MES在智能制造中应用的研究

马德光

摘 要

随着我国制造业的飞速发展，以及生产智能化的步伐进一步加快，MES（制造执行系统）在智能制造领域中的应用越来越广泛。MES是智能制造的重要组成部分，是智能制造建设的核心，MES的生产的管控能力直接决定了智能制造的工作效率。本文主要介绍MES与智能制造的基本概念，并以模具智能制造车间为例，从系统结构、系统功能、系统流程、系统优化等方面，对MES在智能制造领域的应用进行研究。

关键词

MES（制造执行系统）;智能制造

中图分类号：  F270.7;F273                   文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.082

MES系统的主要任务是对智能制造进行过程管控，在生产制造的整个流程中都离不开MES系统，MES系统是智能制造的核心。如果企业在生产执行层面没办法做到信息的及时、准确的收集，在更高层面没办法对生产信息进行整理、分析、加工和判断，就很难做到对生产设备、制造流程、人员调配进行有效的管控，企业的智能化改造就很难实施。MES作为智能制造建设的基础，它覆盖了整个智能制造的生产过程，它与制造企业的各项业务紧密相连，所以MES系统被人们称为智能制造建设的“最后一公里”工程。MES与企业的生产信息采集、工艺设计、排程管理、生产流程、资源管理和调度、设备调度等都有密切联系，是智能制造重点建设的内容。

1 MES系统介绍

MES系统即制造执行系统（manufacturing execution system，简称MES）是美国AMR公司（Advanced Manufacturing Research，Inc.）在90年代初提出的，旨在提高制造业生产过程管控能力，将计划生产与现场管理联系起来，通过MES信息化系统对整个生产过程进行合理调配，以达到提高生产效率的目的。MES系统管控的设备包括可编程序控制器、二维码、机电设备、传感器、检测仪表、工业机器人、数控车床等。MES系统运用精准的实时更新的数据，指导、启动、响应并记录车间生产活动，能够对生产条件的变化做出迅速的响应，从而减少非增值活动，提高效率。MES不但可以改善资本运作收益率，而且有助于及时交货、加快存货周转、增加企业利润和提高资金利用率。MES通过多通道信息交互形式，在企业与供应链之间提供生产活动的关键基础信息。MES系统发展至今，已经发展成一套较为成熟的面向制造型企业的生产信息综合管理、控制系统。

2 智能制造的概念介绍

智能制造系统（IntelligentManufacturingSystem---IMS）是一种由智能设备和人类专家共同组成的人机一体化系统，它强调在制造环节中的可调节性和易更改性，借助计算机强大的运算能力模拟人类专家的思维方式，对生产过程进行信息采集、信息整理、信息判断、信息决策，以达到在生产过程中替代部分的人力劳动的目的。

3 MES系统在模具智能制造中的应用

3.1 模具智能制造车间MES系统结构及特点分析

MES系统被应用于多个领域，不同领域的应用都反映出该领域的一些特点，根据MES在各个领域应用中相关企业的不同诉求，MES应用的侧重点也不尽相同。虽然应用侧重点不同，但是MES应用的总体框架基本一致，即应用生产过程信息化管理的模式，对生产全过程进行信息采集，信息分析，信息判断，最终结合企业实际情况做出决策，以此达到生产制造智能化的目的。在模具生产领域，受模具外形独特性、模具生产数量差异性的影响，在生产过程中所需调配原料、技术、设备、人员有很大的不确定性，这严重影响到模具生产的生产过程管控。

本文针对以上问题开展研究，在某企业建立模具车间MES信息化管控系统，该系统包括项目管理，生产管理，物料管理等功能，还集成了CAD、CAM、CAE、CAPP等相关的主流软件。其系统特点如下：

（1）多种数据采集技术，为工艺流程灵活配置，可以大幅降低使用成本。

（2）全面的數字化量化考核监管，丰富的实时生产绩效考核报表。

（3）满足离散流程工业的生产、品质、设备、工艺等全专业管控要求，支持大规模量产，加工过程全面受控。

（4）接口设计灵活，易与生产设备实现自动化接口，易与ERP系统集成。

（5）业务考核规则可根据企业的实际情况进行配置，可任意修改，满足企业发展的需要。

（6）信息可视化管理，操作简洁，人机互动性强。

（7）机台稼动率达到85%以上。

（8）重复性工作由计算机运算执行，人只做有创造性的工作。

（9）系统接口丰富，易于与其他平台对接，并可跨平台群集部署。

3.2 模具智能制造车间中MES的主要功能

模具智能制造中应用的MES系统，主要涉及的10项功能如下：

（1）数据量化采集：将工作任务量化，将量化指标通过MES系统上传管理平台，为平台的数据分析提供可靠依据。同时，在各工作站建立信息采集系统和高速可靠的信息传输网络，实时传输采集到的生产加工数据，为企业生产管控提供有效依据。

（2）工序详细调度：通过在MES系统中进行EBOM、PBOM等操作对生产工序进行合理调配。根据实际生产需要，由MES自动调整生产设备的工作时序，避免设备闲置。设置生产优先级别，根据产品的各种属性特征，设置合理的生产调度逻辑，结合工艺要求自动的调配生产流程，实现生产效率的最大化，及设备利用率的最大化。解决生产过程中遇到设备使用冲突、资源调配不合理等问题，最大限度地节约生产时间。

（3）车间计划与排产管理：模具企业生产订单的机动性决定了生产的不确定性，MES系统可以根据每天订单的变更及时的修改订单加工的方案，以达到柔性化生产的目的。

（4）加工修补：主要是在生产加工完成后，MES自动的对生产出来的模具进行测量，将测量值与设定的参考值进行比较，对不合格品进行返修操作，通过反复的测量与修复，达到加工计精度的要求。

（5）生产过程管控：根据系统采集到的数字化信息，对生产过程进行实时监控，并参照设计好的预设值对当前值进行比较，及时纠正偏差，避免再次发生在生产过程中出现的问题。同时，对出现的偏差进行记录，供设备检修部门作为参考。

（6）人力资源管理：能实时反映每个工作岗位上，工作人员当前的工作状态，及时反映工作岗位的移动，为生产安排的调配，提供有力的依据。同时，对各个岗位的出勤情况进行管理，自动生成出勤报表，为人力资源部门提供可靠的出勤情况数据。

（7）维修管理：及时反映各工作站设备的工作情况，对需要维修的设备进行及时记录，为维修部门安排维修工作计划提供参考。维修部门可以通过MES上传每台设备的维修保养计划，保障生产部门的生产能够有序地进行。

（8）生产资源跟踪管理：应用二维码技术，在整个生产过程中，对原料进行管控、追踪。应用RFID技术，通过对智能芯片的读写，记录每一个加工工序过程中生产资源的去向。对物料的出库、入库进行全面的管理，确保生产过程中生产资源的有效利用。

（9）文档控制：对于大多数企业而言，生产工艺文件都是商业机密，为了避免商业机密的泄露，MES系统通过设置各种权限来保障工艺文件的安全，将不同级别的工艺文件整理、分类，按需求发放给各个工作岗位。管理生产工艺文件、配方文件、加工图纸、加工工序等资料的使用，对发放文件的整个过程进行记录，满足文件可追溯性的要求。

（10）执行分析：通过MES系统提供的逻辑分析算法，计算出生产执行方案的可行性，对生产加工过程进行可行性指导，实时地对执行后的数据进行二次分析，通过分析报告的形式，将系统分析的结果上传到企业管理平台，指导生产企业及时发现并更正执行方案过程中的问题。

3.3 模具智能制造车间中MES系统工作流程的分析

根据模具智能制造的实际需求，MES系统的总体工作流程為：3D模型设计→导出BOM→EBOM编辑及发行→PBOM编辑及发行→工艺设计进行工艺卡编辑及上传→程序管理进行工序程序绑定→订单编辑→排程及自动化加工等。MES系统的详细工作流程如图1所示。

4 结论

在智能制造企业中应用MES，能够帮助企业实现智能化和精细化管理，降低了人力成本，提高了生产效率，是未来智能制造企业建设的趋势。通过数据量化采集、工序详细调度、车间计划与排产管理、加工修补、生产过程管控等功能实现智能制造过程的优化。所以，MES的应用对智能制造企业的发展具有积极的意义。

参考文献

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[2]齐二石，宋立夫.业工程与制造业信息化——IE+IT[M].北京：机械工业出版社，2011.8：121.