基于MES 系统的智能工厂研究应用

武迪，王妮，张文雯

（湖北航鹏化学动力科技有限责任公司，湖北 襄阳 441000）

智能工厂是数字化、网络化、自动化、智能化技术与制造技术交叉融合，以协调生产流程、优化生产工艺为核心，实现面向产品研制、试验、生产、检验、物流等各环节优化和整合的一种高效生产制造模式。构建智能工厂的基础及核心为信息化及自动化管理，通过MES 制造执行系统、ERP 资源计划系统、WMS 仓储系统以及智能化自动化等设备的互联互通、高效协同实现。

MES 系统亦称制造执行系统，在工厂生产管理中的应用主要起到3 个层面的作用：

（1）将工厂的订单生产计划自动下发到生产车间并排产，协同安排来料检验、零部件及产成品转运、出厂测试、发货等工作。

（2）实时采集生产过程中的数据信息并上传存储，保证生产数据信息有效性、可靠性。

（3）对生产过程中的数据信息和指标进行分析、分类和统计，为工厂管理人员决策提供有效的数据信息支持。通过MES 系统的理论研究及应用探索，可有效提升工厂的生产效率及产品质量，降低生产及物流成本，为工厂精细化生产提供技术和管理支撑，为智能工厂的构建实施打下夯实基础。

1 MES 系统应用

MES 系统覆盖了生产计划管理、库存管理、过程管理、监控管理、质量管理等的基础管理功能，从而为生产安排、指令执行、产品制造、产品质量检验及指令执行结果反馈等生产过程的高效自动化提供了实现的基础，从而完成“信息化减人，自动化换人”的目标。

1.1 生产计划管理

在工厂的生产过程中，生产计划管理是影响生产效率及产能的重要因素之一，因此，在生产计划管理工作中，需要有效提高生产计划管理的效率以及准确性，杜绝生产计划安排冲突，影响产品订单交付或产品质量。工厂在收到产品订单后，MES 系统可自动根据库存生产成品、目前实际生产状态、物料准备状态、设备负荷状态、订单交付优先级等方面的具体情况，对产品订单进行合理的排产。MES 系统实现了产品从订单签订到产成品发货一站式传输功能，过程无需人员参与，从而确保订单信息准确性、及时性。同时，在MES 系统生产任务管理工作中，可实现订单生产任务的接收与进度展示，并且能够对各项历史生产任务完成情况等状态进行查询，便于工厂管理人员了解实际透明的生产情况。

1.2 生产库存管理

生产库存管理需要管理工厂内所有的物资库存，其中包括原材料、零部件、自制件、外购外协件、产成品及设备备品备件等。在MES 系统中，可实现对物资库存情况查询与检索、零部件先进先出等功能，同时可查看物资库存状态，并查询历史使用记录。此外，还具备库房调拨以及库存盘点功能，在物资库存不足的情况下，发出低库存报警，防止物料或设备备件缺料，影响产品生产或质量保证。例如，MES 系统记录某一零部件为进口物料，补货周期较长，系统可根据该零部件历史使用经验及工厂管理人员设置库存物料警戒线，当此物料库存小于此警戒线时，系统将自动发送指令至工厂采购系统完成补货。

1.3 生产过程管理

为有效提高工厂生产节拍及产能，MES 系统可实现生产过程的闭环可视化控制，实时监控生产效率。以生产节拍测定为依据，结合生产实际问题，划分作业单元，便于工厂工艺人员对瓶颈工序进行作业分析，力求消除各种等待浪费，减少在制品堆积，保证设备和人力负荷平衡，实现均衡化生产，提高生产线的整体效率，达到产能及效益提升的目的。

1.4 生产监控管理

工厂充足的各项生产资源是确保生产过程能够顺利完成的基础条件。因此，在对工厂生产进行管理时，需要做好对人、机、料、法、环、测等相关要素的监控管理，提供这些生产资源的实际状态以及历史监控记录等相关信息，确保生产活动能够顺利进行。MES 系统可实现从生产计划的执行情况、设备的运行状态以及生产环境情况等多个方面进行监控管理。此外，还可监控并管理由于人员、设备、质量等方面的原因引起的报警，实现及时发现问题、迅速处理，并在处理完成后第一时间汇报处理结果，保证其生产过程在严格的监控下顺利进行。在监控功能的实现过程中，采用分布式数字控制技术，采集系统数据以及制造终端数据，并实时监控生产设备的运行状态，促进设备利用率的提升。

1.5 生产质量管理

作为车辆被动安全产品的生产工厂，产品质量至关重要，关乎终端客户生命安全。在产品生产过程中，其质量管理工作需要通过严格的工序检验来实现，并且实现产品全生命周期质量追溯，其中包括来料检验、生产过程控制、产成品检验等环节。通过MES 系统质量管理功能，使来料检验、生产过程控制、产成品检验环环相扣，实现产品全生命周期质量追溯管理。例如，工厂每只产品均有一个唯一的身份标识码，通过身份标识码记录该产品生产过程中各类数据，对产品质量进行有效的追溯，同时准确的统计产品合格率情况，将这些信息作为提高产品质量水平的重要依据。与此同时，还可以产品的质量状态为依据，对设备进行预防性维护，实现质量控制闭环，确保 不制造、不接受、不传递、不流出 不合格品。

MES 系统充分运用了数字化、网络化、自动化、智能化技术，优化了工艺设计与生产流程，将各类生产制造设备组织起来，组成一个能够实现自动化生产的设备整体，最终实现了生产设备与管理系统之间、生产各类设备之间的实时交流沟通与控制。不仅能够有效的弥补了工厂上层管理软件与生产信息控制系统之间的空白,有助于企业工厂生产计划、生产过程的跟踪管理。还能够实现工厂信息资源的集成化管理,能更好的利用信息资源,从而达到资源共享的目标，对工厂的经济建设以及管理者决策都有很大的帮助。

2 智能工厂的构建思路

MES 系统是智能工厂的核心，在智能工厂的构建过程中，MES 系统能够对生产过程提供数字化控制，应用自动化与智能化等方面的技术，以提高生产过程的智能化、透明化、自动化以及集成化程度。

智能工厂的构建将以MES 系统为基础，横向配置APS 系统、WMS 系统、PDM 系统等，以柔性制造系统、敏捷制造等信息化建设为目标，利用传感技术、无线通信技术、计算机网络技术、智能数字化技术、物联网应用服务平台技术等多种现代化技术，打造基于物联网的智能工厂。

（1）建立工厂MES 制造执行系统，实现生产计划、调度、质量、设备、生产的全过程闭环管理。

（2）应用数字化三维设计与工艺技术进行产品、工艺设计与仿真，并通过物理检测与试验进行验证与优化。建立产品数据管理系统（PDM），实现产品数据的集成管理。

（3）建立企业资源计划系统（ERP），实现供应链、物流、成本等企业经营管理的优化。

（4）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MES 系统和ERP 系统的高效协同与集成，建立全生命周期产品信息统一平台。

（5）建立工业信息安全管理制度和技术防护体系，具备网络防护、应急响应等信息安全保障能力。建有功能安全保护系统，采用全生命周期方法有效避免系统失效。

通过MES 系统作为基础框架搭建的智能工厂，使智能设备、信息技术两者在制造过程中达到有机融合，数字化工作流、信息流、物流和资金流实现资源共享和高度协同，规划、决策、执行等全部业务流程实现一体化智能化运作。通过持续改进，实现工厂设计、工艺、制造、管理、物流等环节的集成优化，推进工厂数字化设计、装备智能化升级、工艺流程优化、精益生产、可视化管理、质量控制与追溯、智能物流等方面的快速提升。

3 结语

随着我国的综合国力的提升，产业转型升级发展的需求，智能工厂的实现已经成为工业生产的重要发展方向。为了实现这一目标，我们需要以MES 系统为基础，积极应用其他先进的生产控制技术，提升智能制造技术水平，促进制造业的转型升级和智能工厂的实现。