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ERP/MES/PLM 到工业4.0

日期:2021-01-18    阅读数:10

当然,标题很响亮,但是内容没有这么厉害主要的原因是,工业4.0是一个很大的框架他并不是指一个系统、或演算法、或科技技术等工业4.0是一个比起3.0更大的哲学上几张图,感受一下




mes软件

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工业4.0




工业4.0



简单来说,对于多数的制造业组织,营运技术(operational technology, OT)与资讯科技 (Information technology, IT) 都是共存但分开作业,之间的藩篱造成了资讯不对等,使数据的应用效率低落,整体的制造效率仰赖片面的生产线感测资料。


为突破系统之间的藩篱,更收集了内外部的所有资讯,集合成平台,透过演算法及应用工具使IT/OT之间的数据耦合,行程自主认知、自主决策与自主回馈,对内部和周围可能发生的任何变化更能适应、更灵活地反应。


工业4.0不是一个工厂内的课题,而是一个产业链的结构,并且与传统产业链不同,是一个整合与融合后的产业生态体系。从企业、人、产品、流程之间的互相交错的所有记录(数据),形成一个能自我认知、自我决策及自我改善的循环。


目标是制造 本身的价值化,根 据生产流程的状况改变 自动进行调整,并产生洞察。不过数据从哪边来、除了从设备本身感测之外,有很重要一部分,是从既有的制造作业流程中取得。

换句话说,不像是工业3.0,主要的工作是把机台换成自动化的机械,工业4.0在乎的是大数据结合人工智能的应用,从数据里面挖出金矿。所以,公司现有的作业流程系统,包含ERP、PLM等等,变成是重要的整合角度,虽目标整合、但并不是把他们都放进同一个地方而已,其中重要的是保留这些系统的逻辑、并且增加公司对于数据萃取应用的弹性


这一篇,主要是要探讨这些系统是什么、他原有的逻辑是什么,最后,再提一下这些系统整合的角度、看法。不过因为我本身也不是工业4.0的专家,只是有机会碰触到皮毛,希望这篇整理能对初步认识工业4.0的朋友有所帮助。

 

企业资源规划

整合企业各内部门的工作流程,统一内部资料处理程序即时反应企业内部资源使用状况,提供企业决策之参考,属于企业用的『整合型资讯系统』。

 

整合哪些系统?

财务管理、人力资源管理、生产制程管理、供应链管理

ERP 系统的终极目标是整合企业的产(生产)、销(配销)、人(人力资源)、发(研发)、财(财务会计)等各部门的工作流程及资讯,透过 ERP 系统能有效协助企业建立流程、制度、规範、减少人工作业重覆性,确保企业的 TQC(交期、品质与成本)控制,优化营运管理机制,从而提高企业核心竞争力。

 

先插段历史

最初还没有ERP时,制造业开始规划如何管理时,是从”Material Requirement Planning”开始,也就是物料需求规划。

MRP物料需求计划的理论基础,就是以生产产品的用料清单(Bill of Material,简称BOM)及生产与采购的前置时间,以及原物料的采购及生产为基本条件,来规划何时该采购?何时该生产?采购多少数量?生产多少数量?


然而,生产流程的弹性大,经常的抽单、插单,造成公司的管理上多变与复杂(例如资料输入不够即时、或库存不準确),所以传统的MRP系统因为是全系统运算,则会因为电脑资料的输入不即时,而算出不準确的资料


MRP是以计画时间内,料件在每一个时间(通常为天)的供需平衡状态,来计算每一时间的需求计画;其计画量无法追踪需求来源(订单或制令工单)。因此当订单取消或变更异动时,企业就必须重新执行MRP以确保每一计画週期的供需无虑。


所以就有LRP的产生(Lot Requirement Planning, 批次需求计画),是假设前提为企业依据订单生产。其所生产及采购的商品及原物料,都需要追朔订单来源。故当订单变更时,该订单连动的采购料件及工单生产计画都必须跟着有效的连动。


但是只计算物料并不够,制造流程所影响更多,所以再来就是MRP(Manufacturing Resource Planning, 制造资源需求计划),将机器设备 & 人工的产能资源纳入有效规划与控制。另外,因为资源有限,所以会搭配CRP(Capacity Requirement Planning, 产能需求规划) ,可先依产能计划,再来执行MRP计划 , 这样就能将设备产能跟用料计划互相有效结合

 

1990年左右美国Gartner Group Inc.谘询公司首先提出 ERP,把制造资源观念扩展到企业整体的资源管理 ,包含财务、行销、人事、人力资源整合及研发等。





erp


最基本的流程是这样





erp架构


然后就一个系统串一个系统…变成…(每间厂商的ERP不尽相同)





流程图



智能工厂流程



MES

MESA协会(Manufacturing Enterprise Solutions Association)成立在美国的非营利组织,推广制造与资讯系统等相关知识平台提供者,藉由分享先进技术与产业知识,来协助企业达到商业目标。

MESA对MES的定义强调了MES是对整个生产线制造过程的生产资讯细化匯集与及时提供生产讯息,而非为了解决单一生产瓶颈。

从资讯系统的角度来看,首要条件是观察使用者的需求。也就是从使用者的角度来观察,需要哪些资讯、如何呈现?


生产过程中,作业员需要怎样的资讯系统?

生产过程中,设备维护工程师需要怎样的资讯系统?

生产过程中,制程工程师需要怎样的资讯系统?

生产过程中,制造部主管需要怎样的资讯系统?

生产过程中,厂长需要怎样的资讯系统?

自动化流程的目的、类别,及资讯系统的角色?


MES必须能够提供即时生产线在生产过程各种生产资料的功能,并做出相应的分析和处理。并且,在生产管理的排程计画和整体管理资讯能够进行资讯相互沟通与交互,藉此能够提供工厂整体持续性的生产管理讯息。


一个完整的MES系统需要包括在生产线执行的所有关键功能。如生产线实际生产工序、BOM、MRP、MPS、标準工时以及详细生产排程计画、文件控制、生产数据采集、人员管理,品质管理,生产流程管理,生产异常管理,设备保养与维修,产品跟踪和履历,生产绩效分析。


MES 系统的导入有助于以下问题的改善或者解决 :

资料未有效的利用

现场有过多的文件

现场有过高的在制品存量

不合理的作业程序

未整合的应用系统

生产问题不能即时反应给相关人员

没有足够的资讯以供决策

过高的品质成本

不足的追踪能力

现场的料帐不符


总结而言,使用MES的好处包含预期基本获利能力,提升即时交货和产品品质、减少制造週期时间、消除重复数据输入时间、降低生产线换班之间的文书工作、降低生产线规划过程、改善客户服务、降低设置成本,及更可靠和精确的生产排程计画。


来看一下,现行的MES架构,与ERP一样,每间厂商都有各自不同的流程逻辑,并且都是需要再客制化的。不过大致上的逻辑不会相差太远,核心主要是设备管理、现场监控、流程、品管、警示,介接到ERP、报表等模组。





mes架构



mes软件功能





mes软件功能


另外,也提一个相当重要的PLM

产品生命週期管理系统(PLM, Product Lifecycle Management),从字面上来看,综观产品的上、下游,举凡需求、规格、研发、设计、工程、制造、销售、服务与维护,每一个阶段所衍生出来相关资料,都在 PLM 的管理範围内。而从技术观念而言,在企业内所有与产品相关的资料,以及与这些产品资料相关的作业,经由资讯系统做有效的整合性管控与运作,此即为 PLM。


产品研发是企业竞争命脉之所繫,但往往也是管理上的死角,如果能随时掌握产品研发的各项资讯,如各研发专案的进度统计、各派工及产出完成率、延误率、…等,则可针对各项执行缺失,进行支援或纠正,缩短产品上市时间、降低工程变更成本、妥善管理研发成果,大幅提升产品研发的效率及品质。


PLM 的定义

广义来说,从全企业的角度来谈产品资料(Data)的管理与其作业程序(Process)的管理,也就是 PLM 是一种概念或方法,协助企业管理 Data 与其 Process。若从狭义上来讲,指研发至工程规划领域之应用,强调在 R&D 与工程作业阶段如何有效的整合管理产品资料(蓝图/文件)与作业流程(工程作业程序执行),同时探究如何整合后端之 ERP 、 MRP、MRPII 系统及 SCM 、CRM 系统。


PLM 的範围

PLM 的涵盖範围,由传统 PDM 延伸,重视产品的生命週期,增加综观全局的专案管理(PM, Project Management),统合企业内各相关资讯,更可将统合后的资讯,提供或整合至与客户间之协同作业或资料交换的平台,扩大 PLM 的涵盖範围及运用。


利用 PLM,研发专案的管理透明度能够大幅提昇,提高研发部门的效能,研发过程透过流程管控,可以保障研发品质,透过系统料号管理,品名规格料号不再重复且方便 RD 查询,所有物料需求表 BOM 及承认书等文管中心 DDC 存放的文件都可以集中电脑管控并提供随时查阅,可同步整合 ERP 资讯,使企业快速因应客户需求变更与市场变化,达到 Time to Market & Time to Volume 的国际竞争优势。


那最后,这些系统怎么样co-work?

在工业4.0的架构中,生产系统的逐渐细化并不意味着未来的工厂规模就会缩小,生产系统的控制会设计的更加详细,从生产计划和管理的角度来看,小生产单元的优势在于灵活性更高,且更容易优化局部的生产。


智能制造的其中一个特徵是可重新配置生产系统,它将对相关生产系统的属性及参数进行改变。要符合实际的生产控制通常需要不断更新数据信息,包括现有资源、资源的当前特徵以及今天和未来的订单情况。

挑战之处在于:在生产制造和计划单元要求不断细化的情况下,把企业层的(如ERP)和生产管理层(如MES)之间的各资讯接口进行整合。ERP系统控制企业範围的行政管理和商务流程,ME系统则与生产线紧密相关,用于持续优化生产、记录生产过程信息与技术参数。


数据包括时间和数量、质量、机器和设备状态、故障及其原因,这些资讯反映的是生产系统的状态,反过来再对ERP系统中的生产计划产生影响。

我们希望 ERP和 MES系统之间的界限在工业4.0环境下会不断淡化,企业层会不断地整合到制造管理中。MES 系统能非常精细地管理生产过程,根据单个系统组件提供的功能,与ERP系统的整合存在多种方式。

整合的目标是对制造业务流程进行梳理和改善,透过流程把MES和ERP整合,基于流程在MES和ERP之间的资讯「进、出」来设计两个系统间的API接口。使ERP与MES一起构成计划、控制、反馈、调整的完整闭环系统,通过API进行计划、命令的传递和回馈接收,使生产计划、控制指令、输出资讯在整个ERP、MES、过程控制系统、基础自动化的体系中透明、即时、顺畅地交互传递。


而实现MES与ERP的整合关键,在于业务流程的优化和整合以及对所涉及MES和ERP系统的具体分析以充分发挥各系统的长项。首先,资讯系统都是为了改善制造业务,MES和ERP各自解决一部分业务问题,分别反映一部分业务流程,流程是MES与ERP整合的「黏合剂」,透过流程的整体优化划分出哪些流程在MES中处理、哪些流程在ERP中处理。


需要注意的是,不管MES还是ERP,都有各自实现之逻辑,在决定某功能的「归属」时,一定要保证该功能在所选系统中实现逻辑的完整性。


通常来说,相互协调的且根据具体应用要求量身定制的集成更具有优势,能达成一个高度灵活、层级少且高效的生产系统。

举例而言,假设今天将ERP与MES交换彼此数据,并在其之上建立『X』系统,结合双方资料以进行下一步决策。我们可以这样做:让管理工厂设备维修保养、库存管理等资讯的ERP系统,可以透过『X』产生的生产订单、计划订单等资讯,送到管理在制品追踪、生产过程管理的MES,同样再透过『X』产生计划订单反冲或报废等资讯,送回到ERP系统。


另外一个案例,若制造工厂决定从系统作业及管理变革两个方向做改善,希望能将準交率提升到90%,MES系统此时就发挥作用,如预警资料通知可以透过Line或简讯完成,生产资讯也改成用条码扫描,而非人工输入,生产进度、在制品异常警示等资讯都可即时呈现,并将ERP、设计交期系统及订单系统串联起来后。


更进一步的,可以参考下图,可以集公司管理、作业、现场层面为大成





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由智能型网路连结物料、机械设备、生产线、产 品、物流网、生产链及客户,使企业内部所有因素密切连结,企业间也能全方位密切合作,且可无限贴近客户。

同时,生产与行销等部门与系统软件互动,挖掘使用在云端平台的大 量数据,生成最符合客户需求的产品设计与行销方案,使企业由生产型制造转型为服务型制造。


总结,几项重点

工业4.0 涵盖着跨领域、从广到深的公司资源监控运用智能感测技术,从被动到主动的制造流程管理资讯不只被整合、更要产出更有价值的应用系统不见得需要重建,重点在开放API架构与联网边缘运算、人工智能、工业物联网,缺一不可从硬、软到软硬整合,消弥系统间/软硬间的界线



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