MES系統(tǒng)多工廠標準化配置化的研究與實現(xiàn)

李曉勇+傅高峰+王龍+張志彬

（株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

[摘 要] 隨著工業(yè)4.0和兩化融合的不斷推進，MES系統(tǒng)作為實現(xiàn)智能工廠的重要組成部分在車間生產(chǎn)管理中扮演著越來越重要的角色。本文通過研究不同業(yè)務形態(tài)企業(yè)的多工廠MES需求，結合已經(jīng)使用的系統(tǒng)進行改進，提升系統(tǒng)通用性和配置性，改善系統(tǒng)的實施效率和運行維護成本。

[關鍵詞] MES；標準化；配置化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 05. 033

[中圖分類號] F270.7；TH186 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）05- 0060- 04

0 引 言

信息技術隨著企業(yè)信息化建設的不斷深入，MES系統(tǒng)作為企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)承接ERP層級的計劃管理體系與車間執(zhí)行層實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。在MES實施過程中，某企業(yè)涉及的業(yè)務板塊較多，同時車間生產(chǎn)流程復雜多變，導致了系統(tǒng)開發(fā)工作量巨大，系統(tǒng)服務部署不規(guī)范，用戶差異性巨大等問題。因此，解決MES系統(tǒng)規(guī)?；瘧门c企業(yè)個性化需求的矛盾，是企業(yè)快速發(fā)展適應內(nèi)外部變化的必經(jīng)之路。

1 目的和意義

在當前買方市場的環(huán)境中，隨著先進技術和管理思想的引入，企業(yè)為了提高顧客的滿意度以及增強核心競爭力，會經(jīng)常性地進行業(yè)務流程變革或業(yè)務流程重組。在這種大環(huán)境的背景下，對于 MES 系統(tǒng)的標準化及可配置化的研究有著重要的意義。

企業(yè)目前的MES系統(tǒng)應用中存在以下問題。

1.1 通用性較差

系統(tǒng)針對部分工廠特定的產(chǎn)品類型定制需求，不能直接用戶其他工廠不同類型產(chǎn)品的推廣，也很難適應企業(yè)對于業(yè)務流程的重組與再造。

1.2 可配置性差

缺乏基于工廠數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)集成技術，系統(tǒng)的可重構、可擴張性較差，進而制約了 MES 系統(tǒng)的推廣實施。

1.3 集成性較差

由于缺乏統(tǒng)一的工廠數(shù)據(jù)模型，MES 各功能模塊之間以及與其他系統(tǒng)如ERP之間的集成就變得很復雜。

本文以實際的企業(yè)信息系統(tǒng)為背景，嘗試對生產(chǎn)業(yè)務流程進行梳理整合，改進已實施的MES系統(tǒng)建立統(tǒng)一工廠數(shù)據(jù)模型，可進行一定的功能配置，進而提高系統(tǒng)滿足企業(yè)個性化需求和支持業(yè)務流程重組（BPR）的能力。

2 業(yè)務解析

業(yè)務解析是通過對現(xiàn)有生產(chǎn)過程中涉及MES系統(tǒng)的業(yè)務流程進行梳理，嘗試對其多樣化進行整合盡可能向標準化靠攏。

目前涉及MES的生產(chǎn)業(yè)務板塊總體分為計劃管理、生產(chǎn)執(zhí)行、物料管理、質(zhì)量管理四大模塊，下文就模塊中的部分流程優(yōu)化的內(nèi)容簡析

2.1 計劃管理

2.1.1 訂單獲取

該公司生產(chǎn)訂單均在ERP中進行下達，但其物料在信息系統(tǒng)并未以物理生產(chǎn)位置及業(yè)務形態(tài)的不同進行區(qū)分，這就導致在MES系統(tǒng)中需要做開發(fā)對物料進行識別。故針對多工廠的不同物料首先要求其在ERP系統(tǒng)中有相對準確的分類，將不同業(yè)務賦予不同的字段做標識以獲得相對準確的工廠數(shù)據(jù)及計劃來源。

2.1.2 訂單發(fā)布

該公司由于產(chǎn)品的多樣性，既存在單件流產(chǎn)品、也存在批量生產(chǎn)業(yè)務形態(tài)，導致最初從ERP系統(tǒng)同步的訂單在不同工廠下流轉形式多樣，程序邏輯復雜，因此在梳理過程中引入訂單容量概念，將其作為產(chǎn)品流轉批量的唯一數(shù)據(jù)源。

2.1.3 產(chǎn)品序列

由于產(chǎn)品的多樣性和關鍵工序差異化較大，原系統(tǒng)固定關鍵工序的做法推廣型太差，需求整理識別出各工廠的關鍵工序，在MES中實現(xiàn)配置化，以關鍵工序進行推演其余工序的生產(chǎn)。同時，啟用序列號管理的物料其序列號規(guī)則多由客戶指定導致其千差萬別，需針對每類產(chǎn)品明確規(guī)則作為系統(tǒng)配置化項目。

2.2 生產(chǎn)執(zhí)行

2.2.1 工藝整理

目前生產(chǎn)執(zhí)行的報工用到的工藝路線同步于ERP系統(tǒng)，而ERP系統(tǒng)中的工藝路線更多的作用是歸集成本，且ERP集中報工的方式?jīng)Q定其很少考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的流轉。需要重新梳理工序進行拆分合并，梳理工序標準文本碼進行唯一性識別管理，同時規(guī)范ERP和MES同步的接口均需以同步的生產(chǎn)訂單工藝路線作為MES報工執(zhí)行的數(shù)據(jù)來源。

2.2.2 報工確認

各工廠對于生產(chǎn)車間確認報工的要求存在差異，在MES系統(tǒng)需要錄入的內(nèi)容不盡相同，經(jīng)過梳理后明確自制工序操作者只做開工、報工、關鍵件綁定的操作，外協(xié)加工工序只需進行開工完工集成采購訂單創(chuàng)建和收貨，簡化操作提高體驗度。同時，結合現(xiàn)場操作需求劃分固定工位和移動工位，對固定工位配備工控設備，移動工位采用手持終端操作。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集

設備的數(shù)據(jù)采集功能統(tǒng)一定義為工序對設備有工藝參數(shù)要求的，通過直接或設備改造后采集相應的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)存儲到對應的服務器用于追溯和異常預警。

2.3 物料配送

2.3.1 整體邏輯

整理、統(tǒng)一物料配送的分解邏輯，以工藝路線工序上的組件分配物料為標準，將所有需求物料分解到一張需求單或按工序分解需求物料到多張需求單；車間如需集成配送過賬則發(fā)布相應的需求單后進行配送調(diào)用SAP接口過賬。

2.3.2 特定業(yè)務

對于需要大屏幕展示物料配送需求和實時狀態(tài)的，統(tǒng)一以報表開發(fā)的形式來計算展示，不在應用功能中加入邏輯進行計算。這樣可以簡化系統(tǒng)功能，提升運行效率。

2.4 質(zhì)量管理

2.4.1 質(zhì)檢任務類型統(tǒng)一

各生產(chǎn)車間的質(zhì)量檢驗形式不一，梳理確認后明確為來料的入庫檢，過程中普通專檢、抽檢、首末檢、巡檢，物料和工序的檢測項點按標準值、上下限在系統(tǒng)維護設定并對檢驗值合格與否進行自動判定。

2.4.2 質(zhì)量控制點

按檢測模板進行質(zhì)檢任務的生成 ，處理檢測后必須處理隔離工單才能進行下一道工序報工。檢測比例只控制百分百檢測必須檢測，其余則使用大屏或報表進行指示檢驗員進行任務的創(chuàng)建和處理。

3 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)的原型采用面向服務的制造執(zhí)行系統(tǒng)建模方法、采用C/S（客戶端/服務器）和B/S（瀏覽器/服務器）結構結合、基于跨平臺的J2EE技術框架和JBOSS應用服務器、采用Web服務技術開發(fā)實現(xiàn)。并結合基于企業(yè)基礎應用平臺、業(yè)務組件和模塊化的多層架構完成前期系統(tǒng)開發(fā)與應用服務。

3.1 開發(fā)方案

3.1.1 模塊化開發(fā)

在開發(fā)過程中，采用服務化組件化的系統(tǒng)開發(fā)思路，將通用的功能開發(fā)成業(yè)務組件，根據(jù)車間制造信息模型，按職能將系統(tǒng)劃分成不同的功能模塊，模塊內(nèi)部高聚合，模塊間則低耦合，通過分別部署的方式實現(xiàn)按業(yè)務需求選擇相應模塊實施。

3.1.2 多層車間工廠建模方式

工廠、車間、工作中心、工位的四級結構，使系統(tǒng)適用于不同的車間生產(chǎn)環(huán)境，能夠適用多工廠多車間、單工廠多車間、單工廠單車間多工作中心的組織模式。

3.1.3 結合功能模塊和多層車間工廠建模方式進行配置化開發(fā)

不同制造業(yè)務模式對車間的信息需求有差異，要求系統(tǒng)的底層具有一定的通用性，但在人機料法環(huán)中考慮各制造業(yè)務模式的信息需求，抽象多種業(yè)務需求的模型，建立比較全面的可配置化的信息流程，工廠根據(jù)需求應用進行配置化應用。

3.2 系統(tǒng)體系結構

可配置MES 體系結構包括模型層、中間平臺層、功能層。

模型層：模型層以多工廠模型為核心，在概念層上重用和互操作，實現(xiàn)業(yè)務功能與工廠的分離。

中間平臺層：中間平臺層抽象并封裝了系統(tǒng)的業(yè)務邏輯過程，通過制造業(yè)務模式進行功能組裝，另一方面可通過協(xié)同機制、消息引擎實現(xiàn)不同業(yè)務模式的整體協(xié)同和全局優(yōu)化。

功能層：通過標準化定義功能和接口，按配置方法實現(xiàn)功能模塊的可插拔，可以適應不同廠商間業(yè)務模塊的集成，以此實現(xiàn)各種中間平臺層的復用與深化應用。

3.3 系統(tǒng)功能模塊

將系統(tǒng)功能模塊主要分為基礎平臺、工廠建模、計劃管理、生產(chǎn)執(zhí)行、物料配送、質(zhì)量管理。

基礎平臺：提供物料的基礎數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的主體功能運行平臺配置信息，以及二次開發(fā)的配置內(nèi)容。包括報表、腳本、流程引引擎，消息及監(jiān)控平臺，接口API，組件管理等模塊。

工廠建模：支持統(tǒng)一的物理工廠和邏輯對象工廠數(shù)據(jù)模型建模，為各個應用功能模塊提供完整統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，并為業(yè)務模塊提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

計劃管理：全面管理企業(yè)制造訂單的整個生產(chǎn)流程，幫助用戶實現(xiàn)均衡投產(chǎn)，減少在制品的數(shù)量。

生產(chǎn)執(zhí)行：當車間接收工作任務派工后，展開相關生產(chǎn)活動，此時任務完成情況、生產(chǎn)設備狀態(tài)都不斷發(fā)生變化，生產(chǎn)執(zhí)行模塊就是將這一系列生產(chǎn)活動記錄下來，全面實現(xiàn)生產(chǎn)過程的跟蹤。

物料配送：物料配送需求來源于廠內(nèi)生產(chǎn)計劃，根據(jù)生產(chǎn)計劃對物料的需求，結合供應商，廠內(nèi)倉庫的庫存相關情況，進行配送。

質(zhì)量管理：對于原材料進廠、生產(chǎn)制造等過程中的產(chǎn)品整個生命周期進行數(shù)據(jù)化管理，通過不斷的改進，進一步完善生產(chǎn)質(zhì)量管理直至企業(yè)層的整體化全面質(zhì)量管理體系。

3.4 測試示例與系統(tǒng)配置工具

3.4.1 用戶自定義對象與實體

通過自定義對象，實現(xiàn)按用戶設置的應用或顯示對應數(shù)據(jù)列。通過自定義實體檔案，實現(xiàn)各檔案關系與引用的自定義，滿足映射關系的可配置化。

3.4.2 工廠權限配置

通過自定義實體檔案和表的對應關系，同時對該檔案進行數(shù)據(jù)隔離配置。滿足數(shù)據(jù)隔離的可配置化。共用的數(shù)據(jù)實體可不進行工廠隔離。

3.4.3 計劃同步配置

通過工廠代碼和調(diào)度員維護SAP訂單同步的目的工作中心，實現(xiàn)多工廠對不同業(yè)務訂單的處理方式。工廠代碼和調(diào)度員配置的方式可使不同工廠共用一個同步接口，也可減少SAP的接口維護量。

3.4.4 產(chǎn)品流水號配置

通過物料和腳本引擎維護各種調(diào)度員物料或單物料的物料條碼生成規(guī)則，用戶也可以自定義生成腳本，來滿足不同物料的流水號編碼需求。

3.4.5 質(zhì)檢配置

通過檢測類型、檢測項、檢測模板實現(xiàn)各物料的檢測信息維護，針對不同物料維護相同模板不同工藝參數(shù)標準。

4 結 語

本文基于一個實際的企業(yè)的案例，探討了如何梳理生產(chǎn)管理的流程使其規(guī)范化和標準化，進行了MES 系統(tǒng)的標準化及可配置化的研究設計，能夠真正適應實際生產(chǎn)業(yè)務的快速變化，進而滿足企業(yè)個性化需求和支持業(yè)務流程重組，而提高了企業(yè)核心競爭力。

主要參考文獻

[1]王澤.機械加工企業(yè)的可配置 MES 研究與應用[D].重慶：重慶大學，2010.

[2]周正文，屈仁斌. 基于 ERP 系統(tǒng)的企業(yè)物流運輸信息系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].中國管理信息化，2013，16（10）：48-50.