基于MES 的制造企業工藝設計及生產調度研究

閻慧杰，許 琛，李志林，平傲宇

（山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治 046000）

制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）是一種應用于企業生產計劃決策層和生產車間執行層之間高效的生產管理系統，是為適應復雜多變的生產而形成的一種支持有序、協調、可控和高效生產的車間級協同平臺，實現制造執行過程及其復雜信息的管理。MES 系統可以追蹤生產車間里工件、物料以及操作人員的實時作業數據，便于企業上層生產計劃集約化管理，充分實現企業高效生產。

工藝設計對于制造型企業來說至關重要，是連接工件產品設計和生產制造之間的關鍵橋梁，同時也是決定產品加工質量高低、企業制造效率高低的重要一環。本文針對某機械加工制造型企業進行研究，在該企業中，相關工藝設計人員主要使用CAPP、UG 等軟件進行工藝設計及編制，隨著工藝設計的信息化升級，對應于生產車間的工藝執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，出現了生產與工藝對接不及時、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 系統應用于該機械加工企業，實現工藝設計與生產調度之間的高效銜接，解決兩者之間信息脫節、信息遲鈍、信息延誤等一系列人工操作帶來的問題。

1 制造企業現狀分析

該機械加工企業在工藝設計與生產調度之間存在信息傳達效率低的問題，在實際加工作業過程中，車間層與工藝計劃層不能很好的契合，導致企業ERP 系統功能無法高效的使用。在針對該機械加工企業車間進行具體考察后，將車間加工現狀說明如下：

（1）車間依然存在人工手寫的生產管理看板，對生產過程進行監管；

（2）生產車間在生產工件的過程中，需要管控的信息繁多，無法實時傳達給ERP 系統掌握；

（3）生產設備出現損壞、停電等異常情況無法進行正常的作業，維護信息不能及時被ERP 系統掌握。

總結以上情況，在該企業車間內出現了工藝設計與生產調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不善的問題，從而導致了車間加工效率低下、人員利用率不高的后果，建立良好的數據信息傳送系統顯得尤為重要，現在市場上多應用MES 系統對制造業實現敏捷制造和柔性生產[1]。

2 系統原理概述

2.1 MES 系統概述

制造執行系統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與底層工業控制之間的面向車間生產控制執行層的生產管理信息系統，具體可分為三層，即計劃層、執行層和控制層，大致示意如圖1 所示。

圖1 企業生產集成模型

2.2 MES 系統搭接

在實際應用過程中，需要采用軟件和硬件相互配合的方式才能實現MES 系統功能，軟件包括數據庫、系統管理軟件等，硬件包含掃碼槍、RFID 讀寫器、PLC 設備以及工控機。

該系統運用以太網建立數據傳遞的通道，將支持以太網的設備連接到網絡，其中不能直接連接的設備通過交換機實現網口轉換，從而實現網絡全覆蓋，整體的MES 系統網絡拓撲結構示意圖如圖2 所示。

圖2 MES 網絡拓撲結構

運用以太網可以將PLC、RFID 標簽、現場看板、數據庫和相關服務器計算機連接起來。作業現場的工控機內運行數據采集服務軟件，可以實現生產過程中RFID、PLC、現場看板和服務器相互之間的數據傳遞。同時將采集到的數據上傳到數據庫中進行存儲，還可以在數據庫中查詢調取相關的生產數據[2-4]。

3 系統框架及功能模塊

依據該機械加工企業的工藝設計與生產調度的實際狀況，提出一種基于五層體系框架的機械工藝與加工執行系統，各層級履行各自的職能和功用，經過整合，形成集成化MES 體系，如圖3 所示。

圖3 MES 體系架構

MES 系統的設計通常采用模塊化設計，即根據企業特定的業務需求，結合企業固有的加工特性，提出改善措施，并設計出一系列優化功能模塊，各模塊是相互獨立存在的，針對不同的模塊完成對應的功能，滿足機械加工企業的加工需求，本文根據該企業需求分析，總結出適用的MES 系統功能模塊，具體如圖4 所示。

圖4 MES 系統功能模塊

4 系統運行

本系統采用Visual Studio 2010 軟件作為集成化設計平臺，將C#作為編程語言，使用SQL Server 2015 作為系統數據庫，通過集成設計生成系統功能交互界面。設置好人員權限后登錄界面，可以完成對應的操作，包括工藝文件設計、工件狀態跟蹤等多項功能。其中根據生產實際的工藝過程界面如圖5 所示，在對應的文本框內記錄下當前的工藝狀態，將相關信息直接上傳，通過網絡計劃層可以直觀地進行觀察，根據當前情況作出指令下達，實現了高效實時信息傳達[5]。

圖5 工藝過程界面

5 結束語

在針對某機械加工企業的工藝設計與生產調度的研究基礎上，提出了運用MES 系統集約化管理工藝與生產的方案，可以實現生產計劃層與生產車間執行層之間的數據實時傳送功能，快速地做出反應，高效地完成生產任務，較好地解決了生產信息延誤和信息脫節的問題，對于類似的機加企業實現高效生產提供了參考方案和實施依據。