MES藍圖設計與系統實現

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，盡管很多企業已使用了ERP系統，但上層計劃并不能及時準確傳遞到執行層，導致計劃與執行嚴重脫節，再加上各種插單、急單、撤單、各類資源短缺的現象時有發生，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為背景，首先簡要介紹了離散性制造業MES系統的藍圖設計，然后重點分析研究了實現藍圖設計的基于RFID技術的MES系統，包括RFID技術、終端及基站設計技術、網絡通訊技術、接口設計技術、系統功能模塊及系統實現原理，以及系統實施后取得的經濟效益。

1 MES系統藍圖設計要點

MES項目實施也與其它信息系統項目實施一樣，需要經過現狀調研、藍圖設計、系統實現、基礎數據準備和上線切換運行五個實施環節。MES項目實施前，需全面深入了解企業，通過調研、會議、培訓、討論等手段，從組織架構、崗位職責、現狀流程、生產組織模式、工藝加工特點、單據報表、車間軟硬環境、目前存在的問題及業務需求等角度，對實施企業的業務現狀進行全面分析和調研，然后在此基礎上，結合MES系統自身的技術特點，功能模塊，實現方式，繪制基于RFID技術的MES實施后企業的業務藍圖，包括未來的組織架構及崗位職責、未來的生產組織模式、未來的業務流程、接口設計、二次開發、基礎數據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務流程

MES系統實施前，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系統中錄入MPS計劃，經過MRP運算后生成采購外協計劃和生產計劃，生產計劃轉生產訂單后按工作中心下達給車間調度，車間調度再根據工作中心分派給班組長，班組廠最后分派給操作工。

MES系統實施后，根據基于RFID技術的MES系統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務運行方式、加快物流速度、提高信息的透明度、規范企業尤其是車間層的日常管理流程、提高計劃執行效率。未來每個流程均由流程目標、關鍵流程節點描述、流程與崗位關系圖、單據報表、基礎數據、接口需求、規章制度、信息系統需求及其他需求共九大環節組成，其未來總流程如圖2所示。

圖2 MES系統未來的流程總圖

1.2 接口需求

為全面實現MES與現有信息系統（ERP、PDM、CAPP）的集成，實現信息的實時、動態數據交換，還需建立與現有信息系統的接口，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系統未來接口需求

2 基于RFID技術的MES系統實現

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據通訊，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系統無線通訊網絡設計

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，即可在環境比較惡劣的離散性制造業車間構成與上層信息系統（如ERP、PDM、CAPP等）所基于的企業局域網進行互聯，形成MES系統的無線傳輸組網環境，與上層信息系統完成數據的集成與共享。如圖5所示。

圖5 MES網絡拓樸結構圖

2.3 MES系統接口設計

接口程序由ERP接口函數、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系統功能模塊設計及系統實現原理

圖6 MES系統接口設計

MES系統（即制造執行系統），由管理程序、計劃服務程序、通訊程序、數據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據，通過通訊程序的輪循，將車間數據（報檢、報工、設備維修申請等）采集到MES系統的數據庫，形成數據的“上傳”；通過接口程序輪循將上層信息系統（ERP）的生產訂單、物料、BOM、工藝路線、庫存等數據，抓取到MES系統的數據庫，形成數據的“下達”，從而完成MES系統與ERP系統信息的“上傳下達”。

圖7 MES功能模塊與實現原理

MES系統是通過“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行，如圖7所示。

3 MES實施后取得的經濟效益

該MES系統在某離散性陶瓷機械裝配制造業實施后，取得了較好的經濟效益，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、實現了計劃動態實時管理及計劃的“上傳下達”，其產生的效益如表2所示：

表2 MES實施后產生的經濟效益

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