应用MES系统对工厂进行整体优化的研究

贾娟芳

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)



应用MES系统对工厂进行整体优化的研究

贾娟芳

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

摘要：计算机技术的不断发展使得企业信息化管理的水平得到稳步提升。MES(制造执行系统)在企业中的运用能够有效地提高企业的核心竞争力，向发达国家的信息管理技术靠拢。本文将以太阳能电池制造企业为例，讲述MES系统的运用对企业生产的整体优化过程。

关键词：MES系统；计算机技术；太阳能电池；整体优化

MES，又称制造执行系统，它是企业生产制造过程中以计算机为核心的管理系统。它连接了企业资源计划系统与设备控制系统，使二者完美配合，实现企业生产信息流的全集成。MES主要致力于对整个车间的制造过程进行优化，而非单一的生产瓶颈。企业信息管理系统在过去的几十年中虽然也有巨大的发展，但是发展的方向与角度却不尽如人意，以至于设计的系统工作效率低，工作状态不稳定。所以建立一个标准化，并且基于数据库集成的管理系统迫在眉睫。

1MES系统发展与研究概述

从20世纪开始，我国生产制造企业大量崛起，使得大多数制造工厂对生产管理提出了更高的要求。起初车间管理人员有自己的管理经验，这便是最传统MES，而后丰富的经验促成了专业的MES开发公司的建立。随着21世纪的到来，MES正在逐渐脱离按物理层次划分的传统模式，朝着全面控制和管理的模式迈进。

现如今， MES系统在制造企业中的应用越来越广泛，企业管理人员发现MES系统的运用能够有效提高生产计划的及时性以及灵活性，并间接地提高生产车间流水线的运行效率。首先MES系统对ERP软件传递的生产信息进行分解、细化，并将指令传递给下一系统，接着可以实时监测设备的运行状况，收集设备运行数据，并分析处理，最后将处理得到的数据正确地反馈给计划系统。MES能够为使用者提供一个精确的且反应快速的制造环境，能够有效帮助企业降低成本，提高生产效率以及产品质量等，其适用于各行各业，比如汽车制造、半导体制造、IT制造等大多数制造企业，是企业信息管理系统的最佳选择。

2MES系统典型模型结构

2.1框架模型

随着计算机的普及以及其技术的迅猛发展，生产车间的流水线控制中涉及了许多学科交叉的问题。计算机技术、通信技术、自动控制技术以及信号处理技术开始相互结合，互助互补的模式促进了一种集优化、管理、控制以及经营于一身的综合自动化生产模式。许多致力于流程生产的国内外大型企业，对于信息集成化都特别重视，并投入大量的人力和物力去构架一个合理可靠的信息集成系统。该系统以面向数据为核心，生产过程中实时进行监测、诊断、模拟以及优化等。

2.2定位模型

制造执行系统(MES)，顾名思义，该系统为制造过程服务，那么它必然会同企业生产过程中的其他管理系统有所联系。可以将MES看作是一个信息集成器，它的作用相当于一个通讯工具，为其他生产管理系统提供各自所需的现场数据，所以MES系统在生产过程中是必不可少的。

2.3功能模型

MES系统之所以如此受欢迎，是因为它集合了各种生产管理软件的功能和优点，它的主要功能有十一个模块：

1) 资源分配和状态管理

2) 生产单元分配

3) 性能分析

4) 质量管理

5) 维护管理

6) 文档控制

7) 人力资源管理

8) 产品跟踪和产品清单管理

9) 过程管理

10) 数据采集

11) 工序详细调度

实际生产过程当中，一个产品可能会涉及以上一个或多个模块。

3应用MES系统对工厂进行整体优化——以太阳能电池制造企业为例

3.1太阳能电池制造企业特点

随着人们环保意识的加强，人们对新能源的关注度也越来越高。太阳能作为新能源的一种，其无污染的优点让各行各业的人们普遍地接受了它，并且得到了广泛的应用。这是一个日新月异的行业，太阳能电池的需求量大，同时制造行业的竞争也大，要在众多企业中脱颖而出就必须采用先进的流程管理系统。

3.2太阳能电池制造企业应用MES系统的优化

将MES系统应用于太阳能制造企业中，基本上满足了太阳能电池板的生产需求，可以对太阳能电池的生产数据进行实时采集，以达到对车间流水线进行实时控制的目的。同时通过对数据的实时采集和分析为管理人员做出决策打下坚实的基础，并通过这种方法对生产过程进行优化以合理分配资源和提高产品生产工艺及质量。

3.3太阳能电池制造企业应用MES功能

1) 工厂可视化管理：MES系统可以对工厂车间内各个设备的工作状态信息进行实时地收集，比如待机以及停机等问题。并将设备的各种运行故障详细记录，然后统计起来以备检修并同时保持机组的稳定运行。此外，用户还可以根据系统反馈的生产线运行数据，来进行资源的合理调配以提高生产效率。

2) 订单管理：实际生产过程中，为了方便管理人员能够有效区分不同厂家的来料品质，并按照不同的生产批次、供应商信息以及客户信息来制定不同的生产计划，将订单分类管理，逐一统计，进一步实现来料控制。不同的工艺往往决定了不同的工作计划，例如硅片在生产线上错失了某一生产步骤，MES系统就会自动触发报警系统以提醒工作人员将错误步骤进行更正纠错，以免带来更大的损失。MES系统对订单的管理模式，为供应商同采购部门之间的沟通架起了桥梁。

3) 原料追踪：在生产原料进入流水线之前，其总体资料便已经被输入MES系统之中。通过追踪硅片信息及其载体的信息便可轻易地实现工艺流水线上硅片追踪，方便立即查询任何一硅片的操作人员、原料供应商、所经工序以及生产时间等信息。比如管理人员对电池片的质量持怀疑态度，那么便可以追踪该电池片的工艺流程，看其是否在某一过程中出现差错，并及时改进。

4) 从收集的数据生成分析报告，实现SPC控制：

①生成基本信息。查询轮班信息、工艺时间以及生产订单等参数，来确定电池片各工艺步骤的基本参数信息，并利用结果数据画出曲线图或直方图，以清晰直观地对其进行检查。

②进行标准统计。通过利用不同的筛选器来对不同的数据进行筛选，来统计目标参数，最后计算这些目标参数的方差等离散型参数，以分析不同参数对电池片质量的影响大小。

③分析质量分布区间。定义质量分布区间可以根据不同的工艺参数而定，如此可掌握原料以及电池片的质量分布情况，为日后原料采集提供必要的依据。销售部门可以根据质量的分布情况来制定合理的销售计划，相关工作人员亦可根据质量情况来对某些工艺流程进行重点控制。

④生成分析报告。目前，MES系统可以生成的报告有两种：生产报告以及工艺控制报告，两种报告都可以为用户了解电池片生产情况提供相关信息。前者主要用来了解某段时间电池片的生产效率及生产质量情况；后者用于分析不同参数对电池片质量的影响，通过观察曲线图来改变工艺参数，以达到质量更优的原则。

3.4效果与评价

企业在强劲的对手面前，首要选择是实施自动化的制造战略并实现车间流水线的敏捷化，而实现这些目标的基本技术手段便是MES系统的运用。MES系统是联接计划系统与制造控制系统的纽带，其强调生产过程的整体优化，而非单一工艺流程的控制过程，为企业敏捷化和精益化制造提供了坚实的基础。MES系统的本质是控制与协调，所以现代制造企业中除了有很好的计划系统之外，还能做到具有优秀的执行系统。正因为如此，MES系统的应用为企业带来了不可估量的经济效益，以至于其被各行各业普遍接受，并迅速发展壮大。

3.5亟待解决的问题

1) MES系统必须弥补传统ERP系统的不足，将需求者的信息打包加入生产订单之中，并以此生成具体的作业方案。

2) 实现MES与ERP的集成应用，系统设计方式必须为面向对象。

3) 提高MES系统的工作效率，尽量减少工作中的数据繁杂度，定期对历史数据进行清理分析。

4) MES系统与计划系统以及控制系统之间的接口要定期进行优化，以跟上生产的脚步。

4结束语

MES系统的运用，在信息化管理方面极大地方便了管理人员的操作，同时在工艺流程中，有力地减少了原材料的消耗，使生产效率有了大幅度的提高。在我国，MES系统的开发和应用还不成熟，所以不断研发和改进相应的MES系统是一个亟待解决的问题。MES系统的发展不仅代表着企业信息化管理水平的提高，还代表着我国企业的核心竞争力。

参考文献

[1]田秀霞，王晓玲，高明，等.数据库服务-安全与隐私保护[J].软件学报,2010(5)：123-138.

[2]刘晓冰，刘彩燕，马跃，等.基于制造执行系统的动态质量控制系统研究[J].计算机集成制造系统,2005(1)：31-33.

[3]王志新，金寿松.制造执行系统MES及应用[M].北京:中国电力出版社,2006.

[4]胡春，李平，宋执环，等.制造执行系统体系结构中功能模型的研究[J].信息与控制，2002(6): 561-566.

[5]饶运清，李培根，李淑霞，等.制造执行系统的现状与发展趋势[J].机械科学与技术，2002(6)：1011-1016.

[6]马万太，谭惠民，黎志光，等.ERP闭环实现关键——ERP/MES/底层控制集成系统研究[J].中国机械工程，2003(16)：43-46.

[7]严新民.计算机集成制造系统[M].西安:西北工业大学出版社，1999.

The Application of MES System for the Overall Optimization of the Plant

Jia Juanfang

(The2ndResearchInstituteofCETC,TaiyuanShanxi030024,China)

Abstract:The development of computer technology makes the steady improvement of the enterprise informationization management level. MES (Manufacturing Execution System) used in the enterprise can effectively improve the core competitiveness of enterprises, and close to the information management technology in developed countries. This article takes the solar cell manufacturing enterprise as an example, describes the overall optimization process of the enterprise production with the application of MES system.

Key words:MES system; computer technology; solar cell; global optimization

收稿日期：2016-04-19

作者简介：贾娟芳(1980- )，女，山西太原人，工程师，主要从事太阳能自动化设备及其工艺研究。

文章编号：1674- 4578(2016)03- 0087- 03

中图分类号：F426.3；TP391

文献标识码：A