C公司MES系統設計項目需求及可行性研究

趙可 武漢中車株機軌道交通裝備有限公司

一、緒論

2016年，在“十三五”規劃期間，黨中央確定了通過信息化與工業化共同發展，發揮后發優勢，達成社會生產力的跨越式發展的戰略，隨著國內企業信息化的提升加強企業整體水平，從而促進社會經濟整體發展。企業信息化是國民經濟和社會信息化的重要內容，國家要求大力推進企業信息化建設，實現管理創新和科學管理。而C公司利用MES系統設計與實施，提升生產效率、加強產品質量，從而促進C公司整體管理水平的提高，是C公司利用信息化增強核心競爭力的重要保證，是“努力打造國內一流軌道交通裝備產業基地”的重要支撐措施。

本文通過對C公司MES系統項目需求及可行性進行分析研究，為制造企業促進信息化帶動工業化進行“兩化融合”提供案例支持。

二、C公司MES項目需求及可行性分析

C公司是典型的制造型企業，具有首件生產周期長，工程變更對生產影響較大特點。MES系統設計方案應滿足根據項目進度，結合C公司生產能力，與信息化建設現狀，針對性建立自動化生產高級排程，通過MES系統對生產項目科學計算和合理分配，將項目各工序作業計劃排程，并通過信息數據傳播，快速分散至每一個工位，若因工藝變更導致的工序作業計劃改變，也可及時反饋至各個工位和工作現場，從而降低信息傳播所消耗的寶貴時間，提高公司整體生產效率，提升公司整體項目管控水平。其次，通過MES系統實時抓取工位機、掃碼槍、平板電腦等現場工作終端數據，對生產進度、物料情況、生產異常信息、人員信息，設備信息等情況實時跟蹤，及時反饋，從而時刻了解車間工作狀況；通過MES系統中質量管理功能，檢測并記錄項目生產中各工序NCR的合格率，若有不合格工序，可及時整理記錄質量數據并通知相關工位進行返工工序，從而提高項目生產產品質量率。最后，通過C公司車間生產BI系統，對基礎數據（人員管理）、產品質量管理、計劃調度管理、生產執行管理、生產異常管理、現場管理、物料管理、設備管理、統計分析、系統集成、數據采集與監控系統等數據進行整理統計，科學規劃，實時展示相關數據及圖表信息，以供公司管理層及車間管理人員決策使用。從而顯著提升C公司整體管理水平

C公司MES系統數字化車間的總體建設框架由4層、4個系統和1個支撐環境構成：

（一）數字化資源層

數字化資源層包括各種數字化、自動化的裝配設備、物流設備、工裝工具、檢測設備等，如壓入機、壓緊機、擰緊機、試驗臺、RAV/AGV、輸送線等。數字化、自動化、智能化裝備是企業生產力的基礎，設備資源通過工業網絡在過程管控層和感知與控制層的協調控制下準確、高效、協同運行，確保車間生產效率和產品質量。

（二）數字化感知與控制層

數字化感知與控制層由主要由設備集成監控與數采（SCADA）為核心，通過SCADA和各種工位感知設備，如工控機、條碼設備、讀卡器、智能相機等，連接資源層工位上各種數字化、自動化裝配設備、檢測設備、工裝工具等底層資源。接受生產過程管控層下達的生產指令，自動識別物料和工件、實時傳遞工藝參數控制設備運行，采集生產過程工藝參數、檢測數據和資源狀態信息，反饋生產過程信息。在生產過程管控層的指揮調度下完成高效的數字化、智能化生產制造過程，保證車間在及時、保質的基礎上完成產品生產。

（三）數字化生產過程管控層

數字化生產過程管控層以制造執行系統為核心構建基于工位制節拍化的生產管控平臺，并于與PLM、CAPP、CAD等系統集成獲取生產相關產品工藝數據，通過系統分派下達生產任務到產線執行。向下通過與感知與控制層的條碼設備、SCADA系統等集成連接數字化、智能化設備。實現從車間計劃調度、生產執行與現場管理等的核心生產制造過程管控，以及物料管理、生產過程質量控制、設備管理等支持過程管控的數字化和智能化。并作為實現設計、制造、控制一體化核心環節，指揮、調度生產過程，協同控制生產過程的人、機、料、法、測、環。

（四）數字化生產運營監控層

生產運營監控層構建在生產過程管控層的之上，由生產控制中心（PCC）作為信息化指揮平臺。通過PCC集成、處理過程管控層反饋的數據，形成各種可視化圖表，并整合視屏監控系統輸出，實現生產過程的可視化監控預警，從車間全局角度和多生產單元協調生產的角度，實現對車間生產運營的綜合管控與輔助決策。

整個數字化車間有數字化車間基礎設施支撐：主要包括位于制造車間的工業互聯網絡、服務器、數據庫等組成。

C公司數字化車間由以下子系統和支持環境組成：

（1）車間現場工業以太網：通過設備控制網、執行監控網、視頻監控網，三網物理分隔，連接現場設備、工位終端、監控攝像頭與應用系統；

（2）車間數據中心：部署MES應用服務器、SCADA服務器和數據庫服務器，支持各系統運行；

（3）設備集成監控與數采系統（SCADA）：實現設備聯網通訊，監控產線設備狀態，采集過程工藝參數和監測數據；

（4）制造執行系統（MES）：支持基于工位制節拍化生產，實現生產過程透明和可視化，建立產品追溯檔案，提高生產管控的效率。

（5）生產控制中心（PCC）：構建信息化指揮平臺，對生產過程的全方位、分布式、可視化監控，并實現統一指揮和集中調度。

1.制造執行系統

（1）需求分析

C公司主要從事機車產品的裝配與調試，當前C公司的生產存在生產任務安排簡單、物流配送不夠精準、質量檢測紙質記錄，人員管控難度大等問題，同時生產要素之間協同效果差，計劃執行結果偏差大等不足。

因此C公司希望通過制造執行系統（MES）系統實現基于工位制節拍化的生產制造業務全流程的計劃、調度、統計、分析、監控等信息進行統一的管理，實現物流作業信息的快速高效處理和作業過程數據追溯管理、實時掌握產品的生產進度信息、質量信息、工藝信息、異常信息。實現快捷精細的計劃排程、生產透明化、物流透明化，倉儲配送與作業全過程的信息化管控。

（2）功能用途

通過MES的實施，提高對生產過程的業務協同管控能力，通過智能化提高生產管控的精細化和精準化程度，同時構建自組織生產計劃與調度方式，進行在線智能調試、生產過程實時監控及設備故障診斷與預警管理，實現生產過程量化管理、質量動態跟蹤以及從原材料到產成品的一體化協同優化，達到按期交貨、提高產品的質量和減低成本的目的。

（3）工作原理

根據城軌制造裝配檢測生產線的生產特點，數字化車間制造執行系統MES將涵蓋基礎數據（人員管理）、產品質量管理、計劃調度管理、生產執行管理、生產異常管理、現場管理、物料管理、設備管理、統計分析、系統集成、數據采集與監控系統等業務系統。

通過與PLM、CAPP等信息系統一起工作，實現企業車間基礎數據（人員管理）、產品質量管理、計劃調度管理、生產執行管理、生產異常管理、現場管理、物料管理、設備管理、統計分析、系統集成、數據采集與監控系統等功能。并通過SCADA等系統采集項目生產各項數據和產品質量參數，實現生產過程的全方位控制。

（4）結構組成

①工廠建模。針對C公司的自動化加工車間，MES需要具有良好的配置建模能力，支持業務的并發與協同，滿足生產現場管理要求。工廠建模包括組織建模、產品建模、工藝建模等內容。實現根據現場實際生產進行組態配置。

②計劃調度。C公司的生產過程需要經過多道工序，多段裝配，在編制生產計劃時需要考慮部裝計劃與總裝計劃的協同性。當通過Excel導入需求訂單后，MES按BOM結構進行分解，編制主計劃，并分配到主線和子產線機臺、工位。下達前MES進行資源的齊套檢查，如滿足條件，通過派工單下發給車間班組執行。

生產派工單明確工位/機臺號、數量、工藝文件版本等相關信息，工位/設備接收到派工單任務后，按任務進行加工。

③生產執行。MES系統對生產現場執行情況進行監控，并將生產過程中產品的流轉和品質異常等信息進行記錄。通過對生產過程的管理，達到計劃與執行的協作統一，確保生產的平準化。可以通過以下方面對生產現狀進行改善。

一、生產實績信息實時采集：通過SCADA系統對設備中控系統進行數據采集，實時采集設備的上料、下料、異常停機等信息，以及壓力、扭矩等工藝參數，并通過自動采集來進行計劃報完工，實現生產過程的實時監控。

二、零部件自動配對：通過零部件稱重數據采集和零部件隊列標識，按預設的部件配對規則，自動匹配合適的部件，傳遞給機械手抓取上線組裝。

三、生產實時業務驅動：通過生產執行的結果，進行物料的拉動配送，進行質量質檢任務的生成。

四、圖文檔生產同步指示：伴隨著生產的進行，通過線邊終端進行圖文檔的實時指示，方便操作工進行加工。

④現場管理

在生產車間內可以通過現場終端進行生產現場的業務進行實時管理。如發生生產異常、質量問題、缺料異常、設備故障等過程中的各種問題進行識別，對突發的異常事件進行報警，以廣播、郵件等方式通知相關人員進行處理，并設置監控屏幕進行報警監控。結合事件處理功能，可以針對不同報警事件建立處理工作流。實現對異常的通知、判定、處理、跟蹤、分析追償和關閉，形成車間異常管理的閉環，提高異常處理的及時性。通過對異常的分析，進行有針對性的持續改進。

圖2.4 計劃調度流程

⑤物料及倉庫管理

C公司項目生產運用工位制精益生產管理模式，該模式對物流精細化配送的要求極高，在項目生產中需要時刻保證物流及時配送到各個工位，并正確匹配相應工序，因此MES系統需要提前進行各工序物料需求分解，并制定相關物料上線順序，生成各工序物料需求單并發布給物流配送人員。

物料庫房管理人員根據實時的生產執行情況首先進行預備料，并通過MES系統確認備料完成，MES系統得到確認后，會及時將物料發送至各工位上，相應一線操作人員通過掃碼槍，掃描物料信息的二維碼，MES系統會顯示相應物料備料信息，以便操作人員與相應工序所需的物料清單核對，保證物料配送的準確性，并且當各工位完成當前工序后在MES系統中確認，MES系統會自動發布至物料配送人員，通知其提前準備下一項工序所需要的物料，從而節省項目整體生產時間。

三、總結

C公司是積極響應國內“兩化融合”方針，利用信息化建設驅動企業管理水平提升，管理效率變化的典型案例。本文通過研究C公司MES系統可行性分析，我們幫助MES系統設計之初，擁有明確的項目目標及需求分析，了解公司的各項業務需求目標和具體模塊的可行性。