基于IE改善的MES研發(fā)

李西，王俊佳，石宇強(qiáng)，張敏，梁春艷

(西南科技大學(xué)制造學(xué)院，四川 綿陽621010)

0 引言

制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)作為面向車間生產(chǎn)的管理信息系統(tǒng)，在企業(yè)計(jì)劃管理層(ERP)和車間控制底層(FCS)之間架起了一座橋梁［1］，是企業(yè)計(jì)算機(jī)集成制造信息集成的紐帶，是實(shí)施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略和實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。

目前國內(nèi)MES的發(fā)展現(xiàn)狀并不樂觀，只有少數(shù)企業(yè)能夠真正用好MES。其中存在的一個(gè)很大的問題就是MES數(shù)據(jù)來源的正確性、標(biāo)準(zhǔn)性，生產(chǎn)管理者在不正確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上做出的決策也必然是不合理的，反而影響企業(yè)正常的生產(chǎn)計(jì)劃，工業(yè)工程(industrial engineering，IE)恰好能彌補(bǔ)MES數(shù)據(jù)來源標(biāo)準(zhǔn)性、準(zhǔn)確性的不足。工業(yè)工程概念于1955年美國工業(yè)工程師協(xié)會(AIIE)正式提出的，旨在運(yùn)用IE改善手法降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品品質(zhì)。因此，一個(gè)企業(yè)要推行MES，必須先做IE改善，經(jīng)過IE改善后得到標(biāo)準(zhǔn)的、準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)才能真正為MES所用;同時(shí)，MES能將IE的一些改善手段和改善后得到的優(yōu)化結(jié)果信息化、固化，加快企業(yè)IE改善的節(jié)奏。

1 基于IE改善的MES系統(tǒng)構(gòu)架

基于IE改善的制造執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合工作研究、程序分析、作業(yè)分析、動作分析、工作抽樣、5W1H、ECRS等 IE改善手段改善后得到的標(biāo)準(zhǔn)流程、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)等標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)信息，融入IE管理理念，從生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá)，到成品出貨的整個(gè)過程實(shí)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、管理的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)向ERP等上層管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及IE改善后的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)信息，揭開車間生產(chǎn)現(xiàn)場的“黑箱”，讓生產(chǎn)過程透明化，輔助管理人員做出正確的生產(chǎn)決策，根據(jù)這種設(shè)計(jì)思想，提出了如圖1所示的系統(tǒng)構(gòu)架。

圖1 基于IE改善的MES系統(tǒng)構(gòu)架

基于IE改善的MES包含傳統(tǒng)MES的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、車間調(diào)度、設(shè)備狀態(tài)、品質(zhì)管理、產(chǎn)品追蹤等功能的同時(shí)融入IE管理的一些優(yōu)化理念，例如把IE的精益生產(chǎn)、6西格瑪、看板管理等與MES融合起來，將IE改善手段信息化，從而加快企業(yè)IE改善的節(jié)奏，同時(shí)，增強(qiáng)MES的可行性。

IE改善后得到的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)信息和IE管理理念的融入，使得該系統(tǒng)得到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，更標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了MES的實(shí)施。在具體的實(shí)施過程中，需要根據(jù)企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)情況，確定MES相應(yīng)的功能模塊。

2 企業(yè)基于IE改善的MES研發(fā)

2.1 企業(yè)背景

某裝備制造企業(yè)主要加工汽輪機(jī)葉片，葉片種類多，批量少，共有4個(gè)加工工段，13個(gè)加工機(jī)群，加工設(shè)備均為大型數(shù)控機(jī)床，自動化程度較高，目前人機(jī)配置不合理，經(jīng)過抽樣調(diào)查以及人機(jī)操作分析，發(fā)現(xiàn)操作工平均利用率僅為40%，利用率較低。隨著市場競爭不斷加劇，該企業(yè)意識到MES的重要性，組織技術(shù)人員結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)情況，針對公司目前存在的人機(jī)配置不合理等問題進(jìn)行了基于IE改善的MES的研究。

2.2 IE 改善方案

針對該廠人機(jī)配置不合理，提出了如圖2所示的IE改善方案的思路圖。首先對產(chǎn)品加工流程進(jìn)行分析，運(yùn)用5W1H，ECRS對生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化;之后運(yùn)用達(dá)寶易軟件(一款動作分析軟件)，對員工作業(yè)進(jìn)行動作分析;最后用秒表測得操作員工的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)導(dǎo)入MES，結(jié)合設(shè)備加工時(shí)間和人機(jī)配置優(yōu)化原理，得到一個(gè)合理的人機(jī)配置決策。

圖2 IE改善方案思路圖

2.3 基于IE改善的MES功能結(jié)構(gòu)

結(jié)合該公司實(shí)際生產(chǎn)情況和IE改善方案，基于B/S架構(gòu)，采用asp.net開發(fā)服務(wù)器，SQL Server 2008作為后臺數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了基于IE改善的MES，系統(tǒng)同時(shí)向公司已有的ERP等管理系統(tǒng)提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的共享，避免信息孤島的存在，系統(tǒng)框架如圖3所示。車間現(xiàn)場采用電子標(biāo)簽(RFID)高效數(shù)據(jù)采集方式將生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，MES結(jié)合現(xiàn)場返回的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

圖3 MES系統(tǒng)框架

系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖4所示，管理者可以通過系統(tǒng)查詢與管理該廠各機(jī)群標(biāo)準(zhǔn)操作工時(shí)，進(jìn)行各機(jī)群人機(jī)配置決策;同時(shí)，系統(tǒng)還包含了基礎(chǔ)信息管理、工藝管理、產(chǎn)品生產(chǎn)追蹤、看板管理等功能模塊。

圖4 MES系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1)基本信息管理

基本信息管理模塊包括員工基本信息、產(chǎn)品基本信息、機(jī)群基本信息、設(shè)備基本信息四個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊都可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)基本信息的錄入、查詢、修改、刪除、EXCEL導(dǎo)出等功能，便于管理人員對企業(yè)基本信息的查詢與管理。

2)工藝管理

工藝管理模塊包括葉片加工工藝管理和加工工藝查詢兩個(gè)子模塊，詳細(xì)記錄葉片加工工藝流程和加工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對葉片加工工藝流程的信息化管理。

3)品質(zhì)管理

產(chǎn)品品質(zhì)的好壞關(guān)系到一個(gè)企業(yè)的生存與滅亡。品質(zhì)管理模塊通過現(xiàn)場信息的實(shí)時(shí)采集，對產(chǎn)品合格率、不良缺陷分布的波動數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對于品質(zhì)問題的確定、原因、波及的范圍實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品隱患的追溯和分析。

4)產(chǎn)品生產(chǎn)追蹤

產(chǎn)品生產(chǎn)追蹤模塊通過對物料箱內(nèi)嵌入的電子標(biāo)簽的識別從而追蹤產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程。生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集器在產(chǎn)品加工和完工時(shí)把加工數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，管理人員通過產(chǎn)品編號的查詢從而實(shí)時(shí)觀測產(chǎn)品的加工進(jìn)度，查詢車間歷史加工數(shù)據(jù)。

5)人機(jī)配置管理

該模塊將IE改善后得到的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，融入人機(jī)配置優(yōu)化算法，輔助管理人員做出一個(gè)合理的人機(jī)配置決策。

當(dāng)機(jī)群在下達(dá)新的加工任務(wù)時(shí)，在人機(jī)配置決策(圖5)輸入加工產(chǎn)品的相應(yīng)信息，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫調(diào)用各機(jī)群標(biāo)準(zhǔn)輔助時(shí)間和產(chǎn)品加工時(shí)間，接著輸入加工工序、人機(jī)共同操作時(shí)間等其他參數(shù)，系統(tǒng)按照配置算法得到相應(yīng)的配置結(jié)果。當(dāng)配置出來人員利用率過高時(shí)，系統(tǒng)會給出警示，此時(shí)需增加操作員工數(shù)目以此得到合適的人員配置。

管理員可以通過人機(jī)配置查詢模塊(圖6)查看各機(jī)群詳細(xì)的人機(jī)配置。通過輸入機(jī)群名稱或者選擇相應(yīng)的加工工段、機(jī)群，從而獲取各機(jī)群詳細(xì)的人機(jī)配置、人員利用率、機(jī)器利用率、以及詳細(xì)的產(chǎn)品加工信息。

圖5 人機(jī)配置模塊

圖6 人機(jī)配置查詢模塊

6)看板管理

針對各個(gè)工段，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)流程和進(jìn)度，展示各機(jī)群當(dāng)前工序信息和完工信息，包括工藝規(guī)程、在制品信息、物料信息、完工信息和品質(zhì)信息等，提示操作、協(xié)作、檢驗(yàn)和交接信息，并能夠提供當(dāng)前產(chǎn)品整個(gè)工藝過程完成情況。

7)系統(tǒng)設(shè)置

管理員可以通過系統(tǒng)設(shè)置模塊進(jìn)行用戶權(quán)限、用戶密碼等相應(yīng)操作，以保證整個(gè)MES有秩序的運(yùn)行。

3 結(jié)論

本文提出了基于IE改善的MES的設(shè)計(jì)理念和系統(tǒng)構(gòu)架，結(jié)合某裝備制造企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，針對該廠人機(jī)配置不合理等問題，設(shè)計(jì)了基于IE改善的MES。為此，使得企業(yè)的生產(chǎn)更信息化、透明化、智能化，從而提高了企業(yè)的競爭力。實(shí)踐表明，MES的推行需要標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施支持，為此企業(yè)在設(shè)計(jì)、推行MES之前必須進(jìn)行IE改善，融入IE管理理念，只有生產(chǎn)流程、操作作業(yè)、操作工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化之后，MES才能為管理人員做出合理的決策提供強(qiáng)硬的支撐。

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