離散制造業制造執行系統設計分析

關鍵詞：離散制造業；制造；系統設計

中圖法分類號：TP391 文獻標識碼：A

隨著時代的不斷發展，國家經濟效益的穩定提升，有關部門逐漸提高對制造行業的關注力度。在此背景下，制造執行系統在國內已經得到了快速發展，其可以監測到生產階段的實際數據，通過應用生產管理技術，為用戶提供一個高效率的制造業環境，從而應用于航空航天、汽車、精密測量以及醫藥等行業，提高生產效率的同時方便企業對內部程序進行運營管理。

1概述

在離散制造業制造執行系統中，MES作為生產階段執行管理工作的軟件，其面向生產車間，通過生產信息化系統，可以實現對收貨管理、進貨檢驗、庫存管理、計劃排程、任務執行、設備管理、人力資源、采購管理、工具量具、質量管理以及儀表板等方面的管理工作，通過上層數據的集成方式可實現對管理模塊的分解，為后續制造協同管理平臺打下可靠、全面且扎實的基礎。

對于MES而言，其不僅是一個單一的信息管理系統，還可以實現縱向、橫向以及系統之間的集成工作，統計經營管理系統的運行，保證MES能夠完成信息的傳遞工作。一旦訂單下達，則可進行對整個生產流程的管理與監控。因此，MES可應用報告、儀表板大屏等方式，實現對準確數據的處理以及指導，根據制造生產環節的產品狀態，積極響應MES，避免企業內存在過多具有附加值的活動，應用生產運行流程指導的方式，實現信息流的集成，改善工廠的生產方式，提高庫存利用率和周轉率。同時，通過控制層與計劃層數據信息交互的方式，提升生產回報率，應用雙向直接通訊的方式，完善產品的供應鏈，優化車間的制造流程。

2設計方案

2.1 MES模型設計

由于MES系統是計算機管理工作系統與底層控制系統相互關聯的橋梁，因此，MES系統在底層工業及計算機管理系統的接口中，直接決定系統輸出、輸入以及控制工作的開展。即使MES系統對控制層、計劃層的接口未進行明確的界定，但在控制系統與ERP系統功能迭代升級的過程中，能夠使車間的管理工作不斷完善。這樣一來，ERP和MES控制系統之間存在的部分重疊功能，使二者間的分界點變得模糊。

在研究階段，為實現離散型MES系統的設計，可加強對MES基本功能的分析，了解MES所能實現的是什么，統一不同類型的ERP系統以及控制系統的實際狀況，規定三個系統之間的分界點。

（1）在計劃系統運行過程中可明確MES系統中的相關信息，通過對資源信息（物料信息、設備信息、人員信息及工裝信息）、工藝路線、基礎數據信息（生產日程、制造BOM）的解讀，增加重點信息在MES系統中的應用。

（2）計劃管理系統可為MES系統提供啟動環節所需的信息。此信息主要為物料計劃信息（MRP）。此部分內容是依據ERP系統中隱含的程序，將指令下達到MES系統中并通過車間的作業計劃，完成訂單的排序或是末排序工作。若加強對MES系統的設計分析，則可明確其中存在的數據服務器狀態，并根據設備的狀態，判定MES系統中的狀態信號，保證生產過程中的相關信息能夠反映出來，詳細記錄在實際生產過程中存在的信號、數據并完成描述工作。

（3）在MES模型設計過程中可結合實際執行的反饋狀況，應用工單中所標注的執行過程數據，物料的應用狀態以及人員信息等，規劃出對應的工藝路線，確保在制造BOM等區域內不會出現問題，使MES系統可以下達對應的指令，輔助裝配以及搬運工作的開展。

由此可知，MES系統功能與控制系統以及ERP的運行狀況具有密切關聯。因此，為輔助車間作業計劃的實施，應重視車間以及班組內部的生產排序功能，基于自動化程度進行分析，根據工單的交貨期以及優先級，促使測量儀器以及數據設備在MES系統中能夠合理設置，通過MES系統功能模型的創建方式，劃分出計劃層、控制層，避免數據的傳輸工作在MES系統運行階段存在問題，通過廠級車間作業計劃或是執行信息及信號的應用，通過MES系統下達對應的生產指令，使生產執行狀況的監察工作可以順利實施，從而應用ERP/PDM實現控制信息的提供。

2.2數據采集模塊設計

2.2.1數據采集模塊的具體功能

通常情況下，在離散制造企業制造執行系統設計階段，數據采集模塊的設計工作作為各項工作的開展前提，通過信息的獲取，利用傳感器將數據內容轉換成信號，在信號執行完采樣、調理、編碼、量化以及傳輸等工作后，則可將重要的數據上傳到計算機系統內，方便后續的分析、處理、顯示以及存儲工作的開展。

數據采集模塊的功能在于收集生產環節的數據表征，通過對生產要素的分析，掌握其中的重點數據，包括設備、人員、物料、生產過程以及工裝等信息。在確認整個生產車間的數據已經完成檢索后，可應用輔助信息，實現對車間內制造信息、調度信息以及工藝信息的整合。

通過對數據采集核心模塊的規劃，確認各部門數據信息的來源，通過生產監控設備的應用，實時掌握生產過程中各個區塊的狀態，方便工作人員對生產環節存在的異常問題，應用合理的調度決策方式，實現對各個模塊中生產數據的追蹤，從而簡化生產流程，控制好車間生產的質量。

另外，通過對工單、計劃以及物料單等信息的應用，可保證生產環節相關數據的處理以及存儲工作能夠實時進行，通過計算機系統的輔助，保證車間工作人員能夠將數據作為采集對象，應用六個子模塊的劃分，使設備數據、工藝數據、工裝數據、工單數據以及物料數據、人員數據等模塊能夠合理運行。

2.2.2數據采集信息檢索

系統在運行階段需要哪些數據，取決于模塊所需的信息。因此，在數據采集模塊設計階段，需要執行兩類信息的檢索工作：收集生產階段的實時數據，輔助生產監控工作的開展：檢索生產環節的歷史數據，方便后續的生產過程分析以及生產追蹤工作的開展。因為歷史信息是一種對實時車間信息的記錄過程，所以在進行數據采集工作時須對歷史信息進行補充。

2.2.3數據采集信息流程分析

由于數據采集工作是與生產過程協調的，因此，在數據采集過程中應確認數據采集點，明確生產的地點及時間。首先，在采集階段可加強對外部實體以及設計系統的相關部門工作的規劃。比如，生產班組、計劃部門、倉庫以及物流部門。讓生產部門在系統內下發工單，執行對工單的更改及廢止操作。若生產部門需要開展生產活動，則可優先確認訂單當前狀況。而物流部門則可通過對新物料單的應用，執行對車間運輸階段工作的確認，讓倉庫對物料的出庫以及入庫情況進行二次監測。其次，計劃部門在完成新工單的派發工作后，可應用系統對工單信息進行編輯，方便后續員工對設備以及物料等內容進行查詢，從而監測工單的派發情況，在確認各項信息準備完成后，記錄數據信息的采集工作派發狀態，實現對人員以及物資的調配。

2.2.4數據采集方法比較

在數據采集工作實施過程中可通過自動采集以及手工采集的方式完成。其中，自動采集會通過系統進行定期或是不定期的數據檢索工作，通過自動采集的方式，完成數據信息的記錄。而手工采集則是應用人工記錄的方式，將重點數據記錄下來。因此，通過對下述集中數據采集方式的闡述可實現對數據采集方法的比較。

（1）條碼掃描

讀取條碼等信息來源，根據條形碼中黑條及白條的反射率進行分析，通過自動識別的方式，完成條碼的掃描工作。

（2）手工錄入

通過對手工觸發事件的分析，讓工作人員手動錄入數據，開展對數據的存儲工作。并且，應用手工觸發事件的方式，使系統自動進行檢索，實現對時間等信息的記錄。此方式在執行過程中僅需計算機作為終端程序，具有經濟實惠的特點，但也存在錄入信息不準確的現象。

（3）設備終端數據采集

通過工況、宏程序法以及DNC接口法，開展對PL、數據采集卡、機及數控機床等設備的自動檢索工作。在加工程序增加“宏指令”的應用，確保工況數據是完整的，可以順利應用于數控系統，讓“數控程序”可以作為一個文本文件，方便工作人員對其進行編輯，從而應用數控系統內的顯示器資源以及鍵盤，實現DNC網絡的共用，使各模塊中的工況數據詳盡，輔助后續信息傳輸工作的開展。

2.3生產監控模塊設計

MES系統內的生產監控功能是輔助管理人員掌握生產車間工作情況的。因此，生產監控模塊在設計階段需要監測生產流程中的異常情況，通過對該部分內容的分析，將問題反饋給管理層級，方便管理人員進行對應的調整以及處理，以確保系統正常運行。

（1）可設置監控對象，使生產監控模塊的設計工作分為設備監控、工單監控、工序監控、人員監控以及物料監控五個模塊，并且應用性能指標監控以及狀態監控的方式，控制好監控工單的完整性，在保障設備性能的基礎上，實現對物料的充分利用，保證工作人員能夠規范地執行自身崗位工作，從而在提升工作效率的同時，能夠讓工序質量得到提升。

（2）在生產監控模塊規劃設計過程中，可引入MES系統理念，通過對生產監控信息的調取，生產流程的簡化，生產監控方法的確認，判定系統中存在的異常狀況，使生產監控模塊內的工單能夠按照原計劃進行，避免在工單派發、形成、準備、完成、執行、廢止等操作時出現問題。

（3）可同時對生產設備在運行過程中的動態設備進行實時檢測，應用系統平臺檢測在線設備的實際狀況，通過提供信息圖形以及圖形界面的方式，展示生產監控模塊中的可視化功能。如此一來，管理人員可基于生產設備的運行狀態進行分析，通過組織協調車間物力、人力的方式，監測生產的變化情況，從而使生產設備的利用率最大化。

2.4制造執行系統應用實例

某制造企業依靠坐標測量機裝配為主的工作模式，通過混流裝配的方式執行離散制造工作，但受到市場的影響，ERP系統在引入后難以適應市場的變化，導致傳統的生產效益不高，對企業的經濟效益造成直接的影響。因此，通過MES系統的應用，使生產現場黑箱作業逐漸透明化，能夠及時掌握產品成本以及質量方面的問題，應用具有靈活性以及實時性的離散制造業制造執行系統設計計劃，在改善生產方式的同時，提高制造企業的生產運行效率。

（1）可通過制造工藝和軟件校準補償等技術的應用，執行坐標測量機的裝配工作，通過生產信息的采集，保證總裝線（橋架、滑架、總裝、較準）等工作的順利開展，同時對關鍵工位的設置，簡化信息采集的流程，規劃出數據信息的控制點，應用準確、完備的輔助機制，解決在生產過程中存在的漏裝、錯裝等問題。

（2）基于MES系統結構進行分析，依托MES系統，通過對基礎數據的存儲，保證數據共享、匯報總結等工作的順利開展。同時，可引進先進的設備，讓系統可自上而下地接人智能監測設備以及生產設備，應用自動提取相關生產信息的方式，控制好生產質量，進而保證數據通信工作的順利實施，并且應用MES系統進行ERP數據的轉換工作，通過現場裝機指導的方式，保證生產調度工作環節不會出現紕漏。

3結束語

為避免離散制造企業在生產以及經營過程中與社會脫節的現象，解決生產階段存在的效率低下等問題，應基于制造執行系統中MES等功能進行思考，通過加強數據采集模、生產監控模塊設計的方式，提升制造企業在經濟市場中的競爭力，促使MES系統在運行工程中能夠拓展云環境中的制造業體系結構，應用數據中心的創建方式，將底層資源充分利用，保證轉介以及相關操作人員根據自身的經驗，創建出最優的模型庫、方法庫，展示其在系統中的功能，從而解決在系統運行過程中產生的安全性問題，確保離散制造業制造執行系統的順利應用。

作者簡介：

潘澤南（1990—），碩士，中級工程師，研究方向：智能制造MES。