端PDA（见图4-2-3）扫描物料条码和货位条码（见图4-2-4）。这样就可以将物料与货位进行绑定，从而可以清晰地知道MES中物料是什么时间、由谁、入到哪个货位的，方便后期的信息追溯。

 任务4.3 认识物料发料、退料作业

• 任务4.3 认识物料发料、退料作业任务描述生产前如何通过MES实现快速领料？生产后又如何通过MES实现快速退料？同类型的生产物料如何实现拆分与合并管理？MES物料发料、退料作业能够快速又准确地实现生产物料的领取与退还，从而提高生产效率，实现对生产物料的智能管理。本任务将从生产领料、生产退料、条码拆分与合并三个方面介绍MES发料、退料作业。素质目标1.养成科学严谨的工作态度。2.感受MES领料、退料的智能性，树立积极的学习态度。3.树立无私奉献、敢为人先、爱岗敬业的精神。知识目标1.了解MES生产领料。2.了解MES生产退料。3.了解MES物料条码的拆分与合并。能力目标1.能够描述MES生产领料功能以及领料流程。2.能够描述MES生产退料功能以及退料流程。3.能够描述MES物料条码拆分与合并功能的使用。
• 4.3.1 生产领料单领料单是材料领用和发出的原始凭证，是一次有效的领料凭证。每领用一次材料，均应填制领料单。领料单位根据生产用料计划，填制领料单并领料。领料单经领料单位负责人签章后送交仓库发料。领料时，材料仓库保管人员和领料人员共同检查领用材料的数量、品种和质量，经核对无误后，双方在领料单上签章，证明领料手续的完成。领料单一式数联，其中一联领料后由领料单位带回留存，一联由仓库发料后留存，作为登记材料保管明细账的依据，一联由仓库转交财会部门，用于登记材料分类账和编制发料凭证汇总表。比如：A企业是一家生产铅笔的企业，其中每生产一支铅笔需要5g石墨，10g木材。那么A企业接了一笔订单，需要生产10000支铅笔。生产部门需要完成这笔订单，就需要去仓库领取50kg石墨、100kg木材。这就是生产领料。在MES中，生产领料单是可以根据生产计划自动生成的。MES可以根据生产成品的BOM计算出生产订单的物料需求计划。图4-3-1为MES中的生产领料单。
• 在企业中，领料单是由生产计划人员生产下达的。车间操作员工拿着打印好的领料单，去仓库领料。MES中已经生成好的生产领料单会自动同步到仓库管理人员的手持终端PDA上。仓库管理人员根据同步过来的生产领料单发料。图4-3-2为PDA的生产领料单界面。

 任务4.4 认识成品出入库作业

• 任务4.4 认识成品出入库作业任务描述产品生产完成后如何实现成品的智能出入库作业？客户退回的产品又该如何入库作业？MES成品出入库作业是企业仓库管理的重要环节。企业对生产好、用于销售的良品进行入成品库的操作叫作成品入库，成品出库指的则是仓库中生产好的良品销出的过程。本任务从成品入库、半成品入库、成品出库以及客户退料入库四个方面向大家进行介绍。素质目标1.养成科学严谨的工作态度。2.感受MES成品出入库的严谨性，增强责任心。3.树立无私奉献、敢为人先、爱岗敬业的精神。知识目标1.知道MES成品出入库作业。2.知道MES半成品入库作业。3.知道MES客户退料入库作业。能力目标1.能够根据企业成品条码不同，选用合适的成品入库形式。2.能够根据物料类型不同，合理描述半成品入库的方式。3.能够根据客户实际退料情况，合理地描述退料入库。
• 4.4.1 成品入库成品入库是企业仓库管理的重要环节。企业将生产好、用于销售的良品进行入成品库的操作叫作成品入库。在MES中根据成品条码生成方式不同，企业成品入库可以分为以下几种形式。1.成品流转卡入库在企业MES的生产过程中，每生产一批成品便会有一张流转卡。图4-4-1为MES中的流转卡。流转卡记录着这批成品的生产信息、员工报工信息、质检信息等。入库时便同样使用该批成品的流转卡入库。流转卡条码便是该批成品的物料条码。
• 例如：A企业接了一笔销售订单，需要生产10000支铅笔，于是在MES中创建了一笔数量为10000的生产订单。根据企业的产能，企业每天只能生产1000支铅笔，于是企业每天会做一张数量为1000的生产计划卡，该生产计划卡是用于生产流转的，所以也叫流转卡。流转卡经过了几道工序、几道质检之后，成功生产出成品铅笔。最后使用流转卡直接入库。2.生产订单条码入库同样也有部分企业并不需要MES管控到生产环节，所以并不需要生成流转卡。但是它们生产出来的成品同样需要入库操作，这样我们可以根据生产订单来生成成品的条码，一方面用于成品入库，另一方面用于完结生产订单。图4-4-2所示为MES中的生产订单条码打印界面。
• 3.流转卡装箱入库大部分生产制造型企业在生产出成品到入库之间还有一步装箱的动作。比如企业生产了1000支铅笔，一共有10张流转卡，每张流转卡代表100支铅笔。但是，入库不能直接将铅笔入库，需要进行装箱的动作，每个箱子需要装500支铅笔。入库只需要扫描箱码就可以了。图4-4-3所示为装箱单界面，图4-4-4所示为箱码。
• 4.4.2 半成品入库在MES中半成品入库与成品入库的操作大致相同，只是物料的类型不同，才出现了半成品入库的概念。但在实际企业生产中，在很多车间，半成品是不需要入库的，直接放在车间里即可。生产成品的时候直接使用就可以了。上述这种企业若是按照MES的正常领料流程操作，必然会增加额外的人力成本，也会增加员工不必要的工作量。那么如何通过MES做到既保证数据的准确性，又不增加企业人力成本呢？遇到这样的问题，首先要明白企业为了配合MES需要增加哪些操作，然后通过合理地优化MES来帮助企业实现数据的准确性。企业需要增加的操作：1)车间员工需要将半成品送到仓库，仓库管理人员需要扫描入库。（之前半成品是直接放在车间的。）2)仓库管理人员需要将半成品发料，车间员工需要将半成品领到车间。（之前是直接从车间拿的。）明白了MES所需比实际操作多的环节，就可以在MES中制定解决方案了。例如：第一步，设置成品、半成品完工自动入库。可以在成品或半成品的工艺路线中加入自动入库的属性。对成品设置了自动入库，则流转卡在最后一道工序完工后便自动入到仓库中。在物料属性中增加默认仓库选项。成品自动入库便入到默认仓库内，默认仓库一般设置为线边仓。第二步，设置入库冲账或工序冲账。入库冲账：在流转卡成品入库后再扣减掉某个物料在某个仓库相应的库存。若仓库库存小于扣减数量，则不允许入库。工序冲账：流转卡在某个工序完工后，扣减掉某个仓库相应的库存。若该仓库库存不足，则不允许该工序完工过账。在BOM中设置需要扣减物料的冲账类型，扣减库存。图4-4-6所示为BOM冲账类型设置。

 任务4.5 认识盘点作业

• 4.5.2 在制品概述在制品是工业企业正在加工生产但尚未制造完成的产品。广义的在制品：就车间来讲，属于车间的尚未制成的产品；就企业来讲，指从原材料投入生产起到制成成品前的需要继续加工的一切在产品，包括各生产阶段加工中的产品和准备在本企业中进一步加工的半成品。狭义的在制品则指介于原材料与半成品之间和半成品与成品之间的产品，即处于各生产阶段加工中的产品，或已加工完毕尚未检验或已经检验尚未入库的半成品。本书认为所谓在制品是指从原材料、外购件等投入生产起，到经检验合格入库之前，存在于生产过程中各个环节的零部件和产品。通常根据所处的不同工艺阶段，把在制品分为毛坯、半成品、入库前成品和车间在制品。例如：A企业是一家生产汽车零件的企业。图4-5-3所示的汽车零件是一种锌合金铸件，原材料是锌合金。企业买回锌合金后，需要经过压铸、打磨、研磨、去毛刺、机加工、全检、包装这些工序生成成品。而锌合金在开始生产之后，到成品入库之前都是在制品。
• 4.5.3 在制品管理在制品管理工作就是对在制品进行计划、协调和控制的工作。在加工装配型工业企业中，做好在制品管理工作有着重要的意义。它的主要作用是保证各生产环节之间的衔接协调，按生产作业计划有节奏地、均衡地和成套地进行生产，同时有效地控制在制品的流转过程，缩短生产周期，减少在制品占用量，避免在制品积压和损失，进而提高企业的经济效益。在制品管理也是车间管理的一项重要工作内容，由于物料占用了企业的大量资金，是生产成本的主要构成部分，因此车间必须对车间原材料、半成品及成品加以严格的管理，要有科学合理的管理方法。对车间物料要定期组织盘点，对盘盈或盘亏加以预防、控制。做好在制品的管理工作，要求对在制品的投入、出产、领用、发出、保管、周转做到有数、有据、有手续、有制度、有秩序。有数就是在制品要计数；有据就是收发进出要有凭证；有手续就是收发进出要有核对、签署、登账手续；有制度就是对在制品要建立一套原始记录管理制度，以及及时入账、经常对账等制度；有秩序就是要把在制品管得井井有条。为了有效地管理在制品和半成品，必须认真做好以下几方面的工作。1.建立健全在制品、半成品的收发领用制度在制品和半成品的收发领用，要有入库单、领料单等原始凭证，计量、签署、记账等要严格地实行按计划限额收发在制品制度。在制品和半成品的收发应当遵循“先进先出”的原则，使库存的半成品经常新旧更迭，质量常新。车间内部在制品的流转通过加工路线单等予以控制。发放装配用的零部件要按配套明细表规定的要求发放。要建立在制品增减数字管理制度。2.对在制品和半成品，要正确、及时地进行记账核对在工作地之间、工段之间、工段与车间内部仓库之间、车间之间、制造车间与中间半成品（毛坯库）之间，在制品、半成品的收发数量必须及时记账，及时结清账存，还要建立定期对账制度，做到账实相符和账账相符，从而准确地掌握车间内部和车间之间在制品的流转情况。妥善处理零部件的报废、代用、补发、回用是在制品管理工作中的重要内容。这方面管理不好，常常会造成有账无物或有物无账。在成批生产条件下，采用累计编号计算方法时，这个问题更为重要。凡是零部件报废或代用了，应当在账簿和图表中减掉或去掉。凡是废品修复回用（或用于其他产品上），则应当加上。这项管理工作看起来似乎简单，实际十分琐碎，稍有疏忽遗漏，就会造成生产的中断和零部件的积压浪费。3.合理地存放和保管在制品、半成品，充分发挥库房的作用对在制品应进行分类管理，按其价值的大小，把那些从数量上来说所占比重较小，但从资金占用量来说所占比重较大的在制品，作为“A类零部件”，给予重点管理；对那些无论从数量上或资金占用量上说都占中等地位的在制品，可以作为“B类零部件”，给予普通管理；其余那些在数量上所占比重虽然较大，但在资金占用量上所占比重却较小的在制品，则作为“C类零部件”，给予一般管理。如此分类管理，对合理组织生产、控制生产资金、降低生产成本很有好处。对“A类零部件”应当尽量缩小批量，严格控制投入、出产的期和量。在制品在车间工作地、仓库中存放时，要摆放整齐，存放文件要因件、因地制宜。库存在制品一般要按照品种、规格分类分区存放。为了避免在制品在存放保管中的丢失、损坏、变质、混号，应根据每种在制品的特性建立有效的保管制度，例如印号（或挂牌）、刷油防锈、通风防潮、防止暴晒，有的要注意轻拿轻放等，对一些精密的零件更要严格保管。还应配备各种辅助装置和设施，例如库房建筑、料架、料柜、工位器具等。在制品管理工作中，仓库起着十分重要的作用。在制品仓库往往是几个生产单位的联结点，各单位在生产上的联系多数要通过它，所以仓库被称为企业生产管理部门的眼睛。仓库不仅要做好保管、存放、配套、发送等工作，而且要协助生产管理部门监督各生产单位执行作业（进度）计划，严格按照作业（进度）计划的规定发放和接收在制品，拒收或拒发计划外的在制品。要重视中间仓库的管理，其方法有两种：1)厂部统一设库管理。这种方法便于厂部全面掌握在制品的情况，控制整个生产进程，防止各生产环节脱节。这种方法一般适用于产品复杂、生产不稳定、各生产环节衔接关系复杂的企业。2)车间分散设库管理，按照不同在制品设库，归有关车间领导。这种方法可使车间与仓库紧密联系，便于车间管好生产，一般适用于封闭式生产的车间。4.做好在制品和半成品的清点、盘存工作在制品和半成品在生产过程中不断流动变化，它的数量有增有减，为了确切地掌握它们的数量，除了要经常记账核对以外，还要做好清点、盘存工作。根据清点、盘存的资料，对清点中超过定额的储备应当积极处理，尽量不浪费已消耗的劳动。清点、盘存工作的范围、方法和时间根据具体情况确定，全企业的清点、盘存工作可以定期（例如按季）进行。车间内部在制品的盘点工作应经常进行，例如一个月一次，以便及时发现和解决问题。
• 4.5.4 在制品盘点在企业MES中，经常会遇到在制品盘点的问题。在制品盘点指的是对生产中的成品以流转卡的方式进行盘点。MES是企业的生产执行系统。在制品盘点可以先根据企业MES的在制品报表（见图4-5-4）生成盘点单，再对在制品进行盘点。在图4-5-4所示在制品报表中，可以在主表中清楚地看到，每个件号（物料名称）在每个工序（制程）上的数量，每个工序（制程）对应的流转卡号，以及每张流转卡的数量。在制品报表可以清晰反映出企业在制品的现状。MES中在制品盘点的步骤：1)在MES中可以根据产线或者盘点类型进行选择，生成对应车间或产线的在制品盘点单（见图4-5-5）。

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