基于MES 的制造企業(yè)工藝設(shè)計及生產(chǎn)調(diào)度研究

閻慧杰，許 琛，李志林，平傲宇

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）是一種應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)計劃決策層和生產(chǎn)車間執(zhí)行層之間高效的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，是為適應(yīng)復(fù)雜多變的生產(chǎn)而形成的一種支持有序、協(xié)調(diào)、可控和高效生產(chǎn)的車間級協(xié)同平臺，實現(xiàn)制造執(zhí)行過程及其復(fù)雜信息的管理。MES 系統(tǒng)可以追蹤生產(chǎn)車間里工件、物料以及操作人員的實時作業(yè)數(shù)據(jù)，便于企業(yè)上層生產(chǎn)計劃集約化管理，充分實現(xiàn)企業(yè)高效生產(chǎn)。

工藝設(shè)計對于制造型企業(yè)來說至關(guān)重要，是連接工件產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)制造之間的關(guān)鍵橋梁，同時也是決定產(chǎn)品加工質(zhì)量高低、企業(yè)制造效率高低的重要一環(huán)。本文針對某機械加工制造型企業(yè)進(jìn)行研究，在該企業(yè)中，相關(guān)工藝設(shè)計人員主要使用CAPP、UG 等軟件進(jìn)行工藝設(shè)計及編制，隨著工藝設(shè)計的信息化升級，對應(yīng)于生產(chǎn)車間的工藝執(zhí)行方面仍未得到高效的信息化對接，大部分依然采用車間操作人員人工管理、人工采料等操作，出現(xiàn)了生產(chǎn)與工藝對接不及時、信息反饋慢、操作不到位等一系列問題。

鑒于以上情況，本文將MES 系統(tǒng)應(yīng)用于該機械加工企業(yè)，實現(xiàn)工藝設(shè)計與生產(chǎn)調(diào)度之間的高效銜接，解決兩者之間信息脫節(jié)、信息遲鈍、信息延誤等一系列人工操作帶來的問題。

1 制造企業(yè)現(xiàn)狀分析

該機械加工企業(yè)在工藝設(shè)計與生產(chǎn)調(diào)度之間存在信息傳達(dá)效率低的問題，在實際加工作業(yè)過程中，車間層與工藝計劃層不能很好的契合，導(dǎo)致企業(yè)ERP 系統(tǒng)功能無法高效的使用。在針對該機械加工企業(yè)車間進(jìn)行具體考察后，將車間加工現(xiàn)狀說明如下：

（1）車間依然存在人工手寫的生產(chǎn)管理看板，對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)管；

（2）生產(chǎn)車間在生產(chǎn)工件的過程中，需要管控的信息繁多，無法實時傳達(dá)給ERP 系統(tǒng)掌握；

（3）生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)損壞、停電等異常情況無法進(jìn)行正常的作業(yè)，維護(hù)信息不能及時被ERP 系統(tǒng)掌握。

總結(jié)以上情況，在該企業(yè)車間內(nèi)出現(xiàn)了工藝設(shè)計與生產(chǎn)調(diào)度之間的信息反饋慢、對接不及時、操作不到位等一系列信息傳達(dá)不善的問題，從而導(dǎo)致了車間加工效率低下、人員利用率不高的后果，建立良好的數(shù)據(jù)信息傳送系統(tǒng)顯得尤為重要，現(xiàn)在市場上多應(yīng)用MES 系統(tǒng)對制造業(yè)實現(xiàn)敏捷制造和柔性生產(chǎn)[1]。

2 系統(tǒng)原理概述

2.1 MES 系統(tǒng)概述

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES 最初是由AMR 公司提出的一個概念，意為位于上層計劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的面向車間生產(chǎn)控制執(zhí)行層的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，具體可分為三層，即計劃層、執(zhí)行層和控制層，大致示意如圖1 所示。

圖1 企業(yè)生產(chǎn)集成模型

2.2 MES 系統(tǒng)搭接

在實際應(yīng)用過程中，需要采用軟件和硬件相互配合的方式才能實現(xiàn)MES 系統(tǒng)功能，軟件包括數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理軟件等，硬件包含掃碼槍、RFID 讀寫器、PLC 設(shè)備以及工控機。

該系統(tǒng)運用以太網(wǎng)建立數(shù)據(jù)傳遞的通道，將支持以太網(wǎng)的設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，其中不能直接連接的設(shè)備通過交換機實現(xiàn)網(wǎng)口轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，整體的MES 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

圖2 MES 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

運用以太網(wǎng)可以將PLC、RFID 標(biāo)簽、現(xiàn)場看板、數(shù)據(jù)庫和相關(guān)服務(wù)器計算機連接起來。作業(yè)現(xiàn)場的工控機內(nèi)運行數(shù)據(jù)采集服務(wù)軟件，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中RFID、PLC、現(xiàn)場看板和服務(wù)器相互之間的數(shù)據(jù)傳遞。同時將采集到的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲，還可以在數(shù)據(jù)庫中查詢調(diào)取相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)[2-4]。

3 系統(tǒng)框架及功能模塊

依據(jù)該機械加工企業(yè)的工藝設(shè)計與生產(chǎn)調(diào)度的實際狀況，提出一種基于五層體系框架的機械工藝與加工執(zhí)行系統(tǒng)，各層級履行各自的職能和功用，經(jīng)過整合，形成集成化MES 體系，如圖3 所示。

圖3 MES 體系架構(gòu)

MES 系統(tǒng)的設(shè)計通常采用模塊化設(shè)計，即根據(jù)企業(yè)特定的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合企業(yè)固有的加工特性，提出改善措施，并設(shè)計出一系列優(yōu)化功能模塊，各模塊是相互獨立存在的，針對不同的模塊完成對應(yīng)的功能，滿足機械加工企業(yè)的加工需求，本文根據(jù)該企業(yè)需求分析，總結(jié)出適用的MES 系統(tǒng)功能模塊，具體如圖4 所示。

圖4 MES 系統(tǒng)功能模塊

4 系統(tǒng)運行

本系統(tǒng)采用Visual Studio 2010 軟件作為集成化設(shè)計平臺，將C#作為編程語言，使用SQL Server 2015 作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，通過集成設(shè)計生成系統(tǒng)功能交互界面。設(shè)置好人員權(quán)限后登錄界面，可以完成對應(yīng)的操作，包括工藝文件設(shè)計、工件狀態(tài)跟蹤等多項功能。其中根據(jù)生產(chǎn)實際的工藝過程界面如圖5 所示，在對應(yīng)的文本框內(nèi)記錄下當(dāng)前的工藝狀態(tài)，將相關(guān)信息直接上傳，通過網(wǎng)絡(luò)計劃層可以直觀地進(jìn)行觀察，根據(jù)當(dāng)前情況作出指令下達(dá)，實現(xiàn)了高效實時信息傳達(dá)[5]。

圖5 工藝過程界面

5 結(jié)束語

在針對某機械加工企業(yè)的工藝設(shè)計與生產(chǎn)調(diào)度的研究基礎(chǔ)上，提出了運用MES 系統(tǒng)集約化管理工藝與生產(chǎn)的方案，可以實現(xiàn)生產(chǎn)計劃層與生產(chǎn)車間執(zhí)行層之間的數(shù)據(jù)實時傳送功能，快速地做出反應(yīng)，高效地完成生產(chǎn)任務(wù)，較好地解決了生產(chǎn)信息延誤和信息脫節(jié)的問題，對于類似的機加企業(yè)實現(xiàn)高效生產(chǎn)提供了參考方案和實施依據(jù)。