企业生产流程的优化运营应用

作者:Norbert Kuschnerus博士 发布时间:2013-03-07

最佳的优化是对优化运营的最好评价。实现优化运营的前提条件是最大程度地发挥流程设备的作用。本文介绍了MES制造执行系统和供应链的优化,就流程设备的利用率问题展开讨论。在批次性生产的流程工业企业中,也就是在间歇性生产的流程工业企业中,其在保持设备利用率方面支付的费用比连续性生产的流程工业企业要高出1/3。在这类企业中,MES制造执行系统可以更好地发挥作用。

实现优化运营(Operational Excellence)的前提条件是最大程度地发挥流程设备的作用。当所有的生产流程:产品生产和原材料的物流管理在理论上都达到了最佳优化状态时,竞争能力必定提高。而这里所指的理论优化的关键在于:通过建模、模型化和连续不断地对流程工艺过程进行优化,使建立的模型达到实际可操作的程度。

到目前为止,适用于批量生产和批次生产的流程优化方法仅在连续生产的流程工艺设备中发挥了成效,因为这些流程生产设备在竞争的压力下有着极强的降低生产能源和原材料费用的需求。在按照合同批次进行生产的流程设备中,流程设备的利用率的影响作用更为重要。因此,在按照批次进行生产的流程设备中,MES生产制造执行系统在提高流程工业企业竞争力方面发挥着重要的作用。它包含有文件记录的编辑功能,集成了生产流程优化的操作界面,因此在功能方面明显地优于一般的生产计划管理系统。但是,它以生产计划系统的资料为基础。

在2000年,拜耳技术服务公司(BTS)已经安装使用了一套最复杂的MES生产制造执行系统。使用这一系统的目的在于:将高灵活性的流程生产模块组建成一条生产线,在尽可能短的时间内投入生产。可用于构成这一流程生产线的设备模块共约200余种,最多可利用其中的40个模块构成一条生产线。与这种灵活性相对应的是企业资源管理系统ERP和流程生产控制系统,它们与MES制造执行系统结合起来才能真正实现流程设备的产品生产。MES制造执行系统的任务是:明确生产计划的执行顺序,按照用户合同、产品配方和生产批次自动归类,将生产指令和自动编制与流程生产过程有关的各种文件、资料,并按生产批次确定条码编号,最终确定各批次产品生产所需的流程设备模块,组成生产线。这样的流程工艺生产就是MES制造执行系统支持下的“最佳优化”了。

拜耳的最佳优化过程

与MES制造执行系统类似,在物流领域中也有物流执行系统(LES)。而拜耳技术服务公司今天使用的MES/LES系统则在最佳优化方面又更进了一步:在模块式流程设备的构成和减少库存方面都发挥了很好的作用,也就是说:流动资金是其关注的重点。而实现这一目的只有将MES制造执行系统、LES物流执行系统和计划管理系统集成在一起的时候,才有可能实现。基于这一理论,拜耳技术服务公司集中全力将生产计划管理、批次生产领域和物流领域整合在了一起。

他们已经实现的第一步是将对流程工艺生产能力和物流能力有着重要影响的原材料流和信息流最佳地整合在一起。为支持流程生产计划管理,他们采用了与ERP类似的模块,以便将输入到ERP系统中的生产合同最合理地分配给各个流程工艺生产设备,确保最高的生产效率。这里的最佳优化指的是:除了流程设备模块配置组合的最佳优化以外,适时地利用优化软件工具实现库存状况优化,即库存物资数量的优化、生产批次大小的优化、流程设备调整费用的优化以及设备利用率的优化。

这样的优化过程通常是每天进行一次的。其结果是:最佳的产品生产计划和实际的生产利润。在一个复杂的两级生产任务中(如图2),拜耳技术服务公司不仅能在第一级生产过程中利用自行研发、具有创新程序的计划管理软件进行生产计划管理,同时也可以将其应用于第二级生产过程中,使计划管理的能力从过去的两周延长到了四周,完成合同的执行能力大大提高。使用前,每天无法完成的合同数量平均为30个,而现在减少到每天3个。

供应链的优化

面对如此复杂的生产计划,就必须要考虑供应链优化的问题了。因为这一项目涉及到了库存原材料的优化、产品转换时批次批量的优化、原材料的储备优化和多种多样需要考虑的优化因素。拜耳技术服务公司针对这些优化问题决定采用下列物资存储方式:周转库存;弥补销售旺季时的原材料战略储备;用于缓解订货不稳定因素、生产不稳定因素等影响的安全储备和生产批次优化后的批量生产库存量。拜耳技术服务公司利用各种方法和自行研发设计的工具对上述四种库存方式通过模拟进行优化。其中的一些关键目的被设定为市场服务的绩效指标(KPI)。

另外,优化运营也同样属于传统的物流管理优化工具,是库存和生产优化的重要管理工具。它在全球范围内帮助人们实现物流的优化,可得到更加可靠的需求计划,制定出粗略的生产计划。此时,通常使用的是能够与用户方连接的、高效的、在全球范围内通用的标准软件。

对资产管理的理解

至此,我们还没有涉及优化运作中的一个重要概念:流程设备的资产管理。德国NAMUR化工测量与调节技术标准化委员会对流程工业企业中资产管理的定义理解为:识别、监控流程设备使用装置的工况,获得比现场检测仪器更多的流程设备状态信息。而在这一领域中,所有的软件系统供应商都还处于起步阶段。正如其他NAMUR成员企业一样,拜耳技术服务公司对这一系统究竟是什么样子有着自己的理解与描述。在这一领域中,正式产品投放市场还需要一段时间,目前正在使用中的是PUMA系统,一种能够推动优化运营的流程单元监控和报警系统。

小结

对于优化运营有决定意义的是:可供使用的流程生产过程的全部信息,包括物流管理的信息以及对流程生产工艺过程进行的控制和调节。其中的难点在于:确定真正有效的KPI绩效指数,即定义影响流程工业企业竞争力的真正因素,有效地将流程工艺模块组合起来,形成有生产力的生产线,将竞争力的可能性变为现实。在进行这一领域的工作时,一支拥有丰富经验、培训有素的工程技术人员队伍、一支来自流程工艺技术、物流管理领域和信息管理领域的专家队伍,将能够给予有效的帮助和支持。没有这样的专业队伍,将无法实现真正的优化运营,达不到预期的目的。

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