今天，MES管理的對象無非就是工廠五要素：人、機、料、法、環。本文要介紹一下MES的標準體系——管理了哪些業務要求。當然，介紹標準體系不僅僅是從業務應用出發，也要考量系統功能的實現技術。
為什么要從兩個方面來闡述MES的標準體系？這是因為是MES前期立項過程中主要考量的兩個方面。通常企業的高層首先是決定企業是不是要上MES，然后再確定應該如何確定需求規范。需求規范的整理過程中，用戶方兩個主要的角色業務和IT部門將向高層分別提出“我們需要什么”。這兩個角色相輔相成，“業務驅動IT，IT實現業務”。
筆者見過很多企業在MES選型中因為這兩個主要角色的工作對實施MES項目不甚了解，或者以部門利益考慮，而為企業MES系統失敗埋下禍根。比如，業務部門認為IT不懂生產，不讓IT參與項目，結果往往是業務需求范圍的不合理。應該是ERP完成的功能放在MES里去解決，或者是只是片面考慮本部門的狹隘需求，導致企業內部孤島系統林立。我經常聽到客戶說我們這次要上條碼系統、設備管理系統等等之類的業務需求。反過來，有些企業的IT部門喜歡越俎代庖，繞過業務部門去規劃MES的業務應用，在不明白需要解決什么問題的情況下，認為把數據采集上來開發一些報表就是實現了MES。我經常聽到客戶業務部門說那個MES都是IT的人在搞，我們也不知道干嘛，只管派人在系統里錄數據，我們自己生產管理有自己的手工帳。還有一種情況是IT的人往往只考慮系統本身的功能，而忽略了應用需求。筆者有時參與所謂的投標前技術交流，準備了一大堆關于對業務需求的響應方案。結果在現場卻發現幾乎都是IT人員在主導，更關注的這是什么語言開發的、數據安全保證的、大數據量時系統的響應速度等等純系統功能性方面的問題，而完全忽略了業務應用解決方案。皮之不存、毛將焉附?
所以，筆者首先從業務應用層面闡述MES的標準體系，因為這是根本。
從企業信息化系統發展歷史來看，現有ERP / WMS/ HR等公司級系統，在生產車間對現場管理的要求也是從簡單的滿足ERP報工、提高設備績效等工具類軟件開始。經過一二十年的實踐總結，在上世紀90年代初形成了系統化的理念，并正式命名為MES系統。僅僅從業務范圍來看，軟件系統覆蓋的范圍遠超過軟件工具。筆者在很多項目上碰到一些MES廠商，他們往往做了一個追溯系統或者設備績效管理就號稱提供了MES解決方案。也有一些ERP廠商和SCADA集成商分別向下向上延伸業務范圍，也搖身一變成為MES廠商。
MES究竟應該實現哪些業務范圍，目前國際上遵循的是兩個標準體系，分別是美國的ISA-95和德國的VDI5600標準。兩者實質上相同，只是表述方式上不一致。美國標準是對生產管理進行抽象，以IT系統的概念進行演繹，受眾面更多是企業IT人員。德國標準的闡述方式更是接近實際生產業務的管理邏輯，受眾面更多是業務部門。筆者希望首先是讓生產人員清晰明白MES應該管理的業務范圍究竟有哪些，故而在本文中選擇闡述德國標準。
VDI5600把制造管理分成三大區域：生產、質量和人員。
【生產管理】
其中生產管理是MES的核心業務，它回答了什么時候、做什么、如何做和誰來做？
工單管理是整個MES的業務應用基石，在MES中所有的數據都是與工單進行交叉關聯的，產生對應的控制、計劃、統計和分析等相關的應用。工單，顧名思義是工作任務。一個工單基本的信息是加工什么產品(或零件)、多少數量和加工時間。工單管理的基本要素是時間和數量。其中時間可以包括生產時間、等待時間、換線時間、工序周轉時間等等，而數量可以是良品量、不良品量、報廢品、欠交品等等。在生產過程中，工單的時間和數量被不斷采集，在MES中通過數據處理，形成了豐富的管理信息。如筆者在上一篇所述，MES中的信息呈現是分三個層面的，即實時生產監控、歷史績效統計和原因分析。因此，工單信息的呈現也必須包含實時的工單作業狀態(開始、完成、中斷或取消)、工單作業進度(產出、未結、剩余加工時間);歷史統計包含工單的良品率、時間利用率、交期達成率等;當績效指標有偏差時，可以分析相關原因，比如通過工單作業時間成本分析，可以了解到每個產品優的生產成本是多少，沒有達到生產成本的是由于計劃不合理還是設備績效差，甚至不同班次員工造成的。從而為管理層提供決策依據，對生產優化對癥下藥。
設備是重要的生產資源，對于管理層而言關注“我的高價值設備是否發揮出高價值應用”。設備績效管理兩個要素：狀態和速度。首先是設備有多少時間處于增值的生產狀態，即為企業“印鈔”的時間有多少。以一臺車床為例，假設一公斤的鋼棒是10元，經過一次切削加工，賣出去就是15元。這5元的增值只是發生在設備處于“切削”加工狀態下完成的，而設備在其他狀態都是非增值時間。其次是設備在增值狀態下的生產速度，即產出數量。同樣，數據經過處理后形成的有效信息也按三個層次呈現：即實時的設備狀態和產出;歷史統計包括設備效率、OEE等;可以分析設備停機原因，以便有效制定整改措施。
既然已經知道工單的時間情況，并掌握設備產能，這時可以考慮有限產能計劃。許多客戶在提MES需求時總是說需要自動排產，但是無法提出明確的排產規則。事實上，由于各種生產資源的約束，沒有滿足所有約束條件的排產結果，只有合適的。比如，上海到北京的交通方式，可以是坐飛機、高鐵、普快、自駕甚至騎摩托車，你無法說哪個是方式，而是考慮相應的約束條件，到底是追求不晚點還是便宜。總之，在車間排產的世界里，沒有“既要馬兒不吃草，又要馬兒跑得快”的優化規則，而是選擇約束條件并制定權重。由于提高設備利用率的直接結果就是增加“增值生產時間”，因此往往考慮的第一個維度是在滿足交付期的情況下實現設備利用率大化。
高級排產的第二個約束維度是物料的可用性，尤其是在離散制造多工序之間，由于排產不合理，導致許多在制品在工序間“睡覺”(等待)，延長了制造周期。因此，生產物流管理的要素是物料的位置和數量，其給出的信息是什么物料，什么時候，需要多少數量，從什么位置移動到什么位置，是合理的。
而物料管理還有重要的一項業務需求就是跟蹤追溯，在許多制造領域是強制性的要求，相當于汽車上路必須有交強險。追溯應用分兩個層面，其一是批次追溯，即從原材料到半成品乃至成品的追溯鏈的建立；其二是在批次追溯鏈的基礎上加載過程信息，回答了誰在哪個設備 / 工位上、什么時間做哪個工單，使用什么批次的輸入材料又產出哪些批次，加工過程的工藝參數實際值是多少，過程檢驗結果是多少等。
工裝、模具等生產輔助設施都是作為生產資源管理。在做有限產能排產時，不僅考慮滿足工單交期時設備的可用性、產能利用率的約束條件，還有考慮其他生產資源的可用性。此外，另有兩個對生產資源的管理。既然已經知道設備的實際產出數量或工作時間，完全可以據此制定生產資源的預防性保養計劃。生產資源的使用歷史評估可以了解生產資源對產品質量、產出數量的影響。
過程參數是只有在加工過程中產生，如溫度、壓力、速度。它們通常是連續變化的值。過程參數對產品質量有影響，必須進行管理，并且關聯到工單、設備和批次進行交叉比對，統計分析。
在多品種小批量的生產環境中，換產的頻率非常高。設備的設置參數和加工程序應該能夠隨著工單下達到設備后也同步自動傳送到設備的控制系統，以減少人工出錯。此外，在首件生產時需要調試，當工藝穩定后，需要從設備控制器中把更新后的設置參數上傳到中央系統儲存。MES在這個過程中相當于郵遞員，在編程系統和設備控制傳遞設置參數，并且對參數變化進行比對確認。
如同家用冰箱，都有能耗等級標識。德國綠色制造標準不僅規定了設備本身的能耗等級作為考核設備質量的重要評價;另一方面也考核企業使用該設備的真正能耗。這不是簡單的生產車間的總體用電量抄表，而是真實記錄每臺設備做每個產品的能耗。甚至在做計劃排產時，可以考慮把能耗高的產品排在夜班生產。
【質量管理】
在提高設備績效、優化排產、降低在制品庫存后，接下來就是要考慮如何進一步提高產品質量。質量是企業生存的根本，在改進質量問題所花的精力和成本遠高于改進設備績效。因此，在提高生產效率產生經濟效益后，用節約出來的成本去改進質量。無論做任何產品，總是離不開來料檢驗、過程檢驗和成品檢驗。這些檢驗過程都是以檢驗計劃為控制。檢驗計劃規定了對什么物料進行檢驗，在哪個工位檢驗，檢驗哪些特征值(定量和定性)，使用什么樣的檢測設備，檢測頻率，樣本，檢驗特征的標準值和容差，檢驗結果的控制圖。
在來料區，根據收貨通知尋找檢驗計劃，并生成檢驗工單，執行檢驗后，把檢驗結果發送給倉庫，把收貨通知單結束后向ERP上報。來料檢驗需要考慮動態抽檢。來料檢驗的結果可以用于供應商評估。
在生產過程中的檢驗也同樣由檢驗工單來驅動。當生產工單被執行時，系統自動尋找本工序的檢驗計劃，并觸發檢驗工單的生成。檢驗結束后提供使用決策，是否判定為廢品、返修、降級還是讓步通過。
對于某些行業，如醫療或汽車安全電子行業，所有的質檢數據必須記錄使用了哪個檢測設施。根據使用次數或檢測結果需要校準檢測實施的精度。此外，包括生產數據和檢測數據的錄入和修改都必須滿足FDA的規范要求，即四眼法則、電子簽名和主數據更改跟蹤等。
FMEA是一種缺陷修正規范。在產品設計時已經定義可能發生的各種缺陷，產生每種缺陷的各種原因以及對應的解決措施。在生產過程中，如果某種缺陷以預先定義的某種模式出現時，自動觸發相應的解決措施。
對于某種缺陷的解決措施的管理是在投訴管理中實現。投訴的缺陷可能來自生產過程中，也來自終端客戶。因此，必須要跟蹤這些投訴的處理狀態、描述投訴中的缺陷細節，更為重要的是統計針對缺陷解決措施的成本。因為，解決措施可以有臨時的和長期的，可能會有多種解決方案。如果作為長期解決方案，必須要分析相關成本，以做出合理的決策。
【人員管理】
無論是多先進的工廠，車間里總是有工人來執行相關作業。既然已經清晰知道設備效率、工單達成率、物料損耗率、良率等KPI(Key Performance Indicator關鍵績效指標)，就完全可以據此來評估工人的績效。從管理的效果來說，就是管理層能夠給員工分配公平的指標，指標的達成過程對管理層和員工雙方都是透明的，那么雙方都能接受。筆者曾經詢問過某一線工人如何看待企業建設MES？該員工想了想，要是今天MES系統不工作，他們就寧愿不上班了，因為他們所有的工時、績效考核都是以系統數據為準，而不是以主管的人為意志轉移。
在生產管理領域，優化車間排產時考慮的約束條件主要考慮工單交期、設備產能、工具和物料可用性。在此基礎上，可以考慮人員資質安排。即首先是根據生產資源的限制和優化條件(如滿足交期下換線損失小)，將工單分配到某一設備/工位的某個時間段。此時，可以附加檢查人員資質。即該工序 / 設備所需的人員資質在已分配的時間段是否可用以及需要的數量。
接下來，另一個問題又出現了。假設通過高級排產，將某工單安排在10月3日，需要A類資質的工人三名。企業有此類資質的工人共五名。原則上該工單的生產是可以執行的。可是此時正處于國慶長假，具備該資質的四名工人已經休假。因此，在人力資源管理中需要綜合考慮工人的出勤管理。
有了工人的出勤管理和工單管理中的人員工時數據過賬，可以對人員時間績效賬戶進行管理，并過賬給上級的HR系統，作為人員薪酬體系的時間成本計算基礎。
在某些特殊行業，還要考慮生產區域或生產設備的訪問控制。可以對相關人員進行授權，并監控受控區域中人員訪問情況。
本篇的內容是介紹MES的業務應用范圍，并以VDI5600為基礎，從生產、質量和人員管理三個方面進行邏輯性解讀。通過這個綜合闡述，想告訴企業用戶MES可以覆蓋的業務范圍，作為業務IT系統總體設計時應該考慮周全。然而，在實踐中，筆者并不主張企業一開始就要把這些業務功能一股腦去放入實施計劃中。且不說很少有專業的MES系統能夠具備這些應用功能，對于企業而言MES本身就是一個新鮮事物，如果一下子上的功能太多，企業的內部團隊既無精力全盤消化，也無法在短期內培養核心能力去應用。務實的企業都是根據實際現在出發，挑一兩個功能模塊開始既試驗MES產品性能，也同步檢驗自身能力是否能適應MES的管理應用。筆者曾經參與一個某招標項目，企業把各家MES廠商的功能點集中在一起，發出一份RFP(需求規范)。這個出發點是好的，屬于總體規劃。筆者曾經建議客戶秉承總體規劃、分步實施的原則，在本次招標是關注兩個層面：宏觀層面上評價哪家產品的功能比較豐富，這樣將來擴展時成本低;本次招標范圍應該限定在幾個基本模塊中，微觀層面上評價各家是否做的精細。但是企業認為每個功能都很重要，都必須納入本次合同報價范圍。也可以理解企業是希望一次性商務談判，以低的成本拿下多的功能。然而企業有沒有想過什么才是當前需要的。如果什么都是重要的，那么就是什么都不重要。如同我們買車一樣，經常性聽從銷售人員說，加一點錢就可以導航、天窗、座椅加熱、六碟音響等配置。但車買回去，很多功能幾乎都是不用的，這就是投資浪費。
然后，企業由于在本期項目中功能要求太多，造成項目整體預算非常高，引來各家MES廠商激烈競爭。為贏得大單，各家紛紛殺價。然而，當項目開始執行時就陷入泥潭，討論的業務范圍太廣，客戶對系統的理解也很膚淺，雙方在無數次拉鋸戰后筋疲力盡，勉強在項目啟動一年多以后把藍圖簽掉，草草收兵。同期，另一家客戶選擇從工單管理和設備績效管理開始，花四周的時間完成系統部署，然后通過4周的運行，收集實際的生產數據，同時用戶也能在熟悉系統的基礎上，提出更為詳細的需求，并據此優化系統來實現業務的優化。同樣在一年時間里，這家客戶分四個階段完成8個功能模塊的建設和應用。一年后，僅設備利用率提高一項就帶來投資回報是165萬。正所謂少則得、多則惑，道理就在其中。關于MES的實施方法，筆者在后篇專題介紹。效率的MES和WMS可以為企業構建智能工廠、智能排產、智能倉儲，助力產業優化升級。
