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--制造执行系统(MES)在核电产品制造企业的应用
核能作为一种安全、清洁、经济、可靠的能源，已经成为全球能源结构的重要组成部分。《国家核电中长期发展规划》将我国核电产业引入批量化、产业化的阶段。面对巨大的发展机遇，我国核电设备的发展必须坚持“四个自主”：自主设计、自主制造、自主建设和自主运营，以实现国产化。我国核电设备企业虽已成功实施了ERP/PDM/CAPP/CAD/CAM等信息化内容，但却仅限于企业计划层和底部控制层，而在中间的车间级执行层面上却是一片空白。企业需要提高生产计划的灵活性，提高设备、人员、材料的利用率，及时发现和分析质量问题，减少质量事故造成的损失。企业只有获得足够的制造现场数据，才有可能对产品的原材料、设备、工艺、加工时间等进行记录，从而实现产品制造过程的可追溯。
车间制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)便是实现这些要求的有效手段。实施MES势在必行。
1 核电设备行业MES解决方案
1.1 MES概述
制造执行系统是一个常驻工厂层的信息系统，介于企业计划层与控制层之间。MES提供从接受订单到制成最终产品全过程的生产活动实现优化的信息。它采用当前精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动工厂有效的运行。
上海电气核电设备有限公司(以下简称上核)作为核电设备制造的龙头性企业，在信息化建设过程中，已成功利用PDM/CAPP/CAD/CAE/CAM等技术实现了核电设备研发、设计、优化分析和制造的数字化，但在对制造现场的执行管理层面却是空白。上核通过与武汉开目信息技术有限公司合作，成功实施了车间制造执行系统(MES)，实现了与企业信息化管理系统的完美衔接，提升了企业的信息化水平和核心竞争力，对整个行业也起到了典型示范的效应。
1.2 核电设备行业CAM解决方案
1.2.1 车间资源管理
基础数据是运行MES系统的前提。为使MES系统能与企业的实际业务模式相适应，必须按照企业的实际管理需要对MES系统定义数据模型，实现基础管理规范化，满足分级保护的要求，为企业整个MES的运行打下基础。
车间资源是生产活动顺利进行的保证，是制定车问计划的关键因素，更是企业生产能力的体现。但由于对车间资源真实状况的不了解，往往会扰乱正常的生产秩序，导致生产管理混乱，如由于员工请假而使任务执行延时、物料短缺使生产停产、场地使用出现冲突等。上核通过实施开目MES的车间资源管理功能模块，实现对生产制造的基础数据对象及车间资源状态和其分配信息进行管理，使管理者能清楚地了解车间资源的实际状况和生产能力，从而能够制定出更加切实可行、执行度高的生产计划。车间资源管理主要包括：人员管理、设备管理、物料管理、生产日历管理、工时管理和场地管理等。
1.2.2 计划排产
生产计划是指一方面为满足客户要求的三要素“交期、品质、成本”而计划；另一方面又为企业获得适当利益，而对生产的三要素“材料、人员、机器设备”的适切准备、分配及使用的计划。生产计划是物料需求计划、产能需求计划和其他相关计划制定的依据。
为加强对车间生产资源的控制与合理调配，企业需要一份可以指导生产的、精确的、切实可用的生产计划，并且还需要应对紧急插单、计划更改等特殊情况，保证产品生产活动按期顺利进行。但如何得到一份切实可用的生产计划用于指导生产呢?如何提高企业生产计划的准确度呢？
以往的生产排产大都属无限能力排产，在制定生产、采购计划时未考虑企业的实际生产能力，只考虑物料需求，此法虽简单、易上手，但却增加了企业的存货成本和风险，且无法确定产品能否如期交货。若遇到因客户重要性不同、产品的利润不同或者交货期不同等而出现的紧急插单现象，企业时常无所适从。每一次生产计划的调整，不但工作量大，且灵活性也较差。
开目MES的计划排产模块，作为对上层经营计划系统MESⅡ的延伸，紧密结合与生产制造有关的人员、设备、物料等生产现场的实时隋况，对生产计划进行精确的有限能力排产和控制，具体确定每道工序的投入和产出，将工序的投入时间和产出时间精度提高到时、分级，进行工序级的生产排产，从而能够更加紧凑、合理地安排生产任务，提高排产的效率和准确性。同时还支持按不同策略进行排产的功能，如支持正排、倒排；支持基于优先级(紧急插单)、交货期限、最长工序、瓶颈资源等约束的排产；支持按设备、人员、物料等实时晴况的有限能力排产；支持锁定某个已排计划或某道工序的重新排产等。
1.2.3 质量管理
质量管理是企业为保证和提高产品及服务质量而开展的各项管理活动的总称，是企业管理和生产管理的核心。质量管理是MES中的一个核心模块，质量管理在MES中的运用，使得企业的产品质量管理提升到一个新的阶段。
质量管理包括3方面的内容：质量信息的采集与管理、质量过程控制、质量分析与决策。核电设备产品的规格多样化、个性化、技术尖端化和结构复杂化等特点，要求对其质量的控制进行事前预防，借以降低质量事故所造成的大量人力、物力和财力的浪费。
上核传统的产品质量数据采集与统计多采用手工方式，效率低下、一致性差、可信度低；质量信息的处理过程相对孤立，数据分散、缺乏规范化、难以进行统计分析。通过实施开目MES中的质量管理模块，把质量管理的业务流程固化，将产品制造的质量信息同人的操作紧密联系起来，实时地跟踪产品的质量状况信息，为企业计划层的质量决策提供可靠的依据。通过质量信息数据在系统中的快速流动，提高了质检部门与计划调度部门的反馈速度及和工艺部门的交流频次，在提升车间质量信息综合处理能力的同时，也实现了对产品质量全过程的有效控制和持续改进。
1.2.4 车间生产监控
可视化管理是生产车间的基础管理工程，通过车间生产监控，来实现企业生产管理的透明化和可视化。
制造型企业在飞速发展，但其现场的基础管理水平则相对滞后：对现场的管理不重视；要找的东西难以找到；车间现场标识管理混乱；生产现场的信息在层层传达的过程中越来越抽象和偏离事实等，对企业的发展极为不利。
开目MES车间生产监控模块，通过对制造车间的实时监控和动态调度，判定每件事是否在控制状态下以及异常发生的时刻，同时利用车间的各种生产资源、生产方法和丰富的实时现场信息，使整个生产过程管理透明化和可视化，及时准确地反映生产车间的真实情况，且能够按照各种方式进行直观的、历史的和实时的生产过程的重现，帮助企业的管理者实时掌握生产现场的实际状况。
车间生产监控模块主要包括：
a.计划监控。通过不同颜色的标识，显示当天所有车间计划的进度状况，如图所示(正常、延期、完工、待执行)。
（图片）
车间生产计划监控界面 b.场地监控。显示当前场地中的物料情况，对于空场地，则直接显示场地照片。
c.设备监控。通过不同颜色的标识，来确定设备当前所处的状态(工作、故障、维修)。
d.车间事件报警监控。显示当前生产过程中产生的各种报警信息及事件当前所处的状态(上报、处理中、已解决等)。
1.2.5 生产过程管理
为确保产品的生产过程处于受控状态，需要对直接或间接影响产品质量的生产和服务过程实施作业技术和生产过程的分析、诊断、监控、重点控制，并实施控制计划，确保过程质量。如对生产过程中的物资进行标识，以确保物资标识和验证状态的可追溯性；强化检验和监督，详细填写质量记录，明确责任，对不合格品的处理严加控制；对不易测量的产品特性，应对有关设备保养和操作所需特殊技能以及特殊过程进行重点监控；及时改善和纠正过程中的不足，在生产过程中，以适当的频次监测、控制和验证过程参数，以把握所有设备及操作人员等是否能满足产品质量的需要；制定和执行不合格品控制程序，及时发现不合格品，对不合格品加以明确的标识并隔离存放，决定对不合格品的处理方法并加以监督等。
由于对生产过程的不重视，上核在面对“产品质量如何追溯跟踪？“如何知道产品的生产进度和状态？”、“如何追溯质量问题的责任人？”、“如何快速获得产品的生产过程信息？”、“造成质量问题的原因是人、料、设备、工序？”等问题时，往往显得无所适从。但随着信息化技术的发展，为现代制造企业实行精细化管理提供了可靠的手段。上核通过实施开目MES的生产过程管理功能模块，实现了对产品生产过程的完整记录，使整个产品的整个生产过程有迹可寻，从而实现生产过程的可视化和透明化，具体包括：
a.生产过程记录和追溯。实现对生彦过程中的任务执行数据进行记录，同时还支持图形化的追溯方式，为生产过程的追溯提供保证。
b.现场任务调度管理。实时监控生产过程中的各项任务，对各项任务的执行实行动态的调度和处理，并通过不同的颜色标识来区分任务的状态信息，以保证生产活动协调、高效、有序的进行。
c.任务执行过程管理。记录任务执行过程中的各项操作参数，对一些特殊工序(如焊接、热处理等)的执行过程，需要检查工序的执行过程是否严格按照规程中的设计严格执行。
d.质量检验过程管理。记录产品质量检验点和控制点的质检信息，填写检验记录和检验报告，汇报检验进度和结论。
1.2.6 车间事件管理
在上核生产活动的车间层次上，通常是按照生产作业计划来安排与组织实际生产的。然而由于车间实际生产过程的复杂性和某些不可预测性等因素，如设备故障与检修、生产计划变更、产品质量问题、工艺设计问题等，会使车间的正常运行受到一定的影响，从而导致生产进程与计划相脱节，降低了车间的生产效率、管理水平和产品质量。而造成这些问题的一个主要原因就是管理人员不能在第一时间准确、及时地获取相关信息，从而进行有效、迅速的响应，及时处理现场发生的各种事件，对生产现场加以调整，以保证整个生产车间的正常运行。有效解决这一问题的方法就是对生产现场的各种事件进行管理。
开目MES车间事件管理模块，根据上核制造车间管理的需求，将其车间报警事件归纳为工艺设计问题报警、质量问题报警和设备故障报警3类，从而实现了对生产过程中出现的突发情况进行及时的警示、提醒和反馈，帮助管理人员及时发现问题、汇报问题和处理问题，将事件对生产的影响降到最低。
2 MES实施的效果
上核通过对MES的实际应用，其全面运行的可操作性和可行性良好，应用效果明显：
a.MES通过对生产数据的实时收集和上传，实现了高效透明的生产监控，保证了生产的平稳进行。
b.运行管理和生产流程的标准化，促进了生产班组按章操作，保证了生产的安全可控。
c.提高了生产管理的可视化和实时性，物料平衡与生产统计增强了生产信息的准确性。
d.在MES实施过程中，对相关的生产业务流程进行了梳理、统一和改进，提高了生产运行的管理效率。
e.MES系统提供的实时监控和过程记录功能，能够使相关人员更加快速、准确地发现和确认生产中的危险状况，并做出快速的响应处理。
f.MES系统的应用使企业安全生产更加有保障，能够规范员工的生产操作，帮助操作人员形成良好的习惯，为员工、企业和社会带来较大的安全效益。
3 结束语
上核通过实施车间制造执行系统(MES)，建立起了企业信息化的支撑平台，巩固和提升了企业自主工艺开发和制造的能力和核心竞争力，实现了企业内部的全面信息集成，推进了核电设备企业的信息化进程，提高了企业适应现代化制造和管理模式的能力，为推动我国核电设备产品国产化进程乃至整个核电设备产业的发展，起到了典型示范的作用，具有一定的借鉴意义。
11/3/2011
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