离散型制造业MES的深入研究

引言

准时化生产(just-in-time，JIT)诞生于20世纪50年代的日本，并于70年代全球石油危机中倍受关注。准时化生产是丰田生产方式的核心。它采用“看板管理”实现“拉动”式生产，与传统的以计划为主的“推动”式生产有着本质区别。全面质量管理、设备合理布置、作业标准化、设备快速调整以及良好的外部协作等方法，确保了准时化生产的顺利实施。

制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)的概念产生于20世纪90年代，作为面向车间生产执行层的信息系统，它一方面将业务管理层(MRPⅡ/ERP系统)的命令进一步细化后，向生产过程发出制造指令;另一方面，将过程控制层收集到的实时信息，反馈回业务管理层，作为以后编制生产计划的依据，见图1。本文着重分析离散型制造业的JIT与MES的区别与联系。

1 MRPⅡ与JIT集成的研究

20世纪80年代初，门田安弘在《均衡化生产的月生产计划和日生产指令》一文中提出生产均衡化的两个阶段。第一阶段是以季度需求预测和月需求预测为基础，制订主生产计划(MPS)和物料需求计划(MRP)，从而决定工厂内各工序的日平均产量，此为“推动”方式。第二阶段采用看板以“拉动”方式发出日生产指令和各工序生产指令。这是MRP与JIT集成的早期研究。

1990年，Flapper等人提出了将JIT嵌入MRP的三步实现框架。同年，美国西北大学的Spearman等人提出了定量在制品法(CONWIP)，其本质是一种推动/拉动混合策略。

1991年，汪定伟教授和美国北卡罗来纳州立大学的T.J.Hodgson教授共同提出了一种推拉混合控制方式。对于一般多阶段生产存储系统，在生产线所有分支的初始阶段采用推式控制，而在其他阶段采用拉式控制。从控制结构上看，这种推拉混合的方式是一种带有集中协调的分散控制。

20世纪90年代末，有些学者提出了用约束理论(Theory of Constraints，TOC)改进MRPⅡ与JIT结合的问题。

总之，MRP与JIT集成研究的大体思路是将MRPⅡ的“计划”功能和JIT的“ 执行”功能进行优势互补，从而形成功能比较完备的生产计划与控制管理系统，见图2。“拉动”式生产根据主生产计划(MPS)和总装计划(Final Assembly Schedule，FAS)制定的日产计划或单位时间产出率，从最后总装开始，由后道工序向前道工序逐步发出物料移动的指令信号(如看板)。看板作为实现“拉动”式生产的一种现场管理与作业控制方法，被应用于生产的执行层。可见，准时化生产与制造执行系统的实质相同，都是位于业务管理层(MRPⅡ/ERP)和过程控制层之间，面向车间层的生产管理技术与信息系统。

2 生产调度问题

生产调度是车间生产管理系统工作的主要内容。它包含静态调度和动态调度两层含义。静态调度是指生成初始生产作业计划的过程;当生产过程中发生一些紧急情况(如紧急插单、定单取消、物料短缺、设备故障等)造成生产执行与初始生产作业计划差异较大时，需要根据现场情况对生产作业计划进行重新调整，这个过程为动态调度。

缩短生产提前期是生产调度的一个重要目标。以交货或完工日期为基准，倒推到加工或采购的开始日期的这段时间，叫做提前期(lead time)。对自制件而言，加工装配过程所需要的时间叫做生产提前期;生产提前期由5种时间组成：加工前等待、准备、加工、加工后等待和搬运。

调查研究表明，在离散型制造企业生产过程中，物料在机床上的时间(即准备时间与加工时间之和)仅占生产周期的5%～10%，而90%以上的时间消耗在加工前后等待、搬运、存储和设备故障检修等方面。如何采取措施减少乃至消除这90%的无效时间，缩短生产提前期，是生产调度的重点。