6過(guò)程工業(yè)和制造工業(yè)MES應(yīng)用的相似與差異
今天高性能運(yùn)營(yíng)管理的理念必須能處理各種需求，能靈活應(yīng)對(duì)多種挑戰(zhàn)。這包括了快速變化的客戶需求和采購(gòu)市場(chǎng)。
這些變化直接影響每天的生產(chǎn)規(guī)劃，以及相關(guān)的生產(chǎn)工單控制。在過(guò)程工業(yè)，啟動(dòng)和關(guān)閉過(guò)程，以及產(chǎn)品和負(fù)載變化比過(guò)去更加頻繁。在制造工業(yè)，批量的收縮都伴隨著產(chǎn)品更換的數(shù)量增加和產(chǎn)品變化的數(shù)量提高。
對(duì)這兩個(gè)工業(yè)，應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)需要提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，這樣才能在全球市場(chǎng)取得成功。
這兩個(gè)工業(yè)的各自具體問(wèn)題需要實(shí)施多種專業(yè)的解決方案。然而，除了基本的MES任務(wù)有內(nèi)在的相同，還有許多結(jié)構(gòu)的類(lèi)比，所以能使用共同的解決方案。相互尊重和取長(zhǎng)補(bǔ)短有助于方案實(shí)施，并有助于打破行業(yè)之間的障礙。尤其在混合生產(chǎn)制造，會(huì)從這種做法中直接獲益。
下面將介紹兩個(gè)行業(yè)直接可見(jiàn)的相似性和結(jié)構(gòu)化類(lèi)比。之后介紹特性的不同。
6.1相似
過(guò)程工業(yè)和制造工業(yè)都有阻礙相鄰業(yè)務(wù)流程協(xié)調(diào)的共同缺點(diǎn)。這限制了企業(yè)內(nèi)的信息流動(dòng)，從而限制運(yùn)營(yíng)管理的動(dòng)態(tài)和高效。
幾乎所有行業(yè)都有共享相同信息的障礙：
● MES應(yīng)用在工廠內(nèi)不能充分聯(lián)網(wǎng)。這導(dǎo)致了決策支持和運(yùn)營(yíng)控制數(shù)據(jù)的可用性不足;
● 信息更新不足;
● 由于不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息細(xì)節(jié)，高層ERP系統(tǒng)與MES應(yīng)用之間的組織方式不一致;
● 缺乏合適的工具來(lái)彌補(bǔ)這一信息溝壑，而市場(chǎng)為導(dǎo)向的制造業(yè)需要這種控制機(jī)制。
盡管在這兩個(gè)行業(yè)的制造企業(yè)有不同的特性，但他們有一些共同的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)：
● 原材料和能源的有效利用;
● 最小化生產(chǎn)的中斷;
● 提高工廠利用率;
● 管理多元化產(chǎn)品;
● 一致的高產(chǎn)品質(zhì)量。
對(duì)于所有細(xì)分市場(chǎng)和行業(yè)，MES必須提供實(shí)時(shí)的垂直和水平集成，并與相鄰系統(tǒng)保持同步。有了這些要求，對(duì)過(guò)程工業(yè)和制造工業(yè)用MES應(yīng)用支持規(guī)劃和監(jiān)視，有效組織和執(zhí)行生產(chǎn)訂單是非常重要的。
在連續(xù)制造中，生產(chǎn)主要執(zhí)行批處理或半批處理過(guò)程。過(guò)程工業(yè)中的批處理可等同于制造工業(yè)中的部件生產(chǎn)。工廠往往由連網(wǎng)的制造區(qū)組成，它們也可以彼此獨(dú)立運(yùn)行。這可對(duì)應(yīng)于制造工業(yè)的獨(dú)立生產(chǎn)區(qū)。這些生產(chǎn)區(qū)間的互動(dòng)水平取決于所制造的產(chǎn)品。在各種情況下，各個(gè)區(qū)之間的產(chǎn)品流必須協(xié)調(diào)和同步。
具有集成批處理控制功能的過(guò)程控制系統(tǒng)使用所謂的主站與控制配方管理相應(yīng)的制造過(guò)程。這些配方定義了原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品需要的生產(chǎn)規(guī)程和生產(chǎn)參數(shù)。此外，配方定義確保了生產(chǎn)過(guò)程在特定的公差范圍內(nèi)執(zhí)行。
配方也可在控制系統(tǒng)(DCS)級(jí)上管理和執(zhí)行。如果這種“智能”子系統(tǒng)集成到MES環(huán)境，執(zhí)行的智能就從MES應(yīng)用轉(zhuǎn)移到設(shè)備控制級(jí)。
這種分布式智能的優(yōu)點(diǎn)是與MES應(yīng)用有一定的獨(dú)立性。一旦MES失效，與生產(chǎn)單元相關(guān)的生產(chǎn)可以繼續(xù)。
制造工業(yè)也有相應(yīng)的對(duì)等方式。在高度自動(dòng)化的生產(chǎn)中，靈活的機(jī)器人控制組裝生產(chǎn)線，不同的程序用于輸送、裝卸、組裝或焊接過(guò)程，由機(jī)器人控制器用面向產(chǎn)品的方式進(jìn)行管理。
在批處理過(guò)程中，文檔通常僅包括特定的圖表，在批處理生產(chǎn)期間生成。這些通常包括在批處理的報(bào)告中。把連續(xù)記錄轉(zhuǎn)換成與特定批次相關(guān)的時(shí)間離散表示是過(guò)程工業(yè)對(duì)MES應(yīng)用的要求。這個(gè)功能需要一個(gè)與DCS配方模塊的接口，使批處理事件與對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)數(shù)據(jù)建立相關(guān)性。
這種接口能夠無(wú)縫地記錄制造數(shù)據(jù)，以及有每個(gè)產(chǎn)品的批處理跟蹤。系統(tǒng)干預(yù)，以及改變工作流、配方和批處理報(bào)告以一種全面、可再生、防篡改的方式記錄。
在制藥廠，這個(gè)功能是FDA法規(guī)21 CFR部分 11中必須遵守的要求。此功能在食品和飲料行業(yè)的要求比較寬松。
過(guò)程工業(yè)中的產(chǎn)品生命周期管理(PLM)與制造工業(yè)是相同的。這些系統(tǒng)收集安全相關(guān)組件的數(shù)據(jù)，對(duì)它們的跟蹤遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)際生產(chǎn)，例如安全氣囊，制動(dòng)器和馬達(dá)控制器?？缭缴a(chǎn)邊界的追蹤，要求組件的最重要數(shù)據(jù)與唯一序列號(hào)，或者至少一個(gè)批號(hào)相關(guān)。在組裝過(guò)程中，這個(gè)組件集成到較大的組件中，最后存在最終的產(chǎn)品中。該組件的數(shù)據(jù)包含在產(chǎn)品的記錄中。生產(chǎn)指南和規(guī)定中必須給予考慮。
無(wú)論是流程工業(yè)還是制造行業(yè)都面臨工程和設(shè)計(jì)集成的持續(xù)挑戰(zhàn)，兩者之間包括了依靠“單點(diǎn)信息”原則的自動(dòng)化水平。
6.2差異
通常，兩個(gè)行業(yè)的主要差別是制造業(yè)中產(chǎn)品多元化和產(chǎn)品的變化有巨大的差異。
這導(dǎo)致對(duì)MES應(yīng)用的特定要求，特別是對(duì)生產(chǎn)工單和部分工單的生產(chǎn)調(diào)度控制。在制造業(yè)中，中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品一般由大量的各個(gè)組件構(gòu)成。此外，這個(gè)行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特征是設(shè)備與小型緩沖存儲(chǔ)的高度互連。因此，在制造業(yè)中的MES應(yīng)用通常用于控制互連的生產(chǎn)步驟。
這些制造行業(yè)特性要求有嚴(yán)格的供應(yīng)鏈有效管理。對(duì)MES應(yīng)用在數(shù)據(jù)更新、完整性、一致性、體積和處理速度上要高于過(guò)程工業(yè)。
制造工廠經(jīng)常從不同廠商采購(gòu)設(shè)備，因此通常要實(shí)施異構(gòu)數(shù)據(jù)處理和MES解決方案。全面和集成的控制系統(tǒng)在制造工業(yè)比在過(guò)程工業(yè)更少見(jiàn)。
通常，離散制造中共同的材料單和制造計(jì)劃，不適合過(guò)程工業(yè)的描述和建模普遍工作過(guò)程。
另一方面，在過(guò)程工業(yè)中的MES應(yīng)用必須能夠收集來(lái)自連接系統(tǒng)的配方結(jié)構(gòu)和參數(shù)，作為控制和記錄生產(chǎn)工單的主數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并把他們存儲(chǔ)在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)中。
不像離散制造使用ERP系統(tǒng)，過(guò)程工業(yè)在MES或DCS配方模塊中定義生產(chǎn)指令(即主配方)。在用于生產(chǎn)之前，主配方都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證規(guī)程。后者情況在制藥、食品和飲料工業(yè)對(duì)保證產(chǎn)品安全是特別重要的。
在過(guò)程行業(yè)，各種測(cè)量數(shù)據(jù)需要連續(xù)地收集，并以曲線或趨勢(shì)的形式歸檔。歸檔時(shí)間跨度一般以年來(lái)衡量。由于測(cè)量值和得到的曲線可以迅速改變，歸檔必須進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。在這種環(huán)境下，由于性能有限，標(biāo)準(zhǔn)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)通常不太合用。相反，可使用能支持處理大量快速變化測(cè)量值的專用數(shù)據(jù)庫(kù)，并使用特殊算法進(jìn)行壓縮并減少收集數(shù)據(jù)。
7.實(shí)施MES項(xiàng)目的實(shí)用建議
本節(jié)給出一些提示和建議，這些內(nèi)容在MES實(shí)施過(guò)程中已證明非常有用。它包含的建議和想法并不能取代既定軟件項(xiàng)目的實(shí)施規(guī)程。
制造執(zhí)行系統(tǒng)基本上是IT工具，當(dāng)能正確實(shí)施和引入時(shí)，有助于生產(chǎn)問(wèn)題的有效和全面解決。像所有其他IT工具，MES工具“本身”不解決問(wèn)題。相反，對(duì)問(wèn)題和困難必須徹底分析，并根據(jù)實(shí)際需要解決，為了隨后實(shí)施這個(gè)IT工具，在功能設(shè)計(jì)規(guī)范中要求記錄結(jié)果。
下面，提供了用于生產(chǎn)企業(yè)的樣例目標(biāo)。即使這些目標(biāo)的子集提供充足的理由引入MES。
目標(biāo)樣例
MES調(diào)整實(shí)施典型目標(biāo)的選擇概括如下。這些要求的相關(guān)變化非常依賴于工業(yè)。
● 可用性/能力承諾：
從庫(kù)存水平，制造能力和原材料庫(kù)存和交付的能力決定了短期交付的日期和數(shù)量。
● 減少周期時(shí)間：
使用可用信息和優(yōu)化策略，以這樣一種方式組織生產(chǎn)和解決中斷：使訂單接收和交付的時(shí)間最小化，這樣資產(chǎn)回報(bào)(ROA)才能最大化。
● 生產(chǎn)效率/生產(chǎn)成本節(jié)約：
用無(wú)質(zhì)量損失的減少資源(材料，原材料，能源和人員)降低生產(chǎn)成本。
● 資產(chǎn)效率：
從工廠利用最大化和工廠成本最小化提高資產(chǎn)回報(bào)(ROA)。這是通過(guò)裝配和準(zhǔn)備可用信息，在生產(chǎn)中使用優(yōu)化策略和提高故障響應(yīng)來(lái)完成。
● 敏捷制造：
為了利用現(xiàn)有設(shè)施最大化生產(chǎn)，制造工廠需要靈活和時(shí)間序列優(yōu)化的運(yùn)行。
● 供應(yīng)鏈優(yōu)化：
組織供應(yīng)商原材料和組件的交付，使它們以最低的成本及時(shí)生產(chǎn)。
● 質(zhì)量和可追溯：
為原材料、供應(yīng)部件和產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)證，為使用跟蹤、確保遵守政府和其他法規(guī)，準(zhǔn)備可用信息。
● 操作員授權(quán)：
決策制定的責(zé)任下放到生產(chǎn)級(jí)員工。這需要企業(yè)高層使用的決策支持信息也可用于生產(chǎn)人員。
● 改進(jìn)計(jì)劃：
生產(chǎn)調(diào)度的改進(jìn)是所有企業(yè)永恒的目標(biāo)。它需要不斷反饋關(guān)于生產(chǎn)、資源利用和目前庫(kù)存水平的信息。
● 減少庫(kù)存：
庫(kù)存最小化是提高競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素，需要在過(guò)程中調(diào)整物流、庫(kù)存管理、生產(chǎn)以及減少生產(chǎn)時(shí)間。同時(shí)，必須優(yōu)化材料供應(yīng)，例如由供應(yīng)商控制的庫(kù)存水平管理，或者內(nèi)部由使用需求優(yōu)化庫(kù)存，具有生產(chǎn)和成品存儲(chǔ)能力的實(shí)時(shí)視圖。
MES：互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目
MES解決方案的特征在于公司內(nèi)高度的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，因此必須作為(復(fù)雜)系統(tǒng)考慮。這種項(xiàng)目的發(fā)起者通常為管理人員。他們必須賦予MES解決方案的規(guī)劃者和實(shí)施者，行動(dòng)跨部門(mén)，如果需要可涉及企業(yè)的任何區(qū)。
企業(yè)所有受影響區(qū)必須配合支持MES的實(shí)施。
如果可能，MES的引進(jìn)應(yīng)該是有限度的，即僅在企業(yè)內(nèi)一個(gè)或少數(shù)區(qū)進(jìn)行初步實(shí)施。之后，MES再鋪開(kāi)到企業(yè)的其余區(qū)。
等待引進(jìn)的全部完成具有延長(zhǎng)部署的風(fēng)險(xiǎn)。因此，一旦實(shí)現(xiàn)一定范圍的功能，就必須啟動(dòng)隨后的步驟。這需要一定的勇氣。
MES支持運(yùn)行的過(guò)程在不斷變化，例如由于不斷的持續(xù)改進(jìn)過(guò)程(CIP)。因此，它的完成常常不能精確地確定。在這點(diǎn)上，投資回報(bào)(ROI)的早期增長(zhǎng)會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)企業(yè)向前推進(jìn)。
MES的現(xiàn)狀分析和需求定義
MES的引入與其它大型軟件項(xiàng)目一樣，遵循相同的規(guī)程，應(yīng)用已建立的方法。然而，在實(shí)踐中的標(biāo)準(zhǔn)方法包括：
● 當(dāng)前狀態(tài)和現(xiàn)有過(guò)程分析，
● 用戶要求規(guī)范，
● 目標(biāo)的定義，
● 需求建議書(shū)，
● 供應(yīng)商選擇，
● 功能規(guī)范，
● 實(shí)施。
對(duì)于中型企業(yè)，特別要有更加務(wù)實(shí)的管理。預(yù)算規(guī)劃師通常具有整體的洞察力：項(xiàng)目是否按交鑰匙方案實(shí)施，或使用市場(chǎng)上最佳的解決方案。后者的選擇需要實(shí)施企業(yè)進(jìn)行大量的技術(shù)和組織工作。
這也是一個(gè)改變舊習(xí)慣的機(jī)會(huì)，用往往代表標(biāo)準(zhǔn)或事實(shí)上標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化眼光設(shè)計(jì)過(guò)程。與此同時(shí)，MES產(chǎn)品必須與現(xiàn)有IT和自動(dòng)化環(huán)境相連接。安裝的新產(chǎn)品需要與現(xiàn)有系統(tǒng)技術(shù)兼容，并使用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，以方便使用其他供應(yīng)商的產(chǎn)品未來(lái)擴(kuò)展。
以下步驟顯示了必須考慮的問(wèn)題。
描述，分析，和記錄相關(guān)和當(dāng)前過(guò)程：
● 過(guò)程流：必須收集和描述現(xiàn)有業(yè)務(wù)過(guò)程的所有交互。必須包括特定業(yè)務(wù)過(guò)程的任何變化。
● 文檔：各種文件(紙質(zhì)版和電子版)，如工作描述，部件清單，反饋表格等必須分配到每個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程。此外，必須記錄采集的過(guò)程數(shù)據(jù)。
● 參與系統(tǒng)：對(duì)每個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程，必須指定與相關(guān)IT和自動(dòng)化組件(PC，掃描儀，PLC，DCS，批控制系統(tǒng)，主站，ERP系統(tǒng)等)的交互。
●基礎(chǔ)設(shè)施：必須審查現(xiàn)有和所需的能源和通信基礎(chǔ)設(shè)施(網(wǎng)絡(luò)，終端，手持設(shè)備等)。
然后，基于當(dāng)前過(guò)程的描述和分析，以及技術(shù)和企業(yè)的約束定義目標(biāo)過(guò)程：
● 標(biāo)準(zhǔn)化：目標(biāo)過(guò)程的定義應(yīng)包括可比過(guò)程的公司范圍標(biāo)準(zhǔn)化或普遍接受標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn)。
● 最佳實(shí)踐：記錄過(guò)程必須與已證明的方法進(jìn)行對(duì)照檢查，如果需要的話，與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和已采用的方法進(jìn)行比較。
● 自動(dòng)化：用在線采集的數(shù)據(jù)和一致的、可靠的、可用的信息，優(yōu)化目標(biāo)過(guò)程。
基于定義的目標(biāo)過(guò)程，為請(qǐng)求建議創(chuàng)建評(píng)估矩陣。必須包括通用以及企業(yè)特定的標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)估矩陣可包括以下內(nèi)容：
● 要執(zhí)行的功能列表;
● 集成平臺(tái)(如OPC，XML，B2MML等標(biāo)準(zhǔn));
● 軟件平臺(tái)(操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)環(huán)境等);
● 硬件概念(單個(gè)服務(wù)器，冷/熱備，集群等);
● 翻轉(zhuǎn)概念;
● 時(shí)間調(diào)度;
● 系統(tǒng)可用性;
● 服務(wù)和支持;
● MES產(chǎn)品路線圖(更新和升級(jí));
● 價(jià)格(硬件，軟件，服務(wù)，維護(hù)等);
● 參考材料。
以上列出的內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)僅作為一般指南，對(duì)特定項(xiàng)目還要進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)展。
