基于MES 系統(tǒng)的智能工廠研究應用

武迪，王妮，張文雯

（湖北航鵬化學動力科技有限責任公司，湖北 襄陽 441000）

智能工廠是數(shù)字化、網(wǎng)絡化、自動化、智能化技術與制造技術交叉融合，以協(xié)調生產(chǎn)流程、優(yōu)化生產(chǎn)工藝為核心，實現(xiàn)面向產(chǎn)品研制、試驗、生產(chǎn)、檢驗、物流等各環(huán)節(jié)優(yōu)化和整合的一種高效生產(chǎn)制造模式。構建智能工廠的基礎及核心為信息化及自動化管理，通過MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)、ERP 資源計劃系統(tǒng)、WMS 倉儲系統(tǒng)以及智能化自動化等設備的互聯(lián)互通、高效協(xié)同實現(xiàn)。

MES 系統(tǒng)亦稱制造執(zhí)行系統(tǒng)，在工廠生產(chǎn)管理中的應用主要起到3 個層面的作用：

（1）將工廠的訂單生產(chǎn)計劃自動下發(fā)到生產(chǎn)車間并排產(chǎn)，協(xié)同安排來料檢驗、零部件及產(chǎn)成品轉運、出廠測試、發(fā)貨等工作。

（2）實時采集生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息并上傳存儲，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息有效性、可靠性。

（3）對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息和指標進行分析、分類和統(tǒng)計，為工廠管理人員決策提供有效的數(shù)據(jù)信息支持。通過MES 系統(tǒng)的理論研究及應用探索，可有效提升工廠的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質量，降低生產(chǎn)及物流成本，為工廠精細化生產(chǎn)提供技術和管理支撐，為智能工廠的構建實施打下夯實基礎。

1 MES 系統(tǒng)應用

MES 系統(tǒng)覆蓋了生產(chǎn)計劃管理、庫存管理、過程管理、監(jiān)控管理、質量管理等的基礎管理功能，從而為生產(chǎn)安排、指令執(zhí)行、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品質量檢驗及指令執(zhí)行結果反饋等生產(chǎn)過程的高效自動化提供了實現(xiàn)的基礎，從而完成“信息化減人，自動化換人”的目標。

1.1 生產(chǎn)計劃管理

在工廠的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)計劃管理是影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)能的重要因素之一，因此，在生產(chǎn)計劃管理工作中，需要有效提高生產(chǎn)計劃管理的效率以及準確性，杜絕生產(chǎn)計劃安排沖突，影響產(chǎn)品訂單交付或產(chǎn)品質量。工廠在收到產(chǎn)品訂單后，MES 系統(tǒng)可自動根據(jù)庫存生產(chǎn)成品、目前實際生產(chǎn)狀態(tài)、物料準備狀態(tài)、設備負荷狀態(tài)、訂單交付優(yōu)先級等方面的具體情況，對產(chǎn)品訂單進行合理的排產(chǎn)。MES 系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品從訂單簽訂到產(chǎn)成品發(fā)貨一站式傳輸功能，過程無需人員參與，從而確保訂單信息準確性、及時性。同時，在MES 系統(tǒng)生產(chǎn)任務管理工作中，可實現(xiàn)訂單生產(chǎn)任務的接收與進度展示，并且能夠對各項歷史生產(chǎn)任務完成情況等狀態(tài)進行查詢，便于工廠管理人員了解實際透明的生產(chǎn)情況。

1.2 生產(chǎn)庫存管理

生產(chǎn)庫存管理需要管理工廠內所有的物資庫存，其中包括原材料、零部件、自制件、外購外協(xié)件、產(chǎn)成品及設備備品備件等。在MES 系統(tǒng)中，可實現(xiàn)對物資庫存情況查詢與檢索、零部件先進先出等功能，同時可查看物資庫存狀態(tài)，并查詢歷史使用記錄。此外，還具備庫房調撥以及庫存盤點功能，在物資庫存不足的情況下，發(fā)出低庫存報警，防止物料或設備備件缺料，影響產(chǎn)品生產(chǎn)或質量保證。例如，MES 系統(tǒng)記錄某一零部件為進口物料，補貨周期較長，系統(tǒng)可根據(jù)該零部件歷史使用經(jīng)驗及工廠管理人員設置庫存物料警戒線，當此物料庫存小于此警戒線時，系統(tǒng)將自動發(fā)送指令至工廠采購系統(tǒng)完成補貨。

1.3 生產(chǎn)過程管理

為有效提高工廠生產(chǎn)節(jié)拍及產(chǎn)能，MES 系統(tǒng)可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)可視化控制，實時監(jiān)控生產(chǎn)效率。以生產(chǎn)節(jié)拍測定為依據(jù)，結合生產(chǎn)實際問題，劃分作業(yè)單元，便于工廠工藝人員對瓶頸工序進行作業(yè)分析，力求消除各種等待浪費，減少在制品堆積，保證設備和人力負荷平衡，實現(xiàn)均衡化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)線的整體效率，達到產(chǎn)能及效益提升的目的。

1.4 生產(chǎn)監(jiān)控管理

工廠充足的各項生產(chǎn)資源是確保生產(chǎn)過程能夠順利完成的基礎條件。因此，在對工廠生產(chǎn)進行管理時，需要做好對人、機、料、法、環(huán)、測等相關要素的監(jiān)控管理，提供這些生產(chǎn)資源的實際狀態(tài)以及歷史監(jiān)控記錄等相關信息，確保生產(chǎn)活動能夠順利進行。MES 系統(tǒng)可實現(xiàn)從生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況、設備的運行狀態(tài)以及生產(chǎn)環(huán)境情況等多個方面進行監(jiān)控管理。此外，還可監(jiān)控并管理由于人員、設備、質量等方面的原因引起的報警，實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)問題、迅速處理，并在處理完成后第一時間匯報處理結果，保證其生產(chǎn)過程在嚴格的監(jiān)控下順利進行。在監(jiān)控功能的實現(xiàn)過程中，采用分布式數(shù)字控制技術，采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及制造終端數(shù)據(jù)，并實時監(jiān)控生產(chǎn)設備的運行狀態(tài)，促進設備利用率的提升。

1.5 生產(chǎn)質量管理

作為車輛被動安全產(chǎn)品的生產(chǎn)工廠，產(chǎn)品質量至關重要，關乎終端客戶生命安全。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，其質量管理工作需要通過嚴格的工序檢驗來實現(xiàn)，并且實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期質量追溯，其中包括來料檢驗、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)成品檢驗等環(huán)節(jié)。通過MES 系統(tǒng)質量管理功能，使來料檢驗、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)成品檢驗環(huán)環(huán)相扣，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期質量追溯管理。例如，工廠每只產(chǎn)品均有一個唯一的身份標識碼，通過身份標識碼記錄該產(chǎn)品生產(chǎn)過程中各類數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品質量進行有效的追溯，同時準確的統(tǒng)計產(chǎn)品合格率情況，將這些信息作為提高產(chǎn)品質量水平的重要依據(jù)。與此同時，還可以產(chǎn)品的質量狀態(tài)為依據(jù)，對設備進行預防性維護，實現(xiàn)質量控制閉環(huán)，確保 不制造、不接受、不傳遞、不流出 不合格品。

MES 系統(tǒng)充分運用了數(shù)字化、網(wǎng)絡化、自動化、智能化技術，優(yōu)化了工藝設計與生產(chǎn)流程，將各類生產(chǎn)制造設備組織起來，組成一個能夠實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的設備整體，最終實現(xiàn)了生產(chǎn)設備與管理系統(tǒng)之間、生產(chǎn)各類設備之間的實時交流溝通與控制。不僅能夠有效的彌補了工廠上層管理軟件與生產(chǎn)信息控制系統(tǒng)之間的空白,有助于企業(yè)工廠生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程的跟蹤管理。還能夠實現(xiàn)工廠信息資源的集成化管理,能更好的利用信息資源,從而達到資源共享的目標，對工廠的經(jīng)濟建設以及管理者決策都有很大的幫助。

2 智能工廠的構建思路

MES 系統(tǒng)是智能工廠的核心，在智能工廠的構建過程中，MES 系統(tǒng)能夠對生產(chǎn)過程提供數(shù)字化控制，應用自動化與智能化等方面的技術，以提高生產(chǎn)過程的智能化、透明化、自動化以及集成化程度。

智能工廠的構建將以MES 系統(tǒng)為基礎，橫向配置APS 系統(tǒng)、WMS 系統(tǒng)、PDM 系統(tǒng)等，以柔性制造系統(tǒng)、敏捷制造等信息化建設為目標，利用傳感技術、無線通信技術、計算機網(wǎng)絡技術、智能數(shù)字化技術、物聯(lián)網(wǎng)應用服務平臺技術等多種現(xiàn)代化技術，打造基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠。

（1）建立工廠MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、調度、質量、設備、生產(chǎn)的全過程閉環(huán)管理。

（2）應用數(shù)字化三維設計與工藝技術進行產(chǎn)品、工藝設計與仿真，并通過物理檢測與試驗進行驗證與優(yōu)化。建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集成管理。

（3）建立企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP），實現(xiàn)供應鏈、物流、成本等企業(yè)經(jīng)營管理的優(yōu)化。

（4）建立工廠內部互聯(lián)互通網(wǎng)絡架構，實現(xiàn)設計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間，以及與MES 系統(tǒng)和ERP 系統(tǒng)的高效協(xié)同與集成，建立全生命周期產(chǎn)品信息統(tǒng)一平臺。

（5）建立工業(yè)信息安全管理制度和技術防護體系，具備網(wǎng)絡防護、應急響應等信息安全保障能力。建有功能安全保護系統(tǒng)，采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。

通過MES 系統(tǒng)作為基礎框架搭建的智能工廠，使智能設備、信息技術兩者在制造過程中達到有機融合，數(shù)字化工作流、信息流、物流和資金流實現(xiàn)資源共享和高度協(xié)同，規(guī)劃、決策、執(zhí)行等全部業(yè)務流程實現(xiàn)一體化智能化運作。通過持續(xù)改進，實現(xiàn)工廠設計、工藝、制造、管理、物流等環(huán)節(jié)的集成優(yōu)化，推進工廠數(shù)字化設計、裝備智能化升級、工藝流程優(yōu)化、精益生產(chǎn)、可視化管理、質量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。

3 結語

隨著我國的綜合國力的提升，產(chǎn)業(yè)轉型升級發(fā)展的需求，智能工廠的實現(xiàn)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。為了實現(xiàn)這一目標，我們需要以MES 系統(tǒng)為基礎，積極應用其他先進的生產(chǎn)控制技術，提升智能制造技術水平，促進制造業(yè)的轉型升級和智能工廠的實現(xiàn)。