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汽车行业MES系统

1.项目背景1

1.1.汽车行业发展概况1

1.2.汽车行业生产特点2

1.3.精益生产3

1.3.1.精益生产最终目的是通过降低成本产生效益3

1.3.2.消除制造过剩的浪费,降低成本4

1.3.3.数量管理,质量保证和尊重人性5

1.3.4.准时生产和自动化6

1.3.5.少人化和创新方法6

1.4.汽车行业对信息系统的要求7

2.整车厂MES8

2.1.什么是MES9

2.2.MES与其它信息系统的关系10

2.3.MES系统功能模型11

2.3.1.生产控制系统(ALC)11

2.3.2.厂内物流系统14

2.3.3.质量管理系统16

2.3.4.车间生产辅助系统20

2.4.MES的必要性24

2.5.MES实施要点24

3.案例介绍–广汽MES系统项目26

4.北汽MES可行性分析29

1.项目背景

1.1.汽车行业发展概况

汽车工业是一个高投入,高产出,集群式发展的产业部门。

汽车自身的投资,生产,研发,供应,销售,维修;前序的原材料,零部件,技术装备,物流;后序的油料,服务,信贷,咨询,保险,直至基础设施建设,汽车旅游,汽车旅馆,汽车影院,汽车餐厅甚至各种汽车体育比赛等构成了一个无比的长链条和大规模的产业体系。

汽车工业可以带动的行业和产业之宽,能包容和吸收的各种新技术,新材料,新工艺,新设备之广,可形成的生产规模,市场规模之大,可创造的产值,税收和就业岗位之多,对国民经济拉动之大,之持久,都是其他产业难以比拟的。

除了经济上的重要性之外,众所周之,汽车工业也历来是企业的管理思想,尤其是制造业生产方式创新和变革的源泉,对整个工业发展起着决定性的影响。

无论是20世纪初的亨利福特和阿尔费雷德斯隆创造的基于单一产品原则和流水线生产制度的大量生产方式,还是20世纪60~70年代丰田英二和大野耐一开创的体现日本式职业道德的精益生产,乃至美国三大汽车企业近年来掀起的电子商务热潮,无一不凭借了汽车产业的巨大规模,汽车产品的复杂性,汽车工业与社会经济部门的多层次广泛联系,推动了全世界制造业生产方式的变革。

在这一过程中,IT技术作为企业运营管理的支持工具,为制造业生产方式的革命提供技术支持,成为企业家手里的战略武器。

从某种意义上说,IT技术的发展在很大程度上为生产方式所影响。

回顾汽车工业发展的历史将不可避免地成为对制造业发展的探讨,这是因为以三个转型为里程碑划分制造业四个阶段的方式已经成为一种被人们广泛接受的范式。

从汽车工业诞生时期的单件生产方式,到第一次转型(大量市场,市场无限,对量的需求巨大),第二次转型(修正的大量生产方式,市场巨大,渴求产品多样化),第三次转型(弹性大量生产方式的兴起,精益生产,市场细小,渴求不懂类型的汽车),“汽车工业……已经两度改变了我们对如何造物的基本概念。

而如何造物的涵义不仅仅是指我们怎样工作,还包括我们买什么东西,如何思考问题以及我们的生活方式”。

1.2.汽车行业生产特点

汽车工业是一个影响极大的产业。

以汽车工业为先导,按照投入产出的关联关系,形成一系列的产业群。

从生产的角度看,汽车基本上是一个·装配产品,它由大量的(1~2万件),各式各样的零件组装起来。

在零部件超过万件以上的产品中,汽车是唯一的有千万辆以上的年销售量的产品;反过来说,在年销售量达到千万件以上的商品中,只有汽车是由上万种零部件组成的。

对于一家整车厂来说,一辆汽车的零部件可以分成三大项,即车身,发动机与变速箱以及其它零部件,如图所示一个汽车生产体系示意图。

尽管由不同的汽车厂生产的汽车,其自制的零部件比例互不相同,但无疑是整车装配和零部件生产之间的关系最为紧密。

除了零部件生产,汽车工业还向上拉动了一大批工业部门,如机床,钢铁,合成材料,轮胎制造等行业(汽车厂商每年要消耗全球橡胶产量的一半,全球玻璃产量的四分之一和全球钢产量的15%),向下则拉动了从汽车销售,消费信贷到汽车维修乃至汽车餐馆,旅馆等服务业的发展。

很明显,汽车工业自身的生产方式必将影响到这些相关产业的生产和服务方式。

在一些发达国家,汽车工业的产值约占国民经济总产值的8%,占机械工业产值的30%,其实力足以左右整个国民经济的动向。

因此,世界各个发达国家无一例外的吧汽车工业作为国民经济的支柱产业。

无怪乎1945年,著名的已故管理专家德鲁克在研究通用汽车时,把汽车工业称之为“工业中的工业”。

 

1.3.精益生产

精益生产是以丰田为代表的汽车公司所提出并推广的,并在石油危机后为各大汽车厂所接受的一种生产体系。

也被称作丰田生产方式(TPS)。

该方式的主要目的是通过改善活动消除引藏在企业中的种种浪费现象,从而降低成本,提高效益。

正是在低速增长时代,TPS以独特的方法谋求降低成本,并由此提高了效益。

这是一种彻底消除浪费和劳动力浪费的方法。

称它是一种新的革命性的生产方式,恐怕也不会言过其实。

这种生产方式,是继泰勒生产方式(科学管理法)和福特生产方式(大量装配线)之后诞生的生产方式。

1.3.1.精益生产最终目的是通过降低成本产生效益

TPS是生产产品的合理方法。

这里所说的合理,意味着它对整个公司产生效益这个最终目的来说是行之有效的方法。

为了实现这个最终目的,丰田生产方式将降低成本作为基本的第一位的目标。

降低成本的目标,换句话说,也可以称之为提高生产率的目标。

为了实现这个基本目标,应该彻底消除生产中的浪费现象(过剩的库存和过剩的人员等)。

这里所说的成本概念是非常广泛的。

如果从本质上说,它指的是为了实现利润应从销售额中扣除的过去,现在,将来所有现金支出。

通常所说的“原值”就是成本。

所以TPS中所说的成本,不仅仅是制造成本,而且还包括销售费用,一般管理费用以及财务费用。

1.3.2.消除制造过剩的浪费,降低成本

精益生产主要着眼于消除浪费,降低成本。

下面,按图对此加以说明。

制造现场的浪费,第一个层次是过剩的生产能力的存在。

例如:

Ø过多的人员

Ø过剩的设备

Ø过剩的库存

人员也好,设备也好,材料也好,若是超过必要的限度,只能会提高成本。

例如,过多的人员,会发生不必要的劳务费;过剩的设备,会发生不必要的折旧费;过剩的库存,会发生不必要的利息支出。

进而,由于这些浪费的缘故,会产生第二层次的浪费,特别是在工序人员过多的情况下,每个生产循环中本来就经常或多或少的出现空闲时间(等待时间),而为了避免等待就产出了多余的产品。

这就产生了第二层次的浪费—制造过剩的浪费。

在丰田汽车公司,制造过剩的浪费,在几种浪费中被视为最大的浪费。

所谓制造过剩的浪费,就是在制造现场的工作进展过度,在本来必须等待的时间里,做了“多余”的工作,结果在生产线后面和中间堆积了多余的库存。

这就是第三层次的浪费—过剩库存的浪费。

如果发生搬运,重新摆放这些库存的作业(实际上是搬运浪费),制造过剩的浪费就会愈加难以发现。

实际上,正是由于存在产品过剩,才反过来需要过多的人员。

如果存在过剩库存,就会产生一下第四层次的浪费:

Ø如果库存在现场容纳不下,就要建设仓库。

Ø雇用将库存搬运到仓库的搬运工(搬运浪费)

Ø给搬运工没人买一台叉车

Ø为了防止产品在库房锈蚀和管理库存,就必须增加人员。

Ø需要清除锈蚀和修复损伤产品的人员

Ø为了随时掌握多种库存的数量,管理部门需要相当数量的工时

Ø需要使用计算机管理库存的人员。

所有这些第一层次,第二层次,第三层次以及第四层次的浪费,都会增加直接材料费,直接劳务费,间接劳务费,折旧费,一般管理费,从而增大成本。

于是,消减第一层次浪费的重点—过多的人员是最重要的。

因此,首先要解决让作业人员的“等待时间”变的不管是谁都能清楚的看到的问题。

如果过多的人员的浪费作为等待的浪费都能清楚的显现出来,此后作业的重新分配,减少冗员就成为可能。

这就意味着消减劳务费用,进而降低第二层次,第三层次,第四层次的浪费产生的追加成本。

正如以上所看到的那样,抑制制造过剩是极其重要的。

因此,全部工序与销售产品的速度同步地制造产品就成为了精益生产作为生产管理专门知识的中心课题。

这项专门知识就是TPS的结构。

1.3.3.数量管理,质量保证和尊重人性

虽然降低成本是精益生产方式的重要基本目标,但是为了实现这个基本目标,还必须同时实现其次要目标。

所说的次要目标是如下三个:

Ø能够适应数量,种类两方面每天及每月需求变化的数量管理

Ø各工序只向后工序供应合格品的质量保证

Ø为了实现降低成本的目标,在利用人力资源的范围内,必须同时重视对人性的尊重。

这里应该强调的一点是,这三个次要目标不能各自独立存在,而且各个次要目标如果不能影响其他次要目标以及降低成本的基本目标(主要目标)的话,也是不可能实现的。

次要目标不实现,主要目标就不能实现;主要目标不实现,次要目标也不能实现,这就是精益生产的特殊性质。

这些目标,都是该生产方式的产物。

也就是说,精益生产把提高效率(降低成本)作为最终目的和指导性的概念抓住不放,并着眼于各项目标的实现。

1.3.4.准时生产和自动化

物品(不停滞地)连续流动,或者对市场上数量和种类两方面需求变化的弹性适应,要通过两个重要的概念的实现来实现,这就是准时生产和自动化。

这两个概念应该称为精益生产方式的两大支柱。

所谓准时生产,基本上意味着将必须的产品,在必须的时间,只生产必须的数量。

所谓自动化,概括的讲,可以解释为自动监视和管理不正常情况的手段。

自动化,就是防止不合格品从前工序流入后工序,不使后工序造成混乱,并以次保证准时生产。

1.3.5.少人化和创新方法

同样,作为精益生产的重要概念,有对应需求变化是作业人员呈弹性变化的少人化和通过作业人员的合理化建议推进改善活动的创新方法。

为了实现这四个概念,TPS采取以下8项方式和手段:

1)保证准时生产的“看板方式”

2)为了适应需求变化的“均衡生产方式”

3)为了缩短生产过程时间内的“作业标准时间的缩短”

4)为了实现生产线同步化的“作业标准化”

5)为了弹性增减各生产线作业人员人数的“设备布局”和“多能工”

6)为了消减作业人员,提高作业人员士气,通过小团队进行的“改善活动和合理化建议制度”

7)为了实现自动化概念的“目视化管理方式”

8)为了推进全公司质量管理等管理的“职能管理方式”

1.4.汽车行业对信息系统的要求

汽车工业历来是各种IT技术诞生和走向成熟的试验场。

目前,在汽车工业里已经广泛应用了计算机辅助造型(CAS),计算机辅助设计(CAD),计算机辅助工程分析(CAE),计算机辅助制造(CAM),计算机辅助试验(CAT),制造执行系统(MES),虚拟现实(VR)等代表先进制造的IT技术,并且互联网,企业资源计划(ERP),供应链管理(SCM),客户关系管理(CRM),经销商管理系统(DMS),企业门户(EP),产品数据管理(PDM),制造流程管理(MPM),电子化采购(e-Procurement),企业系统集成(EAI),企业数据仓库(EDW)等代表先进管理理念的IT技术也纷纷在汽车行业的到成熟的应用。

为了应对持续的成本压力和日益激烈的竞争,整车厂和供应商都在系统的重新评价供应链上的关键业务流程,针对计划,采购,生产和交付等各个领域作出相应的对策。

综合了多种IT技术的电子商务已成为应对上述压力和挑战的重要武器,在汽车行业里得到了普遍的应用。

在采购领域,由于整车厂纷纷按照价值链原理对自身的制造供应链进行重组,将大量的非核心业务剥离和外包,结果是把越来越多的零部件制造和装配责任推给了独立的第一层供应商,并且提高了对所有供应商在服务和响应时间上的要求,迫使供应商必须做到能够快速响应来自整车厂的需求预测和生产计划的变化。

由于整车厂里传统的零部件库存从工厂转移到了供应商,成功的零部件供应商既需要给整车厂提供像以往厂内库存供货的便利,又要能够避免库存供货带来的高额成本,没有IT系统的支持是难以想象的。

在生产领域,汽车的生产环节总是处于两股相互矛盾的力量当中;一方面,需要充分利用现有的固定资产规模,尽可能大批量和满负荷生产的要求;另一方面,需要与客户需求的动态变化保持高度的一致性(包括为客户的定制化,采用与销售同步的“一个流”的生产等等)。

对于生产的柔性化提出了更高的要求,一个可靠,灵活的IT系统是实现上述目标的必备条件。

2.整车厂MES

生产现场的管理对于所有制造行业来说都是一个难点,汽车行业也毫不例外。

面对着客户和经销商对交货期的严格要求,新车型的引入和旧车型的不断改进,生产设备的调整,新工艺的采用以及生产第一线人员的不断变动,使得企业决策者开始认识到,计划的制定必须要考虑实际的作业状态,而不能只是把眼睛盯着物料和库存来控制生产。

传统的MRPII/ERP软件主要是针对企业的资源编制计划,这些系统通常能够处理昨天以前发生的事情(作历史分析),亦可分析并处理明天要发生的事件(编制计划),但是对于今天正在发生的事件却往往无能为力。

由于传统的生产现场管理是一个黑箱作业,无法满足今天复杂多变的竞争需要。

因此如何将黑箱作业透明化,找出影响产品品质和成本的因素,提高计划的实时性和灵活性,同时又能改善生产线的运行效率已经成为每个企业所关心的问题。

如今,面向客户的订单处理系统也对生产现场的透明化提出了更高的要求。

如图所示,以前的整车生产是一种按照大批量处理的模式;在JIT方式下实现了多品种,小批量;而在订单拉动的JIS模式下,才真正实现了“一个流”的目标。

此时,在整个汽车的供应链上,无论是客户订单,生产控制还是物流运输,器最小管理单位是每一辆车,这对生产现场的管理无疑提出了很高的要求,而MES系统无疑是帮助汽车厂进行现场管理的重要工具。

2.1.什么是MES

按照国际MES协会所给出的制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem,MES)的定义,MES能够通过信息传递对从订单下达到产品完成整个生产过程进行优化管理。

当工厂发生实时事件时,MES能对此及时作出反应,报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。

这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效的指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂的及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产汇报率。

此外,MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。

MES的关键字是精确实时数据,这是以业务基础(Transaction-based)的ERP系统未曾加以考虑的。

从以上定义可以看出MES的关键是强调整个生产过程的优化,它需要收集生产过程中大量的实时数据,并对实时事件及时处理。

同时又强调计划层和控制层保持双向通信的能力,从上下两层接收相应的数据并反馈处理结果和生产指令。

因此,MES不同于“以派工单形式为主的生产管理+辅助的物料流”为特征的传统车间控制,也不同于偏重与作业与设备调度为主的单元控制,而应将MES作为一种生产模式,吧制造执行系统的计划和进度安排,追踪,监视和控制,物料流动,质量管理,设备的控制和计算机集成制造接口(CIM)等一体化去考虑,以最终实施制造自动化战略。

2.2.MES与其它信息系统的关系

现代企业的信息系统包括了6个部分:

1)ERP系统。

ERP的核心是实现对整个供应链的有效管理主要体现在三个方面:

对整个供应链资源进行管理;实理,主要体现在三个方面:

对整个供应链资源进行管理;实现精益生产、同步工程和敏捷制造;实现事先计划与事中控制。

2)CRM系统。

CRM系统的目标是提高效率、拓展市场和保留客户保留客户。

3)SCM系统。

SCM系统是对供应链中的信息流、物流和资金流进行设计、规划和控制。

通过和商业伙伴的密切配合,以最低的供应链成本向消费者和客户提供产品。

4)PDM系统。

也是PLM系统,以企业的产品为核心,在其全生命周期内,涵盖整个企业和供应链,协同化地支持产品定义信息的生成、管理、分发和使用,充分利用企业现有智力资产,推动创新产品的研发。

智力资产,推动创新产品的研发。

5)MES系统。

MES系统为企业中其他管理信息系统提供实时数据。

例如,ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据;SCM从MES中获取当前的订单状态当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束订单状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系;CRM的成功报价与准时交货,则取决于MES所提供的有关生产的实时数据;PDM中的产品设计信息,可以基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化等;

6)T&L系统。

企业的内外物流系统。

2.3.MES系统功能模型

下图是整车厂MES整体架构图。

可以看出,MES系统由生产控制,厂内物流,质量管理,车间信息化四个主要的模块组成。

其中每个模块还可以细分成若干个子模块。

MES各个模块面向不同的业务需求,由不同的用户来使用。

正如整车厂不同部门之间既有独立分工,又有相互协作一样。

MES各模块之间既有独立运行之必要性,也有相互支持,配合协作的需要。

但是作为整体来讲,MES系统是为了改善制造环节效率,节省制造成本这一总目的。

所以在系统规划,项目实施,平台选择上统一规划,整体考虑还会有助于更好的发挥MES系统的优势,减少因为不同模块之间兼容性的问题对系统功能质量水平,所产生的负面影响。

下面的章节将描述各个模块的详细说明。

2.3.1.生产控制系统(ALC)

生产控制系统(AssemblyLineControl.SYS)可以说是整车制造的核心系统。

它涵盖了由销售订单转换成生产序列的计划系统,将生成的生产序列广播到各个业务部门,并将生产实绩反馈到计划系统等精密围绕制造过程各个功能。

在汽车精益生产过程中,生产链上整车生产状态信息的把握是极其重要的,同时也具有多样性,更重要的是它作为一个核心桥梁沟通与之相关联的业务部门,使之各取所需最终服务于汽车生产平台开发、生产运营、销售,顾客服务等各环节。

汽车装配线控制系统ALC是作为生产线信息采集载体以及信息管理和分流的一个重要工具,按照生产工序的特性充分结合现场以及生产运营各环节对信息量的需求进行采集,通过系统进行集中分析,然后分批次多途径的得以呈现和应用,更准确的说是车间生产的一个调度指挥中心,信息的中转和集散高地。

结合(如下图)将整车生产分为若干个过程,分别以不同的点来区分各个过程说明其管理思路。

微观上讲ALC具有以下几个方面的功能:

一、生产顺序变换

ALC通过上层的计划指令,接受按照车辆订单号码编排的车辆生产顺序号进行生产布置,然而由于生产是由很多客观因素所左右的,比如特性原材料的供给短缺、设备的突发性故障、人员配置的调换、计划的变更等等因素,基于这些就需要对车辆生产顺序进行灵活变换或者进行有意识的保留生产,使生产富有充分的灵活性,同时也补充了精益生产的灵活性。

体现在上述图中就是对发送A0点信息的控制之上,当然这其中还涉及到车间子系统的应用上,通过子系统对来自ALC系统的车辆生产信息进一步筛选,从而实现对车间生产相关设备进行管理。

当然在整车生产的一些核心过程中,也一样可以实现保留生产的功能,从而达到真正的柔性化生产。

二、生产实绩管理与虚拟线预测

ALC通过对整车生产各个管理点的信息采集管理,通过条形码和电子数据交换技术取得生产通过的各项信息,通过系统自动计算的形式对生产实绩进行管理。

同时针对车间调度管理的需要,通过对某些管理点的信息采集,可以很轻松随时把握整车线上库存管理水平,根据整车生产过程中库存水平,可以灵活分车间进行管理,当某一生产车间出现问题时,不至于马上影响到前后工序,作为调节余量更丰富了精益生产的灵活机动性。

如上图中,通过对数据的处理,即能获得A0至D0间的信息,从而判断出基准在库,以此类推,可以分析出各车间相互间的情况。

通过对生产实绩的管理,大量生产数据的集中分析,可以准确把握工序间的生产周期,结合日、月内的生产计划,将生产线进行延伸,作成虚拟生产线,这样就可以预测出一定周期内车辆生产的准确时间,提供给物流系统进行准时化的物流调度。

准确的说可以呈现出一定周期以后生产车辆每一个车辆通过以上A0/D0等各点的具体时刻,从而计算出相对此时刻下需要的零部件的订单,这样就形成的准时化物流的理论模型。

三、生产指示

ALC通过对各终端的控制,利用条形码电子数据交换技术触发的形式,当车辆管理卡或其它信息载体通过某固定管理点时,ALC系统自动向所关联的设备或系统终端发送生产指示相关信息,其中包括进行品质管理确认的各参数核查,当车辆以流水线运行到某一阶段时,人、物均按照生产指令进行对应。

一定程度上简化了生产工序,规范了作业标准。

例如,应用比较广泛就是当车辆涂装完备确定生产顺序之后,当进入总装通过图中所示的C0时,通过系统向总装各生产指示终端发送生产相关信息,这样当车辆进入工序时按照对应的车辆生产信息执行生产相关的操作。

四、顾客服务

由于ALC可以监控生产的全过程,可以随时更新生产相关信息并进行自动预测,同时亦保存有车辆生产的历史信息。

这样对顾客交货期服务提供了极大的便利,可以随时按订单号跟踪车辆生产的过程,同时提供车辆生产的相关信息,让顾客很明确的知道自己的爱车处于什么样的生产状态。

另外一个方面,通过对车辆历史生产信息的管理,当车辆出现品质缺陷时,可以很容易查明缺陷对象车辆的范围,同时对汽车售后服务也提供了极大的便利。

五、生产平台的优化

通过对一定时间内特定对象车辆生产过程的集中分析,结合生产现场人员、设备等等因素,针对产品缺陷或产品某一阶段生产周期为调查对象,通过大量集中数据反映可以调查出生产平台的局部问题所在,从而采取一定措施优化平台上的各个“短板”。

通过这样的办法来获取生产平台信息调整的第一手资料。

那么宏观上,ALC系统又是如何与其它制造相关系统相连接的呢?

首先需要接受来自类似于MPS的主生产计划,当然主生产计划需要有一定的提前量,通过对主生产计划的排序确定生产顺序,同时又需要从MBO系统提取车型生产相关数据,这时需要借助数据转换的形式提供ALC以及下端的生产设备可识别的生产指示和生产信号,包括同步物流供给状态下零部件供应商系统。

从准时物流层面出发,ALC系统结合生产平台的形态和生产计划作成虚拟生产线,将虚拟生产线提供给准时物流体系下的物流计算系统,从而确定什么时候需要多少量的零部件。

同时考虑到财务的需要,需要将生产实绩数据传送给财务相关系统,用来核算相关成本以及生产效益。

总体而言,宏观上主要考虑以上几点。

总之,建立在车间执行层面的ALC整车生产线控制系统不管是从车间角度的微观管理还是从宏观上的计划到供应链体系管理,它是MES应用典型范例,一定程度的延伸,通过广泛的收集来自生产一线的生产信息,进行汇总,通过多种途径结合管理的需要将数据以“可视化”的形式呈现出来,以便于更好的决策,来源于生产,却能服务于企业经营的各个层面。

 

2.3.2.厂内物流系统

MES系统的现场物料管理通过预测计划拉动与实际消耗拉动的配合,来实现车辆生产物流消耗的补充,消耗多少物流就补充多少,供货方式非常简单,并不受车型影响,可以适应柔性化生产的需要,更好的保障生产的连续性。

相对于传统计划性供货的方式,避免了由于车型多而导致供货的复杂性,降低了工厂的库存,加快存货周转率,并可利用目视管理以便于物流操作,充分体现了精益生产的理念。

物料管理主要功能但不局限以下功能:

零件需求预测

排序零件拉动

直送物料拉动

ANDON零件拉动

KANBAN零件拉动

批次物料拉动配送

紧急物料拉动

物料接收

物料调度

生产停线通知

库房库存管理、控制

线旁物料库存管理、控制

库存盘点

线

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