MES在智能制造中應(yīng)用的研究

周宇

摘 要：隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由互聯(lián)網(wǎng)時代邁入大數(shù)據(jù)時代的轉(zhuǎn)變，在這個時代背景下，人們實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)溝通與交流，而大數(shù)據(jù)時代的到來意味著智能制造已經(jīng)融入人們的工作與生活中。我國是制造業(yè)大國，工廠流水線雇用著大量的一線工人，為了加大生產(chǎn)量，很多企業(yè)都在構(gòu)建智能工廠，推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)模式。MES系統(tǒng)是智能制造技術(shù)中常見的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)的應(yīng)用能為企業(yè)建設(shè)智能工廠提供參考，智能制造工廠的建設(shè)實(shí)施離不開MES系統(tǒng)的應(yīng)用，其能夠滲透到企業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)、制造、檢驗(yàn)、物流等各個環(huán)節(jié)，起到優(yōu)化、整合的作用，形成一種高效生產(chǎn)的制造模式。對于化纖制造行業(yè)來說，智能制造技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展更是關(guān)鍵和重要的。文章將針對化纖制造行業(yè)中應(yīng)用MES智能制造系統(tǒng)進(jìn)行研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：MES;智能制造;應(yīng)用

中圖分類號：TN4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03--03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.042

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由互聯(lián)網(wǎng)時代邁入大數(shù)據(jù)時代的轉(zhuǎn)變，智能制造已經(jīng)融入人們的工作與生活中。

MES系統(tǒng)是智能制造技術(shù)中常見的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)的應(yīng)用能為企業(yè)建設(shè)智能工廠提供參考，在企業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)、制造、檢驗(yàn)、物流等各個環(huán)節(jié)起到優(yōu)化、整合的作用，形成一種高效生產(chǎn)的制造模式。對于化纖行業(yè)來說，智能制造技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展更是十分關(guān)鍵和重要的。

1 MES系統(tǒng)介紹

MES系統(tǒng)（manufacturing execution system）的全稱是制造執(zhí)行系統(tǒng)，是20世紀(jì)90年代由一家美國公司首先提出的。MES系統(tǒng)主要應(yīng)用于制造類企業(yè)的生產(chǎn)加工過程中，對制造類企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)加工現(xiàn)場、生產(chǎn)加工過程進(jìn)行監(jiān)控管理，可以有效提高生產(chǎn)效率。

MES系統(tǒng)是由多個數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)組成的，涵蓋可編程序控制器、二維碼、機(jī)電設(shè)備、傳感器、檢測儀表等多個信息化設(shè)備。其中，可編程序控制器能夠?qū)ιa(chǎn)設(shè)備下達(dá)生產(chǎn)制造的指令，而所有生產(chǎn)機(jī)器設(shè)備都能夠在第一時間根據(jù)程序控制器下達(dá)的指令投入生產(chǎn)過程，避免資源浪費(fèi)，提高企業(yè)的資金利用率，減少生產(chǎn)過程中的失誤[1]。

對于很多傳統(tǒng)的制造類企業(yè)來說，企業(yè)的管理層與生產(chǎn)供應(yīng)鏈之間出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，且隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)線及員工的逐步增加，對生產(chǎn)供應(yīng)鏈的管理也更加困難，管理效率的降低導(dǎo)致生產(chǎn)加工產(chǎn)品出現(xiàn)了很多問題。

在MES系統(tǒng)中，所有生產(chǎn)設(shè)備都是可控制、可管理的，智能化的制造與管理模式提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，便于管理層對生產(chǎn)供應(yīng)鏈的管理。目前，MES智能制造系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成熟，已經(jīng)在我國多數(shù)制造類企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

2 智能制造的概念

大數(shù)據(jù)時代的最大特征在于智能制造與生產(chǎn)，很多智能電子化設(shè)備應(yīng)用于人們?nèi)粘５墓ぷ?、生活中，并提供了很多便利。智能制造就是由智能設(shè)備和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)在生產(chǎn)制造過程中的準(zhǔn)確性、可調(diào)節(jié)性和易更改性，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力和人類專家的思維模式，對生產(chǎn)過程進(jìn)行信息采集、信息分析、信息整理與信息決策，智能制造的生產(chǎn)模式下機(jī)器的出錯率很低，能夠最大程度地保證生產(chǎn)制造的效率。

同時，智能制造模式下的生產(chǎn)機(jī)器可以隨時停止、更新和返工，相較于傳統(tǒng)流水線上的工人來說，智能制造更加節(jié)省人力成本，且比工人加工更加精準(zhǔn)，企業(yè)也將大部分成本應(yīng)用于智能制造設(shè)備的更新和維修方面[2]。

3 MES系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 生產(chǎn)計(jì)劃管理

生產(chǎn)計(jì)劃是影響到企業(yè)下一階段生產(chǎn)數(shù)量及生產(chǎn)效率的重要因素之一，企業(yè)要根據(jù)自身生產(chǎn)情況制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃，并對生產(chǎn)計(jì)劃開展有效管理，提高管理效率，最重要的是生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確性。生產(chǎn)計(jì)劃的好壞會影響到企業(yè)下一階段的收入利潤變化，企業(yè)為了保證一定的產(chǎn)出比例，避免造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

企業(yè)在接收到產(chǎn)品訂單時，MES系統(tǒng)可以自動根據(jù)企業(yè)當(dāng)前庫存量、設(shè)備的實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)、物料準(zhǔn)備、設(shè)備負(fù)荷以及訂單的先后順序等情況，合理安排生產(chǎn)加工計(jì)劃，企業(yè)從生產(chǎn)、加工到出廠等一系列程序都會根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的大數(shù)據(jù)設(shè)定生產(chǎn)計(jì)劃，保證訂單信息的準(zhǔn)確性和及時性[3]。

同時，利用MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對訂單的實(shí)時跟蹤，機(jī)器設(shè)備目前的生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)狀態(tài)和進(jìn)度展示等，便于工廠人員及時了解和掌握生產(chǎn)加工情況，并隨時反饋給客戶。

3.2 生產(chǎn)庫存管理

企業(yè)庫存不僅有加工完成的產(chǎn)成品、半成品，而且包括企業(yè)其他的機(jī)器設(shè)備，以及生產(chǎn)加工的原材料、零部件和產(chǎn)品外包裝等，這些都需要企業(yè)分門別類存放。應(yīng)用MES系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)隨時檢查企業(yè)庫存情況，企業(yè)的原材料購入在確定采用何種計(jì)價方法后，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定的方法清算與管理存貨數(shù)量。同時，該系統(tǒng)的應(yīng)用能保證在線查找?guī)齑娴拿恳还P數(shù)量，在系統(tǒng)中都會有相應(yīng)的記錄。

在庫存物資不足的情況下，系統(tǒng)還會發(fā)出預(yù)警提示，防止因物料或者原材料缺失等原因影響產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度[4]。

3.3 生產(chǎn)過程管理

產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程會直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量安全問題。一直以來，為了維護(hù)市場信譽(yù)，企業(yè)嚴(yán)格把控產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程，確保產(chǎn)品符合客戶的質(zhì)量要求。但是，在以往制造類企業(yè)的生產(chǎn)管理中，由于制造工人數(shù)量較多，難以把控產(chǎn)品質(zhì)量，且在產(chǎn)品加工完成后的檢驗(yàn)過程也會由于人為因素，導(dǎo)致殘次品沒有被檢查出來。

而應(yīng)用MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)加工每一環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)可視化管理，實(shí)時監(jiān)控產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程。MES系統(tǒng)會根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工作業(yè)量劃分作業(yè)單元，平衡生產(chǎn)、人力和加工設(shè)備之間的有效分配，實(shí)現(xiàn)均衡化生產(chǎn)，在有效時間內(nèi)完成訂單產(chǎn)品的數(shù)量，提高生產(chǎn)的整體效率水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能與效益的雙平衡[5]。

3.4 生產(chǎn)監(jiān)控管理

生產(chǎn)監(jiān)控管理是指合理分配生產(chǎn)加工設(shè)備、加工人員和物料等，保證產(chǎn)品正常的加工生產(chǎn)過程，確保完成客戶指定的產(chǎn)品數(shù)量，而生產(chǎn)監(jiān)控管理就是為生產(chǎn)加工過程提供保證。

MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對人力、生產(chǎn)設(shè)備、物料等方面的監(jiān)控管理，當(dāng)工人的操作過程出現(xiàn)失誤時，系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警提示，對出錯的產(chǎn)品進(jìn)行及時返工處理。同時，良好的設(shè)備以及充足的物料是保證生產(chǎn)作業(yè)按時完成的重要條件，系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)量提示是否滿足當(dāng)前的作業(yè)量，也可以監(jiān)控設(shè)備是否處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

生產(chǎn)監(jiān)控管理可以針對設(shè)備、物料等方面的漏洞和問題及時作出報(bào)警處理，發(fā)現(xiàn)問題立即解決，所有生產(chǎn)加工過程的必備條件都在嚴(yán)格的監(jiān)控管理下進(jìn)行，也會為生產(chǎn)加工作業(yè)做好準(zhǔn)備[6]。

在生產(chǎn)監(jiān)控管理過程中，MES系統(tǒng)運(yùn)用分布式數(shù)字控制技術(shù)，該技術(shù)能夠采集企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)并輸出相應(yīng)的終端數(shù)據(jù)，并隨時監(jiān)控所有生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證生產(chǎn)加工的正常進(jìn)行。

3.5 生產(chǎn)質(zhì)量管理

生產(chǎn)質(zhì)量管理是加工產(chǎn)品出廠的最后一個步驟。在以往傳統(tǒng)的人力加工過程中，最終產(chǎn)品檢驗(yàn)環(huán)節(jié)也是由人力檢查完成的，這樣不僅耗時耗力，而且會造成產(chǎn)品漏檢的情況。

采用MES系統(tǒng)的制造類企業(yè)生產(chǎn)加工中，檢驗(yàn)環(huán)節(jié)都是依靠機(jī)器設(shè)備完成的，檢驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，更是節(jié)省了大量人力成本。同時，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)質(zhì)量管理不僅要在產(chǎn)品最終加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗(yàn)，而且要貫穿產(chǎn)品的原材料加工、生產(chǎn)過程控制以及產(chǎn)成品檢驗(yàn)等各個環(huán)節(jié)[7]。

通過MES系統(tǒng)的質(zhì)量管理系統(tǒng)，可以保證從產(chǎn)品原材料、生產(chǎn)過程到最后的產(chǎn)成品檢驗(yàn)過程都做好質(zhì)量控制與管理，只有這樣，才能保證一個合格產(chǎn)品的輸出。智能制造過程其實(shí)就是數(shù)據(jù)技術(shù)的充分利用，對每一個加工產(chǎn)品進(jìn)行身份標(biāo)識，產(chǎn)品檢驗(yàn)更加準(zhǔn)確，系統(tǒng)會自動提示不合格產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息，方便加工人員及時返廠維修與重新加工。

4 MES系統(tǒng)在化纖行業(yè)智能制造中的應(yīng)用

4.1 化纖智能制造車間MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

MES系統(tǒng)被應(yīng)用于我國多個領(lǐng)域，不同的行業(yè)、不同的企業(yè)設(shè)定的參數(shù)值不同，雖然應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)不同，但是總體架構(gòu)是一致的，即對生產(chǎn)過程實(shí)行信息化管理模式，對生產(chǎn)過程實(shí)行信息采集、信息分析、信息判斷，結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的實(shí)際經(jīng)營狀況下達(dá)生產(chǎn)指令，達(dá)到智能制造的目的。

在化纖制造行業(yè)應(yīng)用MES系統(tǒng)，該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)主要包括CIMS、MES、ERP、FCS、FMS各個系統(tǒng)?；w行業(yè)中產(chǎn)品的質(zhì)量問題至關(guān)重要，數(shù)據(jù)信息化的機(jī)械生產(chǎn)可以最大程度保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)過程都是按照系統(tǒng)設(shè)定好的參數(shù)數(shù)據(jù)加工生產(chǎn)，同時保證提供的原料均符合產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量要求。應(yīng)用MES系統(tǒng)，能夠?qū)υ?、設(shè)備等進(jìn)行質(zhì)量審核，保證產(chǎn)品的源頭符合質(zhì)量要求。

MES系統(tǒng)能夠監(jiān)控化纖制造企業(yè)整個生產(chǎn)過程，幫助企業(yè)打造可視信息化工廠，使生產(chǎn)過程透明化?；w智能制造企業(yè)應(yīng)用MES系統(tǒng)，從原材料進(jìn)廠到產(chǎn)品入庫，記錄產(chǎn)品生產(chǎn)全過程，使用的材料、設(shè)備、產(chǎn)品檢測的數(shù)據(jù)及結(jié)果，以及在每個生產(chǎn)工序上工作人員的信息、生產(chǎn)時間等，無論何時何地，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)就可以了解生產(chǎn)車間目前的加工狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)量。

應(yīng)用MES系統(tǒng)，優(yōu)化化纖制造企業(yè)的管理模式，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的有效結(jié)合，加強(qiáng)了各部門之間的協(xié)同合作能力，最重要的是保證化纖產(chǎn)品的質(zhì)量安全[8]。

4.2 化纖智能制造車間中MES的主要功能

MES系統(tǒng)的應(yīng)用涉及化纖制造工廠的各個方面，原材料入廠、接收人是誰以及原材料數(shù)量、規(guī)格、廠家等信息都會錄入系統(tǒng)，同時會根據(jù)客戶的生產(chǎn)信息結(jié)合企業(yè)目前的庫存狀態(tài)合理安排每個生產(chǎn)車間的生產(chǎn)制造數(shù)量，避免生產(chǎn)設(shè)備及加工人員的閑置，結(jié)合客戶生產(chǎn)工藝要求自動安排調(diào)配物料與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源最大化利用和高效的生產(chǎn)。

MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對化纖企業(yè)物料清單管理以及物料需求計(jì)劃等的管理，可以保證生產(chǎn)原料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性。在該系統(tǒng)的應(yīng)用下，能夠有效管理生產(chǎn)報(bào)表，主要包括生產(chǎn)報(bào)表模板、生產(chǎn)日報(bào)、月報(bào)、季報(bào)以及年度生產(chǎn)計(jì)劃情況等統(tǒng)計(jì)工作，監(jiān)控整個生產(chǎn)過程。該系統(tǒng)對生產(chǎn)過程實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)控體系，對于不符合質(zhì)量檢驗(yàn)或者生產(chǎn)過程出錯的產(chǎn)品，都會自動篩選出來，標(biāo)記生產(chǎn)過程出現(xiàn)偏差的位置，再次投入加工生產(chǎn)。同時，對于員工的管理實(shí)現(xiàn)了智能化管理，會監(jiān)督管理每個崗位的工作人員每日出勤情況、工作情況等，并在每月末自動生成報(bào)表反饋給企業(yè)人力資源管理部門。

MES系統(tǒng)的最大特征在于所有生產(chǎn)設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)化的管理模式，系統(tǒng)能夠?qū)收喜捎脠?bào)警系統(tǒng)。在運(yùn)行過程中，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了故障無法工作，會自動啟動報(bào)警裝置，同時提示故障部位信息，并能記錄每次故障的部位及原因，為維修部門維修提供參考，便于后期檢查工作的查詢[9]。

4.3 化纖智能制造車間中MES系統(tǒng)工作流程

MES系統(tǒng)整體的工作架構(gòu)是一致的，但是各企業(yè)設(shè)定的參數(shù)值是不同的，化纖智能制造車間MES系統(tǒng)的工作流程為：原材料的采購、結(jié)合企業(yè)庫存情況和客戶的數(shù)量要求，MES系統(tǒng)實(shí)行調(diào)度，實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)過程及設(shè)備的正常運(yùn)行，產(chǎn)品完成后對產(chǎn)品的檢驗(yàn)、設(shè)備維修管理以及能源管理等。

5 結(jié)語

MES系統(tǒng)就是執(zhí)行制造系統(tǒng)，顧名思義，是執(zhí)行總控制中心下達(dá)的制造任務(wù)，能夠幫助企業(yè)決策者對生產(chǎn)車間進(jìn)行精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化管理，同時，應(yīng)用MES系統(tǒng)，降低了企業(yè)人力資源成本的投入，提高了生產(chǎn)效率。

目前，很多大型制造類企業(yè)都在應(yīng)用MES系統(tǒng)，企業(yè)也會朝著智能化、數(shù)據(jù)化的方向發(fā)展，通過數(shù)據(jù)量化采集、管理與分析，使企業(yè)的管理逐漸趨向于數(shù)字化的管理模式。但是，企業(yè)也要逐步克服MES系統(tǒng)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的很多問題，結(jié)合企業(yè)發(fā)展實(shí)際逐漸改進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行[10]。

MES系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)化、智能化、信息化為一體的應(yīng)用系統(tǒng)，企業(yè)管理者能隨時借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲得車間的生產(chǎn)情況，便于管理生產(chǎn)車間，節(jié)省了很多人力成本資源。同時，設(shè)備的維修與檢查工作目前都是處于半自動化狀態(tài)，但是應(yīng)用MES系統(tǒng)，企業(yè)需要聘用掌握該設(shè)備技術(shù)的高精尖人才，同時還要聘用專業(yè)維修人員負(fù)責(zé)設(shè)備的日常維護(hù)與檢修工作。在激烈的市場競爭環(huán)境下，推廣和應(yīng)用MES系統(tǒng)將有助于促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新以及機(jī)器設(shè)備的革新研發(fā)，掌握先進(jìn)的技術(shù)，占有更多的市場份額，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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