王榮利 王軍 馬軍偉 程四化 藺玲

（西安北方光電科技防務有限公司，陜西 西安，710043）

智能制造技術
——MES系統(tǒng)在裝配過程中的應用及探究

王榮利 王軍 馬軍偉 程四化 藺玲

（西安北方光電科技防務有限公司，陜西 西安，710043）

隨著軍品制造信息化的發(fā)展，MES系統(tǒng)是企業(yè)各系統(tǒng)間的信息樞紐，是企業(yè)信息化建設的重要課題。本文主要介紹了MES系統(tǒng)的定義及功能，結合某軍工企業(yè)裝配車間中MES的應用實例，指出了MES系統(tǒng)在生產執(zhí)行過程中的應用效果和在應用過程中存在問題，表明了其建設是一個不斷完善的過程。

MES；裝配車間；生產管理

近年來，隨著信息化工程的開展，特別是在“十五”計劃中提出以“信息化帶動工業(yè)化”以來，我國大部分企業(yè)引入了先進的管理思想和管理系統(tǒng)，特別是以 ERP 為代表的計劃管理系統(tǒng)和以DNC、PLC為代表的工業(yè)控制系統(tǒng)已經應用于企業(yè)的生產管理中，并在生產中取得了良好的經濟效益[1]。然而，由于計劃管理系統(tǒng)無法擴展到底層控制層，而底層控制層也無法向上延伸到計劃管理層，于是在這兩者之間出現(xiàn)了脫節(jié)，導致企業(yè)制定的計劃得不到準確的執(zhí)行。為了解決計劃管理系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)之間的脫節(jié)問題，美國 AMR 公司提出了能夠實現(xiàn)兩者雙向信息交互的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，通過接受計劃層的生產任務信息，并對其進行分解生成工序級的操作指令，并將該操作指令下達給控制層；同時，又能夠接受底層控制層的生產數(shù)據(jù)信息，并將其及時反饋給上層計劃管理系統(tǒng)進行生產計劃的動態(tài)調整。

近年來，隨著軍品制造信息化的發(fā)展，MES系統(tǒng)成為企業(yè)各系統(tǒng)間承上啟下的信息樞紐，其對于提高生產效率、節(jié)約成本等起著至關重要的作用，是企業(yè)信息化建設的重要課題。本文重點對MES系統(tǒng)的定義及功能進行介紹，并以本廠xx裝配車間MES系統(tǒng)的應用為實例，指出了MES系統(tǒng)在應用過程中的效果及目前應用中存在問題，在今后還有很多工作要解決完善。

1 MES系統(tǒng)介紹

1.1 MES系統(tǒng)定義

MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)最早由美國先進制造研究機構 AMR( Advanced Manufacturing Research）在90年代提出，將 MES 概念定義為“位于底層工業(yè)控制系統(tǒng)與上層計劃管理系統(tǒng)之間的面向車間層管理信息系統(tǒng)”[2]。它為操作人員/管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源( 人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態(tài)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（Manufacturing Enterprise Solutions Association，MESA）對 MES 所下的定義：“MES 能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES 能對此及時作出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使 MES 能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES 還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。”

圖1 MES系統(tǒng)定位

圖2 MES 系統(tǒng)功能

圖3 MES系統(tǒng)總體架構

1.2 MES系統(tǒng)定位

自1990年AMR提出MES概念后，1992年AMR又提出了企業(yè)集成的三層模型，指出了MES在企業(yè)集成模型中的定位和作用，見圖1。

三層系統(tǒng)分工明確，又有機結合，被許多研究機構認同。三層企業(yè)集成模型具體如下：

計劃層：企業(yè)的管理決策層，承擔著企業(yè)的全面管理的工作。主要功能包括訂單處理、財務分析、庫存管理、生成BOM 和生產工藝文件，以及制定生產計劃和采購計劃等。

執(zhí)行層：企業(yè)生產的執(zhí)行層，負責企業(yè)生產調度。掌控車間運行的各種數(shù)據(jù)，如質量參數(shù)、生產進度等；有效的將生產情況反應至管理層。

控制層：車間生產的控制層，重點是設備的控制，及對生產的流程做有效及時的監(jiān)督和控制。

1.3 MES系統(tǒng)功能

AMR公司于1993年提出MES集成模型，包括四種功能模塊：工藝管理、車間管理、過程管理和質量管理[3]。此時，MES的重點是生產現(xiàn)場信息的整合，對于離散型工業(yè)和流程工業(yè)存在很多差異。直到1997 年，MESA 針對當時不同公司的 MES功能模型進行融合，提出了 11 個功能模塊[4]。這才提供了標準化的技術框架，以及可以被廣泛采納的信息結構和功能結構。MES 的功能模型如圖 2 所示。

2 MES在某軍工裝配車間的實施實例

軍工企業(yè)是典型的離散型制造企業(yè)，其裝配車間生產的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）生產的產品品種多、批量??；2）產品結構復雜，所需物料種類繁多；3）產品制造工藝復雜，且產品一致性要求高；4）產品生產流程復雜，從生產計劃、物料發(fā)放、生產制造、檢驗、軍檢等過程。

圖4 XX裝配車間各班組人員派工圖

圖5 xx裝配車間生產任務匯總圖

圖6 xx裝配車間物料發(fā)放圖

為了合理地配置和組織所有資源，實現(xiàn)生產過程全流程的信息化管理，本廠提出建立工廠內部互聯(lián)互通網絡架構，實現(xiàn)設計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間以及與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）的高效協(xié)同與集成，建立全生命周期產品信息統(tǒng)一平臺。從而，以xxx裝配車間為試點單位，建立車間制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)生產進度、產品質量信息等及時反饋；通過對生產過程的監(jiān)控，能夠清晰掌握生產任務的執(zhí)行情況、當前的瓶頸工序、設備運行狀態(tài)、在制品的分布情況等，進而實現(xiàn)計劃、調度、質量、設備、生產、能效的全過程閉環(huán)管理，提高車間的生產能力。

圖7 xx裝配車間MES系統(tǒng)車間管理界面

圖8 xx裝配車間MES系統(tǒng)質量控制界面

xx裝配車間制造執(zhí)行系統(tǒng)MES項目的實施是由我廠聯(lián)合北京華宏信達科技有限公司開發(fā)的， MES系統(tǒng)總體架構（見圖3）是建立在微軟系統(tǒng)平臺上，依托于Web 服務架構和.NET 技術，利用了SQL數(shù)據(jù)庫結構建立的總體架構，具有高度集成性，開放性和易用性。

在xx裝配車間MES系統(tǒng)硬件由1個服務器、1個LED看板、10多個客戶端組成，每個客戶端硬件環(huán)境由工控機、觸摸一體機、紅外掃描設備和條碼打印機等組成。

xx裝配車間MES系統(tǒng)LED看板可以對各班組人員派工情況、生產任務、車間物料情況進行監(jiān)控，且以顏色區(qū)分顯示，見圖4、5、6。圖4為xx裝配車間各班組人員派工情況，黃色顯示為未派工人數(shù)，綠色顯示已派工人數(shù)；圖5為xx裝配車間生產任務匯總，包括當月任務總數(shù)、已完工數(shù)量、正在加工數(shù)量、未派工數(shù)量；圖6為xx裝配車間物料發(fā)放情況，包括工單序號、工單數(shù)量、對應工序號、單位用量、已發(fā)料情況、缺料情況等。準確地反應了車間人員派工、月生產任務加工、車間物料等生產現(xiàn)場實時情況，使管理者能清楚地了解車間實際資源情況和生產能力，從而使調度人員更加合理地安排生產任務，更好的保證生產進度。

MES系統(tǒng)硬件中每個客戶端系統(tǒng)界面主要由車間管理、庫房管理、工具庫管理、質量管理組成，主要實現(xiàn)的功能有生產任務簽收、完工匯報、成品、半成品庫存、質量控制等。任務簽收是指生產調度從ERP系統(tǒng)產生生產任務后，操作人員簽收任務開始生產或裝配產品；完工匯報是指任務派發(fā)后，操作者簽收任務并生產完成后，啟動MES系統(tǒng)完工反饋請求，將完工信息反饋到ERP系統(tǒng)；半成品、成品入庫是指待工件全部工序生產完成后，經檢驗部門檢驗合格后MES系統(tǒng)將根據(jù)任務完工情況匯報信息自動生產入庫隊列，可實現(xiàn)對在制品物流過程的監(jiān)控跟蹤；質量控制是指MES系統(tǒng)質量模塊能夠追蹤工件的批次、操作者及檢驗情況，為產品質量追蹤和追溯提供信息依據(jù)。

在車間管理界面見圖7，操作人員可以對生產任務簽收、生產前準備、開工、部分報工、日結、完工報工、現(xiàn)場問題提報等進行操作，車間管理界面還包括了生產所用工裝和設備需求，實現(xiàn)及時準確地將產品的生產狀態(tài)提供給計劃層。質量控制管理界面見圖8，包括工單號、批次號、工序號及工序名稱、是否是關鍵工序、裝配車間、操作者、檢驗者等信息，可實時地跟蹤產品的質量信息，提高了生產現(xiàn)場問題的反饋速度，使相關部門能及時的做出處理，此外，質量控制可對產品質量信息進行追蹤，也實現(xiàn)了對產品質量全過程的有效控制。

3 應用效果及目前存在問題

3.1 應用效果

MES系統(tǒng)是對車間級生產過程的集成、控制和監(jiān)控，合理地配置和組織車間所有資源，包括設備、工具、人員等，提高了車間對生產過程中問題的快速響應和及時處理，其效益主要表現(xiàn)在：

1)實現(xiàn)從生產計劃、任務分配、現(xiàn)場報工、質量檢驗、入庫等全過程的信息化管理。

2)提高了生產管理的可視化和實時性, 物料平衡與生產統(tǒng)計增強了生產信息的準確性。

3)實現(xiàn)對裝配車間產品的快速質量追蹤、實時進度追蹤、實時查看現(xiàn)場在制品、實時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題等，使生產管理更加透明化。

4)MES 系統(tǒng)提供的實時監(jiān)控和過程記錄功能, 能夠使相關人員更加快速、準確地發(fā)現(xiàn)和確認生產中的危險狀況, 并做出快速的響應處理。

3.2 存在問題

MES系統(tǒng)所涉及的信息及決策過程非常復雜，因此在實施應用中仍存在一些問題。當前主要存在的問題是由于生產、檢測設備信息化程度不高，因此在企業(yè)執(zhí)行層的MES 管理系統(tǒng)不能獲取設備控制層的相關信息。

4 結論

在制造技術高速發(fā)展的今天，軍品制造業(yè)的信息化建設是提升軍工企業(yè)整體實力的必由之路，MES系統(tǒng)是計劃管理系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)之間的“橋梁”，其發(fā)展應用將是軍品制造業(yè)信息化建設的重要課題。

在xx裝配車間通過MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)了生產過程全流程的信息化管理，實現(xiàn)了高度協(xié)同、信息共享、實時監(jiān)控的數(shù)字化生產線，同時也為其它裝配車間MES系統(tǒng)的推進建立提供了夯實的基礎。由于MES系統(tǒng)中所涉及的信息及決策過程非常復雜，其建設必定是一個不斷完善的過程，后續(xù)在該裝配車間MES系統(tǒng)自身完善以及在其他車間MES系統(tǒng)的建立都還有很多工作要解決。

（References）

[1] 范玉順, 黃雙喜, 趙大哲. 企業(yè)信息化整體解決方案[M]. 北京：科學出版社, 2004.

[2] K.Thomas, Electronic Data Systems. MES in the Age of Agile Manufacturing. A Presentation at MESA Roundtable 4, Chicago, Sep.13, 1995, 1-4.

[3] Byoung K. Choi and Byung H. Kim.MES (manufacturing execution system) architecture forFMS compatible to ERP(enterprise planning system)[J].International Journal of ComputerIntegrated Manufacturing, 2002, 3(15)：274-284.

[4]李清.制造執(zhí)行系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社, 2007.

王榮利(1984-)，女，工程師，主要研究方向是產品裝配工藝技術。