基于MES 的制造企业工艺设计及生产调度研究

阎慧杰，许 琛，李志林，平傲宇

（山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046000）

制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）是一种应用于企业生产计划决策层和生产车间执行层之间高效的生产管理系统，是为适应复杂多变的生产而形成的一种支持有序、协调、可控和高效生产的车间级协同平台，实现制造执行过程及其复杂信息的管理。MES 系统可以追踪生产车间里工件、物料以及操作人员的实时作业数据，便于企业上层生产计划集约化管理，充分实现企业高效生产。

工艺设计对于制造型企业来说至关重要，是连接工件产品设计和生产制造之间的关键桥梁，同时也是决定产品加工质量高低、企业制造效率高低的重要一环。本文针对某机械加工制造型企业进行研究，在该企业中，相关工艺设计人员主要使用CAPP、UG 等软件进行工艺设计及编制，随着工艺设计的信息化升级，对应于生产车间的工艺执行方面仍未得到高效的信息化对接，大部分依然采用车间操作人员人工管理、人工采料等操作，出现了生产与工艺对接不及时、信息反馈慢、操作不到位等一系列问题。

鉴于以上情况，本文将MES 系统应用于该机械加工企业，实现工艺设计与生产调度之间的高效衔接，解决两者之间信息脱节、信息迟钝、信息延误等一系列人工操作带来的问题。

1 制造企业现状分析

该机械加工企业在工艺设计与生产调度之间存在信息传达效率低的问题，在实际加工作业过程中，车间层与工艺计划层不能很好的契合，导致企业ERP 系统功能无法高效的使用。在针对该机械加工企业车间进行具体考察后，将车间加工现状说明如下：

（1）车间依然存在人工手写的生产管理看板，对生产过程进行监管；

（2）生产车间在生产工件的过程中，需要管控的信息繁多，无法实时传达给ERP 系统掌握；

（3）生产设备出现损坏、停电等异常情况无法进行正常的作业，维护信息不能及时被ERP 系统掌握。

总结以上情况，在该企业车间内出现了工艺设计与生产调度之间的信息反馈慢、对接不及时、操作不到位等一系列信息传达不善的问题，从而导致了车间加工效率低下、人员利用率不高的后果，建立良好的数据信息传送系统显得尤为重要，现在市场上多应用MES 系统对制造业实现敏捷制造和柔性生产[1]。

2 系统原理概述

2.1 MES 系统概述

制造执行系统MES 最初是由AMR 公司提出的一个概念，意为位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的面向车间生产控制执行层的生产管理信息系统，具体可分为三层，即计划层、执行层和控制层，大致示意如图1 所示。

图1 企业生产集成模型

2.2 MES 系统搭接

在实际应用过程中，需要采用软件和硬件相互配合的方式才能实现MES 系统功能，软件包括数据库、系统管理软件等，硬件包含扫码枪、RFID 读写器、PLC 设备以及工控机。

该系统运用以太网建立数据传递的通道，将支持以太网的设备连接到网络，其中不能直接连接的设备通过交换机实现网口转换，从而实现网络全覆盖，整体的MES 系统网络拓扑结构示意图如图2 所示。

图2 MES 网络拓扑结构

运用以太网可以将PLC、RFID 标签、现场看板、数据库和相关服务器计算机连接起来。作业现场的工控机内运行数据采集服务软件，可以实现生产过程中RFID、PLC、现场看板和服务器相互之间的数据传递。同时将采集到的数据上传到数据库中进行存储，还可以在数据库中查询调取相关的生产数据[2-4]。

3 系统框架及功能模块

依据该机械加工企业的工艺设计与生产调度的实际状况，提出一种基于五层体系框架的机械工艺与加工执行系统，各层级履行各自的职能和功用，经过整合，形成集成化MES 体系，如图3 所示。

图3 MES 体系架构

MES 系统的设计通常采用模块化设计，即根据企业特定的业务需求，结合企业固有的加工特性，提出改善措施，并设计出一系列优化功能模块，各模块是相互独立存在的，针对不同的模块完成对应的功能，满足机械加工企业的加工需求，本文根据该企业需求分析，总结出适用的MES 系统功能模块，具体如图4 所示。

图4 MES 系统功能模块

4 系统运行

本系统采用Visual Studio 2010 软件作为集成化设计平台，将C#作为编程语言，使用SQL Server 2015 作为系统数据库，通过集成设计生成系统功能交互界面。设置好人员权限后登录界面，可以完成对应的操作，包括工艺文件设计、工件状态跟踪等多项功能。其中根据生产实际的工艺过程界面如图5 所示，在对应的文本框内记录下当前的工艺状态，将相关信息直接上传，通过网络计划层可以直观地进行观察，根据当前情况作出指令下达，实现了高效实时信息传达[5]。

图5 工艺过程界面

5 结束语

在针对某机械加工企业的工艺设计与生产调度的研究基础上，提出了运用MES 系统集约化管理工艺与生产的方案，可以实现生产计划层与生产车间执行层之间的数据实时传送功能，快速地做出反应，高效地完成生产任务，较好地解决了生产信息延误和信息脱节的问题，对于类似的机加企业实现高效生产提供了参考方案和实施依据。