C公司MES系统设计项目需求及可行性研究

赵可 武汉中车株机轨道交通装备有限公司

一、绪论

2016年，在“十三五”规划期间，党中央确定了通过信息化与工业化共同发展，发挥后发优势，达成社会生产力的跨越式发展的战略，随着国内企业信息化的提升加强企业整体水平，从而促进社会经济整体发展。企业信息化是国民经济和社会信息化的重要内容，国家要求大力推进企业信息化建设，实现管理创新和科学管理。而C公司利用MES系统设计与实施，提升生产效率、加强产品质量，从而促进C公司整体管理水平的提高，是C公司利用信息化增强核心竞争力的重要保证，是“努力打造国内一流轨道交通装备产业基地”的重要支撑措施。

本文通过对C公司MES系统项目需求及可行性进行分析研究，为制造企业促进信息化带动工业化进行“两化融合”提供案例支持。

二、C公司MES项目需求及可行性分析

C公司是典型的制造型企业，具有首件生产周期长，工程变更对生产影响较大特点。MES系统设计方案应满足根据项目进度，结合C公司生产能力，与信息化建设现状，针对性建立自动化生产高级排程，通过MES系统对生产项目科学计算和合理分配，将项目各工序作业计划排程，并通过信息数据传播，快速分散至每一个工位，若因工艺变更导致的工序作业计划改变，也可及时反馈至各个工位和工作现场，从而降低信息传播所消耗的宝贵时间，提高公司整体生产效率，提升公司整体项目管控水平。其次，通过MES系统实时抓取工位机、扫码枪、平板电脑等现场工作终端数据，对生产进度、物料情况、生产异常信息、人员信息，设备信息等情况实时跟踪，及时反馈，从而时刻了解车间工作状况；通过MES系统中质量管理功能，检测并记录项目生产中各工序NCR的合格率，若有不合格工序，可及时整理记录质量数据并通知相关工位进行返工工序，从而提高项目生产产品质量率。最后，通过C公司车间生产BI系统，对基础数据（人员管理）、产品质量管理、计划调度管理、生产执行管理、生产异常管理、现场管理、物料管理、设备管理、统计分析、系统集成、数据采集与监控系统等数据进行整理统计，科学规划，实时展示相关数据及图表信息，以供公司管理层及车间管理人员决策使用。从而显著提升C公司整体管理水平

C公司MES系统数字化车间的总体建设框架由4层、4个系统和1个支撑环境构成：

（一）数字化资源层

数字化资源层包括各种数字化、自动化的装配设备、物流设备、工装工具、检测设备等，如压入机、压紧机、拧紧机、试验台、RAV/AGV、输送线等。数字化、自动化、智能化装备是企业生产力的基础，设备资源通过工业网络在过程管控层和感知与控制层的协调控制下准确、高效、协同运行，确保车间生产效率和产品质量。

（二）数字化感知与控制层

数字化感知与控制层由主要由设备集成监控与数采（SCADA）为核心，通过SCADA和各种工位感知设备，如工控机、条码设备、读卡器、智能相机等，连接资源层工位上各种数字化、自动化装配设备、检测设备、工装工具等底层资源。接受生产过程管控层下达的生产指令，自动识别物料和工件、实时传递工艺参数控制设备运行，采集生产过程工艺参数、检测数据和资源状态信息，反馈生产过程信息。在生产过程管控层的指挥调度下完成高效的数字化、智能化生产制造过程，保证车间在及时、保质的基础上完成产品生产。

（三）数字化生产过程管控层

数字化生产过程管控层以制造执行系统为核心构建基于工位制节拍化的生产管控平台，并于与PLM、CAPP、CAD等系统集成获取生产相关产品工艺数据，通过系统分派下达生产任务到产线执行。向下通过与感知与控制层的条码设备、SCADA系统等集成连接数字化、智能化设备。实现从车间计划调度、生产执行与现场管理等的核心生产制造过程管控，以及物料管理、生产过程质量控制、设备管理等支持过程管控的数字化和智能化。并作为实现设计、制造、控制一体化核心环节，指挥、调度生产过程，协同控制生产过程的人、机、料、法、测、环。

（四）数字化生产运营监控层

生产运营监控层构建在生产过程管控层的之上，由生产控制中心（PCC）作为信息化指挥平台。通过PCC集成、处理过程管控层反馈的数据，形成各种可视化图表，并整合视屏监控系统输出，实现生产过程的可视化监控预警，从车间全局角度和多生产单元协调生产的角度，实现对车间生产运营的综合管控与辅助决策。

整个数字化车间有数字化车间基础设施支撑：主要包括位于制造车间的工业互联网络、服务器、数据库等组成。

C公司数字化车间由以下子系统和支持环境组成：

（1）车间现场工业以太网：通过设备控制网、执行监控网、视频监控网，三网物理分隔，连接现场设备、工位终端、监控摄像头与应用系统；

（2）车间数据中心：部署MES应用服务器、SCADA服务器和数据库服务器，支持各系统运行；

（3）设备集成监控与数采系统（SCADA）：实现设备联网通讯，监控产线设备状态，采集过程工艺参数和监测数据；

（4）制造执行系统（MES）：支持基于工位制节拍化生产，实现生产过程透明和可视化，建立产品追溯档案，提高生产管控的效率。

（5）生产控制中心（PCC）：构建信息化指挥平台，对生产过程的全方位、分布式、可视化监控，并实现统一指挥和集中调度。

1.制造执行系统

（1）需求分析

C公司主要从事机车产品的装配与调试，当前C公司的生产存在生产任务安排简单、物流配送不够精准、质量检测纸质记录，人员管控难度大等问题，同时生产要素之间协同效果差，计划执行结果偏差大等不足。

因此C公司希望通过制造执行系统（MES）系统实现基于工位制节拍化的生产制造业务全流程的计划、调度、统计、分析、监控等信息进行统一的管理，实现物流作业信息的快速高效处理和作业过程数据追溯管理、实时掌握产品的生产进度信息、质量信息、工艺信息、异常信息。实现快捷精细的计划排程、生产透明化、物流透明化，仓储配送与作业全过程的信息化管控。

（2）功能用途

通过MES的实施，提高对生产过程的业务协同管控能力，通过智能化提高生产管控的精细化和精准化程度，同时构建自组织生产计划与调度方式，进行在线智能调试、生产过程实时监控及设备故障诊断与预警管理，实现生产过程量化管理、质量动态跟踪以及从原材料到产成品的一体化协同优化，达到按期交货、提高产品的质量和减低成本的目的。

（3）工作原理

根据城轨制造装配检测生产线的生产特点，数字化车间制造执行系统MES将涵盖基础数据（人员管理）、产品质量管理、计划调度管理、生产执行管理、生产异常管理、现场管理、物料管理、设备管理、统计分析、系统集成、数据采集与监控系统等业务系统。

通过与PLM、CAPP等信息系统一起工作，实现企业车间基础数据（人员管理）、产品质量管理、计划调度管理、生产执行管理、生产异常管理、现场管理、物料管理、设备管理、统计分析、系统集成、数据采集与监控系统等功能。并通过SCADA等系统采集项目生产各项数据和产品质量参数，实现生产过程的全方位控制。

（4）结构组成

①工厂建模。针对C公司的自动化加工车间，MES需要具有良好的配置建模能力，支持业务的并发与协同，满足生产现场管理要求。工厂建模包括组织建模、产品建模、工艺建模等内容。实现根据现场实际生产进行组态配置。

②计划调度。C公司的生产过程需要经过多道工序，多段装配，在编制生产计划时需要考虑部装计划与总装计划的协同性。当通过Excel导入需求订单后，MES按BOM结构进行分解，编制主计划，并分配到主线和子产线机台、工位。下达前MES进行资源的齐套检查，如满足条件，通过派工单下发给车间班组执行。

生产派工单明确工位/机台号、数量、工艺文件版本等相关信息，工位/设备接收到派工单任务后，按任务进行加工。

③生产执行。MES系统对生产现场执行情况进行监控，并将生产过程中产品的流转和品质异常等信息进行记录。通过对生产过程的管理，达到计划与执行的协作统一，确保生产的平准化。可以通过以下方面对生产现状进行改善。

一、生产实绩信息实时采集：通过SCADA系统对设备中控系统进行数据采集，实时采集设备的上料、下料、异常停机等信息，以及压力、扭矩等工艺参数，并通过自动采集来进行计划报完工，实现生产过程的实时监控。

二、零部件自动配对：通过零部件称重数据采集和零部件队列标识，按预设的部件配对规则，自动匹配合适的部件，传递给机械手抓取上线组装。

三、生产实时业务驱动：通过生产执行的结果，进行物料的拉动配送，进行质量质检任务的生成。

四、图文档生产同步指示：伴随着生产的进行，通过线边终端进行图文档的实时指示，方便操作工进行加工。

④现场管理

在生产车间内可以通过现场终端进行生产现场的业务进行实时管理。如发生生产异常、质量问题、缺料异常、设备故障等过程中的各种问题进行识别，对突发的异常事件进行报警，以广播、邮件等方式通知相关人员进行处理，并设置监控屏幕进行报警监控。结合事件处理功能，可以针对不同报警事件建立处理工作流。实现对异常的通知、判定、处理、跟踪、分析追偿和关闭，形成车间异常管理的闭环，提高异常处理的及时性。通过对异常的分析，进行有针对性的持续改进。

图2.4 计划调度流程

⑤物料及仓库管理

C公司项目生产运用工位制精益生产管理模式，该模式对物流精细化配送的要求极高，在项目生产中需要时刻保证物流及时配送到各个工位，并正确匹配相应工序，因此MES系统需要提前进行各工序物料需求分解，并制定相关物料上线顺序，生成各工序物料需求单并发布给物流配送人员。

物料库房管理人员根据实时的生产执行情况首先进行预备料，并通过MES系统确认备料完成，MES系统得到确认后，会及时将物料发送至各工位上，相应一线操作人员通过扫码枪，扫描物料信息的二维码，MES系统会显示相应物料备料信息，以便操作人员与相应工序所需的物料清单核对，保证物料配送的准确性，并且当各工位完成当前工序后在MES系统中确认，MES系统会自动发布至物料配送人员，通知其提前准备下一项工序所需要的物料，从而节省项目整体生产时间。

三、总结

C公司是积极响应国内“两化融合”方针，利用信息化建设驱动企业管理水平提升，管理效率变化的典型案例。本文通过研究C公司MES系统可行性分析，我们帮助MES系统设计之初，拥有明确的项目目标及需求分析，了解公司的各项业务需求目标和具体模块的可行性。