智能制造技术——MES系统在装配过程中的应用及探究

王荣利 王军 马军伟 程四化 蔺玲

（西安北方光电科技防务有限公司，陕西 西安，710043）

智能制造技术
——MES系统在装配过程中的应用及探究

王荣利 王军 马军伟 程四化 蔺玲

（西安北方光电科技防务有限公司，陕西 西安，710043）

随着军品制造信息化的发展，MES系统是企业各系统间的信息枢纽，是企业信息化建设的重要课题。本文主要介绍了MES系统的定义及功能，结合某军工企业装配车间中MES的应用实例，指出了MES系统在生产执行过程中的应用效果和在应用过程中存在问题，表明了其建设是一个不断完善的过程。

MES；装配车间；生产管理

近年来，随着信息化工程的开展，特别是在“十五”计划中提出以“信息化带动工业化”以来，我国大部分企业引入了先进的管理思想和管理系统，特别是以 ERP 为代表的计划管理系统和以DNC、PLC为代表的工业控制系统已经应用于企业的生产管理中，并在生产中取得了良好的经济效益[1]。然而，由于计划管理系统无法扩展到底层控制层，而底层控制层也无法向上延伸到计划管理层，于是在这两者之间出现了脱节，导致企业制定的计划得不到准确的执行。为了解决计划管理系统与工业控制系统之间的脱节问题，美国 AMR 公司提出了能够实现两者双向信息交互的制造执行系统MES，通过接受计划层的生产任务信息，并对其进行分解生成工序级的操作指令，并将该操作指令下达给控制层；同时，又能够接受底层控制层的生产数据信息，并将其及时反馈给上层计划管理系统进行生产计划的动态调整。

近年来，随着军品制造信息化的发展，MES系统成为企业各系统间承上启下的信息枢纽，其对于提高生产效率、节约成本等起着至关重要的作用，是企业信息化建设的重要课题。本文重点对MES系统的定义及功能进行介绍，并以本厂xx装配车间MES系统的应用为实例，指出了MES系统在应用过程中的效果及目前应用中存在问题，在今后还有很多工作要解决完善。

1 MES系统介绍

1.1 MES系统定义

MES 制造执行系统最早由美国先进制造研究机构 AMR( Advanced Manufacturing Research）在90年代提出，将 MES 概念定义为“位于底层工业控制系统与上层计划管理系统之间的面向车间层管理信息系统”[2]。它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。

制造执行系统协会（Manufacturing Enterprise Solutions Association，MESA）对 MES 所下的定义：“MES 能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES 能对此及时作出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使 MES 能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES 还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”

图1 MES系统定位

图2 MES 系统功能

图3 MES系统总体架构

1.2 MES系统定位

自1990年AMR提出MES概念后，1992年AMR又提出了企业集成的三层模型，指出了MES在企业集成模型中的定位和作用，见图1。

三层系统分工明确，又有机结合，被许多研究机构认同。三层企业集成模型具体如下：

计划层：企业的管理决策层，承担着企业的全面管理的工作。主要功能包括订单处理、财务分析、库存管理、生成BOM 和生产工艺文件，以及制定生产计划和采购计划等。

执行层：企业生产的执行层，负责企业生产调度。掌控车间运行的各种数据，如质量参数、生产进度等；有效的将生产情况反应至管理层。

控制层：车间生产的控制层，重点是设备的控制，及对生产的流程做有效及时的监督和控制。

1.3 MES系统功能

AMR公司于1993年提出MES集成模型，包括四种功能模块：工艺管理、车间管理、过程管理和质量管理[3]。此时，MES的重点是生产现场信息的整合，对于离散型工业和流程工业存在很多差异。直到1997 年，MESA 针对当时不同公司的 MES功能模型进行融合，提出了 11 个功能模块[4]。这才提供了标准化的技术框架，以及可以被广泛采纳的信息结构和功能结构。MES 的功能模型如图 2 所示。

2 MES在某军工装配车间的实施实例

军工企业是典型的离散型制造企业，其装配车间生产的特点主要表现在以下几个方面：1）生产的产品品种多、批量小；2）产品结构复杂，所需物料种类繁多；3）产品制造工艺复杂，且产品一致性要求高；4）产品生产流程复杂，从生产计划、物料发放、生产制造、检验、军检等过程。

图4 XX装配车间各班组人员派工图

图5 xx装配车间生产任务汇总图

图6 xx装配车间物料发放图

为了合理地配置和组织所有资源，实现生产过程全流程的信息化管理，本厂提出建立工厂内部互联互通网络架构，实现设计、工艺、制造、检验、物流等制造过程各环节之间以及与制造执行系统（MES）和企业资源计划系统（ERP）的高效协同与集成，建立全生命周期产品信息统一平台。从而，以xxx装配车间为试点单位，建立车间制造执行系统，实现生产进度、产品质量信息等及时反馈；通过对生产过程的监控，能够清晰掌握生产任务的执行情况、当前的瓶颈工序、设备运行状态、在制品的分布情况等，进而实现计划、调度、质量、设备、生产、能效的全过程闭环管理，提高车间的生产能力。

图7 xx装配车间MES系统车间管理界面

图8 xx装配车间MES系统质量控制界面

xx装配车间制造执行系统MES项目的实施是由我厂联合北京华宏信达科技有限公司开发的， MES系统总体架构（见图3）是建立在微软系统平台上，依托于Web 服务架构和.NET 技术，利用了SQL数据库结构建立的总体架构，具有高度集成性，开放性和易用性。

在xx装配车间MES系统硬件由1个服务器、1个LED看板、10多个客户端组成，每个客户端硬件环境由工控机、触摸一体机、红外扫描设备和条码打印机等组成。

xx装配车间MES系统LED看板可以对各班组人员派工情况、生产任务、车间物料情况进行监控，且以颜色区分显示，见图4、5、6。图4为xx装配车间各班组人员派工情况，黄色显示为未派工人数，绿色显示已派工人数；图5为xx装配车间生产任务汇总，包括当月任务总数、已完工数量、正在加工数量、未派工数量；图6为xx装配车间物料发放情况，包括工单序号、工单数量、对应工序号、单位用量、已发料情况、缺料情况等。准确地反应了车间人员派工、月生产任务加工、车间物料等生产现场实时情况，使管理者能清楚地了解车间实际资源情况和生产能力，从而使调度人员更加合理地安排生产任务，更好的保证生产进度。

MES系统硬件中每个客户端系统界面主要由车间管理、库房管理、工具库管理、质量管理组成，主要实现的功能有生产任务签收、完工汇报、成品、半成品库存、质量控制等。任务签收是指生产调度从ERP系统产生生产任务后，操作人员签收任务开始生产或装配产品；完工汇报是指任务派发后，操作者签收任务并生产完成后，启动MES系统完工反馈请求，将完工信息反馈到ERP系统；半成品、成品入库是指待工件全部工序生产完成后，经检验部门检验合格后MES系统将根据任务完工情况汇报信息自动生产入库队列，可实现对在制品物流过程的监控跟踪；质量控制是指MES系统质量模块能够追踪工件的批次、操作者及检验情况，为产品质量追踪和追溯提供信息依据。

在车间管理界面见图7，操作人员可以对生产任务签收、生产前准备、开工、部分报工、日结、完工报工、现场问题提报等进行操作，车间管理界面还包括了生产所用工装和设备需求，实现及时准确地将产品的生产状态提供给计划层。质量控制管理界面见图8，包括工单号、批次号、工序号及工序名称、是否是关键工序、装配车间、操作者、检验者等信息，可实时地跟踪产品的质量信息，提高了生产现场问题的反馈速度，使相关部门能及时的做出处理，此外，质量控制可对产品质量信息进行追踪，也实现了对产品质量全过程的有效控制。

3 应用效果及目前存在问题

3.1 应用效果

MES系统是对车间级生产过程的集成、控制和监控，合理地配置和组织车间所有资源，包括设备、工具、人员等，提高了车间对生产过程中问题的快速响应和及时处理，其效益主要表现在：

1)实现从生产计划、任务分配、现场报工、质量检验、入库等全过程的信息化管理。

2)提高了生产管理的可视化和实时性, 物料平衡与生产统计增强了生产信息的准确性。

3)实现对装配车间产品的快速质量追踪、实时进度追踪、实时查看现场在制品、实时发现现场问题等，使生产管理更加透明化。

4)MES 系统提供的实时监控和过程记录功能, 能够使相关人员更加快速、准确地发现和确认生产中的危险状况, 并做出快速的响应处理。

3.2 存在问题

MES系统所涉及的信息及决策过程非常复杂，因此在实施应用中仍存在一些问题。当前主要存在的问题是由于生产、检测设备信息化程度不高，因此在企业执行层的MES 管理系统不能获取设备控制层的相关信息。

4 结论

在制造技术高速发展的今天，军品制造业的信息化建设是提升军工企业整体实力的必由之路，MES系统是计划管理系统与工业控制系统之间的“桥梁”，其发展应用将是军品制造业信息化建设的重要课题。

在xx装配车间通过MES制造执行系统的实施，实现了生产过程全流程的信息化管理，实现了高度协同、信息共享、实时监控的数字化生产线，同时也为其它装配车间MES系统的推进建立提供了夯实的基础。由于MES系统中所涉及的信息及决策过程非常复杂，其建设必定是一个不断完善的过程，后续在该装配车间MES系统自身完善以及在其他车间MES系统的建立都还有很多工作要解决。

（References）

[1] 范玉顺, 黄双喜, 赵大哲. 企业信息化整体解决方案[M]. 北京：科学出版社, 2004.

[2] K.Thomas, Electronic Data Systems. MES in the Age of Agile Manufacturing. A Presentation at MESA Roundtable 4, Chicago, Sep.13, 1995, 1-4.

[3] Byoung K. Choi and Byung H. Kim.MES (manufacturing execution system) architecture forFMS compatible to ERP(enterprise planning system)[J].International Journal of ComputerIntegrated Manufacturing, 2002, 3(15)：274-284.

[4]李清.制造执行系统[M].北京：中国电力出版社, 2007.

王荣利(1984-)，女，工程师，主要研究方向是产品装配工艺技术。