MES藍圖設計與系統(tǒng)實現(xiàn)

胡國金 ，劉躍華

(1. 廣東科達機電股份有限公司，佛山 528313；2. 電子科技大學 中山學院，中山 528402）

0 引言

離散型裝配制造業(yè)的普遍特征是BOM結構和工藝加工過程非常復雜,由于該類企業(yè)大多具有面向訂單設計、生產以及多品種、少批量的特點，盡管很多企業(yè)已使用了ERP系統(tǒng)，但上層計劃并不能及時準確傳遞到執(zhí)行層，導致計劃與執(zhí)行嚴重脫節(jié)，再加上各種插單、急單、撤單、各類資源短缺的現(xiàn)象時有發(fā)生，致使生產過程難以控制、在制品居高不下、勞動生產率難以快速提高。

本文以某一離散型制造業(yè)為背景，首先簡要介紹了離散性制造業(yè)MES系統(tǒng)的藍圖設計，然后重點分析研究了實現(xiàn)藍圖設計的基于RFID技術的MES系統(tǒng)，包括RFID技術、終端及基站設計技術、網(wǎng)絡通訊技術、接口設計技術、系統(tǒng)功能模塊及系統(tǒng)實現(xiàn)原理，以及系統(tǒng)實施后取得的經(jīng)濟效益。

1 MES系統(tǒng)藍圖設計要點

MES項目實施也與其它信息系統(tǒng)項目實施一樣，需要經(jīng)過現(xiàn)狀調研、藍圖設計、系統(tǒng)實現(xiàn)、基礎數(shù)據(jù)準備和上線切換運行五個實施環(huán)節(jié)。MES項目實施前，需全面深入了解企業(yè)，通過調研、會議、培訓、討論等手段，從組織架構、崗位職責、現(xiàn)狀流程、生產組織模式、工藝加工特點、單據(jù)報表、車間軟硬環(huán)境、目前存在的問題及業(yè)務需求等角度，對實施企業(yè)的業(yè)務現(xiàn)狀進行全面分析和調研，然后在此基礎上，結合MES系統(tǒng)自身的技術特點，功能模塊，實現(xiàn)方式，繪制基于RFID技術的MES實施后企業(yè)的業(yè)務藍圖，包括未來的組織架構及崗位職責、未來的生產組織模式、未來的業(yè)務流程、接口設計、二次開發(fā)、基礎數(shù)據(jù)準備及上線切換策略等。其藍圖設計的要點如下：

1.1 未來的生產組織模式及未來的業(yè)務流程

MES系統(tǒng)實施前，銷售接單后直接下達給生產部，由生產主管按產品大類分派給各產品計劃員，各計劃員在ERP系統(tǒng)中錄入MPS計劃，經(jīng)過MRP運算后生成采購外協(xié)計劃和生產計劃，生產計劃轉生產訂單后按工作中心下達給車間調度，車間調度再根據(jù)工作中心分派給班組長，班組廠最后分派給操作工。

MES系統(tǒng)實施后，根據(jù)基于RFID技術的MES系統(tǒng)自身的技術特點和功能，未來的四級計劃管理體系將精簡為一級，其計劃管控能力將明顯提高。如圖1所示。

圖1 MES系統(tǒng)未來的計劃模式

RFID技術、無線智能終端及集成接口等技術的應用，將徹底改變目前的業(yè)務運行方式、加快物流速度、提高信息的透明度、規(guī)范企業(yè)尤其是車間層的日常管理流程、提高計劃執(zhí)行效率。未來每個流程均由流程目標、關鍵流程節(jié)點描述、流程與崗位關系圖、單據(jù)報表、基礎數(shù)據(jù)、接口需求、規(guī)章制度、信息系統(tǒng)需求及其他需求共九大環(huán)節(jié)組成，其未來總流程如圖2所示。

圖2 MES系統(tǒng)未來的流程總圖

1.2 接口需求

為全面實現(xiàn)MES與現(xiàn)有信息系統(tǒng)（ERP、PDM、CAPP）的集成，實現(xiàn)信息的實時、動態(tài)數(shù)據(jù)交換，還需建立與現(xiàn)有信息系統(tǒng)的接口，包括生產訂單、工藝路線及BOM、庫存、設備、工作中心及員工、報工及入庫、報工沖消及入庫沖消等，如下表1所示。

表1 MES系統(tǒng)未來接口需求

2 基于RFID技術的MES系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 RFID技術、智能終端及基站設計

RFID技術：即射頻識別技術（Radio Frequency Identication ,RFID）,是通過電磁波的感應或傳播來進行電子標簽與閱讀器之間的數(shù)據(jù)通訊，它具有體積小、非接觸、可重復利用、唯一ID號、安全性好、不怕污染、識別方式靈活等特點。

智能終端設計及基站設計如圖3及圖4所示。

圖3 智能終端設計

圖4 基站設計

2.2 MES系統(tǒng)無線通訊網(wǎng)絡設計

通過具有該RFID技術的智能終端（IDT）及無線通訊技術（433M），與基站通訊，而基站又通過車間屏蔽電纜線與車間工作站上的多串口卡相連，即可在環(huán)境比較惡劣的離散性制造業(yè)車間構成與上層信息系統(tǒng)（如ERP、PDM、CAPP等）所基于的企業(yè)局域網(wǎng)進行互聯(lián)，形成MES系統(tǒng)的無線傳輸組網(wǎng)環(huán)境，與上層信息系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的集成與共享。如圖5所示。

圖5 MES網(wǎng)絡拓樸結構圖

2.3 MES系統(tǒng)接口設計

接口程序由ERP接口函數(shù)、MES接口調用服務程序、MES接口調用客戶端三部分組成，可滿足定時和實時兩種請求服務，如圖6所示。

2.4 MES系統(tǒng)功能模塊設計及系統(tǒng)實現(xiàn)原理

圖6 MES系統(tǒng)接口設計

MES系統(tǒng)（即制造執(zhí)行系統(tǒng)），由管理程序、計劃服務程序、通訊程序、數(shù)據(jù)庫及接口程序五個大功能模塊構成，它的原理是通過智能終端采集數(shù)據(jù)，通過通訊程序的輪循，將車間數(shù)據(jù)（報檢、報工、設備維修申請等）采集到MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，形成數(shù)據(jù)的“上傳”；通過接口程序輪循將上層信息系統(tǒng)（ERP）的生產訂單、物料、BOM、工藝路線、庫存等數(shù)據(jù)，抓取到MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，形成數(shù)據(jù)的“下達”，從而完成MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)信息的“上傳下達”。

圖7 MES功能模塊與實現(xiàn)原理

MES系統(tǒng)是通過“推拉”結合的方式進行工作的，首先將日計劃按工作中心“推”給各班組，然后再由各班組的操作工刷卡將任務以“拉”的方式從工作中心獲取，經(jīng)過刷卡取計劃、首工序配卡、刷卡預報工、刷卡報檢、中間跨車間工序刷卡轉運、外協(xié)工序刷卡轉出及轉入、最后一道工序入庫后回收卡等，完成物料跟蹤卡的管理及一個計劃的執(zhí)行，如圖7所示。

3 MES實施后取得的經(jīng)濟效益

該MES系統(tǒng)在某離散性陶瓷機械裝配制造業(yè)實施后，取得了較好的經(jīng)濟效益，如提高了物流速度、提高了勞動生產率、提高了產品質量、減少了在制品、減少了加班時間、提高了信息透明度、實現(xiàn)了計劃動態(tài)實時管理及計劃的“上傳下達”，其產生的效益如表2所示：

表2 MES實施后產生的經(jīng)濟效益

[1] 桑頓,游占清,戴青云,陳淘,劉春聯(lián),譯.無線射頻識別系統(tǒng)安全指南[M].電子工業(yè)出版社,2005.