基于MES的智能制造協(xié)同管理體系研究

沈杰 耿中華 王熹 李震 張堯

摘 要：MES即制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行管理系統(tǒng)，它是智能制造的核心內(nèi)容，直接影響智能制造的質(zhì)量及效率。MES制造執(zhí)行系統(tǒng)核心服務(wù)項(xiàng)目層，依然是執(zhí)行工作既定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、新產(chǎn)品生產(chǎn)批號(hào)追溯以及譜系建立的任務(wù)主體?；诖?，文章介紹了MES系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，并對(duì)智能制造協(xié)同管理體系的構(gòu)成與應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：MES;智能制造;協(xié)同管理

中圖分類號(hào)：F274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-1064（2021）08-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.026

MES制造執(zhí)行系統(tǒng)最底層控制系統(tǒng)是工作任務(wù)一體化，MES制造執(zhí)行系統(tǒng)封裝調(diào)用集合方式，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行工作監(jiān)管的信息化管理，必須運(yùn)用MES制造執(zhí)行系統(tǒng)開(kāi)展生產(chǎn)計(jì)劃表、生產(chǎn)組織化、生產(chǎn)控制、協(xié)調(diào)與控制等。MES系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)智能化管理的關(guān)鍵，在智能制造協(xié)同管理體系的建設(shè)方面具有必然性與必要性。

1 MES系統(tǒng)概述

MES系統(tǒng)是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。以MES為執(zhí)行層的協(xié)同管理體系分為三個(gè)層面，即計(jì)劃層（面向客戶）、執(zhí)行層（面向車間生產(chǎn)控制）、控制層（面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)）。它能夠?yàn)槠髽I(yè)提供多個(gè)管理模塊，例如，制造數(shù)據(jù)管理、質(zhì)量管理、庫(kù)存管理、成本管理等，為企業(yè)打造扎實(shí)可靠、全面可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。

MES系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：第一，采用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集引擎，將數(shù)據(jù)采集渠道進(jìn)行整合并覆蓋整個(gè)工廠的制造現(xiàn)場(chǎng);第二，采用先進(jìn)的RFID、條碼及移動(dòng)計(jì)算技術(shù)打造條碼系統(tǒng);第三，做到實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的性能與品質(zhì)分析SPC;第四，能夠全面完整地追溯產(chǎn)品;第五，個(gè)性化的工廠信息門戶，通過(guò)Web瀏覽器實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息。

MES系統(tǒng)在生產(chǎn)制造管理過(guò)程中可以起到三個(gè)重要作用：業(yè)務(wù)協(xié)同性，把傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程變得更加透明化，既能提高信息集成程度，又能使企業(yè)改善內(nèi)部部門之間的“協(xié)同”;成本可控性，在獲取大量比較準(zhǔn)確的成本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使企業(yè)能夠更加精確地核算和控制產(chǎn)品成本，并找出降低產(chǎn)品成本的方法;計(jì)劃適應(yīng)性，在使生產(chǎn)計(jì)劃更具有可操作性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升生產(chǎn)計(jì)劃的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性，更有利于有限資源的利用。

目前，我國(guó)在智能制造系統(tǒng)和技術(shù)方面投入較多，但大多數(shù)仍處于智能化研究的初步階段，發(fā)展參差不齊。由于MES系統(tǒng)具有復(fù)雜性、多樣性等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿^大。

2 智能制造協(xié)同管理體系構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)框架

基于MES系統(tǒng)的智能制造協(xié)同管理體系需要將生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理及計(jì)劃管理三個(gè)方面進(jìn)行整合，并把智能制造相關(guān)的軟件與其相結(jié)合。管理系統(tǒng)根據(jù)以上需要，應(yīng)配置兩臺(tái)及兩臺(tái)以上服務(wù)器分別進(jìn)行生產(chǎn)線監(jiān)控及數(shù)據(jù)管理工作。施工管理過(guò)程中將生產(chǎn)線監(jiān)控服務(wù)器連接到對(duì)應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備和傳感器中，數(shù)據(jù)管理服務(wù)器是作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)編輯功能存在的。整個(gè)智能制造協(xié)同管理體系分為數(shù)據(jù)層、表現(xiàn)層和業(yè)務(wù)層三個(gè)部分。其中，數(shù)據(jù)層就是數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)源;表現(xiàn)層主要表現(xiàn)在用戶接口的展示以及通過(guò)業(yè)務(wù)層的“類”與對(duì)象驅(qū)動(dòng)接口;業(yè)務(wù)層的主要工作內(nèi)容是訪問(wèn)數(shù)據(jù)層，從中取得數(shù)據(jù)、改正數(shù)據(jù)以及刪除數(shù)據(jù)，最后將結(jié)果返回表現(xiàn)層。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

在計(jì)劃管理方面，計(jì)劃管理是生產(chǎn)過(guò)程中比較重要的組成部分。MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃主要把生產(chǎn)設(shè)備和物料作為對(duì)象，依據(jù)生產(chǎn)單元進(jìn)行安排;把執(zhí)行作為導(dǎo)向，打散ERP生成訂單重新計(jì)劃生產(chǎn)排程。同時(shí)，它是一種基于時(shí)間的有限產(chǎn)能計(jì)劃。進(jìn)行智能制造時(shí)，把產(chǎn)品的工藝流程與路線相結(jié)合便能夠得出生產(chǎn)模式，MES系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)就是以此構(gòu)成的工單。通過(guò)該生產(chǎn)模式實(shí)行計(jì)劃、跟蹤反饋，并把整個(gè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)集中在一起傳到系統(tǒng)內(nèi)部，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)自動(dòng)分析、統(tǒng)計(jì)等環(huán)節(jié)，把相關(guān)資料、文件等與工位對(duì)應(yīng)起來(lái)，進(jìn)而形成一套完備的計(jì)劃管理體系[1]。

在生產(chǎn)管理方面，MES系統(tǒng)內(nèi)最重要的一環(huán)是計(jì)劃管理。一般情況下，上層管理系統(tǒng)ERP實(shí)現(xiàn)企業(yè)的整體生產(chǎn)計(jì)劃。其中，ERP生產(chǎn)計(jì)劃和MES生產(chǎn)計(jì)劃的差異性主要體現(xiàn)在ERP生產(chǎn)計(jì)劃把訂單作為對(duì)象，需要考慮時(shí)間因素，排列單位為日，日期依照銷售預(yù)測(cè)時(shí)間、訂單、制造與采購(gòu)原材料提前期等因素進(jìn)行計(jì)算，是一種基于訂單的產(chǎn)能計(jì)劃。MES生產(chǎn)計(jì)劃主要以設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程中所需材料為對(duì)象，根據(jù)生產(chǎn)單元安排計(jì)劃。

在質(zhì)量管理方面，MES系統(tǒng)既是協(xié)同管理體系中的重點(diǎn)，也是智能制造中的重要內(nèi)容。在智能制造過(guò)程中，每個(gè)流程都會(huì)安置質(zhì)控點(diǎn)，再在質(zhì)控點(diǎn)上加入自檢、過(guò)檢和停檢等相關(guān)項(xiàng)目，進(jìn)而形成一套完備的質(zhì)檢計(jì)劃。生產(chǎn)線上的質(zhì)檢人員通過(guò)使用終端設(shè)備掃描產(chǎn)品條形碼，便可取得相關(guān)文件以及記錄單據(jù)，此后將計(jì)量工具等設(shè)備與其相關(guān)聯(lián)以采集數(shù)據(jù)。當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)沒(méi)有自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的情況時(shí)，質(zhì)檢人員便需要手動(dòng)記錄，若連續(xù)出現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的工序系統(tǒng)，可以自動(dòng)報(bào)警。通過(guò)使用MES系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)線上的相關(guān)質(zhì)量信息，并即時(shí)輸出數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，在對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析時(shí)，能夠從多種角度來(lái)總結(jié)問(wèn)題，并提出可以幫助優(yōu)化質(zhì)量管理的各種理論依據(jù)，促進(jìn)生產(chǎn)線的發(fā)展[2]。

在工藝管理方面，MES系統(tǒng)能夠根據(jù)不同角色分配不同權(quán)限，其中某些重要的、帶有機(jī)密性質(zhì)的信息只有被授權(quán)的用戶才可以看得到，這樣一來(lái)便能夠有效防止信息泄露。另一種情況下，生產(chǎn)工藝中的所有數(shù)據(jù)都可以輸入系統(tǒng)。因此，如果需要改變生產(chǎn)工藝，只需修改系統(tǒng)中的文件即可，不再需要查找更改紙質(zhì)文件，這樣會(huì)更加便捷。MES系統(tǒng)的工藝信息管理更加側(cè)重借助工藝信息的橋梁作用，把編制完成的工藝與生產(chǎn)任務(wù)、產(chǎn)品技術(shù)文件及車間資源信息相結(jié)合，并將其傳遞給生產(chǎn)一線的工人，指導(dǎo)他們更好地完成生產(chǎn)任務(wù)。

3 智能制造協(xié)同管理體系的應(yīng)用

目前，MES系統(tǒng)在眾多領(lǐng)域都有所應(yīng)用，并且不同的領(lǐng)域應(yīng)用也反映出了相關(guān)特點(diǎn)，依據(jù)MES系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中有著不同需求，應(yīng)用過(guò)程中的側(cè)重點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生一定的差別。即使側(cè)重點(diǎn)不一致，但總體框架基本相同，即通過(guò)采用生產(chǎn)過(guò)程信息化管理的模式，對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行信息采集、分析與判斷，之后再與企業(yè)的實(shí)際情況相結(jié)合提出相應(yīng)的決策內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)智能化目的。其中，波音和空客公司分別在B777、B787和A380等多個(gè)機(jī)型上應(yīng)用了數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，并取得明顯效果。

例如，美國(guó)著名聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)JSF就是通過(guò)建立基于協(xié)同平臺(tái)的全球化虛擬企業(yè)，覆蓋飛機(jī)全生命周期，全面采用數(shù)字化技術(shù)，在設(shè)計(jì)該戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)節(jié)省了50%的時(shí)間，同時(shí)工裝減少了50%、所使用的零部件減少50%。此外，制造所用到的成本降低50%，相應(yīng)的維護(hù)成本也降低了50%，并消除了不完整、不正確的尺寸、編程錯(cuò)誤等造成的返工，減少了質(zhì)量檢驗(yàn)工作。通過(guò)使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)等功能，完全取消了圖紙，提供出明確的數(shù)據(jù)源。MES系統(tǒng)的主要目的是實(shí)現(xiàn)智能化制造的全過(guò)程管控。如果企業(yè)在生產(chǎn)執(zhí)行層面不能及時(shí)準(zhǔn)確地收集分析對(duì)應(yīng)信息，在高層面不能收集、整理、分析相應(yīng)的生產(chǎn)信息，就很難實(shí)現(xiàn)有效管理生產(chǎn)設(shè)備、制造流程及人員調(diào)配，企業(yè)的智能化改造就很難實(shí)施。

MES系統(tǒng)是智能化制造的基礎(chǔ)，分布于全面智能制造生產(chǎn)過(guò)程，它與制造企業(yè)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)緊密相連。MES系統(tǒng)與企業(yè)的生產(chǎn)信息采集、資源管理和調(diào)度、設(shè)備調(diào)度等都有密切聯(lián)系，是智能制造重點(diǎn)建設(shè)的內(nèi)容。智能制造相關(guān)企業(yè)加入MES系統(tǒng)，可以輔助企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化和精細(xì)化管理，降低人力成本，提高了生產(chǎn)效率，是未來(lái)智能制造企業(yè)建設(shè)的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比較，MES系統(tǒng)可以通過(guò)強(qiáng)化過(guò)程對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行管理和控制，及時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)制造過(guò)程中的管理模式進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理;在加工過(guò)程中能夠更好地提升工作效率，降低生產(chǎn)的成本費(fèi)用。此外，MES系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，推動(dòng)生產(chǎn)線上的標(biāo)準(zhǔn)化管理[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

MES系統(tǒng)與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比較具有很大優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)品的加工、周轉(zhuǎn)等各個(gè)方面可以表現(xiàn)出智能化特征，明顯提升效率與質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，從而降低對(duì)人力方面的資金投入和材料成本費(fèi)用。經(jīng)過(guò)不斷完善與優(yōu)化，基于MES系統(tǒng)的智能制造協(xié)同管理體系，將為企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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