MES系統多工廠標準化配置化的研究與實現

李曉勇+傅高峰+王龍+張志彬

（株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

[摘 要] 隨著工業4.0和兩化融合的不斷推進，MES系統作為實現智能工廠的重要組成部分在車間生產管理中扮演著越來越重要的角色。本文通過研究不同業務形態企業的多工廠MES需求，結合已經使用的系統進行改進，提升系統通用性和配置性，改善系統的實施效率和運行維護成本。

[關鍵詞] MES；標準化；配置化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 05. 033

[中圖分類號] F270.7；TH186 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）05- 0060- 04

0 引 言

信息技術隨著企業信息化建設的不斷深入，MES系統作為企業生產管理系統承接ERP層級的計劃管理體系與車間執行層實現企業的連續信息流。在MES實施過程中，某企業涉及的業務板塊較多，同時車間生產流程復雜多變，導致了系統開發工作量巨大，系統服務部署不規范，用戶差異性巨大等問題。因此，解決MES系統規?；瘧门c企業個性化需求的矛盾，是企業快速發展適應內外部變化的必經之路。

1 目的和意義

在當前買方市場的環境中，隨著先進技術和管理思想的引入，企業為了提高顧客的滿意度以及增強核心競爭力，會經常性地進行業務流程變革或業務流程重組。在這種大環境的背景下，對于 MES 系統的標準化及可配置化的研究有著重要的意義。

企業目前的MES系統應用中存在以下問題。

1.1 通用性較差

系統針對部分工廠特定的產品類型定制需求，不能直接用戶其他工廠不同類型產品的推廣，也很難適應企業對于業務流程的重組與再造。

1.2 可配置性差

缺乏基于工廠數據模型的數據集成技術，系統的可重構、可擴張性較差，進而制約了 MES 系統的推廣實施。

1.3 集成性較差

由于缺乏統一的工廠數據模型，MES 各功能模塊之間以及與其他系統如ERP之間的集成就變得很復雜。

本文以實際的企業信息系統為背景，嘗試對生產業務流程進行梳理整合，改進已實施的MES系統建立統一工廠數據模型，可進行一定的功能配置，進而提高系統滿足企業個性化需求和支持業務流程重組（BPR）的能力。

2 業務解析

業務解析是通過對現有生產過程中涉及MES系統的業務流程進行梳理，嘗試對其多樣化進行整合盡可能向標準化靠攏。

目前涉及MES的生產業務板塊總體分為計劃管理、生產執行、物料管理、質量管理四大模塊，下文就模塊中的部分流程優化的內容簡析

2.1 計劃管理

2.1.1 訂單獲取

該公司生產訂單均在ERP中進行下達，但其物料在信息系統并未以物理生產位置及業務形態的不同進行區分，這就導致在MES系統中需要做開發對物料進行識別。故針對多工廠的不同物料首先要求其在ERP系統中有相對準確的分類，將不同業務賦予不同的字段做標識以獲得相對準確的工廠數據及計劃來源。

2.1.2 訂單發布

該公司由于產品的多樣性，既存在單件流產品、也存在批量生產業務形態，導致最初從ERP系統同步的訂單在不同工廠下流轉形式多樣，程序邏輯復雜，因此在梳理過程中引入訂單容量概念，將其作為產品流轉批量的唯一數據源。

2.1.3 產品序列

由于產品的多樣性和關鍵工序差異化較大，原系統固定關鍵工序的做法推廣型太差，需求整理識別出各工廠的關鍵工序，在MES中實現配置化，以關鍵工序進行推演其余工序的生產。同時，啟用序列號管理的物料其序列號規則多由客戶指定導致其千差萬別，需針對每類產品明確規則作為系統配置化項目。

2.2 生產執行

2.2.1 工藝整理

目前生產執行的報工用到的工藝路線同步于ERP系統，而ERP系統中的工藝路線更多的作用是歸集成本，且ERP集中報工的方式決定其很少考慮生產現場的流轉。需要重新梳理工序進行拆分合并，梳理工序標準文本碼進行唯一性識別管理，同時規范ERP和MES同步的接口均需以同步的生產訂單工藝路線作為MES報工執行的數據來源。

2.2.2 報工確認

各工廠對于生產車間確認報工的要求存在差異，在MES系統需要錄入的內容不盡相同，經過梳理后明確自制工序操作者只做開工、報工、關鍵件綁定的操作，外協加工工序只需進行開工完工集成采購訂單創建和收貨，簡化操作提高體驗度。同時，結合現場操作需求劃分固定工位和移動工位，對固定工位配備工控設備，移動工位采用手持終端操作。

2.2.3 數據采集

設備的數據采集功能統一定義為工序對設備有工藝參數要求的，通過直接或設備改造后采集相應的工藝參數數據存儲到對應的服務器用于追溯和異常預警。

2.3 物料配送

2.3.1 整體邏輯

整理、統一物料配送的分解邏輯，以工藝路線工序上的組件分配物料為標準，將所有需求物料分解到一張需求單或按工序分解需求物料到多張需求單；車間如需集成配送過賬則發布相應的需求單后進行配送調用SAP接口過賬。

2.3.2 特定業務

對于需要大屏幕展示物料配送需求和實時狀態的，統一以報表開發的形式來計算展示，不在應用功能中加入邏輯進行計算。這樣可以簡化系統功能，提升運行效率。

2.4 質量管理

2.4.1 質檢任務類型統一

各生產車間的質量檢驗形式不一，梳理確認后明確為來料的入庫檢，過程中普通專檢、抽檢、首末檢、巡檢，物料和工序的檢測項點按標準值、上下限在系統維護設定并對檢驗值合格與否進行自動判定。

2.4.2 質量控制點

按檢測模板進行質檢任務的生成 ，處理檢測后必須處理隔離工單才能進行下一道工序報工。檢測比例只控制百分百檢測必須檢測，其余則使用大屏或報表進行指示檢驗員進行任務的創建和處理。

3 系統設計

系統的原型采用面向服務的制造執行系統建模方法、采用C/S（客戶端/服務器）和B/S（瀏覽器/服務器）結構結合、基于跨平臺的J2EE技術框架和JBOSS應用服務器、采用Web服務技術開發實現。并結合基于企業基礎應用平臺、業務組件和模塊化的多層架構完成前期系統開發與應用服務。

3.1 開發方案

3.1.1 模塊化開發

在開發過程中，采用服務化組件化的系統開發思路，將通用的功能開發成業務組件，根據車間制造信息模型，按職能將系統劃分成不同的功能模塊，模塊內部高聚合，模塊間則低耦合，通過分別部署的方式實現按業務需求選擇相應模塊實施。

3.1.2 多層車間工廠建模方式

工廠、車間、工作中心、工位的四級結構，使系統適用于不同的車間生產環境，能夠適用多工廠多車間、單工廠多車間、單工廠單車間多工作中心的組織模式。

3.1.3 結合功能模塊和多層車間工廠建模方式進行配置化開發

不同制造業務模式對車間的信息需求有差異，要求系統的底層具有一定的通用性，但在人機料法環中考慮各制造業務模式的信息需求，抽象多種業務需求的模型，建立比較全面的可配置化的信息流程，工廠根據需求應用進行配置化應用。

3.2 系統體系結構

可配置MES 體系結構包括模型層、中間平臺層、功能層。

模型層：模型層以多工廠模型為核心，在概念層上重用和互操作，實現業務功能與工廠的分離。

中間平臺層：中間平臺層抽象并封裝了系統的業務邏輯過程，通過制造業務模式進行功能組裝，另一方面可通過協同機制、消息引擎實現不同業務模式的整體協同和全局優化。

功能層：通過標準化定義功能和接口，按配置方法實現功能模塊的可插拔，可以適應不同廠商間業務模塊的集成，以此實現各種中間平臺層的復用與深化應用。

3.3 系統功能模塊

將系統功能模塊主要分為基礎平臺、工廠建模、計劃管理、生產執行、物料配送、質量管理。

基礎平臺：提供物料的基礎數據、系統的主體功能運行平臺配置信息，以及二次開發的配置內容。包括報表、腳本、流程引引擎，消息及監控平臺，接口API，組件管理等模塊。

工廠建模：支持統一的物理工廠和邏輯對象工廠數據模型建模，為各個應用功能模塊提供完整統一的數據模型，并為業務模塊提供基礎數據支撐。

計劃管理：全面管理企業制造訂單的整個生產流程，幫助用戶實現均衡投產，減少在制品的數量。

生產執行：當車間接收工作任務派工后，展開相關生產活動，此時任務完成情況、生產設備狀態都不斷發生變化，生產執行模塊就是將這一系列生產活動記錄下來，全面實現生產過程的跟蹤。

物料配送：物料配送需求來源于廠內生產計劃，根據生產計劃對物料的需求，結合供應商，廠內倉庫的庫存相關情況，進行配送。

質量管理：對于原材料進廠、生產制造等過程中的產品整個生命周期進行數據化管理，通過不斷的改進，進一步完善生產質量管理直至企業層的整體化全面質量管理體系。

3.4 測試示例與系統配置工具

3.4.1 用戶自定義對象與實體

通過自定義對象，實現按用戶設置的應用或顯示對應數據列。通過自定義實體檔案，實現各檔案關系與引用的自定義，滿足映射關系的可配置化。

3.4.2 工廠權限配置

通過自定義實體檔案和表的對應關系，同時對該檔案進行數據隔離配置。滿足數據隔離的可配置化。共用的數據實體可不進行工廠隔離。

3.4.3 計劃同步配置

通過工廠代碼和調度員維護SAP訂單同步的目的工作中心，實現多工廠對不同業務訂單的處理方式。工廠代碼和調度員配置的方式可使不同工廠共用一個同步接口，也可減少SAP的接口維護量。

3.4.4 產品流水號配置

通過物料和腳本引擎維護各種調度員物料或單物料的物料條碼生成規則，用戶也可以自定義生成腳本，來滿足不同物料的流水號編碼需求。

3.4.5 質檢配置

通過檢測類型、檢測項、檢測模板實現各物料的檢測信息維護，針對不同物料維護相同模板不同工藝參數標準。

4 結 語

本文基于一個實際的企業的案例，探討了如何梳理生產管理的流程使其規范化和標準化，進行了MES 系統的標準化及可配置化的研究設計，能夠真正適應實際生產業務的快速變化，進而滿足企業個性化需求和支持業務流程重組，而提高了企業核心競爭力。

主要參考文獻

[1]王澤.機械加工企業的可配置 MES 研究與應用[D].重慶：重慶大學，2010.

[2]周正文，屈仁斌. 基于 ERP 系統的企業物流運輸信息系統的開發研究[J].中國管理信息化，2013，16（10）：48-50.