基于MES的智能制造協同管理體系研究

沈杰 耿中華 王熹 李震 張堯

摘 要：MES即制造企業生產過程執行管理系統，它是智能制造的核心內容，直接影響智能制造的質量及效率。MES制造執行系統核心服務項目層，依然是執行工作既定的數據采集系統、新產品生產批號追溯以及譜系建立的任務主體?；诖?，文章介紹了MES系統的相關內容，并對智能制造協同管理體系的構成與應用進行簡要分析。

關鍵詞：MES;智能制造;協同管理

中圖分類號：F274文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）08-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.026

MES制造執行系統最底層控制系統是工作任務一體化，MES制造執行系統封裝調用集合方式，要實現生產執行工作監管的信息化管理，必須運用MES制造執行系統開展生產計劃表、生產組織化、生產控制、協調與控制等。MES系統作為實現智能化管理的關鍵，在智能制造協同管理體系的建設方面具有必然性與必要性。

1 MES系統概述

MES系統是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。以MES為執行層的協同管理體系分為三個層面，即計劃層（面向客戶）、執行層（面向車間生產控制）、控制層（面向生產作業現場）。它能夠為企業提供多個管理模塊，例如，制造數據管理、質量管理、庫存管理、成本管理等，為企業打造扎實可靠、全面可行的制造協同管理平臺。

MES系統具有以下特點：第一，采用強大的數據采集引擎，將數據采集渠道進行整合并覆蓋整個工廠的制造現場;第二，采用先進的RFID、條碼及移動計算技術打造條碼系統;第三，做到實時、全面、準確的性能與品質分析SPC;第四，能夠全面完整地追溯產品;第五，個性化的工廠信息門戶，通過Web瀏覽器實時掌握生產現場的信息。

MES系統在生產制造管理過程中可以起到三個重要作用：業務協同性，把傳統的生產過程變得更加透明化，既能提高信息集成程度，又能使企業改善內部部門之間的“協同”;成本可控性，在獲取大量比較準確的成本數據的基礎上，使企業能夠更加精確地核算和控制產品成本，并找出降低產品成本的方法;計劃適應性，在使生產計劃更具有可操作性的基礎上，進一步提升生產計劃的適應性和準確性，更有利于有限資源的利用。

目前，我國在智能制造系統和技術方面投入較多，但大多數仍處于智能化研究的初步階段，發展參差不齊。由于MES系統具有復雜性、多樣性等特點，在國內市場發展潛力較大。

2 智能制造協同管理體系構成

2.1 系統框架

基于MES系統的智能制造協同管理體系需要將生產管理、質量管理及計劃管理三個方面進行整合，并把智能制造相關的軟件與其相結合。管理系統根據以上需要，應配置兩臺及兩臺以上服務器分別進行生產線監控及數據管理工作。施工管理過程中將生產線監控服務器連接到對應的監控設備和傳感器中，數據管理服務器是作為數據儲存、數據查詢和數據編輯功能存在的。整個智能制造協同管理體系分為數據層、表現層和業務層三個部分。其中，數據層就是數據庫或數據源;表現層主要表現在用戶接口的展示以及通過業務層的“類”與對象驅動接口;業務層的主要工作內容是訪問數據層，從中取得數據、改正數據以及刪除數據，最后將結果返回表現層。

2.2 功能實現

在計劃管理方面，計劃管理是生產過程中比較重要的組成部分。MES系統的生產計劃主要把生產設備和物料作為對象，依據生產單元進行安排;把執行作為導向，打散ERP生成訂單重新計劃生產排程。同時，它是一種基于時間的有限產能計劃。進行智能制造時，把產品的工藝流程與路線相結合便能夠得出生產模式，MES系統的核心數據就是以此構成的工單。通過該生產模式實行計劃、跟蹤反饋，并把整個過程中的數據集中在一起傳到系統內部，系統經過自動分析、統計等環節，把相關資料、文件等與工位對應起來，進而形成一套完備的計劃管理體系[1]。

在生產管理方面，MES系統內最重要的一環是計劃管理。一般情況下，上層管理系統ERP實現企業的整體生產計劃。其中，ERP生產計劃和MES生產計劃的差異性主要體現在ERP生產計劃把訂單作為對象，需要考慮時間因素，排列單位為日，日期依照銷售預測時間、訂單、制造與采購原材料提前期等因素進行計算，是一種基于訂單的產能計劃。MES生產計劃主要以設備、生產過程中所需材料為對象，根據生產單元安排計劃。

在質量管理方面，MES系統既是協同管理體系中的重點，也是智能制造中的重要內容。在智能制造過程中，每個流程都會安置質控點，再在質控點上加入自檢、過檢和停檢等相關項目，進而形成一套完備的質檢計劃。生產線上的質檢人員通過使用終端設備掃描產品條形碼，便可取得相關文件以及記錄單據，此后將計量工具等設備與其相關聯以采集數據。當出現系統沒有自動采集數據的情況時，質檢人員便需要手動記錄，若連續出現不符合標準的工序系統，可以自動報警。通過使用MES系統，可以實時采集生產線上的相關質量信息，并即時輸出數據統計表，在對生產過程進行分析時，能夠從多種角度來總結問題，并提出可以幫助優化質量管理的各種理論依據，促進生產線的發展[2]。

在工藝管理方面，MES系統能夠根據不同角色分配不同權限，其中某些重要的、帶有機密性質的信息只有被授權的用戶才可以看得到，這樣一來便能夠有效防止信息泄露。另一種情況下，生產工藝中的所有數據都可以輸入系統。因此，如果需要改變生產工藝，只需修改系統中的文件即可，不再需要查找更改紙質文件，這樣會更加便捷。MES系統的工藝信息管理更加側重借助工藝信息的橋梁作用，把編制完成的工藝與生產任務、產品技術文件及車間資源信息相結合，并將其傳遞給生產一線的工人，指導他們更好地完成生產任務。

3 智能制造協同管理體系的應用

目前，MES系統在眾多領域都有所應用，并且不同的領域應用也反映出了相關特點，依據MES系統在各個領域中有著不同需求，應用過程中的側重點就會產生一定的差別。即使側重點不一致，但總體框架基本相同，即通過采用生產過程信息化管理的模式，對生產全過程進行信息采集、分析與判斷，之后再與企業的實際情況相結合提出相應的決策內容，最終實現智能化目的。其中，波音和空客公司分別在B777、B787和A380等多個機型上應用了數字化設計制造技術，并取得明顯效果。

例如，美國著名聯合攻擊戰斗機JSF就是通過建立基于協同平臺的全球化虛擬企業，覆蓋飛機全生命周期，全面采用數字化技術，在設計該戰斗機時節省了50%的時間，同時工裝減少了50%、所使用的零部件減少50%。此外，制造所用到的成本降低50%，相應的維護成本也降低了50%，并消除了不完整、不正確的尺寸、編程錯誤等造成的返工，減少了質量檢驗工作。通過使用計算機輔助設計系統等功能，完全取消了圖紙，提供出明確的數據源。MES系統的主要目的是實現智能化制造的全過程管控。如果企業在生產執行層面不能及時準確地收集分析對應信息，在高層面不能收集、整理、分析相應的生產信息，就很難實現有效管理生產設備、制造流程及人員調配，企業的智能化改造就很難實施。

MES系統是智能化制造的基礎，分布于全面智能制造生產過程，它與制造企業的各項業務緊密相連。MES系統與企業的生產信息采集、資源管理和調度、設備調度等都有密切聯系，是智能制造重點建設的內容。智能制造相關企業加入MES系統，可以輔助企業實現智能化和精細化管理，降低人力成本，提高了生產效率，是未來智能制造企業建設的趨勢。與傳統的生產線相比較，MES系統可以通過強化過程對生產線進行管理和控制，及時優化生產制造過程中的管理模式進而實現精細化管理;在加工過程中能夠更好地提升工作效率，降低生產的成本費用。此外，MES系統可以快速準確地對生產數據進行統計與分析，推動生產線上的標準化管理[3]。

4 結語

MES系統與傳統的生產線相比較具有很大優勢，在產品的加工、周轉等各個方面可以表現出智能化特征，明顯提升效率與質量，并實現精細化管理，從而降低對人力方面的資金投入和材料成本費用。經過不斷完善與優化，基于MES系統的智能制造協同管理體系，將為企業帶來更多的經濟效益與社會效益。

參考文獻

[1] 李郁松，潘成，吳曉峰.基于MES的智能制造協同管理體系分析[J].中國新技術新產品，2020（18）：130-131.

[2] 徐曉娜，賀姍姍，尚宗偉，等.基于智能制造的生產協同運作管理[J].中國設備工程，2018（22）：26-27.

[3] 耿玉水.基于集成供應鏈理論的智能制造協同管理關鍵技術研究與應用[D].濟南：齊魯工業大學，2017.