熊先青，蔣 義，黃瓊濤，郭偉娟，吳智慧

（1.南京林業(yè)大學 家居與工業(yè)設計學院，南京 210037；2.廣東宜華生活科技股份有限公司，汕頭 515834）

0 引言

隨著以計算機和信息技術的現(xiàn)代制造技術的快速發(fā)展，大規(guī)模定制（mass customization，MC）已成為今后一段時間內家具制造業(yè)的主流模式[1]。由于定制家具產(chǎn)品的隨意性，其結構產(chǎn)生了多種不同的式樣，勢必造成工廠加工難度的增加，導致企業(yè)生產(chǎn)效率低、交貨周期長、產(chǎn)品質量難以保證，給企業(yè)帶來一定的挑戰(zhàn)[2]。為此，定制家具企業(yè)不斷將信息技術與制造技術融合使得制造過程逐步走向數(shù)字化、信息化，實施信息管控已成為必然[3,4]。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）作為企業(yè)信息管控的重要組成部分[5]，側重在車間作業(yè)計劃的執(zhí)行，在面對定制家具車間現(xiàn)場復雜多變情況，提供了車間控制和調度方面的功能，其過程實質上就是對車間信息采集、傳輸、處理及應用的過程，通過信息管控幫助企業(yè)優(yōu)化車間管理，從而達到降低生產(chǎn)成本、縮短交貨周期、提高產(chǎn)品和服務質量的目的，同時，可以為家具企業(yè)提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業(yè)環(huán)境，提高市場競爭力[6]。

基于此，本文在對大規(guī)模定制家具車間現(xiàn)狀分析的基礎上，考慮家具企業(yè)信息化建設的同時，提出構建滿足巨大消費群體個性化定制家具車間管控MES智能系統(tǒng)平臺，以訂單管理信息交互和車間管控技術為主的生產(chǎn)方式，來提升定制企業(yè)生產(chǎn)過程的管理水平，實現(xiàn)定制家具生產(chǎn)過程優(yōu)化、控制過程優(yōu)化與管理優(yōu)化，從而快速實現(xiàn)定制家具的低成本、高質量、短交貨周期的特點。

1 MES的基本原理與運行特點

1.1 MES的內涵

MES是由美國先進制造研究機構（Advanced Manufac-turing Research，AMR）提出的，AMR將MES定位為“常駐工廠層的信息系統(tǒng)，位于上層的計劃管理系統(tǒng)與低層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員、管理人員提供計劃的執(zhí)行和跟蹤所有資源（人、設備、物料、客戶需求）的當前狀態(tài)[7]。MES的主要功能包括：生產(chǎn)組織，生產(chǎn)決策，生產(chǎn)執(zhí)行，庫房管理，工藝管理，設備監(jiān)控，成本核算，質量管理。MES可以幫助企業(yè)減低成本、按期交貨、提高產(chǎn)品的質量和提高服務質量, 為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業(yè)環(huán)境。

1.2 MES與ERP之間的關系

對定制家具企業(yè)的管控，目前提高較多的是企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）和MES系統(tǒng)。MES和ERP原本是兩個獨立的系統(tǒng)，雖然都是圍繞客戶訂單進行管理，但ERP是對整個家具資源的規(guī)劃與管理，它能夠有效的提高企業(yè)對客戶訂單的響應能力；而MES是一個以排產(chǎn)為核心的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，側重在車間作業(yè)計劃的執(zhí)行，面對車間現(xiàn)場復雜多變情況，能更加準確低進行車間控制和車間調度方面的管控功能[8,9]，與ERP相比，MES更加注重加工過程的管控。隨著企業(yè)制造模式和個性化需求的不斷變化，ERP和MES間又存在大量的業(yè)務交叉和信息共享部分，只有將二者進行業(yè)務流集成，將生產(chǎn)過程與客戶需求、產(chǎn)品質量、交貨周期等信息得到及時處理，才能使得企業(yè)內部數(shù)據(jù)庫資源最大限度地共享，才能實現(xiàn)大規(guī)模定制家具高質量、低成本、短交貨周期終極目標。

1.3 大規(guī)模定制家具MES運行特點

大規(guī)模定制家具生產(chǎn)過程中實施MES系統(tǒng)進行組織與管理，可將成千上萬種具有差異化特征的零部件統(tǒng)一整合到一條生產(chǎn)線上進行生產(chǎn)，一方面對生產(chǎn)過程實時進行優(yōu)化、管理和協(xié)調，另一方面對成千上萬個異形零部件的設計、生產(chǎn)、工藝、檢測（CAD、 CAM、CAPP等）的海量數(shù)據(jù)進行管控、流轉和共享，充分利用生產(chǎn)資源、合理安排生產(chǎn)、實時監(jiān)控訂單生產(chǎn)進度等，從而達到規(guī)?；a(chǎn)的效率，實現(xiàn)和獲取“基于定制的敏捷制造”能力，其核心特點要求企業(yè)生產(chǎn)過程具備柔性化和敏捷化。實際運行時主要體現(xiàn)在以下三方面特點[10]。

第一，生產(chǎn)指導。依據(jù)客戶訂單需求，制定計劃、生產(chǎn)任務及工藝流程，從而進行合理的生產(chǎn)過程優(yōu)化；

第二，生產(chǎn)監(jiān)控。實時監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場，了解與掌控定制家具產(chǎn)品的生產(chǎn)設備、工序等全部生產(chǎn)過程；

第三，信息共享。采用自動識別技術（條碼或RFID ）對產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程、質量等信息進行追朔，并將各類信息在企業(yè)內進行資源共享。

2 構建大規(guī)模定制家具MES平臺的必要性

2.1 大規(guī)模定制企業(yè)信息化建設面臨的問題

1）訂單計劃與控制的局限性

大規(guī)模定制家具最大特點是將若干個訂單中成千上萬個零部件在有限的時間內完成加工，從而達到短交貨周期的客戶需求?，F(xiàn)實的情況是，雖然多數(shù)企業(yè)利用ERP等軟件進行排產(chǎn)，優(yōu)先加工的概念，但零部件加工過程中，由于對生產(chǎn)訂單排產(chǎn)不準確，未能綜合考慮生產(chǎn)過程的復雜性和非線性生產(chǎn)工藝過程，造成材料利用率低、浪費嚴重的同時，無法實現(xiàn)多個訂單進行混合排產(chǎn)，造成交貨周期無法保證的局限性。

2）車間管控的局限性

對大多定制家具企業(yè)而言，一般都能擁有先進的數(shù)控設備，但加工設備利用率和生產(chǎn)效率普遍較低，多數(shù)企業(yè)未能對生產(chǎn)現(xiàn)場設備進行監(jiān)控，生產(chǎn)過程中發(fā)生的問題不能及時反饋和解決，導致生產(chǎn)過程的柔性較差，應對市場變化、客戶需求變化及適應能力不足。同時，對制造過程的精確管理及對制造過程的控制和追溯技術不足，導致產(chǎn)品生產(chǎn)周期拉長、產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量無法保證等局限性。

3）信息共享的局限性

大規(guī)模定制家具的核心是在信息化管控過程中，實現(xiàn)企業(yè)內的信息共享。當前大多定制家具企業(yè)逐步實現(xiàn)ERP系統(tǒng)進行企業(yè)管控，但真正到車間制造層，往往ERP系統(tǒng)不能實時跟蹤銷售訂單的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和實時更新生產(chǎn)狀態(tài)信息，無法實時讀取到生產(chǎn)訂單執(zhí)行過程中發(fā)生的生產(chǎn)成本信息和銷售退貨返工產(chǎn)品的返工處理信息，在車間層形成信息盲區(qū)。

2.2 MES軟件管理在大規(guī)模定制家具行業(yè)的必要性

上述問題中，有些與定制家具企業(yè)生產(chǎn)車間規(guī)劃、使用設備、生產(chǎn)和用工方式、市場開拓能力相關，更多的是由于定制家具企業(yè)沒能很好的實施MES系統(tǒng)進行管控，或者即使實施MES系統(tǒng)，但沒能很好的與ERP系統(tǒng)結合，造成訂單信息流通不暢、信息共享受限制等問題造成。

要解決上述問題，必須對車間進行管控，依靠對車間的各項操作規(guī)范和技術要求進行實時監(jiān)控，并進行相應的交互處理，然后通過各種方式，向生產(chǎn)現(xiàn)場反饋各類處理結果，以提高零部件加工的生產(chǎn)排程速度，解決工序加工車間實現(xiàn)信息化管理的難點，提高勞動效率。即在企業(yè)進行ERP等相關系統(tǒng)管理的同時，還需要搭建MES平臺。通過MES系統(tǒng)直接面向生產(chǎn)車間進行車間管理，對產(chǎn)品生產(chǎn)訂單進行處理，從而得到訂單中所需部件的配套清單，并根據(jù)實際庫房信息維護部件出庫建議，依據(jù)出庫建議提供的列表，通過掃描條碼的方式進行部件揀貨出庫。通過MES系統(tǒng)平臺的搭建，對車間的設備布局、物流方式、人員管理進行了進一步優(yōu)化改進，將MES系統(tǒng)從單純的軟件應用，成為結合產(chǎn)品、設備、場地、人員等多因素在內的綜合管理提升。

3 大規(guī)模定制家具MES的關鍵技術構建

3.1 大規(guī)模定制MES關鍵技術架構

大規(guī)模定制家具MES架構，主要是通過網(wǎng)絡（Web）將企業(yè)的數(shù)控設備、各類優(yōu)化軟件及管理軟件（ERP）進行優(yōu)化整合，并對車間及倉庫的硬件、網(wǎng)絡情況、點位進行布置構成MES系統(tǒng)，結合企業(yè)ERP系統(tǒng)進行管控，覆蓋生產(chǎn)計劃制定、數(shù)控加工任務制定、加工單據(jù)生成打印、車間加工過程跟蹤、工藝圖紙調用、包裝信息記錄等流程等[11]，包括：訂單計劃管理、生產(chǎn)車間管理和信息集成三大核心技術，如圖1所示。

3.2 訂單計劃管理技術

圖1 大規(guī)模定制家具MES系統(tǒng)關鍵技術

訂單管理是企業(yè)銷售門店通過管理系統(tǒng)（如ERP系統(tǒng)）下單后，客戶、門店設計師、工廠內部人員在管理系統(tǒng)中全程跟進訂單狀態(tài)及處理過程。當訂單信息進入到生產(chǎn)計劃階段，依據(jù)客戶需求，通過MES系統(tǒng)進行工藝分析與計算，自動進行排產(chǎn)，并自動形成工序過程所需的二維碼標簽、工藝流程、生產(chǎn)線等信息，從而進行加工。其關鍵技術包括：加工信息的形成與流轉、加工信息與數(shù)控設備的對接及車間計劃與調度等。

1）加工信息的形成與流轉

當訂單進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)后，依據(jù)客戶訂單需求，MES系統(tǒng)將ERP系統(tǒng)中生成的工藝BOM信息，進行訂單預計交貨日期、類型、工藝特征、加工產(chǎn)能、設備效率等參數(shù)的計算與優(yōu)化，并通過MES系統(tǒng)中的生產(chǎn)計劃模塊自動生成單據(jù)與標簽（條碼或二維碼），進入車間加工環(huán)節(jié)。加工過程中，通過掃描條碼或二維碼，實時記錄訂單、產(chǎn)品、零件、設備、工序、包裝、入庫、出庫的信息，并將加工信息反饋至MES系統(tǒng)中，通過數(shù)據(jù)計算處理，形成實時動態(tài)數(shù)據(jù)，以大屏幕（LED）的方式展示，通過MES與ERP的集成，將信息傳遞給管理人員及終端用戶，從而進行動態(tài)監(jiān)控。

2）車間計劃與調度

作為MES系統(tǒng)中的核心技術，車間計劃與調度過程必須具備以下要求：第一，優(yōu)化生產(chǎn)計劃，提高排產(chǎn)能力，解決生產(chǎn)計劃預期時間短、加工周期長的問題；第二，實現(xiàn)與生產(chǎn)過程信息的實時采集，解決工序過程中出現(xiàn)質量問題；第三，動態(tài)掌控加工信息，利于指導實際生產(chǎn)的同時，積累歷史數(shù)據(jù)并進行總結，減少重復性勞動。因此，MES系統(tǒng)中的計劃與調度技術，通過建立工藝標準、定義生產(chǎn)工藝各項參數(shù)指標，由系統(tǒng)內置計劃排產(chǎn)模型的分析計算，進行產(chǎn)線的自動分配、系統(tǒng)內計劃排定的統(tǒng)一控制、單據(jù)統(tǒng)一打印、系統(tǒng)的方式進行計劃傳遞，實現(xiàn)所有訂單的統(tǒng)一排產(chǎn)，并結合設備產(chǎn)能與訂單信息，達到計劃與實際產(chǎn)能的一致性、實現(xiàn)車間各產(chǎn)線之間產(chǎn)能平衡，解決“計劃與車間不同步”、“一個工廠多種計劃”問題，杜絕因企業(yè)部門間溝通不暢和協(xié)調不及時等導致的產(chǎn)品延期、生產(chǎn)效率無法掌控的問題。

3）生產(chǎn)成本控制

MES系統(tǒng)可實時統(tǒng)計生產(chǎn)訂單的配套表、生產(chǎn)領料單和生產(chǎn)退料單的物料凈出庫量，結合物料的價格，核算出生產(chǎn)訂單實時物料成本。根據(jù)生產(chǎn)訂單工藝定義的工序定額單價和工作量，在工序報完工時核算出實時人工成本，并根據(jù)實際情況做相應調整。解決ERP不能實時獲取MES中生產(chǎn)訂單執(zhí)行過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)成本信息。實時將生產(chǎn)訂單成本信息提供給ERP中管理會計（CO）模塊，同時，提供給銷售管理（SD）模塊，并根據(jù)已發(fā)貨量實時統(tǒng)計銷售訂單的銷貨成本。

3.3 車間管控技術

1）零部件工藝成組

依據(jù)成組技術，對定制家具產(chǎn)品結構相似、功能相似、工藝相似的產(chǎn)品進行分類，通過MES系統(tǒng)內置的成組技術模型分析，形成系統(tǒng)內定制的成組技術方案，實現(xiàn)系統(tǒng)內工藝路線匹配與分組，由訂單式生產(chǎn)方式向揉單式生產(chǎn)方式的轉變，從而完成自動揉單與零部件分類流轉。揉單過程中，應規(guī)范所有零部件的加工路線，將加工任務細化至具體的工序機臺，從而大幅提高零件的開料效率與出材率。零部件分類流轉過程中，通過二維碼標簽的標識與掃描，控制車間內零件的物流方式，將相似零件在每個工序的加工效率均發(fā)揮至最大。

2）零部件工序加工

訂單計劃完成后，MES系統(tǒng)依據(jù)NPLODOP技術，對零部件、產(chǎn)品、工藝路線、加工、分揀齊套及加工狀態(tài)等信息進行分析，并打印出所有加工單據(jù)與零部件標簽（條碼、二維碼）。通過零件標簽（條碼、二維碼）的現(xiàn)場掃描進行識別和流轉，實現(xiàn)零部件在車間的加工；通過掃描的方式調用打孔程序、工藝文件與圖紙，實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)與數(shù)控設備的對接；通過掃描的方式包裝,實現(xiàn)包裝的完整性。在對車間產(chǎn)量、加工數(shù)據(jù)的實時收集的同時，降低了人工統(tǒng)計的工作量與錯誤率，并從根本上杜絕了錯件、漏件、補件問題。

3）可視化車間管控[12]

通過車間各崗位標簽（條碼、二維碼）掃描，實現(xiàn)加工時間、加工進度、設備產(chǎn)能、加工人員的數(shù)據(jù)實時采集，通過車間LED看板進行實時展示，車間管控過程如圖2所示。

圖2 大規(guī)模定制家具MES系統(tǒng)車間管控過程

由圖2可知，可視化車間管控技術，依托ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集設備、監(jiān)控和反饋設備等組成的實時動態(tài)監(jiān)控與預警技術，由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析、現(xiàn)場信息反饋和企業(yè)MES監(jiān)控等模塊構成。其中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊，用于生產(chǎn)制造過程中的各類信息的采集管理等；數(shù)據(jù)處理與分析模塊，用于將現(xiàn)場的各類信息采集后，通過ERP或MES系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理的過程管理；現(xiàn)場信息反饋模塊，用于對處理后的信息通過一定的方法（LED顯示屏）進行現(xiàn)場反饋；企業(yè)MES監(jiān)控模塊，實現(xiàn)大規(guī)模定制家具制造車間工序過程中的所有數(shù)字化信息進行實時交互與管控。

3.4 信息集成技術

大規(guī)模定制家具MES系統(tǒng)在實際應用過程中，如何發(fā)揮MES最大的功能和作用，往往需要與企業(yè)的ERP等相關系統(tǒng)及數(shù)控設備共同考慮，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)間進行共享、在設備間進行傳遞。大規(guī)模定制家具MES系統(tǒng)主要組成及與相關系統(tǒng)、外圍設備的集成情況和整體流程的優(yōu)化情況，如圖3所示。

1）MES系統(tǒng)與相關系統(tǒng)的集成技術

MES系統(tǒng)與相關系統(tǒng)的集成，主要是使用數(shù)據(jù)庫技術實現(xiàn)生產(chǎn)信息在ERP、自動倉儲（WMS）系統(tǒng)、OA、SCM等系統(tǒng)中共享。實際應用過程中，更多的是與ERP之間進行，ERP可為MES提供物料、采購、銷售等基礎數(shù)據(jù)，而MES可為ERP提供物料需求計劃、產(chǎn)成品產(chǎn)出計劃、成本計劃、成本分攤數(shù)據(jù)、工序作業(yè)計劃、設備管理、質量管理等。ERP為MES往往只是提供簡單的基礎數(shù)據(jù)，但通過MES向ERP提供的往往都是車間生產(chǎn)過程中的關鍵數(shù)據(jù)，對ERP的采購、銷售、成本、設備、質量等多模塊具有很大的改建作用。與自動倉儲系統(tǒng)間的集成，結合ERP系統(tǒng)中的倉儲管理模塊，實時統(tǒng)計生產(chǎn)訂單的配套表、生產(chǎn)領料單和生產(chǎn)退料單的物料凈出庫量信息，結合物料的價格，核算出生產(chǎn)訂單實時物料成本。根據(jù)生產(chǎn)訂單工藝定義的工序定額單價和工作量，在工序報完工時核算出實時人工成本等信息，并根據(jù)實際情況做相應調整。另外，MES系統(tǒng)還可通過ERP系統(tǒng)中的訂單管理實現(xiàn)客戶訂單跟蹤，通過MES系統(tǒng)進行零部件標簽掃描的方式，記錄工序加工情況，從而使得門店與客戶通過電腦或手機等移動終端進行訂單跟蹤查詢。

2）MES系統(tǒng)與外圍設備間的集成

圖3 大規(guī)模定制家具MES系統(tǒng)組成及與相關系統(tǒng)、外圍設備的集成

MES系統(tǒng)與外圍設備的集成，包括與數(shù)控設備的對接和信息反饋兩方面。其中，加工信息與數(shù)控設備的對接，主要是依據(jù)企業(yè)的設計軟件（如2020、topsolid）通過拆單所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通常與優(yōu)化軟件（如CUTRITE）、數(shù)據(jù)機床自帶孔位及異形加工軟件（如IMOS）進行對接，優(yōu)化軟件將計劃排產(chǎn)信息通過CSV文件的方式進行譯碼和優(yōu)化計算，形成車間加工任務，數(shù)控機床加工軟件將圖紙文件信息進行譯碼，形成加工代碼，并依據(jù)加工代碼進行孔位和異形構件加工，并結合二維碼技術，覆蓋生產(chǎn)計劃制定、開料優(yōu)化任務制定、加工單據(jù)生成打印、車間加工過程跟蹤、工藝圖紙調用、包裝信息記錄等流程信息，將生產(chǎn)過程中所有信息通過連續(xù)信息流實現(xiàn)全集成。信息反饋平臺反饋，是通過ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)中的共同的數(shù)據(jù)，進行實時顯示各項統(tǒng)計報表與加工數(shù)據(jù)、各工段的產(chǎn)量數(shù)據(jù)、計劃完成情況、訂單下單情況、銷售金額情況、人員工資情況等，構建可視化車間信息監(jiān)控系統(tǒng)。

4 結束語

隨著中國家具企業(yè)正逐漸走向個性化定制生產(chǎn)模式時代的到來，如何提升家具企業(yè)數(shù)字化制造和信息化管理能力，從而最大程度的幫助企業(yè)低成本、短周期、高效率地為客戶提供定制產(chǎn)品和服務，是所有定制家具企業(yè)面臨的核心問題。本文將制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）先進理念用于大規(guī)模定制家具生產(chǎn)過程中的關鍵技術進行分析，對整個大規(guī)模定家具企業(yè)進行定制化生產(chǎn)時都具有一定的借鑒作用。但同時，由于家具生產(chǎn)和結構的特殊性，而且MES涉及的信息集成系統(tǒng)領域和范疇較廣，因此，用于家具生產(chǎn)還處于初級摸索階段，其組成結構、管理功能及實施時的具體模式還有待進一步優(yōu)化研究。