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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。 图 1 MES 的功能定位 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。 图 2 “推动”式生产与“拉动”式生产 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，见图 3。 图 3 生产提前期的时间构成 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。 在 MRPⅡ/ERP 系统中，常见的生产调度方法为：①平行顺序作业；②加工单分批；③工序分解。平行顺序作业是指物料在上道工序加工一部分后，马上传送到下道工序进行加工， 而不必等待所有物料加工完。通过采用工序重叠和并行操作，平行顺序作业实现了缩短生产 提前期的目的。加工单分批是指把原来由一张加工单加工的数量分解成几张加工单，并在几 组工作中心上同时作业，以缩短生产提前期。工序分解是指将一个操作时间较长的工序分解 成几个子工序，并在几组工作中心上交叉作业，以缩短生产周期。MES 继承并沿用了这些方法。 准时化生产详细分析了加工前等待与加工后等待。加工前等待是指当批量生产的零件整批到达某工序时，由于上一批生产尚未结束，而不得不等候在