制造执行系统(MES)在离散型制造企业的设计与应用

  严 群

陕西柴油机重工有限公司，陕西省.咸阳市.兴平市，713105

摘要：

在对企业生产制造管理需求分析的基础上，对MES系统进行了总体设计和应用。

关键词：  制造执行系统  MES   设计  应用

引言：

制造执行系统（英文缩写MES）是美国AMR公司在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。

国内最早的MES是20世纪80年代宝钢建设初期从SIEMENS公司引进的。中国工业信息化基本上是沿着西方工业国家的轨迹前进，只是慢半拍而已。几乎绝大多数大学和工业自动化研究单位，甚至于国家、省、市级政府主管部门都开始跟踪、研究MES。从中央到地方，从学会到协会，从IT公司到制造生产厂，从综合网站到专业网站，从综合大学到专科院校，都卷入了MES热潮之中。

制造执行系统(MES)是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业(家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药)，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。

笔者所在的公司是一家大型国有离散型制造企业，所生产的产品具有多品种、小批量的特点，目前对MES系统的应用才刚刚起步，本文旨在探讨如何让MES系统在实际生产中真正发挥作用，提高企业的信息化管理水平。

1.车间MES系统功能需求分析

公司使用的MES系统将应用在机械加工车间的几条关重件生产线和工具库房的管理中，因此先对需求情况进行初步分析。

1.1需求及存在的问题

机械加工车间原有的生产排产方式为手工模式，所需要的工时数据是靠以往的加工时间估算得出的，一般制定一份月计划需要花费几天的时间，如有变动还需再花几天时间进行修改。因此计划的准确性一般不高，可执行率往往只能达到50%。

机械加工车间原有的工具管理方式为：入库的工具用电子表格进行记录，工人借、还工具则用卡片进行手工记录，由于卡片数量很多，不但查找比较费时间而且容易出错。每到月底，还需要花费1天时间进行盘点，根据卡片上的记录修改电脑上的总帐。经过统计，每准备一件工具的时间平均需要10分钟。

1.2 MES系统的功能需求

应用MES系统的目的是有效提高以数控设备为主的生产线整体运行效率，从而符合现代工厂自动化生产的实际。从开发的角度看，系统应包括以下主要功能：

1.2.1 生产计划功能：

具有生产任务管理、生产计划管理、生产计划汇总、外协清单汇总、工时系数管理、产品BOM管理等功能。

1.2.2 自动排产功能：

具有运用图形化的高级排产算法, 最大程度地优化生产计划的功能。能够按交货期、精益生产、生产周期等多种排产方式，综合考虑生产过程中的各种排产约束，可最大程度地满足各类复杂的排产要求；能够考虑到实际的能力，并可根据实际情况随时做出调整，对生产计划做出快速响应。

1.2.3 现场管理功能：

采用触摸屏登录的方式，工人通过刷卡或输入自己的工号和密码登录到现场信息管理系统中，在系统里面可以接受车间下达的生产任务以及浏览与生产任务有关的技术文档，在生产任务完成以后通过现场信息管理系统进行反馈，管理人员就可以通过协同制造平台上反馈的任务完成信息得知生产任务得执行情况。

1.2.4 质量管理功能：

具有对生产质量进行全面的跟踪和查询的功能，主要包括检验任务看板，质检结果记录与查询等。

1.2.5 工具管理功能：

主要包括：刀具出入库、刀具查询、刀具组装、刀具刃磨、盘点、报损等日常工作进行规范管理，以及刀具并行准备管理、刀具专家切削参数库管理、流程审批管理、权限管理、统计分析等模块。

1.2.6 程序管理功能：

具有对数控程序的生命周期的管理功能，能实现程序编制、仿真、审核、试切、定型以及发送、接收等流程的控制，通过内嵌图文浏览器，不用安装任何第三方软件就能对数控程序、零件图纸、刀具清单、三维模型、加工状态图片等文件进行管理和浏览，还可以支持多部门管理，程序批量入库、批量下发，自动产生刀具清单文件等功能，通过与计划管理系统的集成，接收计划管理中的任务准备清单，从中提取出相应的数控程序准备清单，从而提前准备数控程序。

1.2.7 设备数据自动采集功能：

具有自动采集数控设备运行、关机、待机和报警状态，实时查看加工程序信息等功能。

1.2.8 决策支持功能：

决策支持模块主要供机加分厂的领导使用。该模块根据MES系统其他职能模块提供的数据进行机加分厂计划、工段作业、质量、工时、设备等情况的综合分析、汇总。在宏观层面为机加分厂管理者的管理和决策提供可靠的量化数据。

1.2.9 生产任务监控功能：

可实时监控到生产线上各项任务的进行状态，设备正在承担的任务、已完成计划任务、未完成的计划任务等信息。

1.3 MES系统的性能需求

MES系统的性能需求不仅包括系统本身应具备的性能要求，也包括一般软件系统的性能需求，具体如下：

1.3.1 MES系统应能进行方便快捷的二次开发，便于提升系统的性能；

1.3.2 MES系统应具有一般软件系统的安全和可靠性要求的性能；

1.3.3 MES系统应具有开放性、可扩展性和可集成性；

1.3.4 MES系统应具有运行可靠性、稳定性及操作方便等一般应用系统要求的功能。

2. MES系统的详细设计

2.1 系统总体设计

通过MES系统的建立，用户可以对生产计划进行最大程度的优化，有效提高数控生产线的加工效率；加强生产计划的执行功能，把生产计划同车间作业现场控制有机的联系起来。

2.2系统各功能模块

2.2.1基础数据管理：

能够对人员、设备、工艺、工时等基础信息进行维护管理；

2.2.2计划管理：

计划准备、执行进度等多视图的图形化分析平台；可根据排产计划自动生成派工单；以产品、部件、零件、工序等多级别管理生产，结构清楚，计划执行进度一目了然。

2.2.3作业管理：

可对生产操作工的发生工时进行审核、调整，同时系统支持实时统计、各类查询报表的定制；可实时掌握各项目的进度、在制和库存信息。

2.2.4协同制造平台：

通过现场信息的实时反馈，构建全面的在制品信息电子台帐，通过该台帐，生产管理人员可查看到该计划的准备情况、工序状态、在制品信息、以及质检信息等内容；外协事务的各项管理工作。

2.2.5自动高级排产：

支持高级排产算法，以不同的排产方式和策略，最大程度地满足分厂的各类复杂排产要求；能够考虑到设备的实际能力，按照项目不同的优先级进行有限能力的排产，并可针对作业计划的冲突能合理进行调整；所有产品、部件、零件、工序以形象直观的图形化表现，可对生产计划进行仿真分析。

2.2.6物料管理：

支持车间各类物料的库房管理；可对各库房物料进行基本信息的维护；可对库房中各类物料（半成品、零件、材料）进行相应的统计报表生成。

2.2.7质量管理：

具有质量信息录入、处理、查询、追踪、统计等功能，可以方便的对检验合格信息进行分析；与计划、反馈信息的闭环关联，可进行生产全过程的信息追溯。   

2.2.8决策支持：

提供车间计划执行情况、工段作业情况、物料、刀具、质量、工时、成本、设备情况的综合分析，为车间层的管理与决策提供可靠的量化数据。

2.2.9工具管理：

工具新购、出/入库、调拨、报损、返修、量具检定、查询、盘点等管理功能；工具查询功能，可对基本刀具、贵重刀具、组装刀具进行分别查询，并支持模糊查询功能；具有库房刀具积压、短缺预警管理，自动提取请购清单，使企业刀具采购更加合理；具有组合刀具的组装、编辑、报损、拆卸、查询等功能。

2.2.10设备管理：

可对设备进行分组管理、分工段管理；提供设备维修计划、维修计划查询、设备故障记录、设备故障统计、设备故障查询等功能；可以随时查看每台设备的所承担的任务及任务的进展情况。

2.2.11文档管理：

具有程序生命周期的管理功能，能实现程序编制、仿真、审核、试切、定型以及发送、接收等流程的控制；具有程序批量入库、批量下发功能，支持下发时自由选定下发路径功能；具有完善的版本管理功能，可自动跟踪、记录程序文件的所有变更，允许用户比较/恢复老版本；自动产生刀具清单文件，包括刀具名称、几何参数等，并自动关联到该程序上。

2.2.12现场信息管理模块：

支持触摸屏操作，可在生产现场完成任务查询、任务接受、工艺调阅、程序查询、刀具清单查询、派工单查看等；可对完成的加工工作进行反馈。

2.2.13与CAPP系统集成接口：

通过与CAPP系统的集成，实现工艺资源的共享，保证工艺数据的唯一性。

3.应用效果

MES系统建立后，通过系统的高级排产功能，只需要不超过1分钟即可自动生成一份比较准确的排产计划，如果公司的上层计划发生变动，也只需要相当的时间即可完成更改。经过统计，通过自动排产功能生成的计划，可执行率能够达到95%，因此准确性显著提高，可以挤压出许多因计划调整导致的空闲时间。

采用MES系统的工具管理模块后，可以利用系统的查询功能快速搜索，能够很快找到所要借、还的工具，并在系统中完成记录的修改，并存入数据库中，工具信息实时变动，无需再进行专门的盘点。如果需要某种规格的刀具，在不知道编号的情况下，也能通过搜索功能找出符合要求的刀具。经过统计，每准备一件工具的时间平均需要2分钟，工具准备时间缩短了80%。而且该系统的使用，不但提高了库管人员的工作效率和准确性，并且车间的技术人员、工人都可通过系统及时查看到工具信息的最新情况，生产准备工作的效率因此显著提高。

4.结论

本文中涉及的MES制造执行系统与企业的实际生产相结合，具备下达生产计划、实时采集现场数据以及数据分析处理等功能，从而进行生产调度与控制；并能够有效的管理物料、设备、人员等多种资源，对与生产相关的资源进行全面的信息集成，显著提高了以数控设备为主的生产线的加工效率，缩短了准备时间，为保障机加生产全过程的高效协调运转，提高企业的自动化制造水平提供了有力的支撑。