6過程工業(yè)和制造工業(yè)MES應(yīng)用的相似與差異

　　今天高性能運營管理的理念必須能處理各種需求，能靈活應(yīng)對多種挑戰(zhàn)。這包括了快速變化的客戶需求和采購市場。

　　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。在過程工業(yè)，啟動和關(guān)閉過程，以及產(chǎn)品和負載變化比過去更加頻繁。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。

　　對這兩個工業(yè)，應(yīng)對這些挑戰(zhàn)需要提高自身競爭力，這樣才能在全球市場取得成功。

　　這兩個工業(yè)的各自具體問題需要實施多種專業(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)的類比，所以能使用共同的解決方案。相互尊重和取長補短有助于方案實施，并有助于打破行業(yè)之間的障礙。尤其在混合生產(chǎn)制造，會從這種做法中直接獲益。

　　下面將介紹兩個行業(yè)直接可見的相似性和結(jié)構(gòu)化類比。之后介紹特性的不同。

　　6.1相似

　　過程工業(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。這限制了企業(yè)內(nèi)的信息流動，從而限制運營管理的動態(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)致了決策支持和運營控制數(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;

　　● 缺乏合適的工具來彌補這一信息溝壑，而市場為導(dǎo)向的制造業(yè)需要這種控制機制。

　　盡管在這兩個行業(yè)的制造企業(yè)有不同的特性，但他們有一些共同的經(jīng)濟目標：

　　● 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。

　　對于所有細分市場和行業(yè)，MES必須提供實時的垂直和水平集成，并與相鄰系統(tǒng)保持同步。有了這些要求，對過程工業(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程。過程工業(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，它們也可以彼此獨立運行。這可對應(yīng)于制造工業(yè)的獨立生產(chǎn)區(qū)。這些生產(chǎn)區(qū)間的互動水平取決于所制造的產(chǎn)品。在各種情況下，各個區(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。

　　這種分布式智能的優(yōu)點是與MES應(yīng)用有一定的獨立性。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)的對等方式。在高度自動化的生產(chǎn)中，靈活的機器人控制組裝生產(chǎn)線，不同的程序用于輸送、裝卸、組裝或焊接過程，由機器人控制器用面向產(chǎn)品的方式進行管理。

　　在批處理過程中，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告中。把連續(xù)記錄轉(zhuǎn)換成與特定批次相關(guān)的時間離散表示是過程工業(yè)對MES應(yīng)用的要求。這個功能需要一個與DCS配方模塊的接口，使批處理事件與對應(yīng)的趨勢數(shù)據(jù)建立相關(guān)性。

　　這種接口能夠無縫地記錄制造數(shù)據(jù)，以及有每個產(chǎn)品的批處理跟蹤。系統(tǒng)干預(yù)，以及改變工作流、配方和批處理報告以一種全面、可再生、防篡改的方式記錄。

　　在制藥廠，這個功能是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)，對它們的跟蹤遠遠超出了實際生產(chǎn)，例如安全氣囊，制動器和馬達控制器?？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，或者至少一個批號相關(guān)。在組裝過程中，這個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。

　　無論是流程工業(yè)還是制造行業(yè)都面臨工程和設(shè)計集成的持續(xù)挑戰(zhàn)，兩者之間包括了依靠“單點信息”原則的自動化水平。

　　6.2差異

　　通常，兩個行業(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MES應(yīng)用的特定要求，特別是對生產(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組件構(gòu)成。此外，這個行業(yè)生產(chǎn)過程的特征是設(shè)備與小型緩沖存儲的高度互連。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)特性要求有嚴格的供應(yīng)鏈有效管理。對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程工業(yè)。

　　制造工廠經(jīng)常從不同廠商采購設(shè)備，因此通常要實施異構(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)比在過程工業(yè)更少見。

　　通常，離散制造中共同的材料單和制造計劃，不適合過程工業(yè)的描述和建模普遍工作過程。

　　另一方面，在過程工業(yè)中的MES應(yīng)用必須能夠收集來自連接系統(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)和動態(tài)數(shù)據(jù)，并把他們存儲在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)中。

　　不像離散制造使用ERP系統(tǒng)，過程工業(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)過嚴格的測試和驗證規(guī)程。后者情況在制藥、食品和飲料工業(yè)對保證產(chǎn)品安全是特別重要的。

　　在過程行業(yè)，各種測量數(shù)據(jù)需要連續(xù)地收集，并以曲線或趨勢的形式歸檔。歸檔時間跨度一般以年來衡量。由于測量值和得到的曲線可以迅速改變，歸檔必須進行相應(yīng)的設(shè)計。在這種環(huán)境下，由于性能有限，標準的SQL數(shù)據(jù)庫通常不太合用。相反，可使用能支持處理大量快速變化測量值的專用數(shù)據(jù)庫，并使用特殊算法進行壓縮并減少收集數(shù)據(jù)。

　　7.實施MES項目的實用建議

　　本節(jié)給出一些提示和建議，這些內(nèi)容在MES實施過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目的實施規(guī)程。

　　制造執(zhí)行系統(tǒng)基本上是IT工具，當(dāng)能正確實施和引入時，有助于生產(chǎn)問題的有效和全面解決。像所有其他IT工具，MES工具“本身”不解決問題。相反，對問題和困難必須徹底分析，并根據(jù)實際需要解決，為了隨后實施這個IT工具，在功能設(shè)計規(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。即使這些目標的子集提供充足的理由引入MES。

　　目標樣例

　　MES調(diào)整實施典型目標的選擇概括如下。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：

　　從庫存水平，制造能力和原材料庫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間最小化，這樣資產(chǎn)回報(ROA)才能最大化。

　　● 生產(chǎn)效率/生產(chǎn)成本節(jié)約：

　　用無質(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(ROA)。這是通過裝配和準備可用信息，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間序列優(yōu)化的運行。

　　● 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)量驗證，為使用跟蹤、確保遵守政府和其他法規(guī)，準備可用信息。

　　● 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。

　　● 改進計劃：

　　生產(chǎn)調(diào)度的改進是所有企業(yè)永恒的目標。它需要不斷反饋關(guān)于生產(chǎn)、資源利用和目前庫存水平的信息。

　　● 減少庫存：

　　庫存最小化是提高競爭力的關(guān)鍵因素，需要在過程中調(diào)整物流、庫存管理、生產(chǎn)以及減少生產(chǎn)時間。同時，必須優(yōu)化材料供應(yīng)，例如由供應(yīng)商控制的庫存水平管理，或者內(nèi)部由使用需求優(yōu)化庫存，具有生產(chǎn)和成品存儲能力的實時視圖。

　　MES：互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)項目

　　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)劃者和實施者，行動跨部門，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的實施。

　　如果可能，MES的引進應(yīng)該是有限度的，即僅在企業(yè)內(nèi)一個或少數(shù)區(qū)進行初步實施。之后，MES再鋪開到企業(yè)的其余區(qū)。

　　等待引進的全部完成具有延長部署的風(fēng)險。因此，一旦實現(xiàn)一定范圍的功能，就必須啟動隨后的步驟。這需要一定的勇氣。

　　MES支持運行的過程在不斷變化，例如由于不斷的持續(xù)改進過程(CIP)。因此，它的完成常常不能精確地確定。在這點上，投資回報(ROI)的早期增長會獎勵企業(yè)向前推進。

　　MES的現(xiàn)狀分析和需求定義

　　MES的引入與其它大型軟件項目一樣，遵循相同的規(guī)程，應(yīng)用已建立的方法。然而，在實踐中的標準方法包括：

　　● 當(dāng)前狀態(tài)和現(xiàn)有過程分析，

　　● 用戶要求規(guī)范，

　　● 目標的定義，

　　● 需求建議書，

　　● 供應(yīng)商選擇，

　　● 功能規(guī)范，

　　● 實施。

　　對于中型企業(yè)，特別要有更加務(wù)實的管理。預(yù)算規(guī)劃師通常具有整體的洞察力：項目是否按交鑰匙方案實施，或使用市場上最佳的解決方案。后者的選擇需要實施企業(yè)進行大量的技術(shù)和組織工作。

　　這也是一個改變舊習(xí)慣的機會，用往往代表標準或事實上標準的現(xiàn)代化眼光設(shè)計過程。與此同時，MES產(chǎn)品必須與現(xiàn)有IT和自動化環(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，并使用開放式結(jié)構(gòu)，以方便使用其他供應(yīng)商的產(chǎn)品未來擴展。

　　以下步驟顯示了必須考慮的問題。

　　描述，分析，和記錄相關(guān)和當(dāng)前過程：

　　● 過程流：必須收集和描述現(xiàn)有業(yè)務(wù)過程的所有交互。必須包括特定業(yè)務(wù)過程的任何變化。

　　● 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業(yè)務(wù)過程。此外，必須記錄采集的過程數(shù)據(jù)。

　　● 參與系統(tǒng)：對每個業(yè)務(wù)過程，必須指定與相關(guān)IT和自動化組件(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)前過程的描述和分析，以及技術(shù)和企業(yè)的約束定義目標過程：

　　● 標準化：目標過程的定義應(yīng)包括可比過程的公司范圍標準化或普遍接受標準的引進。

　　● 最佳實踐：記錄過程必須與已證明的方法進行對照檢查，如果需要的話，與現(xiàn)有標準和已采用的方法進行比較。

　　● 自動化：用在線采集的數(shù)據(jù)和一致的、可靠的、可用的信息，優(yōu)化目標過程。

　　基于定義的目標過程，為請求建議創(chuàng)建評估矩陣。必須包括通用以及企業(yè)特定的標準。評估矩陣可包括以下內(nèi)容：

　　● 要執(zhí)行的功能列表;

　　● 集成平臺(如OPC，XML，B2MML等標準);

　　● 軟件平臺(操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，開發(fā)環(huán)境等);

　　● 硬件概念(單個服務(wù)器，冷/熱備，集群等);

　　● 翻轉(zhuǎn)概念;

　　● 時間調(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);

　　● 價格(硬件，軟件，服務(wù)，維護等);

　　● 參考材料。

　　以上列出的內(nèi)容和標準僅作為一般指南，對特定項目還要進行調(diào)整和擴展。