ERP、MES & WMS、AIT构建信息环路

    以MRPⅡ、ERP为代表的管理信息系统，以及以数控加工、DNC单元和柔性制造为代表的自动化技术，在制造业行业已经大规模应用。尽管这两类系统的推广取得了一定效果，但却因为忽略了两者间的有效配合，导致企业上层计划缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。

    通过对大量企业的调查，美国AMR(先进制造研究机构)于1992年提出了三层的企业集成模型：计划层、执行层、控制层(如图1)。计划层与车间执行层无法进行良好的双向信息流交互，企业就难以实时反应。十多年前诞生的MES直指这一问题，目前在发达国家已经普遍推广，在我国，对MES的认识和应用还处于刚刚起步阶段。

图1 AMR三层企业集成模型

    企业资源计划(ERP：Enterprise Resources Planning)是一个有效地组织、计划和实施企业的“人”、“财”、“物”管理的系统，它依靠IT的技术和手段以保证其信息的集成性、实时性和统  一性。它的基本思想是将企业的业务流程看作是一个紧密联接的供应链，将企业内部划分成几个相互协同作业的支持子系统，如财务、市场营销、生产制造、质量控制、服务维护、工程技术等。

    制造执行系统(MES：Manufacturing Execution System)是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。

    仓库管理系统(WMS：Warehouse Manage System)是一套位于上层计划管理系统之下、面向仓库现场业务的管理信息系统。它为操作人员/管理人员提供仓库库存情况、库存占用资金状况和货物的跟踪追溯等。

信息系统总体架构

    企业信息系统总体架构(见图2)，包括计划层应用系统——ERP，包括财务管理、销售管理、采购管理、物料管理等模决执行层应用系统——MES & WMS；控制层应用系统——SFC。

图2 企业信息系统架构

    由企业信息系统架构图可以看出，同为执行层信息系统MES & WMS，也存在着大量的信息交互：物料仓库依据制造执行系统生产计划领料单向半成品加工和成品装配提供物料，制造执行系统半成品加工完成入库到物料仓库，制造执行系统成品装配完成入库到成品仓库。

    在国内，ERP系统经过十多年的发展，ERP对企业的应用范围及在信息、系统中作用，都比较明确，这此就不进行详细阐述。下面将详细阐述MES & WMS两个系统在企业信息系统中的作用为主线，介绍企业为什么要实施MES & WMS系统，以及它们和ERP、SFC存在怎样的信息流。

企业为什么需要实施MES

    由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，做出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程小提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在十现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段。

    出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？

    同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否白动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？

    过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？

    目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？

    生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最主要原因是：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？

    能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？

    能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？

    MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息、服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/SFC信息体系。

图3 MES在工厂中的数据流

    图3说明企业资源规划(ERP)、MES与控制系统间的作业互动与信息流模式。ERP系统需随时注意产品库存量、客户订单状况与材料需求，然后将这些信息传送至MES，由执行系统进行生产或安排库存以满足客户订单需求。对MES而言，这一层就是生产的计划层。

    中间部分为MES系统，负责完成产品制造工作，产品的规格、型号、参数等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料转化为作业程序提供给控制系统之作业人员或机器设备来使用。

    右边部分为控制系统，当作业程序、相关流程、文件及其它相关生产需求项目就绪，控制系统便运用所有工厂内相关资源(软、硬件及人员)负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。

企业为什么需要实施WMS

    库存资金控制的重要性以及难度

    当今社会以客户需求为导向，保证客户服务是一种必然趋势，而每个公司的资金有限，不可能保持较大的库存水平为客户服务。仓库库存的目的是为了满足用户和生产的需求，使生产和经营不间断，并达到一定的用户服务水平；为了保证最大的客户服务水平必须提高库存投资，而为了降低库存投资就可能会造成客户服务水平的下降，这两者好像是相互矛盾的。许多仓库尤其是备件仓库，已意识到控制库存资金的重要性，都希望能够通过各种管理方式和管理体制来降低库存，杜绝货物积压与短缺，增加资金周转、提高资金使用效率。控制库存首先要控制库存源头：库存补给，但实际操作中难以及时掌握仓库货物库存情况、处于库存警戒线下的货物情况。

    货物来源去向难以跟踪备件仓库、物料仓库、成品仓库业务管理中，货物入库、出库后，难以追溯、跟踪某个单件的出入库信息：供应商、去向等，这给后期的货物退货、保修、货物真假查询、市场销售串货查询造成很大的困难。

    仓库管理现场复杂备件仓库、物料仓库、成品仓库范围大，很难寻找到所需货物；分布广，管理难度大；库存货物难以做到先进先出；盘点工作量大；人员疲劳，容易误发、错发货物。

    仓库文书工作占用大量的资源

    备件仓库、物料仓库、成品仓库每月进行库存占用资金统计、月收发存统计、成本核算以及其他仓库报表统计存在很大的难度，占用大量的人手和时间。

    ERP系统物料信息输入不及时不准确

    ERP系统虽然有物料库存管理，但它重点出入帐和库存资金层面的管理，以事后做出入库帐，信息输入不急时、不准确。如果货物要求以批次或单件管理，ERP就更显无能为力。

    图4说明企业资源规划(ERP)与WMS系统间的作业互动与信息流模式。ERP系统需随时注意产品库存量、客户订单状况与材料需求，然后将这些信息传送至WMS，由执行系统进行对物料库存及产品库存以满足客户订单需求。对WMS而言，这一层就是物流的计划层。

图4 WMS在工厂中的数据流

    WMS系统，负责完成物料计划执行，物料件号、批号、数量的入库和出库，产品货号、单件SN的入库出库，进行详细记录，建立实时货物库存，并及时回物物料计划执行结果。

AIT在企业信息系统中的应用

    AIT(自动识别技术)是信息数据自动识读、自动输如计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。

    作为信息采集手段，AIT(自动识别技术)能够代替繁琐的人工操作，提高效率和准确率。通过和MES的结合，自动识别尤其是条形码技术发挥了它的潜能，为整个信息系统的高效运转奠定了基石。

条码识别在MES系统中的应用

    随着时代的发展，对制造企业产品生产过程档案追溯性要求越来越高，也就要求企业产品生产过程建立强大的产品生产过程档案，因此在产品生产过程需要输入大量的如产品标识、产品装配数据、产品质量数据、产品人员数据等大量信息。

    在图5条码识别在MES系统中的应用可见，条码识别在MES制的整个牛产过程中得到应用，从而保证的生产过程数据的准确决速输入。

图5 条码识别在MES中的应用

    作业管理：采用条码打印机，打印生产产品SN标签，作为生产过程产品唯一标识。

    上线采集：采集产品SN标签，建立产品标签与产品实物及作业调度的对应，同时记录操作员。

    维修：采集产品SN标签，记录产品本次维修档案(维修人员、维修方式、责任判定等)。

    包装：采集产品SN标签，记录操作员，打印产品包装标签、产品合格证等。

    装配：采集产品SN标签，部件物料的件号、批次号，装配人员等，建立产品装配档案。

    检验/检测：采集产品SN标签，根据检验结果，采集故障码(不良)，检验人员，建立产品质量档案。

    在条码识别技术在车间现场的应用过程中，针对不同客户现场环境，可以选择不同的采集组合方案。

    采用485采集网络，结合数据终端加条码阅读器大大节约现场空间，增加了系统的可扩充性，降低了系统的冗余。

    对于采集数据实时性要求不高的采集点，采用脱机的采集器(如CASIO DT900)，节约了现场的布线、增加采集点灵活性。

条码识别在WMS中的应用

    企业自身的管理要求，如保证物料按批次管理，保证物料的先进先出；产品SN销售跟踪，防止销售商之间的串货等，也需要在物流管理过程中输入大量的如物料采购入库、发料投产、生产产品入库、产品调拨等大量信息。

    通过货物出入库采集，建立物料批次号与采购订单的对应、产品SN与销售调拨单的对应，从而建立从原来到成品的追溯跟踪。同时也增加仓床现场数据的快速准确的录入。

图6 条码识别在WMS中的应用

    由于仓库对业务数据的实时性要求不很好，同时采集地点不固定，因此采用脱机采集器批量处理的方式。

    由此可见，ERP、MES & WMS、AIT构成了一个反馈环路，使信息能够及时在整个信息系统内高效流转，进而为企业的快速正确决策、执行提供支持。

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