基于大规模定制的金属熔炼企业MES构建研究.pdf

中国海洋大学 硕士学位论文 基于大规模定制的金属熔炼企业mes构建研究 姓名：李垒 申请学位级别：硕士 专业：工商管理（mba） 指导教师：冷绍升 2011-05-22 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 摘 要 卖方市场向买方市场转变，客户需求占据主导地位，客户需求的多样化和个 性化给大规模定制带来了机遇和挑战。定制化产品的低成本，优质量，快速响应 等成为制造业竞争能力的关键指标。 大规模定制成为了制造业现在和未来一段时 期内的主要策略， 要更好的实现这个策略， 需要一个良好的系统系统来共同实现。 因此，本文主要以大规模定制和 mes 为主要研究方向，以优化构架设计为主要 内容，结合金属熔炼企业对大规模定制下 mes 进行优化，希望有助于 mes 在 大规模定制生产中的实践。 本论文针对以上问题主要进行了以下研究工作： 通过对信息化系统和先进的管理模式的研究， 对金属熔炼行业大规模定制策 略下信息化管理构架提出了 mc 和 mes 相结合的先进的金属熔炼行业经营管理 模式，实现全局优化。 利用先进的生产管理模式，构建了金属熔炼企业 mc 和 mes 相结合的经营 管理解决方案。采用该方案实现了企业上层的 erp 和底层的 pcs 的集成化的改 造，信息双向流动，体现了 mes 整合优化效果，达到了物流、资金流和信息流 的三流合一。 将以上理论思想应用于实际中，在对 y 企业进行现状分析和需求分析，同 时结合金属熔炼企业的生产经营实际和特点，完成了 y 企业管理信息化系统的 分析。 对 y 企业信息化系统的构成、功能和企业布局等进行了详细的设计研究。 本论文所研究开发的基于大规模定制和 mes 结合的金属熔炼行业经营管理 系统，是以大规模定制的生产策略，结合 mes 的有效方法和手段，运用信息化 技术，进行了战略战术的统一。同时利用大规模定制相似性，重用性，全局性等 原理，以及模块化，延迟等技术和定制的方法，结合 mes 系统的计划，调度和 监控措施，为金属熔炼企业建立核心竞争力。实现了成本低，质量优，响应快， 提高了企业价值，获得了经济效益。 关键词：大规模定制；执行制造系统；金属熔炼 关键词：大规模定制；执行制造系统；金属熔炼 the melting metals industry disquisition on mes establish research work in mass customization the melting metals industry disquisition on mes establish research work in mass customization abstract abstract in this first 10 years of 21st century, the market is under-controlling by the buyers market step by step, whom is becoming the orientation of any markets, which also brings challenge it sets up the core competitiveness for metals melting industry through the utilization of model similar theory, reusability, overall features. meanwhile, it needs the combination with the planning, dispatching and monitoring measures of mes system to realize the lower cost, better quality, prompt response as what it mentioned in previous description. finally the targets can be reached of shortening production cycle, speeding up capital currency, reducing cost, improving quality and service level and the best economical benefits. keywords:mass customization, manufacturing execution system,melting metals keywords:mass customization, manufacturing execution system,melting metals 独 创 声 明 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 （注：如没 有其他需要特别声明的， 本栏可空） 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 - 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以 下事项： 1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中 国学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入 cnki中国知识资源总库 ， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库 。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 1 1 绪论 1 绪论 1.1 研究背景研究背景 二十一世纪随着全球经济一体化的不断进行， 市场经济的深入和信息技术等 的广泛发展，作为国民经济支柱的传统钢铁制造业，其面临的国内国际环境发生 了巨大的变化，制造业由工业化时代迈进信息化时代；统一市场向多元化转变， 市场结构由原来的“推”向“拉”转变；卖方市场向买方市场转变；客户需求不 断的变化，对于产品的多样化和个性化要求越来越高；产品开发周期和生命周期 缩短，市场不确定性大大增强。在此情况下，制造业面临着一个由消费者占主导 地位、变化迅速难以预测的市场。激烈的市场竞争不仅仅体现在产品价格和产品 质量的竞争， 交货期和满足用户特殊需求的产品定制化等其他因素越来越成为决 定竞争胜负的关键因素之一。面向订单、多品种、单件小批量、高质量、交货期 短以及低成本等已逐渐成为全球化的今天制造业以及金属熔炼企业明显的生产 特征。传统的大量生产模式对此难以适应，于是多品种、单件小批量生产逐渐成 为当今多数企业的主要生产模式，但这样容易走向柔性有余，而规模易受限，无 法实现规模经济的长处。 为了保持企业最具价值的地位， 企业要具有最好的质量， 最优的服务，最低的成本，最快的响应，最强的适应性等，在正确的时间里获得 正确的信息做出最佳的决策12。需要一个高效管理和生产模式来为企业搭建良 好的可持续发展的平台。 大规模定制（mass customization，mc）将大批量生产与完全定制生产的优 势相结合，具有多样化、个性化、生产效率高等特点，是制造业信息化的一项关 键技术，它对于降低生产成本、缩短交货期、增强市场竞争力、提高企业经济效 益等方面都有巨大的促进作用。现在，mc 已开始应用于汽车、电器、工业机械、 pc 机、玩具等行业，并具有广阔的发展前景。 金属熔炼企业属于离散型的企业，有属于混合流程型企业。订单属于多品种 变批量的行业。迫切需要一种新的生产模式来满足顾客对低成本、高质量、高效 率。这样既需要一种低成本的生产模式，又得有高效率的管理，还有快速反应的 中国海洋大学硕士研究生论文 2 制造，也就给企业的运营管理提出了更高的要求。在全球化，效益化，顾客差异 化的背景下， 大规模定制成为二十一世纪的主流生产模式。 而在这种生产模式下， erp/mes/pcs 三层企业集成模型，给高效的管理提供里了明确的思路。erp 发 展比较早，在国内是以财务为中心，逐渐扩展到企业级的计划层。pcs 过程控制 层是制造业的基础，而 mes 发展比较晚，相对成熟度不高，mes 作为计划层和 控制层的纽带， 是计划层和控制层的桥梁， 联结了计划层和控制层成为一个整体， 实现了计划层和控制层的数据共享和管理，使管理透明化，计划落到实处。 本论文就是鉴于这方面的问题，考虑在大规模定制模式下，进行 mes 的实 现，对于不确定性和持续变化的客户需求，大规模定制是以合理的时间，合理的 质量， 合理的成本， 制造出合理的产品 3来满足客户。 在大规模定制生产模式下， 做好 mes 的工作，实现了企业集约化的生产，降低了成本，提高了效率，推动 了管理的升级，增强了企业的竞争力。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 mes 国内外研究现状 管理信息化的浪潮不断推进，资源计划管理系统（erp）和车间控制系统 （pcs）等在企业内的应用的不断深化，信息的断层和孤岛也被提上议事日程， 成为信息化集成过程中不易解决的问题，不能及时准确的上传下达，上层计划不 切实际，协调困难；下层没有切实的作业计划指导；中层则忙于救火，管理人员 和操作人员忙于跟踪产品的实时状态，不能有效的控制在制品（wip）状况，而 客户在交货之前无法了解订单的实际执行状况，更不用说预期交货时间，同样客 户也因有同样的问题，准备好的货可能用不上，没准备的货亟待上线。产生这些 问题的主要原因还是决策层的系统和生产过程控制的系统是各自为政，相互分 离，计划与过程控制界限不清，缺乏密切联系。庞大的忙碌管理团队成为一种特 殊的现象。面对这种状况，美国的调查咨询公司 amr（advanced manufacturing research）于 1990 年 11 月首次提出制造执行系统（manufacturing execution system， mes）的概念，把它定位在解决生产执行层的生产管理的信息化问题， 连接高层 erp 企业管理计划系统与底层 pcs 过程控制系统的车间级信息管理系 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 3 统，并用三层企业模型进行阐述如图 1-1 所示。 图 1-1 三层企业集成模型 这个理念一推出，就凸显出它的优越性。因此，mes 在全世界内得到了推 广。mes 尤其在美国和日本得到了很好的研究和应用4。并且 mesa 于 90 年代 两次（1993,1996）对已经实施制造执行系统（mes）的企业进行了问卷调查5， 用于研究制造执行系统给企业带来的效益。调查结果表明：mes 系统的应用给 这些企业带来了巨大的经济效益（见表 1-1）。 表 1-1 mes 在国外企业应用产生的效益 序号序号 项目项目 效益（效益（%） 1 制造周期制造周期 缩短缩短 45 2 数据输入时间数据输入时间 缩短缩短 75 3 半成品数量半成品数量 减少减少 24 4 为交接班而准备的纸面工作量为交接班而准备的纸面工作量 减少减少 61 5 引导时间引导时间 缩短缩短 27 6 因纸面工作和设计蓝图所带来的损失因纸面工作和设计蓝图所带来的损失 减少减少 56 7 产品缺陷产品缺陷 降低降低 18 mesa 于 2004 年又提出里一个新概念，协同制造执行系统（collaborative manufacturing execution systems，c-mes），它是将原有的 mes 系统和优化企 业效率的模块和企业价值链以及其他系统综合能力相结合的集成智能化敏捷制 造系统。为了适应不同行业和企业的需要，提升 mes 应用的效益，mes 还增加 了工艺，设备，生产管理等模块，以增强拓展性，适用性。无论是流程型还是离 散型，还是工艺复杂的企业均能找到一定的切入点。 中国海洋大学硕士研究生论文 4 由于发展和认识的不平衡，mes 的研究应用也不是齐头并进的，存在行业， 地区，国家的不平衡。德国杂志computer and automation于 2004 年 6 月登 载了德国著名市场调查研究机构 trovait 一项调查， 对于德国 670 家企业 mes 应 用情况的调查，结果实令人惊奇的，对于发达国家的，制造业的先进基地，竟有 55%的企业不知道 mes，只有 7%的企业研究应用 mes，由此可知，要想深入了 解 mes，克服这种不平衡，对于发展中的国家来说，是长期的曲折的。所以对 于我国来说 mes 的大量应用和研究还有一段漫长的路要走。 mes 还在不断的发展和推进，不再停留在局限在一个企业或一个地区，而 是站在了全球化的角度上， 协同生产。 主要体现在以 isa95 标准为基础， 好配置， 易变更，使用简便，无客户化代码，具有集成和扩展性，并提供门户功能，界面 更友好。目前，国际上 mes（next-generation mes）技术的发展趋势主要体现 在以下方面6： （1）mes 具有新型体系结构。 其一：mes 基于这种新型体系，这种体系采用流行的友好的客户化界面， 开放式，可以重组，扩展，对于流程型企业还是离散型企业的业务都可以快速的 调整或重组，进行系统的再造和配置。 其二：网络技术的发展对于制造业也产生了巨大的影响，mes 系统结合网 络技术，基于 web 技术，网络数据库，利用 b/s,c/s 等多种方式，实现虚拟制 造，柔性生产，远程管理等现代化的方法构建的新型体系。 （2）集成性能更强。新型 mes 不再是局限在生产车间内的信息化，不仅连 接了基层的生产单元，还延伸到了企业的整个业务流程，把整个企业的物流，价 值流，资金流，质量，设备建立一个统一的企业数据模型，再将其分类，形成可 以开发维护的模块化的新型结构，以达到 mes 软件的可配置性，使每个模块都 是建立在整体之内，又可以独立运行和具有开放的接口。集成起来更方便快捷， 简单易行。mes 模块和设计标准的统一，使得国际上的供应商在 mes 的构架和 信息化接口等方面实现无缝连接，有着良好的兼容性和可扩展性，就像是电脑硬 件一样可以即插即用，数据库可以为不同的客户端或服务端提供数据支持，系统 的升级或者更改都不会受到影响。 （3）实时性和智能化增强。ibm 正在研究和实施他的智慧地球，同样新的 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 5 mes 也在这一方面有了长足发展。mes 不是一个智慧的头脑去联络，收集跟踪 过程数据和状态，mes 的每一个管理单元都具备智能化，是一个智能化的集合， 它通过精确的过程状态跟踪和详实的数据记录等在线数据集合， 能更方便的进行 车间级的计划，调度和管理，通过设备的智能化实现车间生产和管理的自动化 7,8。这样 mes 将获得更精确的过程跟踪记录，更完整的实时数据信息，以便更 加及时准确的作出判断，对于生产的过程控制和管理，以及快速的决策提供更加 有力的数据支持。例如：现在的森精机计算机辅助生产管理（caps），可以利 用网络与终端进行通信，取得远程实时信息，并进行监控和管理。 （4）网络化协同制造。由于资源分布的不均匀或者是地区优势不一样，企 业都在走全球化的战略，协同制造执行系统（c-mes）的概念应运而生，全球化 地协同制造首先要有先进的通讯，再有管理和信息的同步，才能实现精益生产。 协同制造执行系统，在原来 mes 有效运行的基础上扩展企业的价值链，改善企 业扩展性，与企业及供应商的能力集合起来，实现敏捷化和智能化的生产。这正 是全球化战略的基础，实时的信息互联使得协同企业间无差异化的管理，以及统 一的管理协调，达到企业运营的同步，实现企业的产品实现。 （5）mes 标准化（isa-95）。系统的模块化，离不开标准化。isa-95 是国 际仪表学会（isa）于 1997 年开始编制的企业控制系统集成标准，为得是建立企 业级和车间级信息化系统的集成规范。isa 从 2001 年开始发布了模型和术语标 准-对象模型属性标准-制造信息活动模型-操作对象模型标准-b2m（business to manufacturing）事务等，并对其进行了方法，定义，协议，格式等方面的阐述， 部分已被国际标准采用，也为世界主流的软件商所应用（abb，sap，ge， rockwell，honeywell，siemens 等）。 mes 的标准化为软件制作提供了一个规 范化的基础，推动了 mes 的快速发展。也为我国快速跟上国际步伐提供了一个 方向。 我国在这个领域基本上是以钢铁和能源起步的， 比较成功代表是宝信开发的 宝钢项目。理论研究主要集中在国家 863 计划的学校，例如北京航空航天大学， 东南大学，南京航空航天大学等单位。由于起步比较晚，在 mes 的深入研究上 还有很大的局限性。 中国海洋大学硕士研究生论文 6 1.2.2 大规模定制国内外研究现状 大规模定制要从客户需求的多个角度来分析； （1）客户需求获取 大规模定制出发点客户需求， 客户需求的获取首先要本着以客户需求为中心 的原则，并始终保持这个原则。凌劲如等9，龚益鸣等10，郭伟等1112，张和明 等13，孙伟等 14从各个角度和维度进行分析，分别建立了客户需求获取模型以 及方法。王吉军和岳同启等人15 （2003）用四个阶段的客户需求模型（咨询阶 段，购买阶段，使用阶段，回收报废阶段）从客户意向到产品报废全周期的需求 分析。郑华林等16（2003）是围绕着产品的历史数据分析，并结合相关知识，及 网络采集的客户需求调查， 来逆向推理出类似于网络结构的需求分析方法。 shieh 和 yan 等人17（2008）采用图形化的分类方法，更加直观快捷的获得这些信息。 祝凤金18（2008）运用基因和逆向工程的原理，来获得客户的需求。 （2）客户需求聚类 在现在细分的市场环境下，买方市场是以客户为中心，按照客户需求的差异 化，采用相似性的关系，进行分组归类。组内作为一个群体差异很小，组间则差 异逐渐增大。 谭建荣等19（2004）和孙伟等20（2001）提出了模糊聚类技术；王红军等21 （2003）提出了最优化的需求效用值静态的聚类分割划分方法；amir22（2006） 按照客户兴趣形成产品集合，并根据此集合编制产品的目录，形成特定地产品多 样化；苏艳等23（2007）提出了按照产品功能结构，进行产品族的开发，优化快 速设计，并利用大规模定制的方法对客户群体进行分类。 r. j. kuo 等24（2002）提出了新的自组织特征映射和 k 平均算法相结合二 阶聚类的算法，并应用了复杂神经网络原理，对市场作了大量研究，大大提高了 聚类地质量和分类的准确率。 赵威25（2005）通过相对于客户的产品属性的重要度，采用 k-means 算法 进行分类，并根据结果得到聚类中心表，通过分析此表，总结出客户类的需求倾 向。 现在，客户需求群体的划分，主要以细分的市场的客户关系研究，多参照地 理，经济，性别，职业等客观属性来分类。而在大规模定制的模式下，客户需求 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 7 则通过产品族的划分，来反映市场和客户需求的分类，非客观属性的对应。产品 族的设计和开发，是根据产品的相似性和重用性的原理，去对应客户群。因此大 规模定制下的聚类方法，是客户需求反映到产品上客观属性，大规模定制的也是 产品，应用得模式也是在产品上，围绕着产品这个媒介，去聚类客户需求。 （3）客户需求转换 按照上面的研究，客户需求要反映到产品上去，然后生成具有指导意义的 技术指标，再生成设计的原则和规范，这样的一个转化的过程。例如：质量功能 配置（quality function deployment ,qfd）的行业应用实例。 但 qfd 在实际应用中也存在着一定的缺陷问题。kathiravann26 （2008） 、learym27（2007） 、jiangjc28（2007）提出了以客户需求为导向 的产品设计理念，改善了 qfd 应用性能；raharjoh 等29（2006）通过预测 客户的未来需求，提高 qfd 可控性，提高应对能力； cariagai 等30（2007） 通过需求分析和大量的调查，建立用户需求目录，形成客户对产品改进需求； ohtah 等31（2006）和 flingryk 等32（2006）建立模糊数学模型对 qfd 的 需求与生产特征进行语言变量映射和混合线性规划，改善不确定信息，提高通用 性，提高可操作性；李延来等3334（2007）基于客户需求、企业产品改进的意 愿和竞争压力，按照质量功能对顾客需求进行优先级排列，确定客户需求的重要 程度；方辉等35（2009）提出了基于灰色系统理论的需求分析方法，完善了 qfd 的应对不确定性问题的解决方法。 在面向大规模定制产品设计需求转换的过程中，客户群和离散的客户分析， 不能直接应用 qfd 模型。李辉等36（2006）研究了质量功能配置扩展应用到大 规模定制中；王爱民37（2003）按照动态的客户需求，进行 qfd 的动态响应， 这对于大规模定制的产品族规划， 以及质量屋模型的构建和需求关系有一定的借 鉴和指导意义。 作为质量功能配置的核心，质量屋通过直观的矩阵框架，对大规模定制下的 顾客需求和产品特性建立相关性关联。 在建立的过程中， 杜绝主观性和经验主义， 利用市场调研和问卷调查等方法， 获得顾客的实际需求倾向和市场竞争者的优势 及闪光点， 分析其功能或技术上的数据差距， 进行客观的评估。 利用模糊的理论， 结合 qfd，对客户需求和竞争者的关键设计参数进行回归。由于数据的原因， 中国海洋大学硕士研究生论文 8 研究结果在某些情况下是不可靠的38。李延来等（2007）39粗糙度集的方法， 在竞争者之间的数据量不足和成本不确定的情况下，很难进行关联关系确定。 在美国，pine 与 gilmove 创立了 strategic horizon llp，提供大规模定制方 面咨询服务 40。kotler 把看似矛盾的两个概念结合在一起，并对大规模定制进 行了定义，系统阐述并完善和发展了大规模定制的理论41。祁国宁，顾新建，李 仁旺等我国学者，在国家 863 计划和自然科学基金的资助下，进行了大规模定制 有关的理论和应用方面的系统研究，并取得了一定的成果。 从大规模定制的开发设计技术，制造技术，管理技术三大技术角度来看： 在开发设计技术上，切入点是通过产品族的建立，研究产品的结构， bom/cad/pdm，报价和并行技术；在制造技术上，结合成组技术、计算机集成 制造技术、可重组制造单元等。在管理技术上，则是精益生产、协同制造、物流 管理、mrp ii、brp、crm 等运用现代信息化的集成管理模式。 1.3 论文结构论文结构 本课题研究在大规模定制的生产模式下，金属熔炼企业 mes 构建。以比较 复杂的合金熔炼制造 y 企业为案例进行分析，采用案例分析法和比较分析法等 方法进行分析，并对实施进行评价，对此模式下的系统研究进行展望。 第 1 章： “绪论” ，介绍课题的背景和国内外的研究现状，叙述论文的组织结 构和研究方法，并对论文的创新点进行简要的阐述。 第 2 章： “相关理论” ，概述本课题所涉及的相关理论，主要对大规模定制和 制造执行系统（mes）定义进行解释，并对大规模定制下的 mes 概念进一步的 界定，对课题的进一步研究提供方向。 第 3 章： “金属熔炼企业现状分析” ，详细叙述金属熔炼企业的现状，指出存 在的问题，分析得出问题的关键所在，为 mes 的构架做好铺垫。 第 4 章： “大规模定制的 mes 架构” ，解析 mes 的功能模块，对功能模块进 行分类和介绍，并进行定位分析，提出 mes 的框架。 第 5 章： “mes 的实施” ，确立 mes 实施的指导思想和实施阶段，提出 mes 的实施措施。 第 6 章： “案例分析” ，对具有代表性的 y 企业的现状进行描述，并对企业 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 9 大规模定制下的 mes 的应用进行分析和构建。 第 7 章： “结论与启示” ，通过以上论述和案例分析，得出大规模定制下金属 熔炼企业 mes 构建结论，并对此模式下金属熔炼企业进行发展展望，为更进一 步研究提供借鉴的意义。 1.4 论文的研究方法论文的研究方法 本文采用了以下的研究方法： 文献研究法。 通过研究大量的国内外标准体系的专著和现行标准体系相关的 学术资料，全面、正确地掌握大规模定制和执行制造系统的标准体系构建过程的 相关理论。 系统分析法。 运用系统分析法对金属熔炼企业大规模定制和执行制造系统标 准进行分析和剖析， 揭示出现在金属熔炼企业 mc 和 mes 标准结合研究的现状。 实地调研法。通过对部分金属熔炼企业在管理体系的建设方面进行实地调 研，分析现有标准体系的现状，并对调查搜集到的组织机构、标准和标准体系等 资料进行比较、归纳，为新标准体系在实践中的应用提供依据。 案例分析法。运用个案分析法，进一步验证大规模定制和制造执行系统体系 框架在金属熔炼企业中运用的可行性， 并提出大规模定制和制造执行系统体系框 架构建与实施相关的对策和建议。本文选择 y 企业作为案例进行研究分析。 1.5 论文的创新点论文的创新点 在中国作为一个钢产量占 47%的钢铁大国， 逐步迈向钢铁强国的进步中， 及 钢铁行业如火如荼进行信息化改造这个大背景下，从钢种的角度说，如果说从铁 矿石到炼钢作为第一步的话，而由钢到合金钢就应该是第二步，而金属熔炼企业 就开始在第二步上，附加值是这个行业的卖点，而附加值是企业的经营模式，管 理水平和技术水平等价值链的综合体，本课题的创新点： （1） 在大规模定制的下， 采用 mes 的链接将三层企业集成模型结构紧密结 合，以计划流程为主线，通过大规模定制的模块化，专业化，并行等手段，实现 金属熔炼的结构，流程优化组合。 中国海洋大学硕士研究生论文 10 （2）在两个层面上的管理成果的结合，以大规模定制的战略战术，结合 mes 的手段，通过布局、流程的改进，预测分析、钢种的归并、工序的模块化 等实现物流、资金流，信息流三流合一，上下畅通。 （3）通过金属熔炼行业比较复杂的 y 企业，进行大规模定制下的 mes 构 建，对此模式进行了研究，为管理的推进提供了借鉴。 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 11 2 相关理论 2 相关理论 2.1 大规模定制理论大规模定制理论 2.1.1 大规定制的定义 大规模定制最早提出这一全新的生产方式设想的是 1970 年美国未来学家 阿尔文托夫（alvin toffler） ，他在未来的冲击 （future shock）一书中写道： 以标准化和大规模生产相似的时间和成本，给客户提供特定需求的产品和服务。 大规模定制（mass customization，mc）则是 1987 年斯坦达维斯（start davis） 在未来的完美生产方式 （ future perfect）一书中首次使用的。1993 年 b约 瑟夫派恩（bjoseph pineii）在大规模定制：企业竞争的新前沿一书中对 大规模定制的核心和优点进行了阐述：大规模定制提供了战略优势和经济价值， 并在不增加成本的前提下，提供多样化和定制化的产品。 复旦大学龚国华以为： 大规模定制是指为客户需求或是单件小批量多品种的 市场，以大规模生产的成本及速度，定制加工制造任意多数量的产品，为了满足 适应消费者个性化的需求，提升企业竞争力发展的一种全新的生产经营模式42。 祁国宁教授认为，大规模定制是以大规模生产成本，质量和效率等优势提供 个性化的定制产品和服务的一种生产模式。 他得益于企业标准的技术和模块化的 设计方法， 以及信息和网络技术， 以产品族的思想， 利用产品的通用性和相似性， 标准化模块化，组合出个性化的产品。大规模是零部件和过程的大规模，定制是 最终产品的外部或功能多样化， 给客户一种可感知的个性化。 从而实现了低成本， 高效率，高质量。大规模定制是一个系统的思想，他集成并优化了环境，企业， 供应商，客户，员工等资源 43。 lau 等认为大规模定制是生产系统的模块化，组织结构的扁平化，运用动态 的系统网络，快速将资源集成和组合，实现产品和服务的个性化。同时对于传统 的组织构架及职能，客户关系（crm），信息的使用和管理，员工的价值理念 等提出了挑战 44。 hart 和 taylor 认为大规模定制要可以与大规模生产的成本和质量媲美，是 中国海洋大学硕士研究生论文 12 一个柔性的过程和组织构架，来实现个性化的产品和服务 45。 duray 等认为大规模定制是定制生产和大批量生产的融合体， 以大批量和低 成本提供给客户个性化的产品 46。 tseng 认为大规模定制是利用设备，生产计划，产品设计的通用性，进行合 理化的协调和集成，减小生产系统的复杂性，借助大批量生产的效率和成本，运 用运营管理的革新，来应对产品品种的增加，批量的减少，订单的不确定性，满 足客户个性化的产品需求 47。 jeff 认为大规模定制是指根据顾客的个性化的需求和兴趣来对产品的外部 特征的变化，而批量生产该产品的内部结构，来满足顾客48。 清华大学的陈国权教授认为：大规模定制是一种新的生产方式；这种生产 方式将在规模效益和满足顾客个性化两种要求上寻求平衡点。 它指既具有大规模 生产的高效率、 低成本， 又能够象单件生产那样满足单个顾客需求的生产方式49。 silveira 等人认为大规模定制的生产理念是以高产量且合理的价格来提供顾 客定制化的产品和服务50。 综上所述， 大规模定制就是通过管理的革新， 运用先进的技术， 对产品设计， 结构和制造过程进行模块化的改造，集成和快速组合，把产品的小批量，多样化 转化为零部件和结构的大批量，来享用大规模生产的成本，效率和质量，满足个 性化的客户需求。大规模定制的内涵和特征： （1）以客户为先。就是以客户的需求为导向，改推式为拉式，用市场拉动 生产。从客户开始，客户多样性和个性化的需求组成的一个个带有时间维度的小 集合，组成了细分的市场，细分的市场给设计，生产，经营等提出了一个个新的 要求，对企业产生直接的影响。再从企业开始，以大规模定制的模式，快速的计 划，设计，组合实现产品，把成本，效率，质量，服务融合到产品里去，到市场， 再到最终客户。在这一个循环链上客户需求是主导，引导企业的生产经营。 （2）以技术为辅。以信息技术，柔性制造技术，敏捷制造技术为支持。大 规模定制是快速反应，快速处理，协同制造，快速组合生产出合理的成本，严格 的质量，合理的工期的产品。这里就体现了现代信息技术，柔性制造和敏捷制造 技术的优势。而最终的产品往往包含了许多不同流水线或者供应商的产品，独角 戏是不能完成最终产品的，因此协同制造也是关键环节，而其中信息通信则是关 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 13 键，遇到信息技术的现代化问题就迎刃而解了。敏捷制制造结合柔性单元，实现 了组织的扁平化和生产的快捷。 （3）以设计为根。没有快速的设计和产品的模块化设计，以及零部件的标 准化设计，大规模定制是不可能实现的，将客户需求分解成若干具有共性或者通 用性的部分，对流程或工序的合并或者分解组合，各个单个设计要素就成为大规 模定制的切入点，因而这是实现大规模定制的关键和基础。 （4）以竞争为策。竞争的环境推动着快速的创新，对于企业来说不是仅仅 去应对竞争，而且还要创造竞争的氛围。把竞争机制引入到供应商管理中，把供 应商作为企业的一个不可或缺的部门或者是车间来管理，即是战略合作，又是竞 争合作，促进了标准化的实现和对接，同时对于降低成本和提高质量起到了推动 作用。在这种供应链关系中，即是参与者，又是受益者，还可以对供应商进行有 效的监督和考核，同时促进了企业的发展，并且更具活力，是一种双赢的局面。 也就更加适合大规模定制的推进和深化。 总而言之，大规模定制把客户的个性化进行了共性化的提炼和升华，综合个 性化中的共性，通过大规模生产来实现大规模定制。对于客户关系，技术，设计 理念， 市场策略都是一个新的提升和进步， 这种模式所带来的益处是显而易见的， 也为越来越多的企业认可和推行。 2.1.2 大规模定制的分类 依据客户需求以及市场的不同，需要不同类型的定制模式与之匹配，大致将 其分为四种可以独立，也可以组合定制方式： （1）协同定制，强调的是客户参与的定制。通过企业与客户之间的价值信 息的互动，客户的价值认同和企业的沟通和实现，以及价值信息的传递，无论企 业还是客户都提升了一个层次。大规模定制则是其解决问题的最佳方案之一。客 户作为主导的一方，也是拉式市场施力方，企业则是受力方，力的相互作用也就 是达到了协同的过程。这种协同，给企业带来的是库存减少，在制品减少，减少 流程，不论是资金密集型的还是人员密集型的企业，都带来了福音，尤其对于终 端客户，越是要求复杂的，对于解决方式来讲，协同越是有利于需求的满足。例 如：金属熔炼企业的一个产品例子，浮法玻璃生产线的辊道是按照温度梯度来分 中国海洋大学硕士研究生论文 14 布的，辊道的材质也根据耐热温度区间来决定，但生产线的生产能力不同，辊道 的大小也不尽相同，为了实现大规模定制，通过协同定制，企业可以对基材钢锭 进行一定的准备，或者根据区间相对的材料用量进行准备，达到快速响应。 （2）装饰定制就是已经满足客户的基本的功能属性，再根据客户的特殊需 求（形态，美观角度） ，可以改变产品的外部形态或者表面包装和装饰的定制。 例如：手机的外壳提供多种方案；辊类产品包装根据直径和长度系列定制包装模 具等等。 （3）调整定制也称适应定制，企业提供产品具有本身的可扩展性和集成性， 客户可以根据自己的需求进行调配和修改， 充分发挥以集成在产品内部的模块作 用，达到顾客的满意。如：为了提高产品的抗蠕变性能，企业提前准备好此材料 的基材，既可以用于普通材料制作的材料，又可以在需要时添加上关键成分就可 以达到客户的物理或化学性能。 （4）预测定制也称透明定制，在一定的数据基础之上，通过数据统计分析， 还有行业走向，深入了解客户的需求，对于基础模块进行预准备，或者是提供顾 客预期或超预期的产品和服务，来满足客户。如：根据多年来的数据统计分析， 和产品使用寿命档案，可以提前提醒客户准备备件，即提高了服务，又可以和其 他合同一起制作，实现成本节约。 2.2 mes 定义定义 mes（manufacturing execution system）是美国管理界咨询调查公司 amr（advanced manufacturing research）在 90 年代提出的新概念。amr 在 对企业调查时发现，许多企业采用高端使用 mrpii /erp 生产管理系统，过程和 操作自动化则采用 scada 和 hmi（human machine interface）的监控软件等软 件集群来打造生产管理系统。mes 是以控制和协调为长，利用了现代化的信息 技术，实现了计划准确，执行彻底的优点。 mesa 国际联合会对 mes 做了如下定义：mes 通过双向信息传递的方式， 完成了订单生产的整个周期，并对产品的生产过程进行实时的优化管理。对于企 业的过程事件实时传递，快速做出反应，并利用其准确及时的数据进行协调和处 理。这种快速响应，减少了企业内部没有附加值的活动，并有效的指导企业生产 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 15 运作过程的流畅，从而降低了成本，改善了供应链，提高了效率和回报率。mes 直接的通讯协调还是组织扁平化， 及时准确的将关键任务和协调信息准确及时地 送达到需要的供应链节点上。 amr（advanced manufacturing research）给出的定义是：mes 将信息技 术合理的运用于改善制造过程。 是介于企业计划层的资源计划系统和过程控制层 的工业控制系统之间的信息化系统，它是执行制造系统，调配实时的生产过程的 所有资源，包括人，机，料以及客户需求的数据和信息。 美国的国家标准研究所 nist（national institute of standard and technology） 给出的定义：mes 通过收集、分析软硬件数据和状态信息，优化从企业接受订 单到实现客户需求的产品的整个过程，实现制造执行管理的信息化 8。 2.3 大规模定制下大规模定制下 mes 概念的界定概念的界定 大规模定制的遵循的原理：相似原理、重用原理、全局原理。正是因为在这 样的原则下，要求设计的产品更具有符合客户需求的外部多样性或者是个性化， 对于企业内部则是更广泛的通用性，无论是生产过程还是工艺工序，还是产品的 模块化，部件的标准化，形成产品族系，减少产品的生产周期，降低成本，提高 效率，更能紧跟市场步伐。大规模定制的三大技术：面向大规模定制的开发设计 技术、面向大规模定制的制造技术、面向大规模定制的管理技术。为实现大规模 定制，企业需要具备三方面的能力：启发式配置能力、柔性制造能力和后勤服务 能力。 启发配置能力依赖于产品的开发设计技术等制造能力对底层的制造技术和 系统提出较高的要求，管理服务能力需要管理技术的支撑。 启发配置能力体现的是顾客定制需求的获取能力。 但客户的需求并不是所有 时候都能明确的提出来，大部分还是需要对客户进行启发，发觉他的需求，或者 进行引导，明确他的需求。前面说的客户为先，其启发配置能力更是其关键。通 过沟通和调查， 分析获得的信息。 通过需求的转化， 成为产品， 经过设计的转化， 分解，标准化等形成定制产品的模块化部件，通过信息化的传递，结合柔性的制 造能力，配置达到定制需求的多维度需求。后勤服务能力则是围绕着定制产品的 交货响应时间，产品质量，成本，物流配送等的管理能力，包括供应链管理，协 同制造，生产执行。这些组成了大规模定制的流程链。 中国海洋大学硕士研究生论文 16 大规模定制下的需求管理主要包含需求预测、可用性检查、需求预留以及一 套有效的需求管理机制。需求预测是对将来段时期的市场需求进行预测，用来制 定生产计划，指导备货生产环节。可用性检查和需求预留发生在销售阶段，用于 检查和保证订单的可行性，并保证供需信息的透明和致性。在大规模定制生产环 境下，用于客户需求呈现出多样化和个性化的特征，因此需要种有效的需求管理 机制控制供需之间的关系，保证生产的平稳和高效率，同时保证供需一致和供需 平衡。 有客户，有订单，要实现多品种，小批量的“供” ，就需要一个柔性的，执 行性强，反馈精确迅速的系统为其服务。中国作为制造业大国，制造没问题，在 现在的企业管理里，mes 是首选。 在大规模定制的要求下，mes 要满足其重用性和全局性，利用现代 mes 的 模块化应用组件技术和集成化的特点，实现大规模定制下的 mes 的上下信息的 集成和沟通，运用网络化，实现同步性。既满足大规模定制的战略思想，又实现 了多品种，小批量，精确的车间执行和数据收集，模块的组合配置，最终实现产 品的多样化。 基于大规模定制的金属熔炼企业 mes 构建研究 17 3 金属熔炼企业现状分析 3 金属熔炼企业现状分析 3.1 现状描述现状描述 近几年，汽车，船舶，建材，油田，电站等大力发展，市场前景良好，中国 作为世界的制造业基地，也给了金属熔炼企业一个广阔的发展空间，机遇总是为 有准备头脑的企业准备的， 在竞争面前， 核心竞争力是决定企业生死存亡的关键， 而金属熔炼企业同样面临这样的问题，并且还有它自己行业本身的优势和不足。 金属熔炼企业工艺工序比较复杂，需要工艺过程的时间间隔和连续性，设备 运用上要做到物尽其用才能降低成本，既有连续性的特点，又有离散型的特点， 工艺流程比较长，管理难度比较大。再加上小批量多品种的订单需求，给计划管 理和生产协调提出了挑战，解决生产过程的优化组合，实现柔性生产是当前行业 面临的重要课题； 金属熔炼企业的高效运转不仅要考虑信息流和物料流，还必须考虑能源。其 提高企业效益和社会效益。就是控制好物料的选配和能量的利用效率，是提高生 产率和降低成本的关键之一，同时环境的保护也是重要的指标，做好清洁生产也 利于企业的发展； 根据行业的特征金属熔炼企业生产计划和调度的优化程度， 主要是靠信息化 的水平，来建立和完善历史数据的分析和实时数据的准确传递，减少中间环节， 减少文书转换工作，缩短反应时间，保质保量的完成生产任务； 金属熔炼企业采用成分配方和物料需求清单（bom）进行物料需求计划， 成分配方的精确度以及微量元素的投放，不仅代表了生产的水平，还体现了研发 的水平，他还代表了成本组成，以及成本的多种构成的优化；物料需求计划不仅 体现的是计划的分配，也是企业利用社会资源的能力和综合的盈利能力； 在金属熔炼企业的生产成本中占的比例最大的是原材料。 通过对原材料的管 理，包括运转过程中的下脚料纯净和快速回炉，是降低成本的关键方法之一。对 于金属熔炼行业来讲，原材料成本占产品总成本的 70%80%，而人工费用约占 2%5%，此外固定资产的投资在起步阶段比重也比较大，大部分属于资金密集 中国海洋大学硕士研究生论文 18 型的。 3.2 现在存在的问题现在存在的问题 根据以上的分析，发现金属熔炼企业生产管理现状存在许多问题： （1）市场的不确定造成计划的不确定。 由于市场的不确定性，企业经常出现大量临时性小批量的订单，使得中长期 的生产计划无法准确的确定，经常临时性的调整日作业计划，会对生产秩序造成 很大的影响，造成生产状态的失调，在制品（wip）增多，半品库存上升，资金 压力增大，给原材料准备和设备调配等方面造成困难，有时还会因市场波动而错 过很好的生产和材料采购时机，是企业不能按照原计划有序的生产，造成管理的 难度增大，成本上升。 （2）缺少全局性的生产掌控。 按照一般规律，总厂要根据了解的各个分厂的实际生产状况和实际能力，按 月给各级分厂及外协部门下达生产总量和各个合同生产量的计划； 而分厂及时上 报生产的进度状况，总厂根据订单情况和进度情况予以调配。实际过程中是总厂 下达的任务， 没有明确针对某个产品进行生产进度管理， 只是粗放型的下达任务， 造成任务安排的不协调，只能通过增加劳动时间来保证