牛耀彬

（揚(yáng)州大學(xué)商學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

D 公司屬于典型的離散型制造企業(yè)，離散型制造企業(yè)因自身特性，存在許多生產(chǎn)管理問題。一方面，企業(yè)本身面臨著客戶的需求多樣性、變更頻繁性，這使得生產(chǎn)計(jì)劃的制定復(fù)雜且困難。另一方面，由于產(chǎn)品需要經(jīng)過不同的加工車間，且每個(gè)生產(chǎn)任務(wù)對(duì)同一車間的需求又是不同的，導(dǎo)致工作流經(jīng)常出現(xiàn)不平衡問題[1]。這些問題致使生產(chǎn)數(shù)據(jù)難以收集，維護(hù)和檢索的時(shí)間大幅增加，同時(shí)，阻礙了生產(chǎn)過程的管理。為了解決這些生產(chǎn)管理過程中的問題，D 公司引入MES 系統(tǒng)。

1 案例介紹

1.1 D 公司簡(jiǎn)介

D 公司是中國中車股份有限公司旗下的全資子公司，以機(jī)車制造、研發(fā)、出口、銷售為主營(yíng)業(yè)務(wù)。目前，D 公司主攻城軌市場(chǎng)，城軌車輛也成為企業(yè)出口國外的支柱性產(chǎn)品。自公司始建以來，先后經(jīng)過六次大規(guī)模技術(shù)改造，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展成為能夠設(shè)計(jì)制造具有世界先進(jìn)水平的軌道交通運(yùn)輸裝備大型企業(yè)。

但是，D 公司仍存在一些生產(chǎn)管理上的問題，D公司在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都保有傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，這降低了公司的生產(chǎn)效率。由于控制層與調(diào)度層分離，公司主要依靠調(diào)度員的經(jīng)驗(yàn)去分析應(yīng)對(duì)各種情況，且管理部門對(duì)生產(chǎn)車間的生產(chǎn)過程缺乏有效的監(jiān)控，這就導(dǎo)致生產(chǎn)過程對(duì)車間調(diào)度員的工作能力依賴性較強(qiáng)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，D 公司引入制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES），并將MES 系統(tǒng)結(jié)合ERP 系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)協(xié)作，擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車間制造過程的優(yōu)化。

1.2 MES 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

D 公司制造執(zhí)行系統(tǒng)的基本構(gòu)架包含制造全程管理控制、設(shè)備狀態(tài)管制、異常監(jiān)控與處理三個(gè)版塊。

1.2.1 制造執(zhí)行控制版塊

MES 系統(tǒng)將追蹤從創(chuàng)建訂單、物料準(zhǔn)備、加工作業(yè)、批次流轉(zhuǎn)、質(zhì)檢返工、異常、暫停、報(bào)廢、組托、入庫等的生產(chǎn)全過程，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)過程的每一個(gè)行動(dòng)細(xì)節(jié)進(jìn)行記錄追蹤，實(shí)時(shí)地反饋生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在制品狀況，批次作業(yè)情況，生成完成情況。

1.2.2 設(shè)備狀態(tài)管制版塊

設(shè)備狀態(tài)管制版塊對(duì)設(shè)備運(yùn)行期間的全狀態(tài)進(jìn)行管制，并配備PM管理模式。這一模塊會(huì)對(duì)設(shè)備狀態(tài)、當(dāng)前作業(yè)批次與等待作業(yè)批次進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)記錄每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間和原因。模塊配備PM模式，可以記錄作業(yè)時(shí)間，以滿足不同設(shè)備和不同生產(chǎn)模式的排產(chǎn)計(jì)劃。此外，嚴(yán)格管控PM模式下的作業(yè)過程，以便記錄生產(chǎn)過程并進(jìn)行追蹤和分析。

1.2.3 異常監(jiān)控與處理版塊

異常監(jiān)控與處理版塊對(duì)異常情況進(jìn)行監(jiān)控與處理，監(jiān)控在產(chǎn)品流通情況，作業(yè)時(shí)間情況，并采集工藝參數(shù)，對(duì)良率異常設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。該版塊對(duì)工廠可能出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和監(jiān)管，并可由監(jiān)管人員自定義發(fā)生異常的處理動(dòng)作，如遇異常生產(chǎn)情況可以選擇發(fā)送報(bào)警信息或是暫停生產(chǎn)。

1.3 MES 系統(tǒng)應(yīng)用效果

D 公司應(yīng)用MES 系統(tǒng)已達(dá)17 年之久，運(yùn)用MES系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集有效促進(jìn)了D 公司的信息化建設(shè)工作，一方面，運(yùn)用MES 系統(tǒng)有效提高生產(chǎn)效率。由于人員實(shí)時(shí)監(jiān)控物料在生產(chǎn)進(jìn)程中的使用，使得備料更加準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)記錄更加完整，這大大減少了月末核算成本的時(shí)間。大型機(jī)車制造工廠在生產(chǎn)中耗用的物料類型多、數(shù)量龐大，實(shí)施MES 系統(tǒng)有效將半成品、零件的領(lǐng)用直接歸結(jié)在相關(guān)產(chǎn)品上，減少了統(tǒng)計(jì)成本時(shí)間，提高了管理的效率。另一方面，MES 系統(tǒng)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)豐富，精益化管理企業(yè)。通過分析產(chǎn)成品價(jià)格，有效篩選適合企業(yè)的原料供應(yīng)商。D 公司之所以能夠維持產(chǎn)成品成本的一部分原因就是根據(jù)系統(tǒng)篩選原料價(jià)格低、物料利用效率高的供應(yīng)材料。

自應(yīng)用專門針對(duì)軌道交通行業(yè)特點(diǎn)定制開發(fā)的生產(chǎn)信息化管理和中控系統(tǒng)以來，D 公司生產(chǎn)能力提高了50%，產(chǎn)品不良率下降了90%，年節(jié)約各項(xiàng)成本費(fèi)用1 300 余萬元，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字賦能。

2 D 公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型策略

2.1 戰(zhàn)略引領(lǐng)推動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)

為了順應(yīng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的轉(zhuǎn)變，D 公司推行數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，以需求為導(dǎo)向，明晰數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑。為了實(shí)現(xiàn)智慧城市的建設(shè)，快速響應(yīng)客戶需求，D 公司通過標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化五大路徑實(shí)現(xiàn)數(shù)字化研發(fā)、數(shù)字化運(yùn)營(yíng)、數(shù)字化制造、數(shù)字化服務(wù)、數(shù)字化安全五大工程。以及通過數(shù)字化建設(shè)提升“快速響應(yīng)客戶服務(wù)能力”“模塊化產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)能力”，縮短產(chǎn)前準(zhǔn)備周期、平均生產(chǎn)周期，提升訂單準(zhǔn)時(shí)交付率、生產(chǎn)計(jì)劃完成率。由戰(zhàn)略規(guī)劃部門牽頭，生產(chǎn)部門、質(zhì)保部門、運(yùn)營(yíng)管理部門、信息化部門配合，制定數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施方案，D 公司從戰(zhàn)略上堅(jiān)定了企業(yè)數(shù)字化研發(fā)與運(yùn)營(yíng)的決心，為推進(jìn)智能制造，提供智能服務(wù)，制造智能化產(chǎn)品打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 集成智能系統(tǒng)推動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)

搭建智能系統(tǒng)促進(jìn)企業(yè)降本增效，推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以D 公司為例，引入MES 系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備PLC、DCS 控制系統(tǒng)及倉庫管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS），形成集生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量、設(shè)備、倉儲(chǔ)、信息等多個(gè)方面為一體的立體化系統(tǒng)構(gòu)架。ERP 系統(tǒng)將生產(chǎn)計(jì)劃導(dǎo)入MES 系統(tǒng)，MES 系統(tǒng)將生產(chǎn)計(jì)劃傳遞至車間作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，將生產(chǎn)指令發(fā)送至指揮底層生產(chǎn)設(shè)備，通過MES 系統(tǒng)反饋生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況，以此來跟蹤生產(chǎn)進(jìn)度，監(jiān)控車間生產(chǎn)任務(wù)。MES 系統(tǒng)對(duì)PLC/DCS 系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)，PLC/DCS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)車生產(chǎn)線的控制需求，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)。PLC/DCS 系統(tǒng)將生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)反饋，最后將生產(chǎn)完畢的入庫數(shù)據(jù)導(dǎo)入WNS 系統(tǒng)。D 公司以MES 系統(tǒng)為中心，接收來自其他系統(tǒng)中人員、設(shè)備、原料、訂單、計(jì)劃的信息，通過集成智能系統(tǒng)綜合收集企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以期進(jìn)一步推動(dòng)智能生產(chǎn)制造。

2.3 智能生產(chǎn)推動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)

D 公司作為老牌機(jī)車企業(yè)，擁有多年的制造經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用MES 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化車間建設(shè)，利用智能系統(tǒng)配合智能制造。公司在新廠區(qū)設(shè)置10個(gè)核心作業(yè)區(qū)，運(yùn)作RGV 有軌制導(dǎo)搬運(yùn)機(jī)器人、AGV自動(dòng)導(dǎo)引搬運(yùn)機(jī)器人等智能裝備實(shí)施智能生產(chǎn)。同時(shí)，建立8 個(gè)數(shù)字化車間和32 條數(shù)字化生產(chǎn)線，每個(gè)車間和生產(chǎn)線均應(yīng)用集成智能化系統(tǒng)，重點(diǎn)應(yīng)用MES系統(tǒng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，運(yùn)用電子看板判斷生產(chǎn)信息并做出生產(chǎn)決策。研制形成新一代智能化六軸電力機(jī)車、無人化運(yùn)輸車產(chǎn)品、系列化中國標(biāo)準(zhǔn)智慧市域列車等一批具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)軌道交通裝備產(chǎn)品。

3 D 公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型中存在的問題

3.1 人員與團(tuán)隊(duì)能力未能匹配數(shù)字化戰(zhàn)略

D 公司雖然堅(jiān)定數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，但是在生產(chǎn)制造過程中依舊是勞動(dòng)密集型企業(yè)，依賴一線工人配合生產(chǎn)。由于一線員工以重復(fù)勞動(dòng)為主，而公司又疏于對(duì)一線員工的技術(shù)培養(yǎng)，使得這部分員工未能很好地配合企業(yè)轉(zhuǎn)型[2]。此外，作為生產(chǎn)制造企業(yè)的D公司更多地關(guān)注智能系統(tǒng)的引入、產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)，但對(duì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)技術(shù)提升方面投入不足，轉(zhuǎn)型需要從上至下的意識(shí)統(tǒng)一，D 公司對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型相應(yīng)的人才培養(yǎng)機(jī)制不夠完善，導(dǎo)致人員及團(tuán)隊(duì)能力未能跟進(jìn)數(shù)字化戰(zhàn)略。

3.2 數(shù)據(jù)資源利用效率低

首先，D 公司在生產(chǎn)過程中利用到多款智能制造系統(tǒng)，其中幾款系統(tǒng)顯現(xiàn)出數(shù)據(jù)收集重復(fù)，系統(tǒng)功能浪費(fèi)的問題。采購訂單系統(tǒng)（POM）與企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）均有采購管理功能，兩種系統(tǒng)在生產(chǎn)中重復(fù)記錄了訂單信息、供應(yīng)商信息、采購價(jià)格等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這種重復(fù)記錄使系統(tǒng)維護(hù)成本提高，同時(shí)增加了一道管理人員的審批流程，降低了工作效率。其次，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享不完全也是一大問題。MES 系統(tǒng)中的過賬信息與ERP 系統(tǒng)中的物料狀態(tài)轉(zhuǎn)換和賬本可以相互轉(zhuǎn)化，但是在實(shí)際應(yīng)用中，財(cái)務(wù)人員依舊需要將MES 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)手工錄入ERP 系統(tǒng)中。因此，多款系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接才能切實(shí)提升轉(zhuǎn)型效率。最后，受系統(tǒng)功能限制，MES 系統(tǒng)已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)未能充分利用[3]。在一個(gè)制程內(nèi)，產(chǎn)品不良率、返修信息與最終良率等關(guān)聯(lián)站之間的數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)上存在內(nèi)在聯(lián)系，但D 公司當(dāng)前系統(tǒng)由于缺乏數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，僅能就單站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而無法進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比與追溯分析。這就導(dǎo)致工程師需要額外花費(fèi)時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，增加了工作量。

3.3 業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流無法正常匹配

由于供應(yīng)鏈系統(tǒng)未能第一時(shí)間收集到終端客戶的提貨情況，MES 系統(tǒng)管理員未能及時(shí)收集訂單數(shù)據(jù)。受系統(tǒng)限制，D 公司整個(gè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中顧客提貨的信息無法獲得，只能通過倉庫庫存的變化結(jié)合以前的訂單經(jīng)驗(yàn)去預(yù)測(cè)客戶需求，這造成了數(shù)據(jù)收集失真的問題[4]。而數(shù)據(jù)收集失真導(dǎo)致客戶真實(shí)需求情況無法獲取，訂單波動(dòng)很大，反而影響到生產(chǎn)計(jì)劃和備料計(jì)劃，造成了原材料供應(yīng)的壓力。

4 推進(jìn)傳統(tǒng)制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)策

4.1 建立適應(yīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的企業(yè)組織架構(gòu)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型在落地層面通常涉及兩部分內(nèi)容，業(yè)務(wù)模式的重構(gòu)和信息系統(tǒng)的引入。業(yè)務(wù)模式的重構(gòu)會(huì)涉及企業(yè)組織變革。傳統(tǒng)制造企業(yè)實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略需要自上而下進(jìn)行轉(zhuǎn)變，適合的企業(yè)組織架構(gòu)有利于推進(jìn)轉(zhuǎn)型過程。傳統(tǒng)制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)添加數(shù)字賦能部門或是對(duì)傳統(tǒng)信息化部門進(jìn)行改造。由于傳統(tǒng)信息化部門業(yè)務(wù)融合性較差，部門人員需要進(jìn)一步了解企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的痛點(diǎn)，信息化部門員工應(yīng)當(dāng)積極與業(yè)務(wù)部門溝通，挖掘業(yè)務(wù)盲點(diǎn)，生產(chǎn)制造流程的斷點(diǎn)，以期減少業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流不匹配問題。同時(shí)，建立驅(qū)動(dòng)數(shù)字化的組織以便推動(dòng)轉(zhuǎn)型，由于轉(zhuǎn)型實(shí)施過程中問題較多，落實(shí)決策顯得更加重要，引入驅(qū)動(dòng)數(shù)字化的組織搭建起信息化部門與其他部門的橋梁，解決部門間的溝通問題并推動(dòng)數(shù)據(jù)決策的進(jìn)程。

4.2 搭建數(shù)字技術(shù)平臺(tái)，支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，制造企業(yè)應(yīng)利用數(shù)字技術(shù)搭建數(shù)字化平臺(tái)，降低內(nèi)部交易成本。建設(shè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，利用云服務(wù)所提供的計(jì)算能力提升企業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理能力，支撐企業(yè)利用數(shù)據(jù)進(jìn)行有效決策。搭建存儲(chǔ)設(shè)施、計(jì)算設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，通過存儲(chǔ)設(shè)施提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，以存儲(chǔ)為支撐協(xié)同算力達(dá)成數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)間的安全傳遞。完成設(shè)施搭建后，應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)打造企業(yè)中臺(tái)。對(duì)于傳統(tǒng)制造企業(yè)而言，打造業(yè)務(wù)中臺(tái)與數(shù)據(jù)中臺(tái)有利于緩解集成智能系統(tǒng)工作中的缺陷。業(yè)務(wù)中臺(tái)可以解決系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、系統(tǒng)割裂、數(shù)據(jù)孤島等問題。數(shù)據(jù)中臺(tái)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)治理以及數(shù)據(jù)共享功能，可以加強(qiáng)與上下游合作伙伴的溝通，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提純和加工。最重要的是，數(shù)據(jù)中臺(tái)可以提供實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)分析，彌補(bǔ)數(shù)據(jù)開發(fā)人員不足的問題，打造企業(yè)中臺(tái)可以有效加強(qiáng)內(nèi)外部協(xié)作，提升數(shù)據(jù)處理效率，有利于傳統(tǒng)制造企業(yè)進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

4.3 加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化

制造企業(yè)應(yīng)注重?cái)?shù)據(jù)采集，從源頭上保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。一方面，數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與數(shù)據(jù)治理很重要。為更好實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，制造企業(yè)可以引入“副本數(shù)據(jù)管理”新技術(shù)——Copy Data Management，簡(jiǎn)稱CDM[5]。CDM 以“原格式”獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)各個(gè)時(shí)間序列的副本，將備份的數(shù)據(jù)管理和使用。此外，CDM也是一種副本數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，集中業(yè)務(wù)系統(tǒng)中抽離的數(shù)據(jù)資源，引入這一技術(shù)可以保存完整數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)失真的問題。另一方面，生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控很重要。為了提高效率，促進(jìn)客戶提貨數(shù)據(jù)、庫存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、訂單交付狀態(tài)數(shù)據(jù)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的及時(shí)應(yīng)用，制造企業(yè)應(yīng)推動(dòng)數(shù)據(jù)可視化。利用可視化工具，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)決策的動(dòng)力，讓整個(gè)生產(chǎn)管理過程可視化與透明化。

5 結(jié)語

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是促進(jìn)制造企業(yè)發(fā)展的有效途徑，為了應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)壓力，制造企業(yè)應(yīng)積極提升員工素質(zhì)，搭建數(shù)字化平臺(tái)并有效利用數(shù)字技術(shù)，通過系統(tǒng)集成,進(jìn)一步提升企業(yè)在管理、研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝、制造、售后及質(zhì)量等各環(huán)節(jié)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，逐步實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。