导读
工单模块之于MES系统，相当于一幢大楼的地基。工单模块设计需要充分考虑MES其他模块的需要。只有地基做得够好，即使将来从2层楼加盖的4层楼，承重不会有问题；即使将来加装电梯，消防通道不会有问题；即使挖地下室，也不会有漏水问题…
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作者：MPDV中国曹海勇博士原创。曹海勇，同济大学工学博士，中国首批中德合作培养研究生。毕业后加入西门子德国，参与西门子德国安倍格工厂MES项目，2011年协助MPDV总部进入中国市场。深耕MES领域20余年，有着丰富的行业经验，拜访全球超过900家不同行业的制造企业，非常熟悉不同企业的最佳生产管理实践。
01
MES任务对生产流程的影响
MES作为组织和实施生产流程的驱动力，直接或间接地支持了公司的所有业务流程。这意味着引进和使用MES可以在这些流程的执行中挖掘潜力。为了设计比较完整的MES系统，以发挥MES支撑生产管理的潜力，必须更具体地了解这些企业流程与MES的关联。
MES支持（或接近）实时的企业生产过程和与生产有关的业务流程。因此，MES的系统设计，通常应靠近生产，也就是说，在生产管理的责任范围内。
表1：生产流程和MES任务的矩阵关系
德国工程师协会在2007年颁布了德国MES标准VDI5600，将MES的系统功能划分为10个主要任务并支持制造过程的6个业务流程，如表1所示。
02
MES工单管理
在生产中，订单通常是所有活动的触发点。它也是处理生产过程中需要的或由此产生的所有信息和成本的数据容器。根据生产的类型，使用不同的订单类型，如生产订单、看板、维修或保养订单，以及返工或管理费用订单。订单管理因此是制造企业中MES功能的核心组成部分。例如，如果没有订单管理，详细的调度和流程控制几乎是无法想象的。
MES的订单管理不应该与ERP系统的订单管理相混淆。为此，在本讲座中使用“工单”表示MES中的生产订单。
◉ 在ERP系统中，订单的处理有一个中期或长期的范围，以及随后的账单。
◉ 在MES系统中，确定生产过程中工序或基本子步骤的处理时间、资源分配和订单处理的顺序（生产过程规划），并负责执行。所有可能与订单相关的行动通常都被记录下来（登录/注销、中断、操作层面的数量、拒绝的原因、过程数据等等）。
图1：MES中工单管理功能模型
工单管理是以工单作为虚拟载体对生产力的三要素（劳动对象、劳动工具和劳动者）进行生产建模，形成以工单为核心的制造管理体系。
MES“工单管理”从不同的外部来源和MES其他任务接收工单列表，并将这些数据提供给其他MES功能，如“详细排产”。随着工单的处理，通过MES “数据采集”和其他MES任务产生了一定数量的新信息，然后“工单管理”将数据分配给工单，以便各部门能够快速有效地使用，例如，帮助他们对生产中断或变化作出适当和及时的反应。通过这种方式，可以大大地提高生产中的透明度和大大减少时间损失。
图1描述了MES“工单管理”的功能模型。
输入是不同类型的工单和工单相关的状态。原则上生产工单来自ERP，包括关键的日期、生产批量和工序详细等信息。MES中其他任务也会产生工单，如生产工单登录时触发检验工单，出现次品时创建返工工单，根据维护日历创建的设备维护工单，触发物料移动的运输工单、按库存生产的看板工单，以及记录间接成本的管理费用工单。
工艺建模：来自ERP的生产工单往往需要在MES中分解到工序层级，定义工序的资源、物料、时间和数量等细节。
处理工单采集数据：处理来自MES“数据采集”中的原始数据，如以脉冲值形式，在各个层级上进行汇总。
工序条件：确定工单中各个工序的关系。如前工序完成20件，后工序才可以开始。
反馈工单信息：当前生产整体情况是从订单的目标与生产方面的当前信息之间的持续比较过程中获得的。提供可视化功能实时地表示生产进展，如延迟、达成率等。工单管理在生产控制流程中创造了必要的透明度。
MES的任务 "工单管理 "管理着生产区域内各种类型的订单，持久更新工单的状态使管理人员有可能对变化作出反应。工单信息为其他MES任务中的进一步处理提供了信息，如生产计划与工单处理形成真正的控制循环。
通过对工单数据的长期评估，可以得出关于组织缺陷的结论，从而为制造企业的持续改善过程提供支持。
03
MES系统功能模型
MES的“工单管理”功能之一工艺建模定义了工单执行所有的规范。这些规范成为MES其他任务的模型基础。
如图2所示，工序需要一定数量和资质的工人来执行，在人员管理中需要建立工人的资质矩阵以匹配工序要求和人员排产时的工位安排，在工人日历中建立班次模型可以结合人员出勤来获得某一时间段可用的工人数量。记录工人在生产工单上的工时和生产数量，可以评估员工的绩效。记录工人在间接成本工单上的活动和活动时间，可以优化人员安排。
图2：工单是MES系统的核心
工序定义了所需的设备及设备工时。所有非计划停机将延长工序时间，导致流程效率下降。为提高设备可用性，需要定义设备的资源绩效账户RPA，然后采集实际的设备状态并记录到对应的RPA中。一方面管理层可以及时获得设备异常状态而做出快速调整，另一方面可以分析主要停机原因来指定有效措施消除非计划停机。正确的设备工作时间采集是制定预防性维护计划的依据。
在设计MES系统时，我们把生产资源定义为除设备以外在生产过程中需要的辅助资源，如工装、模具、刀具、量具、设置程序、作业文件等。工序细节中需要定义生产做需要的资源数量。产品、设备和资源的组合是排产时考虑的一个约束条件。在生产过程中，需要记录资源的使用时间，以便及时维护，比如修模。在管理层面上，需要评估使用不同资源的绩效。
工艺模板中定义的工序日期、工序作业时间、生产顺序是工序排产的起始点。设备、人员和资源状态是排产的约束。工序物料产出和工序设置时间是排产优化策略的选择。
过程质量顾名思义是伴随生产过程。因此，生产工序集成检验工序确保当生产工单开始时，根据不同事件，如换班、工单生产一段时间或一定数量、设备停机后恢复生产等事件，产生对应的检验任务。检验任务的执行结果决定了工序的流转。
工单模块之于MES系统，相当于一幢大楼的地基。工单模块设计需要充分考虑MES其他模块的需要。只有地基做得够好，即使将来从2层楼加盖的4层楼，承重不会有问题；即使将来加装电梯，消防通道不会有问题；即使挖地下室，也不会有漏水问题。
后续讲座中，我们将从工单模块开始，全面讲解MES系统设计与实现。
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