一些自動(dòng)化程度較高的連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)達(dá)到了管控一體化的水平，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化生產(chǎn)，而離散型生產(chǎn)企業(yè)由于管理的復(fù)雜性、工藝和自動(dòng)化水平的限制，距離無(wú)紙化生產(chǎn)有很大的差距。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造水平的提升，在離散型車(chē)間實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化工藝也逐漸成為可能，國(guó)外的一些離散型車(chē)間已經(jīng)在局部實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化生產(chǎn)。這種無(wú)紙化生產(chǎn)的趨勢(shì)也使得 MES系統(tǒng) 發(fā)生著改變，本文在下面將就離散型車(chē)間的無(wú)紙化MES系統(tǒng)給出一些新的研究成果。



無(wú)紙化生產(chǎn)是一種新的生產(chǎn)模式

連續(xù)型生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化生產(chǎn)主要是依賴(lài)自動(dòng)化的流水線(xiàn)；離散型生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化生產(chǎn)主要是依賴(lài)工人，需要工人能夠在無(wú)紙化環(huán)境中順利工作，其難度要大得多。在這種模式下，勢(shì)必需要改變工人在車(chē)間生產(chǎn)中的角色：工人是車(chē)間中增值活動(dòng)（即生產(chǎn)）的主體，這點(diǎn)與醫(yī)院的外科大夫是相似的；增值大化的結(jié)果是將大部分的生產(chǎn)管理者都逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)輔助人員，這點(diǎn)與醫(yī)院的護(hù)士是相似的。

無(wú)紙化生產(chǎn)不僅是消除了“紙”，更重要的是形成了一種新的生產(chǎn)模式（角色和工作方式的轉(zhuǎn)變）。國(guó)外無(wú)紙化工作者說(shuō)的“讓工人多擰幾下扳手，少錄一些數(shù)據(jù)”就十分形象的表達(dá)出了無(wú)紙化生產(chǎn)帶來(lái)的變化。

無(wú)紙化生產(chǎn)正在改變MES系統(tǒng)的概念

一般認(rèn)為MES系統(tǒng)是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的、面向車(chē)間層的管理信息系統(tǒng)，為操作人員、管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶(hù)需求等方面）的當(dāng)前狀態(tài)的信息。

制造在PLM應(yīng)用中定位的變化，改變了PLM應(yīng)用所關(guān)注的不僅僅是單純提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)的PDM與ERP的集成，而促成了更有機(jī)的PLM與MES系統(tǒng)的集成。

制造活動(dòng)同時(shí)存在于價(jià)值鏈和生命周期鏈條的交叉點(diǎn)上，其中前者是傳統(tǒng)MES系統(tǒng)的需求，后者是無(wú)紙化MES系統(tǒng)的新需求?？紤]到同一個(gè)制造現(xiàn)場(chǎng)只能有一個(gè)執(zhí)行管理系統(tǒng)，因此現(xiàn)有的MES系統(tǒng) 概念勢(shì)必需要擴(kuò)大。

MES系統(tǒng)的信息集成對(duì)于企業(yè)的信息集成是具有決定性的。“紙”是信息交互的傳統(tǒng)媒介，也是各孤島信息系統(tǒng)之間交換信息的主要途徑，因此可以認(rèn)為，無(wú)紙化MES系統(tǒng)不僅意味著生產(chǎn)模式的根本變革，還體現(xiàn)了整個(gè)企業(yè)信息系統(tǒng)集成的高水平。

無(wú)紙化MES系統(tǒng)的功能框架

提出無(wú)紙化MES系統(tǒng)功能框架，將無(wú)紙化MES系統(tǒng)劃分為9部分：車(chē)間計(jì)劃管理、生產(chǎn)準(zhǔn)備管理、工人現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理、設(shè)備運(yùn)行管理、質(zhì)量作業(yè)管理、可視化看板管理、工時(shí)管理、生產(chǎn)履歷管理和例外管理。

從設(shè)計(jì)上看，該無(wú)紙化MES系統(tǒng)功能框架做出了如下考慮：

（1）突出了工人門(mén)戶(hù)的地位。工人門(mén)戶(hù)不僅能夠顯示可視化工藝，更重要的是使得工人能夠在門(mén)戶(hù)上獲得所有需要的信息，避免工人登陸不同系統(tǒng)查找信息。工人門(mén)戶(hù)使信息能夠自動(dòng)推送到工人的面前，讓工人能夠快速的工作和記錄，從而帶來(lái)了無(wú)紙化生產(chǎn)環(huán)境下的新生產(chǎn)模式。
（2）提出了PDM與CAPP一體化的要求。無(wú)紙化生產(chǎn)模式下，工人在工人門(mén)戶(hù)上使用的電子工作指導(dǎo)書(shū)（EWI）是集為作業(yè)指令、工藝規(guī)程、圖紙和模型一體的數(shù)據(jù)包（EWI的概念由ISA95提出），這種需求*地推動(dòng)了PDM與CAPP一體化。在PDM與CAPP一體化尚不成熟的情況下，MES系統(tǒng)與CAPP一體化也成為一種過(guò)渡情況下的選擇，如Visiprise在洛克希德·馬丁公司實(shí)施的MES系統(tǒng)中就包括CAPP的模塊。
（3）提高了現(xiàn)場(chǎng)采集的效率，擴(kuò)大了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的信息量。MES系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)不僅扮演報(bào)開(kāi)完工的作用，還需要按照EWI的要求記錄制造過(guò)程的各類(lèi)相關(guān)信息：制造環(huán)境及其相關(guān)參數(shù)、所用工具工裝和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、原材料毛坯的來(lái)源和質(zhì)量信息、裝入件的批次和質(zhì)量信息、檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，以及對(duì)不合格品的處理信息，從而獲得完整生產(chǎn)過(guò)程履歷。
（4）現(xiàn)場(chǎng)例外管理，尤其是工藝方面的現(xiàn)場(chǎng)例外管理顯得尤其突出。為提高生產(chǎn)效率，對(duì)工藝超越和臨時(shí)工藝等，往往由工藝人員直接在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完成，在無(wú)紙化后這些信息需要在MES系統(tǒng) 中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編輯、修改和版本的管理，并能與PDM/CAPP的工藝數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來(lái)。在工程實(shí)施中，對(duì)于某些使用非結(jié)構(gòu)化CAPP的離散車(chē)間，甚至可以效仿SAP/Visiprise的做法，將傳統(tǒng)CAPP中的工藝編制功能也暫時(shí)納入MES系統(tǒng)中。
（5）突出了生產(chǎn)準(zhǔn)備的地位。將生產(chǎn)準(zhǔn)備分為企業(yè)級(jí)配送和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)配送兩個(gè)層次，其中由MES系統(tǒng) 負(fù)責(zé)后者。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)配送強(qiáng)調(diào)中短周期的生產(chǎn)準(zhǔn)備，致力于達(dá)到JIT 式的配送效果，從而使得工人能夠充分適應(yīng)無(wú)紙化生產(chǎn)下的“外科大夫”角色，將更多的精力直接投入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。
（6）更加強(qiáng)調(diào)了各類(lèi)生產(chǎn)要素和業(yè)務(wù)活動(dòng)的集成。無(wú)紙化生產(chǎn)環(huán)境下使人與人的工作變得更加緊密，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)所有需要的信息都需要也只能在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行管理，大大提高了信息集成的要求。

無(wú)紙化MES系統(tǒng)各部分具體功能：

（1）車(chē)間計(jì)劃管理：接收ERP下達(dá)的車(chē)間訂單，將其分解為工序作業(yè)計(jì)劃，將作業(yè)任務(wù)派工到現(xiàn)場(chǎng)。這是傳統(tǒng)MES系統(tǒng) 應(yīng)當(dāng)具備的功能。
（2）生產(chǎn)準(zhǔn)備管理：對(duì)工裝工具、車(chē)間二級(jí)庫(kù)存和在制品進(jìn)行管理，根據(jù)工序作業(yè)計(jì)劃和派工的要求，將這些生產(chǎn)資源配送到現(xiàn)場(chǎng)。
（3）工人現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理：圍繞著工人門(mén)戶(hù)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，工人在工人門(mén)戶(hù)上接收工作指導(dǎo)書(shū)，報(bào)工序開(kāi)完工，填寫(xiě)加工和檢測(cè)記錄。從國(guó)外無(wú)紙化生產(chǎn)的應(yīng)用來(lái)看，工人門(mén)戶(hù)和電子工作指導(dǎo)書(shū)是離散車(chē)間實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化MES系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。
（4）設(shè)備運(yùn)行管理：管理設(shè)備維修和保養(yǎng)過(guò)程，完整記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，掌握設(shè)備可用性以支持排產(chǎn)。
（5）質(zhì)量作業(yè)管理：管理現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)過(guò)程，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，以及不合格品處理過(guò)程。
（6）可視化看板管理：用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)大屏幕看板，以及為管理提供可視化查詢(xún)功能。
（7）工時(shí)管理：管理定額工時(shí)和工人的實(shí)際加工工時(shí)，以及工時(shí)報(bào)表的自動(dòng)生成。其中，工時(shí)數(shù)據(jù)的采集有現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)模塊完成，工時(shí)數(shù)據(jù)的確認(rèn)由質(zhì)量作業(yè)模塊完成。
（8）生產(chǎn)履歷管理：在上述模塊的支持下，形成加工過(guò)程“人機(jī)料法環(huán)”的完整履歷。
（9）例外管理：處理各類(lèi)例外事件，及其對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃造成的影響，提高系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)例外事件的適應(yīng)能力和處理能力。

無(wú)紙化MES系統(tǒng)的實(shí)施不單純是一個(gè)軟件系統(tǒng)的實(shí)施，還需要包括工藝和硬件水平的提升作為基礎(chǔ)，有時(shí)候一種新的產(chǎn)品型號(hào)就代表著一種全新的設(shè)計(jì)和制造模式。因此，建設(shè)無(wú)紙化MES系統(tǒng)需要考慮不同產(chǎn)品型號(hào)和不同應(yīng)用階段的問(wèn)題。

車(chē)間一般存在多型號(hào)的產(chǎn)品混線(xiàn)生產(chǎn)，使用同一套MES系統(tǒng)適應(yīng)不同成熟度的數(shù)據(jù)成為必然的選擇，尤其是現(xiàn)場(chǎng)使用的工作門(mén)戶(hù)需要接收不同產(chǎn)品的工作指導(dǎo)書(shū)。因此，在無(wú)紙化MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要特別強(qiáng)調(diào)工人門(mén)戶(hù)和工作指導(dǎo)書(shū)的標(biāo)準(zhǔn)化，提高工人門(mén)戶(hù)的功能柔性和可配置性。

無(wú)紙化MES系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析
無(wú)紙化MES系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)不僅需要管理模式的改變，還需要許多軟硬件技術(shù)作為支持：

（1）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)終端技術(shù)。
生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)終端用于顯示工作指令和工作指導(dǎo)書(shū)，操作者可以在終端上察看工作任務(wù)、報(bào)開(kāi)工和完工；如果條件具備，還可以在終端上察看圖紙、工藝規(guī)程和數(shù)字化模型。
國(guó)外的相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)表明便攜式的無(wú)線(xiàn)終端或離線(xiàn)終端的使用正在成為MES系統(tǒng)應(yīng)用的重要方向（圖4）。尤其是符合航工生產(chǎn)保密安全要求的、具有無(wú)線(xiàn)加密傳輸功能的終端技術(shù)將成為航空MES系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
無(wú)紙化車(chē)間的現(xiàn)場(chǎng)終端配置數(shù)量應(yīng)該能夠滿(mǎn)足無(wú)紙化生產(chǎn)的需要，原則上應(yīng)當(dāng)做到一臺(tái)設(shè)備或者一個(gè)操作者配置一個(gè)終端。

（2）物流標(biāo)識(shí)技術(shù)。
MES系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)對(duì)物流的控制，準(zhǔn)確和快速的物流管理往往都需要采用標(biāo)識(shí)技術(shù)，包括：條碼、RFID等。物流標(biāo)識(shí)技術(shù)的應(yīng)用在無(wú)紙化的情況下又顯得更為迫切。
目前，微型化的激光標(biāo)刻二維碼（如圖5所示）、抗金屬干擾和腐蝕的可粘貼式RFID都是能夠適應(yīng)于離散制造需要的標(biāo)識(shí)技術(shù)，相關(guān)的國(guó)軍標(biāo)也正在預(yù)研中。

（3）自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集技術(shù)。
連續(xù)型制造企業(yè)的MES系統(tǒng)一般都強(qiáng)調(diào)管控一體化的應(yīng)用效果，離散型制造企業(yè)的MES系統(tǒng)由于缺乏足夠的自動(dòng)化集成手段，往往很難達(dá)到管控一體化的程度，但是管控一體化始終是離散型制造企業(yè)MES系統(tǒng)的發(fā)展方向，也是無(wú)紙化MES系統(tǒng) 發(fā)展的必然方向。離散型制造企業(yè)要實(shí)現(xiàn)管控一體化，重要的就是要有自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為支撐。
當(dāng)前比較具備可行性的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括：數(shù)控設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集技術(shù)、爐溫控制系統(tǒng)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)等。

（4）人機(jī)交互技術(shù)。
MES系統(tǒng)管理制造的執(zhí)行過(guò)程，制造的執(zhí)行過(guò)程是充滿(mǎn)變化和例外的，該問(wèn)題在失去紙作為記錄載體的情況下尤其突出。這也是人機(jī)交互技術(shù)對(duì)于無(wú)紙化MES系統(tǒng)非常重要的原因。
人機(jī)交互技術(shù)一般需要物流標(biāo)識(shí)技術(shù)和自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集技術(shù)（尤其是測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)采集）作為支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)選取錯(cuò)誤批次序列號(hào)的零組件進(jìn)行提示，對(duì)BOM和工藝補(bǔ)充文件的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證和報(bào)警，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)打包和分析。國(guó)外的電子裝配MES系統(tǒng) 中已經(jīng)有了人機(jī)交互的工程應(yīng)用，如圖6所示。

工程驗(yàn)證
在某大型航空制造企業(yè)，根據(jù)本文提出的無(wú)紙化MES系統(tǒng)功能框架，進(jìn)行了無(wú)紙化MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施，*取消了裝配指令（AO）等紙制現(xiàn)場(chǎng)文檔，取得了較好的應(yīng)用效果。

原文來(lái)源于杭州匠興科技