張彩芳，尹 超

(1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400037;2.重慶大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院制造工程研究所, 重慶 400030)

基于MES的制造全過程物流精益管理研究

張彩芳1，尹 超2

(1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400037;2.重慶大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院制造工程研究所, 重慶 400030)

論述了機(jī)械制造行業(yè)車間物流管理的研究現(xiàn)狀和成果。分析了制造全過程傳統(tǒng)物流管理存在的問題。提出了基于制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES) 的制造全過程物流精益管理的概念及其管理目標(biāo)。建立了一種基于MES的制造全過程物流精益管理運(yùn)作模式，該運(yùn)作模式對制造企業(yè)的部門職責(zé)進(jìn)行了重新界定，對制造全過程的物流運(yùn)作流程進(jìn)行了重組。描述了MES及其相關(guān)信息系統(tǒng)對制造全過程物流精益管理運(yùn)作模式的支撐，為機(jī)械行業(yè)降低制造全過程的物流成本提供了一種切實(shí)可行的管理模式。

MES；制造全過程；物流精益管理；運(yùn)作模式

0 引言

隨著市場競爭的不斷加劇，制造企業(yè)都在為降低成本，獲取更大利潤而不懈努力。作為企業(yè)的第三利潤源泉，物流引起了越來越多企業(yè)的重視。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在目前的生產(chǎn)系統(tǒng)中，搬運(yùn)費(fèi)用占總費(fèi)用的30%～75%，而對物流進(jìn)行優(yōu)化管理后，可以為企業(yè)節(jié)省15%～30%的費(fèi)用。因此，近年來無論是企業(yè)外部物流(供應(yīng)鏈管理)還是企業(yè)內(nèi)部物流(車間物流)都成為了研究熱點(diǎn)。

企業(yè)內(nèi)部物流——車間物流管理水平的高低，不但是企業(yè)管理水平的直接反映，也會直接影響制造企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度，產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品成本等，直接體現(xiàn)了一個企業(yè)的市場競爭力。車間布局問題是車間物流管理的首要問題。文獻(xiàn)[1]研究了一種基于產(chǎn)品原則的汽車后橋車間設(shè)施布置形式，其設(shè)備和人員按照加工或裝配的工藝順序布置，這種配置方式適用于專用生產(chǎn)線。文獻(xiàn)[2]在考慮工藝要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)用SLP(系統(tǒng)布置設(shè)計法)對車間設(shè)備布置進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)設(shè)施優(yōu)化分析原理以物流量最小為目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化。文獻(xiàn)[3]提出了一種基于多色圖理論的車間物流系統(tǒng)優(yōu)化模型，對車間布置進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)[4]研究了如何運(yùn)用SLP原理對機(jī)加工車間的設(shè)備布局進(jìn)行重新優(yōu)化。文獻(xiàn)[1-4]都是從如何對車間優(yōu)化布局的角度來研究車間物流的優(yōu)化管理。

目前制造企業(yè)的市場環(huán)境越來越趨向于多品種、小批量的生產(chǎn)方式，同時制造企業(yè)車間設(shè)備比較重型化，因此，制造企業(yè)不可能針對不同的生產(chǎn)訂單都對車間進(jìn)行重新優(yōu)化布局，因此，車間的優(yōu)化布局僅僅適用于車間的初始設(shè)計。車間布局完成后，往往很少重新進(jìn)行調(diào)整。

車間優(yōu)化調(diào)度是影響車間物流水平的另一個關(guān)鍵問題，近年來，車間優(yōu)化調(diào)度也是一個比較熱門的研究方向，如文獻(xiàn)[5]提出了兩種關(guān)鍵優(yōu)化技術(shù)來解決車間制造設(shè)備的負(fù)荷平衡以及對車間加工任務(wù)的合理分配，并建立了一種數(shù)學(xué)模型來求解最優(yōu)加工任務(wù)安排計劃，實(shí)現(xiàn)在所有加工任務(wù)都能夠完成的基礎(chǔ)上，使盡可能多的機(jī)床具有加工任務(wù)。

基于上述制造企業(yè)內(nèi)部物流管理的研究成果，本文主要研究在車間優(yōu)化布局完成，車間加工任務(wù)優(yōu)化調(diào)度后，如何對制造全過程的物流實(shí)現(xiàn)精益化管理。

1 制造全過程傳統(tǒng)物流管理問題

本文提到的制造全過程物流管理是指制造企業(yè)接受生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行指令后，從原材料的領(lǐng)用開始，經(jīng)過中間品的加工以及裝配，到最后加工出合格的成品過程中，對物料和半成品的配送、搬運(yùn)、裝卸和存儲的管理。

本文研究的制造全過程物流管理是在生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)合理布局，制造資源已經(jīng)進(jìn)行合理配置，車間生產(chǎn)任務(wù)已經(jīng)優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)上如何對制造全過程的物流進(jìn)行管理。制造全過程物流管理就是對制造企業(yè)生產(chǎn)過程中的所有物料流的管理。

隨著市場競爭的日益激烈，我國制造企業(yè)逐漸對物流的優(yōu)化管理越來越重視，但是，近年來，大部分制造企業(yè)將重點(diǎn)放在了對企業(yè)外部物流的優(yōu)化管理(即供應(yīng)鏈管理)，而忽視了企業(yè)內(nèi)部的物流優(yōu)化管理(即制造全過程物流管理)，因此制造全過程物流管理成為我國大部分制造企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)[6-7]。目前,在車間物流信息不透明的情況下,制造企業(yè)裝配型車間的典型物流管理流程如圖1所示。

圖1 制造全過程傳統(tǒng)物流管理流程

在傳統(tǒng)物流管理模式下，企業(yè)的物料流動時間(包括物料存儲時間)，占有了企業(yè)的75%左右的生產(chǎn)時間，因此，制造企業(yè)的物流還有很大的優(yōu)化空間，制造企業(yè)物料流的優(yōu)化管理將直接影響到企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)械設(shè)備的利用率，最終影響產(chǎn)品的成本和企業(yè)的市場競爭力。從圖1可以看出，制造全過程的傳統(tǒng)物流管理的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

(1)空間浪費(fèi)大，物料資金占用大：傳統(tǒng)車間物流管理模式下，由于車間信息化水平低，車間信息與庫房信息無法共享，為了防止庫房供貨不及時以及缺貨影響生產(chǎn)進(jìn)度，各個工位往往向庫房申請的物料量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常水平，造成各個工位物料存儲量大，占用了大量的車間面積，尤其對于體積比較大的物料更是如此。這種情況造成了車間占地面積大、資金占用大，增加了生產(chǎn)成本；同時大量物料的存儲，造成車間擁擠，物流不暢，也會增加事故發(fā)生的概率。

(2)物流運(yùn)輸空載率高：傳統(tǒng)車間物流管理模式下，補(bǔ)貨過程往往是由車間各個工位根據(jù)物料使用情況不定時向庫房發(fā)出補(bǔ)貨申請單，由于庫房對各個工位物料使用信息無法及時獲取，庫房在補(bǔ)貨過程中往往依據(jù)各個工位不定時發(fā)來的補(bǔ)貨申請單進(jìn)行臨時配料補(bǔ)貨，這樣就會造成運(yùn)輸載體的滿載率不高，同時運(yùn)輸載體返程過程往往是空載，造成運(yùn)輸成本居高不下。

(3)重復(fù)搬運(yùn)：傳統(tǒng)車間物流管理模式下，補(bǔ)貨指令往往都是紙質(zhì)的甚至是一句話，補(bǔ)貨信息不清晰，補(bǔ)貨信息更新不及時，很容易造成重復(fù)補(bǔ)貨；補(bǔ)貨指令易出錯，易遺漏，很容易造成補(bǔ)錯貨，漏補(bǔ)貨；這些問題都會增加企業(yè)的物流成本，甚至影響生產(chǎn)進(jìn)度。

(4)物流路徑不合理：由于各個工位補(bǔ)貨申請單的不定時，以及信息支撐手段的欠缺，庫房在補(bǔ)貨配送過程中，一般僅僅根據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配送路徑的選擇，不能采用最優(yōu)的配送路徑，增加了物流配送成本。

(5)廢雜物回收不及時：各個工位為了保證生產(chǎn)進(jìn)度，往往都在忙于生產(chǎn)，不能對各個工位的廢品和需返工品進(jìn)行及時搜集和回收。造成需返工品不能及時返工，廢品不能及時報廢或及時向供應(yīng)商退貨，進(jìn)一步增加了企業(yè)成本。

2 物流精益管理模式

由于我國大部分制造企業(yè)長期以來對企業(yè)內(nèi)部物流管理的不重視，企業(yè)內(nèi)部物流信息化水平低下，物流管理水平較低，車間存儲物料占用大量資金，物流配送成本居高不下，大量的車間存儲物料造成車間占地面積較大，這些都造成了制造企業(yè)的產(chǎn)品成本居高不小，影響了企業(yè)整體競爭力的提高，成為企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的大包袱。

因此，如何擺脫這個大包袱；如何優(yōu)化制造全過程的物流管理；如何在保證生產(chǎn)順利進(jìn)行的前提下，降低車間庫存量，降低車間補(bǔ)貨運(yùn)輸和搬運(yùn)成本；最終降低企業(yè)的產(chǎn)品成本和提高市場競爭力，已經(jīng)被越來越多的制造企業(yè)管理層所重視。

2.1 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)

要實(shí)現(xiàn)對制造企業(yè)制造全過程的物流進(jìn)行優(yōu)化管理和降低物流成本，離不開企業(yè)車間層的信息化支撐。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)正好解決了這一問題[8]。美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)ARM 將MES定義為“位于企業(yè)上層的計劃管理系統(tǒng)和底層工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”[9]。MES是處于計劃層(ERP)和車間層操作控制系統(tǒng)(SFC)之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。MES能夠?qū)⒐芾韺拥纳a(chǎn)計劃、生產(chǎn)指令等管理信息和加工圖、工藝流程圖等生產(chǎn)指令信息下達(dá)至生產(chǎn)現(xiàn)場各個工位；同時MES又能夠?qū)崟r采集和處理生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并提交至ERP。因此，制造企業(yè)通過實(shí)施MES可以實(shí)現(xiàn)對制造全過程的可視化和數(shù)字化管理，為制造全過程的物流管理提供及時、全面的信息支撐。[10-11]

2.2 物流精益管理

對于制造企業(yè)來說，制造全過程的物流成本在產(chǎn)品總成本中占有很大的比重，因此，實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造全過程的物流精益管理是企業(yè)降低成本提高市場競爭力的核心環(huán)節(jié)之一。制造執(zhí)行系統(tǒng)可以為企業(yè)提供制造全過程的所有靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)，提供實(shí)時全面的物流信息集合，對制造全過程的物流追蹤、統(tǒng)計、分析、優(yōu)化提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前，MES 在我國制造企業(yè)得到了越來越多的實(shí)施，也有越來越多的制造企業(yè)正在或準(zhǔn)備實(shí)施MES，因此，本文提出了一種基于MES 的物流精益管理模式。

基于MES的物流精益管理模式旨在MES的實(shí)時物流信息支撐下，通過業(yè)務(wù)流程重組(BPR)和配送優(yōu)化模型，最大限度地降低制造全過程的工位物料存儲量，消除一切搬運(yùn)浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)制造全過程的物料集中優(yōu)化配送，達(dá)到制造全過程的物流平衡。

基于MES的制造全過程物流精益管理的精髓是“精益”，“精益”是指要盡可能的消除制造全過程的物流浪費(fèi)(如工位物料積壓，錯誤搬運(yùn)，空載率過大，配送路線重復(fù)等)，降低物流成本，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

2.3 物流精益管理目標(biāo)

基于MES的制造全過程物流精益管理主要內(nèi)容就是“物的存儲”和“物的流動”。因此，基于MES的制造全過程物流精益管理的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)庫存精益化管理和配送精益化管理。

(1)庫存精益化管理 制造全過程傳統(tǒng)物流管理模式下，由于缺乏信息系統(tǒng)提供的實(shí)時物流信息，一般由車間各工位不定時向庫房發(fā)出物料申請單，這種情況下，為了避免物料供應(yīng)不及時影響生產(chǎn)進(jìn)度，裝配車間的車間庫存儲備量一般需要支持車間8～16小時的生產(chǎn)，造成車間庫存成本居高不下。在車間實(shí)施MES的基礎(chǔ)上，采用庫管部管理車間庫存，由庫房主動為車間各個工位補(bǔ)貨，在MES強(qiáng)大的實(shí)時物流信息支撐下，期望能將車間庫存儲備量降低到可以支撐2～4小時的生產(chǎn)，可以大幅降低車間庫存成本和車間使用面積，同時各個工位不用自己考慮物料補(bǔ)貨問題，可以將更多的精力用于生產(chǎn)安全、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。

(2)配送精益化管理 在企業(yè)實(shí)施MES的基礎(chǔ)上，通過BPR，把傳統(tǒng)的由工位不定時發(fā)出補(bǔ)貨申請變?yōu)橛蓭旆恳罁?jù)各個工位的實(shí)時庫存信息，主動進(jìn)行補(bǔ)貨，這種情況下，庫房可以在相應(yīng)配送優(yōu)化模型的支持下，選用最優(yōu)配送路徑，保障運(yùn)輸?shù)臐M載率。同時在MES強(qiáng)大實(shí)時信息支撐下，可以避免漏搬運(yùn)和錯誤搬運(yùn)事件的發(fā)生。

3 運(yùn)作模式

基于MES 的制造全過程物流精益管理模式需要在企業(yè)實(shí)施了MES的基礎(chǔ)上才能運(yùn)行。在MES強(qiáng)大的實(shí)時物流信息支撐下，實(shí)現(xiàn)對制造全過程的物流精益化管理，還需要對傳統(tǒng)的制造全過程物流管理流程進(jìn)行重組，重組后的流程將充分利用MES中強(qiáng)大的物流實(shí)時信息，使MES中實(shí)時物流信息的價值得以最大化體現(xiàn)。一種基于MES的制造全過程物流精益管理運(yùn)作模式如圖2所示。

圖2 基于MES的物流精益管理運(yùn)作模式

本文提出的基于MES的制造全過程物流精益管理運(yùn)作模式是在MES和ERP集成環(huán)境下，對制造全過程物流流程進(jìn)行了重組，并對車間各個工位和物流中心進(jìn)行了重新的職責(zé)界定，在MES實(shí)時全面的物流信息和優(yōu)化模型的支持下實(shí)現(xiàn)對物流的精益化管理。以下將從部門職責(zé)劃分、業(yè)務(wù)流程重組和信息支撐系統(tǒng)三個方面詳細(xì)介紹基于MES的制造全過程物流精益管理運(yùn)作模式。

3.1 部門職責(zé)劃分

(1)車間的職責(zé)：車間只負(fù)責(zé)安全生產(chǎn)，保證生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度，以及通過按鈕將物料使用信息實(shí)時錄入MES。車間各個工位的考核標(biāo)準(zhǔn)為安全事故率、產(chǎn)品合格率、生產(chǎn)進(jìn)度和終端信息錄入的及時性。

(2)物流中心的職責(zé)：傳統(tǒng)物流管理模式下的庫房和運(yùn)輸隊合并為物流中心，物流中心負(fù)責(zé)保障車間各個工位的物料供應(yīng)不能中斷；負(fù)責(zé)物料的配送、物料在庫房和工位的存儲；負(fù)責(zé)物料的采購；成品的及時入庫以及廢舊品的回收。物流中心的考核指標(biāo)為車間物料缺貨率、車間庫存量、車間擁擠程度、物料配送成本以及企業(yè)庫房管理等。

進(jìn)行職責(zé)重新劃分后，車間和物流中心更能發(fā)揮各自的專業(yè)特長，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：①由物流中心管理庫存，車間將全部精力用于生產(chǎn)，可以同時保障生產(chǎn)和物流的精益化管理。②由物流中心來管理車間庫存，將物料的供應(yīng)環(huán)節(jié)縮短，物流中心對車間的物料使用情況和存儲情況全面實(shí)時掌握，減少了牛鞭效應(yīng)的產(chǎn)生，可以降低每次的補(bǔ)貨量，減少車間庫存量和車間的占用面積。

3.2 業(yè)務(wù)流程重組

利用MES對企業(yè)制造全過程進(jìn)行信息化管理，必須要對制造全過程的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化與重組，才能保證MES的成功實(shí)施和達(dá)到預(yù)期應(yīng)用效果。業(yè)務(wù)流程重組作為一種以系統(tǒng)觀和變革觀為基礎(chǔ)的指導(dǎo)方法，在流程上追求合理性、目的性和整體協(xié)調(diào)性，在組織、信息和資源上追求全方位的改造[7]。

基于MES的制造全過程物流精益管理運(yùn)作流程相對于傳統(tǒng)車間物流運(yùn)作流程進(jìn)行了系統(tǒng)性的變革。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)補(bǔ)貨流程：制造過程中各個工位的補(bǔ)貨申請已經(jīng)不再需要各個工位負(fù)責(zé)，而是物流中心通過MES系統(tǒng)的補(bǔ)貨報警自動獲取。各個工位不用進(jìn)行補(bǔ)貨查詢和補(bǔ)貨申請，而是專職負(fù)責(zé)生產(chǎn)，這樣既保證了生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。通過MES系統(tǒng)的自動統(tǒng)計分析以及實(shí)時發(fā)出補(bǔ)貨報警，可以保證補(bǔ)貨的及時性和準(zhǔn)確性，避免了缺貨引起的生產(chǎn)中斷。

(2)配送流程：將原來的接收一個配送任務(wù)就馬上進(jìn)行配送的流程進(jìn)行重組，所有配送計劃由MES系統(tǒng)依據(jù)補(bǔ)貨報警信息、系統(tǒng)設(shè)置的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貨量參數(shù)、產(chǎn)成品入庫信息、廢品回收信息和配送優(yōu)化模型對配送任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。重組后的配送流程在MES的支撐下，即考慮了返程的配送任務(wù)，又由MES系統(tǒng)自動生成了最短配送路徑，可以大大降低配送成本。

3.3 信息支撐系統(tǒng)

基于MES的制造全過程物流精益管理離不開企業(yè)的信息化支撐環(huán)境，除了MES系統(tǒng)還需要與MES集成的ERP系統(tǒng)和控制層的SFC系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)[12]的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)計MES、ERP和SFC對物流精益管理的支撐關(guān)系如圖3所示。

圖3 物流精益管理的信息化支撐環(huán)境

SFC系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)車間操作層的所有信息的初始采集；MES系統(tǒng)可以從SFC系統(tǒng)集成全面實(shí)時的物料跟蹤信息以及工位成品庫存信息。MES系統(tǒng)依據(jù)工位安全庫存參數(shù)、補(bǔ)貨點(diǎn)參數(shù)和工位最高庫存量參數(shù)自動向物流中心提供補(bǔ)貨報警信息；MES系統(tǒng)可以向物流中心提供成品積壓報警信息和廢品回收報警信息；物流中心可以通過MES系統(tǒng)實(shí)時查詢車間物料使用情況；物流中心可以利用MES系統(tǒng)的配送優(yōu)化模型對配送任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)MES系統(tǒng)有工位補(bǔ)貨報警信息時，會主動傳遞到ERP系統(tǒng)的庫存模塊，通知物流中心的庫房開始備料。

4 結(jié)論

基于機(jī)械制造企業(yè)內(nèi)部物流管理的已有研究成果，主要研究了在車間優(yōu)化布局完成，車間加工任務(wù)優(yōu)化調(diào)度后，對制造全過程的物流精益化管理。在分析了制造全過程傳統(tǒng)物流管理的缺點(diǎn)(如車間庫存量大、車間占用面積大、配送路徑不合理以及配送空載率高等)的基礎(chǔ)上，提出了基于MES的制造全過程物流精益管理模式，闡述了該模式的理念和管理目標(biāo)，并提出了一種基于MES的制造全過程物流精益管理運(yùn)作模式，并分別從部門職能劃分、業(yè)務(wù)流程重組以及信息支撐系統(tǒng)三個方面進(jìn)行了闡述?；贛ES的制造全過程物流精益管理模式的運(yùn)用，可以使企業(yè)的MES系統(tǒng)在物流管理方面發(fā)揮極大的價值，協(xié)助制造企業(yè)大幅降低制造全過程的物流成本，從而提高企業(yè)的市場競爭力。

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(編輯 趙蓉)

Research on Logistics Lean Management in the Whole Process of Manufacturing Based on MES

ZHANG Cai-fang1,YIN Chao2

(1.Mechanical Engineering College, Chongqing Vocational Institute of Engineering, Chongqing 400037,China;2.Institute of Manufacturing Engineering, College of Mechanical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, P.R. China)

The research status and achievements on workshop logistics management for machinery manufacturing industry are summarized. The problems in the traditional logistics management for the whole process of manufacturing are analyzed. The concept and the management goals of logistics lean management in the whole process of manufacturing are presented. An operation mode of logistics lean management in the whole process of manufacturing based on MES is established. The operation mode redefine the department responsibilities of manufacturing enterprise, reorganize the logistics operation process in the whole process of manufacturing. The support of MES and other related information system for the operation mode of logistics lean management in the whole process of manufacturing is described. An practical and feasible management mode which can reduce the logistics cost in the whole process of manufacturing for mechanical industry is provided.

MES; whole process of manufacturing; logistics lean management; operation mode

1001-2265(2014)06-0143-04

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.06.039

2013-10-31；

2013-11-29

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(2012AA040914)

張彩芳(1977—)，女，石家莊人，重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，主要從事機(jī)械制造及其信息化等方面研究，(E-mail)hbcqzcf@163.com。

TH165；TG65

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