基于MES機械加工技術優(yōu)化管理研究

張善晶

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院,河南 新鄉(xiāng) 453000)

0 引言

制造業(yè)一直是全球經濟中最為重要的行業(yè)之一,隨著經濟全球化和信息技術的飛速發(fā)展,制造業(yè)已經進入了數(shù)字化時代。然而,制造業(yè)仍然面臨著各種各樣的挑戰(zhàn),如低效率、高成本、質量問題和環(huán)境問題等。為了應對這些挑戰(zhàn),制造企業(yè)需要通過采用先進的技術和管理方法來提高生產效率、降低成本、提高質量、減少環(huán)境污染[1-2]。

在該背景下，MES技術應運而生。MES技術是一種集成了生產計劃、生產控制和生產管理等功能的信息化系統(tǒng)，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)生產過程的自動化、信息化和數(shù)字化，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉型。在機械加工領域，MES技術的應用可以有效提高生產效率和質量，降低成本，提高企業(yè)競爭力[3]。本文旨在探討基于MES技術的機械加工優(yōu)化管理方案，并以某機械制造企業(yè)為例，驗證該方案的有效性和可行性，為制造企業(yè)的數(shù)字化轉型提供參考。

1 MES技術理論基礎

1.1 概念

MES(Manufacturing Execution System)制造執(zhí)行系統(tǒng)是一種集成生產計劃、生產控制和生產管理等功能的信息化系統(tǒng)。它是在ERP(企業(yè)資源計劃)和SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))之間的一層系統(tǒng),主要用于生產現(xiàn)場的管理和控制。MES系統(tǒng)可以協(xié)調和優(yōu)化生產過程,實現(xiàn)生產現(xiàn)場的自動化、信息化和數(shù)字化[4]。MES系統(tǒng)可以與企業(yè)的ERP系統(tǒng)和PLM(產品生命周期管理)系統(tǒng)等其他系統(tǒng)集成,以實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉型(圖1)。MES系統(tǒng)的核心功能包括生產計劃管理、生產過程控制、質量管理、設備管理、能源管理、人員管理等方面,可以幫助企業(yè)實現(xiàn)全面的生產管理[5]。

圖1 MES系統(tǒng)信息交流原理示意圖

1.2 特點

1)生產過程自動化。MES系統(tǒng)可以實現(xiàn)生產過程的自動化控制,自動采集、傳輸和處理生產數(shù)據(jù),減少人工干預和操作錯誤,提高生產效率和產品質量。

2)生產過程信息化。MES系統(tǒng)可以將生產數(shù)據(jù)轉化為數(shù)字信息,實現(xiàn)生產過程的信息化管理和控制,方便管理人員實時監(jiān)控生產過程,及時發(fā)現(xiàn)和解決問題,提高生產效率和產品質量。

3)生產過程數(shù)字化。MES系統(tǒng)可以將生產過程的各個環(huán)節(jié)數(shù)字化,建立數(shù)字模型,實現(xiàn)數(shù)字化的生產計劃、生產調度和生產執(zhí)行,提高生產效率和精度。

4)集成化。MES系統(tǒng)可以集成各個生產環(huán)節(jié)的信息,實現(xiàn)生產過程的協(xié)調和優(yōu)化,提高生產效率和產品質量。

5)可擴展性。MES系統(tǒng)可以根據(jù)企業(yè)需要進行定制和擴展,滿足不同企業(yè)的生產管理需求,提高企業(yè)競爭力。

6)數(shù)據(jù)分析能力。MES系統(tǒng)可以對生產數(shù)據(jù)進行分析和挖掘,幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)問題、改進生產過程、優(yōu)化生產效率和產品質量。

1.3 發(fā)展歷程

MES技術的發(fā)展可以追溯到20世紀60年代初期,當時出現(xiàn)了第一個生產過程控制系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition )。隨著計算機技術的不斷發(fā)展,MES系統(tǒng)也逐漸得到了廣泛應用。20世紀80年代初期,美國的工業(yè)自動化公司(Interlake)率先提出了MES的概念,并且推出了第一個MES系統(tǒng)。20世紀90年代,MES技術得到了快速發(fā)展,各種MES系統(tǒng)層出不窮,MES技術開始逐漸成為制造業(yè)的關鍵技術之一。MES技術發(fā)展歷程具體如表1所示[6]。

表1 MES技術發(fā)展歷程

續(xù)表1

2 基于MES技術的機械加工優(yōu)化管理方案

2.1 生產計劃管理

生產計劃管理是MES系統(tǒng)中的核心功能,通過制定、發(fā)布和執(zhí)行生產計劃,對加工工序進行合理安排,提高生產效率和產品質量[7]。

MES系統(tǒng)可以通過對訂單、庫存和工時等信息的采集和分析,實現(xiàn)生產計劃的制定。在制定生產計劃時,MES系統(tǒng)會考慮到生產能力、工藝流程和設備狀態(tài)等因素,制定出合理的生產計劃。此外,MES系統(tǒng)還可以進行仿真分析,預測生產過程中可能出現(xiàn)的問題,以便在生產實施前對生產計劃進行調整和優(yōu)化。

MES系統(tǒng)可以通過實時監(jiān)控和調度,確保生產計劃的順利執(zhí)行。MES系統(tǒng)可以對加工工序進行實時監(jiān)測和反饋,及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理,同時還可以對生產進度和質量等信息進行實時監(jiān)控和分析,及時調整生產計劃,以保證生產計劃的順利執(zhí)行。

MES系統(tǒng)可以通過對生產數(shù)據(jù)的采集和分析,對生產計劃進行評估和改進。MES系統(tǒng)可以對生產數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析,發(fā)現(xiàn)生產中的問題和瓶頸,并提出改進措施,以便在下一次生產中進行優(yōu)化和改進。

2.2 生產過程控制

生產過程控制是MES系統(tǒng)的一個重要功能,通過數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控,可以實現(xiàn)生產過程的自動化控制,提高加工精度和產品質量。

MES系統(tǒng)可以實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)的采集和記錄。通過與生產現(xiàn)場設備的連接,MES系統(tǒng)可以實時采集和記錄生產數(shù)據(jù),包括溫度、壓力、速度、工時等關鍵參數(shù),為生產過程控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

MES系統(tǒng)可以通過實時監(jiān)控,及時發(fā)現(xiàn)生產過程中的問題。MES系統(tǒng)可以對生產過程進行實時監(jiān)控,一旦出現(xiàn)異常情況,如設備故障、生產參數(shù)超出范圍等,MES系統(tǒng)就會立即發(fā)出警報,提醒工作人員及時處理,避免出現(xiàn)不良品或生產中斷的情況。

MES系統(tǒng)可以通過自動化控制和數(shù)據(jù)分析,提高生產效率和產品質量。MES系統(tǒng)可以根據(jù)生產計劃和生產數(shù)據(jù),自動調整生產參數(shù)和設備運行狀態(tài),實現(xiàn)生產過程的自動化控制。同時,MES系統(tǒng)可以對生產數(shù)據(jù)進行分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)生產過程中的問題和瓶頸,并提出優(yōu)化措施,以提高生產效率和產品質量。

2.3 質量管理

質量管理是MES系統(tǒng)的重要功能之一,通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,可以全面控制和管理產品質量,發(fā)現(xiàn)和解決質量問題,提高產品質量。

MES系統(tǒng)可以對生產過程進行全面控制和管理。通過MES系統(tǒng),生產過程中的每一個環(huán)節(jié)都可以得到有效控制和管理,包括原材料采購、生產計劃制定、生產過程控制、產品檢測和成品入庫等。同時,MES系統(tǒng)還可以對生產過程中的各項數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和記錄,從而及時發(fā)現(xiàn)并解決質量問題。

MES系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)和解決質量問題。MES系統(tǒng)可以對生產過程中的各項數(shù)據(jù)進行分析和挖掘,以發(fā)現(xiàn)生產過程中的問題和瓶頸。通過對生產數(shù)據(jù)的分析,MES系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)質量問題,并提出解決方案,以確保產品質量。

MES系統(tǒng)可以通過質量管理的全面控制,提高產品質量。MES系統(tǒng)可以對生產過程中的每一個環(huán)節(jié)進行有效的控制和管理,避免生產過程中的質量問題。同時,MES系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,優(yōu)化生產過程和生產參數(shù),以提高產品質量和生產效率。

2.4 設備管理

通過MES系統(tǒng),可以實現(xiàn)設備的監(jiān)控、維護和保養(yǎng),從而優(yōu)化設備的使用效率和維護管理,提高設備的可靠性和使用壽命。

MES系統(tǒng)可以對設備進行實時監(jiān)控。MES系統(tǒng)可以通過傳感器、儀表等裝置,對設備進行實時監(jiān)控,獲取設備運行狀態(tài)、故障信息等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于設備維修保養(yǎng)和故障排除,確保設備的正常運行。

MES系統(tǒng)可以實現(xiàn)設備的維護和保養(yǎng)。通過MES系統(tǒng),可以制定設備維護保養(yǎng)計劃,并實現(xiàn)設備維護保養(yǎng)的自動化管理。MES系統(tǒng)可以根據(jù)設備的使用情況和維護保養(yǎng)計劃,提醒相關人員進行設備維護和保養(yǎng)工作,從而保障設備的正常運行。

MES系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,優(yōu)化設備的使用效率和維護管理。MES系統(tǒng)可以對設備運行數(shù)據(jù)進行分析和挖掘,以發(fā)現(xiàn)設備的問題和瓶頸,并提出相應的解決方案,從而優(yōu)化設備的使用效率和維護管理,提高設備的可靠性和使用壽命。

2.5 能源管理

通過MES系統(tǒng),可以實現(xiàn)能源的監(jiān)測、分析和優(yōu)化,從而實現(xiàn)節(jié)能減排,降低企業(yè)的能源成本和環(huán)境負擔。

1)MES系統(tǒng)可以對能源進行監(jiān)測。MES系統(tǒng)可以對能源使用情況進行實時監(jiān)測,獲取能源消耗數(shù)據(jù)、能源利用效率等信息。這些數(shù)據(jù)可以用于制定能源消耗管理計劃和能源節(jié)約措施,提高企業(yè)的能源利用效率。

2)MES系統(tǒng)可以對能源數(shù)據(jù)進行分析。MES系統(tǒng)可以對能源數(shù)據(jù)進行匯總、分析和挖掘,以發(fā)現(xiàn)能源消耗的問題和瓶頸,并提出相應的解決方案。通過數(shù)據(jù)分析,可以發(fā)現(xiàn)能源使用的異常情況,及時采取措施,避免能源浪費。

3)MES系統(tǒng)可以實現(xiàn)能源的優(yōu)化。通過MES系統(tǒng),可以制定能源消耗管理計劃和能源節(jié)約措施,并實現(xiàn)能源消耗的自動化管理。MES系統(tǒng)可以根據(jù)能源的使用情況和管理計劃,提醒相關人員采取相應的節(jié)能措施,從而降低企業(yè)的能源成本和環(huán)境負擔。

2.6 人員管理

通過MES系統(tǒng),可以實現(xiàn)人員管理和培訓,提高員工技能和素質,從而提高生產效率和產品質量。

MES系統(tǒng)可以實現(xiàn)員工檔案的建立和管理,包括員工的個人信息、工作經歷、工作技能等信息。通過MES系統(tǒng),可以實現(xiàn)員工的排班、考勤、績效評估等功能,從而實現(xiàn)員工的管理。

MES系統(tǒng)可以通過培訓管理模塊,對員工進行培訓計劃、培訓課程的制定和管理。MES系統(tǒng)可以記錄員工的培訓情況和培訓成果,以便管理人員進行跟蹤和評估。

MES系統(tǒng)可以根據(jù)員工的工作經驗和工作技能,對員工進行技能評估,并提供相應的技能培訓課程。通過MES系統(tǒng),員工可以及時了解新的工藝和技術,提高自身的技能水平,從而提高生產效率和產品質量。

3 MES技術在機械加工生產中的應用案例

3.1 船舶機械加工廠

船舶機械加工廠引進MES系統(tǒng)后,通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)了生產計劃的自動化制定和發(fā)布,同時對生產過程進行實時監(jiān)控。MES系統(tǒng)采集了機床、加工件等數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)和解決了一些質量問題,有效提高了產品質量。同時,MES系統(tǒng)還對加工過程進行了優(yōu)化調整,提高了生產效率,設備結構如圖2所示。

圖2 船舶機械加工廠MES系統(tǒng)管理結構

3.2 航空零部件加工廠

某航空零部件加工廠采用MES系統(tǒng),通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)了生產過程的自動化控制和質量管理。MES系統(tǒng)對生產過程進行了全程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集,實時監(jiān)測加工工藝參數(shù)和機床狀態(tài)等信息,確保加工過程的穩(wěn)定和精度。同時,MES系統(tǒng)還對產品質量進行了全面控制和管理,通過對數(shù)據(jù)的分析和挖掘,及時發(fā)現(xiàn)并解決了一些質量問題,提高了產品的一致性和穩(wěn)定性。

此外,該航空零部件加工廠還通過MES系統(tǒng)對設備進行了監(jiān)測、維護和保養(yǎng),提高了設備的可靠性和使用壽命。同時,MES系統(tǒng)還為員工提供了技能培訓和管理,提高了員工的素質和技能水平。通過MES系統(tǒng)的應用,該航空零部件加工廠有效提高了生產效率和產品質量,為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支撐。

3.3 汽車零部件加工廠

某汽車零部件加工廠引進MES系統(tǒng)后,實現(xiàn)了生產計劃的自動化管理,將生產計劃導入MES系統(tǒng)中,系統(tǒng)可以根據(jù)設定的優(yōu)先級、工序、設備等因素,自動制定生產計劃,實現(xiàn)生產計劃的高效管理。此外,MES系統(tǒng)還可以對能源進行監(jiān)測和分析,通過對能源的消耗和使用進行數(shù)據(jù)分析和挖掘,找出能源浪費的環(huán)節(jié)和原因,并采取措施降低能源消耗,實現(xiàn)節(jié)能減排,降低了能源成本和環(huán)境負擔,達到了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標。

4 結論與展望

本文對MES技術在機械加工領域的優(yōu)化管理方案進行了研究和探討。MES系統(tǒng)作為一種集成化的制造執(zhí)行系統(tǒng),可以實現(xiàn)生產計劃管理、生產過程控制、質量管理、設備管理、能源管理、人員管理等方面的全面優(yōu)化。通過實際案例分析,MES系統(tǒng)在機械加工生產中的應用效果明顯,可以提高生產效率、優(yōu)化生產過程、降低能源成本和環(huán)境負擔、提高產品質量等方面的效果顯著。

隨著工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展,MES系統(tǒng)在機械加工領域的應用將會越來越廣泛。未來,MES系統(tǒng)將會更加智能化和人性化,可以自動分析和調整生產過程,提高生產效率和產品質量,減少人為干預和管理的需求。同時,MES系統(tǒng)將會更加緊密地與企業(yè)ERP系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)等其他信息化系統(tǒng)進行集成,實現(xiàn)全面信息化和數(shù)字化管理。