MES 行业详细解析.docx
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MES 行业详细解析.docx
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MES行业详细解析
MES的行业应用
blueski推荐 [2006-7-15]
出处:
北京希创
作者:
不详
MES的应用,要充分考虑到企业的具体情况,以谋求最合适的信息化解决方案。
企业的生产方式,主要可以分为按定单生产、按库存生产或上述两者的组合。
从生产类型上考虑,则可以分为批量生产和单件小批生产。
从产品类型和生产工艺组织方式上,企业的行业类型可分为流程生产行业和离散制造行业。
典型的流程生产行业有医药、石油化工、电力、钢铁制造、能源、水泥等领域。
这些企业,主要采用按库存、批量、连续的生产方式。
典型的离散制造行业主要包括机械制造、电子电器、航空制造、汽车制造等行业。
这些企业,则既有按定单生产,也有按库存生产;既有批量生产,也有单件小批生产。
MES系统,无论从功能模型还是信息模型以及相关技术上,都覆盖了流程生产行业和离散制造行业。
但是,无论从工艺流程还是生产组织方式方面,流程生产行业和离散制造行业都存在较大的差别。
所以,在MES具体实施上,要根据行业特征区别对待。
行业的需求差异
流程生产行业,主要是通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法,使原材料增值。
通常,他们以批量或连续的方式进行生产。
而离散工业主要是通过对原材料物理形状的改变、组装,成为产品,使其增值。
在MES需求、应用环境等诸多方面,两者都有较大的差异。
产品结构
离散制造企业的产品结构,可以用“树”的概念进行描述——其最终产品一定是由固定个数的零件或部件组成,这些关系非常明确并且固定。
流程企业的产品结构,则有较大的不同,它们往往不是很固定—上级物料和下级物料之间的数量关系,可能随温度、压力、湿度、季节、人员技术水平、工艺条件不同而不同。
在流程生产行业MES中,一般采用配方的概念来描述这种动态的产品结构关系。
其次,在流程生产行业每个工艺过程中,伴随产出的不只是产品或中间产品,还可能细分为主产品、副产品、协产品、回流物和废物。
MES在描述这种产品结构的配方的时候,还应具有批量、有效期等方面的要求。
工艺流程
面向订单的离散制造业,其特点是多品种和小批量。
因此,生产设备的布置不是按产品而是按照工艺进行布置的。
例如,离散制造业往往要按车、磨、刨、铣等工艺过程来安排机床的位置。
因为每个产品的工艺过程都可能不一样,而且可以进行同一种加工工艺的机床有多台。
因此,离散制造业需要对所加工的物料进行调度。
并且中间品需要进行搬运。
流程生产行业企业的特点是品种固定,批量大,生产设备投资高,而且按照产品进行布置。
通常,流程生产行业企业设备是专用的,很难改作其他用途。
MES系统规划的时候,要考虑到不同行业生产设备布置的特点,做好配置。
离散工业企业的原材料主要是固体,产品也为固体形状。
因此,存储多为室内仓库或室外露天仓库。
流程生产行业企业的原材料和产品,通常是液体、气体、粉状等。
因此,存储通常采用罐、箱、柜、桶等进行存储,并且多数存储的数量可以用能转变为电信号的传感器进行计量。
MES系统,可以从这些传感器获得必要的信息。
自动化水平
离散制造业企业由于是离散加工,产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平。
离散制造业企业自动化主要在单元级,例如数控机床、柔性制造系统。
因此,离散制造业企业一般是人员密集型企业,自动化水平相对较低。
流程生产行业企业,则大多采用大规模生产方式,生产工艺技术成熟,广泛采用PCS(过程控制系统),控制生产工艺条件的自动化设备比较成熟。
因此,流程生产行业企业生产过程多数是自动化的,生产车间的人员主要是管理、监视和设备检修。
生产计划管理
主要从事单件、小批量生产的离散制造业企业,由于产品的工艺过程经常变更,它们需要具有良好的计划能力。
对于按订单组织生产的企业,由于很难预测订单在什么时候到来。
因此,对采购和生产车间的计划就需要很好的生产计划系统,特别需要计算机来参与计划系统的工作。
只要应用得当,在生产计划系统方面投资所产生的效益在离散制造业可以相当高。
流程企业,主要是大批量生产。
只有满负荷生产,企业才能将成本降下来,在市场上具有竞争力。
因此,在流程生产行业企业的生产计划中,年度计划更具有重要性,它决定了企业的物料需求。
设备
流程生产行业的产品比较固定,而且一旦生产就有可能是十几年不变;机械制造等行业的产品,寿命相对要小得多。
体现在设备上,流程企业的设备是一条固定的生产线,设备投资比较大、工艺流程固定。
其生产能力有一定的限制,生产线上的设备维护特别重要,不能发生故障。
离散加工业则不是这样,可以单台设备停下来检修,并不会影响整个系统生产。
批号管理和跟踪
流程生产行业的生产工艺过程中,会产生各种协产品、副产品、废品、回流物等,对物资的管理需要有严格的批号。
例如,制药业中的药品生产过程要求有十分严格的批号记录和跟踪,从原材料、供应商、中间品以及销售给用户的产品,都需要记录。
一旦出现问题,企业要可以通过批号反查出是谁的原料、哪个部门、何时生产的,直到查出问题所在。
而离散制造业一般对这种要求并不十分强调,虽然现在很多离散制造业企业也在逐渐完善批号跟踪管理。
MES的应用特点
流程生产行业企业与离散制造业企业之间的上述差异,导致MES在面向离散制造业和流程业的应用有所区别。
对MRPII/ERP的要求不同
MES处于企业的计划执行层,从MRPII/ERP层接受计划指令,并向MRPII/ERP反馈信息。
因此,无论流程生产行业还是离散制造行业,MES都要与MRPII/ERP建立紧密的信息集成。
目前,市场上的大多数MRPII/ERP系统是在离散制造业发展过来的,对离散制造业比较适合。
适用于流程生产行业的ERP产品,目前还很少。
MRPII/ERP系统所用的一些术语、提供的管理概念与流程企业的概念习惯不一致。
因此,流程企业与离散制造业是有区别的,流程企业的ERP需要专门对待。
流程生产行业和离散行业的MRPII/ERP的不同要求,主要表现在:
两者对于生产模型的要求不同——流程生产行业中体现了以配方为核心的生产模型,而离散行业中体现了以产品BOM为核心的生产模型。
生产计划方式方面,流程企业根据市场的需求进行生产的观念已经逐步加深。
但一般情况下,特别是对市场需求量大的产品,是“以产促销”——通过大批量生产,降低成本,提高竞争力。
因此,作为流程企业生产计划的依据,主要是市场预测。
离散企业一方面可以根据定单进行生产,另一方面也可以根据市场预测作为生产计划制订的依据。
离散企业的MRPII/ERP系统向MES下达作业计划指令主要以“工作令”(JobOrder或WorkOrder)的方式,而流程企业的作业计划下达主要以指令计划形式方式。
成本核算方式方面,离散企业的计算产品成本是按照产品BOM所描述的加工装配过程,从低层向高层逐层累积得出的。
这种按照成本发生的实际过程计算成本的方法称为逐层累积法,或称成本滚加计算法(costroll-up),它反映了产品增值的实际过程。
流程企业的成本核算方式一般采用平行结转法,在其成本组成中,生产成本中占比例最大的是原材料。
通常,原材料占产品成本的70%~80%,人工成本所占比例较小,约占2%~5%,其他为分摊成本。
作业计划调度
离散企业的生产作业计划调度,需要根据优先级、工作中心能力、设备能力、均衡生产等方面对工序级、设备级的作业计划进行调度。
这种调度,是基于有限能力的调度并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确地计算工序的开工时间、完工时间、准备时间、排队时间以及移动时间。
通过良好的作业顺序,可以明显地提高生产效率。
流程企业的产品,是以流水生产线方式组织、连续的生产方式,只存在连续的工艺流程,不存在与离散企业对应的严格的工艺路线。
因此,在作业计划调度方面,不需要也无法精确到工序级别,而是以整个流水生产线为单元进行调度。
从作业计划的作用和实现上,比离散企业相对简单。
数据采集
MES的数据采集功能,可以实现对生产现场各种数据的收集、整理工作,是进行物料跟踪、生产计划、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。
离散企业的数据采集,以手工上报为主,并可以结合条形码采集等半自动信息采集技术进行工时、设备、物料、质量等信息的采集。
这种数据采集方式,时间间隔较大,容易受到人为因素的影响,要特别注意保障数据的准确性。
流程生产行业的自动化程度较高,设备控制级大量采用DCS、PLC。
在检测驱动方面,各种智能仪表、数字传感器已普遍应用;过程控制则广泛采用以小型机为主的自动控制系统。
传统的“计、电、仪”分工界限已不再明显,计算机技术的应用已深入各个领域。
这些自动化设备,能自动准确记录各种生产现场信息。
对于MES而言,重点在于系统构建的时候与这些自动化设备做好数据接口。
作业指令的下达
在离散行业的MES中,将作业计划调度结果下达给操作人员的方式一般采用派工单、施工单等书面方式进行通知,或采用电子看板方式让操作人员及时掌握相关工序的生产任务。
作业计划的内容,包括该工序的开工、完工时间、生产数据等方面。
流程生产行业的MES中,不仅要下达作业指令以及PDI(PanelDataInterface,面板数据接口)数据,而且要将作业指令转化为各个机组及设备的操作指令和各种基础自动化设备的控制参数(例如PID控制参数——ProportionalIntegralDerivative,比例积分微分控制),并下达给相应的PCS系统(ProductionControlSystem,生产控制系统)。
反冲处理
流程生产行业的生产完工上报,广泛采用反冲处理。
一般在工艺流程的最后设置完工上报点,而对前面工序流程实行反冲处理,如人工工时反冲、设备工时反冲、物料反冲,从而对在制品和成本进行跟踪。
离散制造中的完工上报,一般对每道工序都要进行上报,或在关键工序设置反冲点,对前面工序进行反冲处理。
MES系统在配置相应模块的时候,要注意这些差异,以符合企业的需求。
设备管理
离散行业的生产设备的布置,不是按产品而是按照工艺进行布置的。
可以进行同一种加工工艺的机床一般有多台。
单台设备的故障不会对整个产品的工艺过程产生严重的影响,一般需要重点管理关键、瓶颈设备。
在流程生产行业的流水线生产中,生产线上的设备维护特别重要,每台设备都是关键设备,不能发生故障,一台设备的故障会导致整个工艺流程的终止。
库房物料管理
离散行业中,一般对半成品库也设有相应的库房,各工序根据生产作业计划以及配套清单分别进行领料。
流程生产行业中,对连续生产方式,一般不设中间半成品库房,配方原料的库位一般设置在工序旁边。
配方领料不是根据工序分别领料,而是根据生产计划一次领料放在工序库位中。
质量管理
无论离散行业还是流程生产行业的质量检验和管理都相当重要,但在MES中对质量检验和管理的方式有所区别。
离散行业中,对单件小批生产,一般需要检验每个零件、每道工序的加工质量;对批量生产,一般采用首检、抽检、SPC分析相结合。
流程生产行业中,一般采用对生产批号产品进行各工序上的抽样检验。
当然,在每个行业的不同生产方式和生产类型中(例如离散行业的单件小批或大批大量生产,在医药、化工、钢铁等不同流程生产行业),MES的应用还存在一些差别,仍然需要根据各自特点进行综合分析。
制造执行系统:
改进周期时间和品质
blueski推荐 [2007-2-28]
出处:
来自网上
作者:
不详
制造执行系统(MES,ManufacturingExecutionSystem)是一个实时信息系统能为更好地作出决定提供实时的信息。
市场时间(timetomarket)与质量保证(qualityassurance)是PCB装配制造中关键的关注。
当制造
周期时间(MCT,manufacturingcycletime)减少,交货计划改善了,因为电路板输送更快。
在进行中的工作(WIP,workinprocess)减少了,因为更少的材料等待下一个装配运作。
质量改善了,因为元件贴装与在线测试(ICT,in-circuittest)之间经过的时间更少了。
另外,处理板的次数减少,损坏的可能性减少了。
制造执行系统(MES)是一个实时信息系统,通过把商业计划-订单入口、材料管理、采购与记帐-连接到工厂设备的控制,来改进工厂车间运转的表现。
制造执行系统从计划系统接收一个营造计划,告诉工厂各种资源-人力、设备与控制-怎样建立生产,并且提供反馈给计划系统什么时候生产什么。
制造执行系统(MES):
改进装配
如果一个组织有一个商业计划或材料资源计划/企业资源计划(MRP/ERP,materialsresourceplanning/enterpriseresourceplanning)系统,所有顾客订单都将输入该系统。
企业资源计划(ERP)系统将产生主要生产计划,提出材料要求,确认所需的原材料和元件。
给予适当的超前时间,采购部门将订购源材料和元件,发货到工厂,在这里检查和入仓。
企业资源系统将会得到通知,当生产材料可供应的时候。
在这个过程期间,制造工程部或品质部将准备一份电子流动文件,内容为在哪条生产线运行该产品、工具与送料器的设定指示和计算机辅助设计(CAD)图纸、以及使用的计算机辅助设计(CAD)程序和材料(元件)清单。
一旦生产材料可以供应,生产计划和订单和电子流动文件将发放到制造执行系统(MES)和工厂车间。
生产控制或工厂主管将查阅计划和最后调整人员、材料和机器的可利用性。
如果用多条表面贴装与垂直插件生产线运行高度混合的环境,则可使用制造执行系统的有限容量计划模块(finitecapacityschedulermodule)。
这个计划模块管理动态变化,诸如发生在车间内的丢失材料和操作员和停机的设备,并在预先定义的操作限制的基础上提供对生产计划的实时更新。
将按照现在的产品混合和已知的限制来评估生产顺序。
当它最后定下计划时,生产控制将电子地将工作分派给每个生产单元/生产线来完成。
在新产品的生产开始时,操作员可以将批号输入到制造执行系统(MES),开始过程和产品跟踪。
元件批号信息按照客户对某一产品的订单来记录,然后附着在生产的每个有序列标号的电路板上。
如果要求视觉检查,对一个有序列标号的板的检查数据可通过制造执行系统输入和捕捉,用作历史趋势与统计过程控制(SPC,statisticalprocesscontrol)的分析。
制造执行系统(MES)将监测机器的生产,操作员将实时地了解在一个单元或整条生产线中的所有机器的生产状态。
制造执行系统(MES)将告诉操作员是否在计划之内、过程是否在控制下、设备的效率、和他们应该计划下一部做什么。
在生产期间,与设定或产品转换有关的人力将自动地存储和可用于连续生产过程或质量改善机会的分析。
机器数据将实时地收集、总结和存档用于未来的分析。
可以使得有一个图形观察站,始终显示生产线的状态。
一个基本颜色代号可显示机器的状态。
如果一个机器操作员、质量控制技术员或者主管观察到一个生产偏差,那么整个生产过程可以暂时停止,发送出电子通知,要求援助。
该系统可以对所有活动用日期时间记录,以帮助分析问题和查找根源。
统计过程控制(SPC)点可以在表面贴装、回流焊接、波峰焊接、和在线测试(in-circuittest)之后开始,其结果按照一个范围的产品序列号来评估。
如果机器停下来或发生非计划的停机,该系统可以自动报告停机情况和记录日期时间。
操作员将说明停机的理由,将机器重新投入生产。
所有停机原因都可以通过系统来捕捉,作未来分析之用。
在包装后,更新产品计数的条形码读取器可扫描纸箱。
每个纸箱号将按特定的生产线存档。
所有与生产有关的和在建的信息将可用于进一步的报告和分析。
当生产完成时,它将报告回企业资源计划系统(ERP),用于进一步的客户订单、财政与库存控制的目的。
当转换临近时,电子分派单可告诉操作员下一个计划运行的产品。
当进行产品转换时,操作员可看电子设定指示,要用哪一盘元件、以及专门的指示或注意事项。
材料操作员将得到电子通知,所要求的材料、要执捡的材料或套料的类型、派发到哪里。
制造执行系统(MES)提供使用实时数据管理复杂制造环境的能力。
它电子监控制造过程和提供实时信息给车间的雇员。
通过使用数据来更快地作出更好的决定。
PCB装配制造商可减少行进中的工作(WIP)的库存和制造周期时间、节省成本、和改进品质。
制造执行系统(MES)帮助更好的控制,使得订单只在其可全数完成时才发放。
它提供行进中的工作(WIP)跟踪,和审查目的的批号可跟踪性。
制造周期时间
制造周期时间(MCT,manufacturingcycletime)是从订单发放到车间直到最后发货的时间。
预备时间越短,制造商的库存越少,当市场需要变化时报废的材料越少,调整适应变化的灵活性越大。
制造周期时间(MCT)越长,工厂车间可能出现的问题越多。
考虑周期时间怎样影响一个运作的其它方面。
如果你减少制造周期时间(MCT),出货计划得到改善,因为产品输出更快。
行进中的工作(WIP,workinprocess)库存减少,因为材料在到下一个操作之前停留的时间更短。
质量得到改善,因为产品处理更少。
制造周期时间(MCT)也影响材料和预报。
例如,今天的制造商经常要求审查大批量和小批量的电路板,有库存的危险。
如果预备时间长,预备的错误高得多,因为材料需要在生产之前购买。
过早订购的材料会产生过剩和过时的库存。
过多的制造周期时间(MCT)的症状
当周期时间长时,会发生如下事情:
过多的WIP库存-工作开始,不能有效地完成,造成更多的行进中的工作。
过多的空间/人员-工厂要求更多的材料处理人员、更多的发送人员、和更多的仓库物理空间。
沉重的日常工作-人员与设施越多,等于更大的制造负担。
高混合的高成本-随着订单数量的上升和每个订单生产的数量的下降,成本上升。
计划上出现失控-当工作开始而不能完成时,计划的改变变得更频繁。
以关键的预备时间将客户订单适应到工作计划中是困难的。
表一,计量制造效率
计量方法描述
设备效率设备以规定生产能力生产零件的时间百分率
整体设备设备以规定生产能力生产好零件的时间百分率
产出效率生产线生产好零件的时间百分率,这些零件可以
在固定时间时期内
制造周期时间(MCT)问题的原因
许多工厂问题是由于不适当地强调增加人员或设备效率而不是产量所导致的。
表一显示制造效率的三种不同的计量方法,每一个对一个组织都有不同的影响。
产出效率是以天数的制造周期时间函数来计量的。
制造周期时间的天数越少,产出效率越高。
基于产出效率的计量表现可能实际上偏离设备效率,因为随着产品混合度上升和越多的产品转换发生,总的设备效率降低。
可是,如果如果集中在每年输出的产品上面,随着制造周期时间(MCT)减少,年收入增加,因为可得到更多的能力-即使设备的效率可能降低。
为了使设备效率最大,和减少对一个数量例如为50的正常批量的设定时间,要把未来计划好的生产计划与成组订单一起看。
通过将三个数量为50的未来订单与现在的数量为50的订单集合一起,可减少设定时间。
虽然这个方法允许200块板一次设定,同时运行,但只有50块板可以发货收钱,其它150块板变成行进中的工作(WIP)。
在这个例子中,设备效率高,但产出效率或另外150块板的制造周期时间(MCT)是不可接受的,因为这些板要直到未来才可放入最终产品。
WIP库存也是有代价的。
财务人员认为WIP具有31%的材料价值和消耗的价值增值的库存成本。
其次,WIP需要存储,因此,在实际上用作受益之前必须可能要处理或移动几次。
每一次处理WIP,都存在引起损坏的机会,这可能增加报废和翻修成本。
设备效率的另一种计量方法是,整体设备效率(OEE,overallequipmentefficiency)。
设备效率集中在设备以其规定能力运行的时间百分率,不考虑它产生好还是坏的零件,或者是否可发货得到收益。
整体设备效率(OEE)计量设备可以其规定能力制造好零件的时间百分率。
OEE帮助决定某些质量统计,但还不考虑是否这些零件可发货得到收益。
一个较真的效率计量方法是产出效率,在一个固定时期内设备可用来制造好品、可发货得到收益的时间百分率。
三天的制造周期时间(MCT)意味着直到产品在三天之内可以发货生产才开始。
否则,固定资产制约在不能发货的产品上面。
世界级的制造周期时间(MCT)是总的价值增值时间的3~4倍。
例如,如果总的价值增值是一小时,那么真正世界级的周期时间是3~4小时。
在表面贴装为基础的电子装配中,其中最后测试/老化可能要3~7小时,三天或更少的MCT认为是世界级的。
在三班制基础上,一天的MCT是世界级的。
等待时间、排队时间、修理与返工都认为是非价值增值活动。
平均的美国制造商的MCT是三个月。
MCT是在多数PCB装配制造环境中最大的单一问题。
使用MCT作制造表现的计量方法可能要求管理思维与商业文化的改变。
制造商不应该开始生产除非产品可在三天内发货得到收益。
设备在这个期间可以闲置,但是由于能力利用、交货时间减少、质量改进和报废返工减少所带来的回报远远超过闲置设备的成本负担。
品质
对制造过程有实时的信息支持更好的问题解决方法、保证质量和维持过程。
生产标准可以改进,ISO9000的遵守可得到支持。
更好的决定产生改进的品质、改善的毛利润、更大的顾客保持力、和更高的市场份额。
质量差的问题
质量的评定是通过内部捕捉到的失效数量和你的顾客发现的“漏网之鱼”的数量。
品质的其它测量方法包括第一次通过合格率(first-passyield)、最终产品合格率、SPC、SQC(statisticalqualitycontrol)、和OEE。
许多这些方法针对产品与过程质量的结合。
失效与漏网是最好的量化的计量方法。
内部捕捉的失效可能由于有故障的设备、丢失和歪斜的元件、弯曲的引脚、不当的回流焊接、或无效的工艺过程。
可能要求返工与修理。
另外,一个单元或设备的一部分可能需要关闭,以更正故障
。
所有这些活动都有一个机会成本(收益损失)和一个直接成本。
漏网对总的生产成本有类似的影响。
首先是保修成本,产品必须修理或更换。
保修板的修理通常是在与生产过程流水线分开的地区,使用昂贵的资源和不同的人力。
修理可能需要元件,更换有直接的成本。
去现场的服务工程师要额外的费用。
最后,一些公司对最终产品德成本收费。
品质系统应该防止,而不是查找缺陷。
料源的检查和插件/贴装前的检查,确认极性和数值,是普遍使用的方法。
通常,在PCB装配工厂车间的操作员在纸上或手工地收集品质信息,这样延误实时信息的访问,从这个实时信息可以作出决定。
另外,从不完整或不准确的数据可能作出不正确的决定。
有了实时信息将加快确认失去过程情
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