基于MES的智能制造协同管理体系研究

沈杰 耿中华 王熹 李震 张尧

摘 要：MES即制造企业生产过程执行管理系统，它是智能制造的核心内容，直接影响智能制造的质量及效率。MES制造执行系统核心服务项目层，依然是执行工作既定的数据采集系统、新产品生产批号追溯以及谱系建立的任务主体。基于此，文章介绍了MES系统的相关内容，并对智能制造协同管理体系的构成与应用进行简要分析。

关键词：MES;智能制造;协同管理

中图分类号：F274文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）08-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.026

MES制造执行系统最底层控制系统是工作任务一体化，MES制造执行系统封装调用集合方式，要实现生产执行工作监管的信息化管理，必须运用MES制造执行系统开展生产计划表、生产组织化、生产控制、协调与控制等。MES系统作为实现智能化管理的关键，在智能制造协同管理体系的建设方面具有必然性与必要性。

1 MES系统概述

MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。以MES为执行层的协同管理体系分为三个层面，即计划层（面向客户）、执行层（面向车间生产控制）、控制层（面向生产作业现场）。它能够为企业提供多个管理模块，例如，制造数据管理、质量管理、库存管理、成本管理等，为企业打造扎实可靠、全面可行的制造协同管理平台。

MES系统具有以下特点：第一，采用强大的数据采集引擎，将数据采集渠道进行整合并覆盖整个工厂的制造现场;第二，采用先进的RFID、条码及移动计算技术打造条码系统;第三，做到实时、全面、准确的性能与品质分析SPC;第四，能够全面完整地追溯产品;第五，个性化的工厂信息门户，通过Web浏览器实时掌握生产现场的信息。

MES系统在生产制造管理过程中可以起到三个重要作用：业务协同性，把传统的生产过程变得更加透明化，既能提高信息集成程度，又能使企业改善内部部门之间的“协同”;成本可控性，在获取大量比较准确的成本数据的基础上，使企业能够更加精确地核算和控制产品成本，并找出降低产品成本的方法;计划适应性，在使生产计划更具有可操作性的基础上，进一步提升生产计划的适应性和准确性，更有利于有限资源的利用。

目前，我国在智能制造系统和技术方面投入较多，但大多数仍处于智能化研究的初步阶段，发展参差不齐。由于MES系统具有复杂性、多样性等特点，在国内市场发展潜力较大。

2 智能制造协同管理体系构成

2.1 系统框架

基于MES系统的智能制造协同管理体系需要将生产管理、质量管理及计划管理三个方面进行整合，并把智能制造相关的软件与其相结合。管理系统根据以上需要，应配置两台及两台以上服务器分别进行生产线监控及数据管理工作。施工管理过程中将生产线监控服务器连接到对应的监控设备和传感器中，数据管理服务器是作为数据储存、数据查询和数据编辑功能存在的。整个智能制造协同管理体系分为数据层、表现层和业务层三个部分。其中，数据层就是数据库或数据源;表现层主要表现在用户接口的展示以及通过业务层的“类”与对象驱动接口;业务层的主要工作内容是访问数据层，从中取得数据、改正数据以及删除数据，最后将结果返回表现层。

2.2 功能实现

在计划管理方面，计划管理是生产过程中比较重要的组成部分。MES系统的生产计划主要把生产设备和物料作为对象，依据生产单元进行安排;把执行作为导向，打散ERP生成订单重新计划生产排程。同时，它是一种基于时间的有限产能计划。进行智能制造时，把产品的工艺流程与路线相结合便能够得出生产模式，MES系统的核心数据就是以此构成的工单。通过该生产模式实行计划、跟踪反馈，并把整个过程中的数据集中在一起传到系统内部，系统经过自动分析、统计等环节，把相关资料、文件等与工位对应起来，进而形成一套完备的计划管理体系[1]。

在生产管理方面，MES系统内最重要的一环是计划管理。一般情况下，上层管理系统ERP实现企业的整体生产计划。其中，ERP生产计划和MES生产计划的差异性主要体现在ERP生产计划把订单作为对象，需要考虑时间因素，排列单位为日，日期依照销售预测时间、订单、制造与采购原材料提前期等因素进行计算，是一种基于订单的产能计划。MES生产计划主要以設备、生产过程中所需材料为对象，根据生产单元安排计划。

在质量管理方面，MES系统既是协同管理体系中的重点，也是智能制造中的重要内容。在智能制造过程中，每个流程都会安置质控点，再在质控点上加入自检、过检和停检等相关项目，进而形成一套完备的质检计划。生产线上的质检人员通过使用终端设备扫描产品条形码，便可取得相关文件以及记录单据，此后将计量工具等设备与其相关联以采集数据。当出现系统没有自动采集数据的情况时，质检人员便需要手动记录，若连续出现不符合标准的工序系统，可以自动报警。通过使用MES系统，可以实时采集生产线上的相关质量信息，并即时输出数据统计表，在对生产过程进行分析时，能够从多种角度来总结问题，并提出可以帮助优化质量管理的各种理论依据，促进生产线的发展[2]。

在工艺管理方面，MES系统能够根据不同角色分配不同权限，其中某些重要的、带有机密性质的信息只有被授权的用户才可以看得到，这样一来便能够有效防止信息泄露。另一种情况下，生产工艺中的所有数据都可以输入系统。因此，如果需要改变生产工艺，只需修改系统中的文件即可，不再需要查找更改纸质文件，这样会更加便捷。MES系统的工艺信息管理更加侧重借助工艺信息的桥梁作用，把编制完成的工艺与生产任务、产品技术文件及车间资源信息相结合，并将其传递给生产一线的工人，指导他们更好地完成生产任务。

3 智能制造协同管理体系的应用

目前，MES系统在众多领域都有所应用，并且不同的领域应用也反映出了相关特点，依据MES系统在各个领域中有着不同需求，应用过程中的侧重点就会产生一定的差别。即使侧重点不一致，但总体框架基本相同，即通过采用生产过程信息化管理的模式，对生产全过程进行信息采集、分析与判断，之后再与企业的实际情况相结合提出相应的决策内容，最终实现智能化目的。其中，波音和空客公司分别在B777、B787和A380等多个机型上应用了数字化设计制造技术，并取得明显效果。

例如，美国著名联合攻击战斗机JSF就是通过建立基于协同平台的全球化虚拟企业，覆盖飞机全生命周期，全面采用数字化技术，在设计该战斗机时节省了50%的时间，同时工装减少了50%、所使用的零部件减少50%。此外，制造所用到的成本降低50%，相应的维护成本也降低了50%，并消除了不完整、不正确的尺寸、编程错误等造成的返工，减少了质量检验工作。通过使用计算机辅助设计系统等功能，完全取消了图纸，提供出明确的数据源。MES系统的主要目的是实现智能化制造的全过程管控。如果企业在生产执行层面不能及时准确地收集分析对应信息，在高层面不能收集、整理、分析相应的生产信息，就很难实现有效管理生产设备、制造流程及人员调配，企业的智能化改造就很难实施。

MES系统是智能化制造的基础，分布于全面智能制造生产过程，它与制造企业的各项业务紧密相连。MES系统与企业的生产信息采集、资源管理和调度、设备调度等都有密切联系，是智能制造重点建设的内容。智能制造相关企业加入MES系统，可以辅助企业实现智能化和精细化管理，降低人力成本，提高了生产效率，是未来智能制造企业建设的趋势。与传统的生产线相比较，MES系统可以通过强化过程对生产线进行管理和控制，及时优化生产制造过程中的管理模式进而实现精细化管理;在加工过程中能够更好地提升工作效率，降低生产的成本费用。此外，MES系统可以快速准确地对生产数据进行统计与分析，推动生产线上的标准化管理[3]。

4 结语

MES系统与传统的生产线相比较具有很大优势，在产品的加工、周转等各个方面可以表现出智能化特征，明显提升效率与质量，并实现精细化管理，从而降低对人力方面的资金投入和材料成本费用。经过不断完善与优化，基于MES系统的智能制造协同管理体系，将为企业带来更多的经济效益与社会效益。

参考文献

[1] 李郁松，潘成，吴晓峰.基于MES的智能制造协同管理体系分析[J].中国新技术新产品，2020（18）：130-131.

[2] 徐晓娜，贺姗姗，尚宗伟，等.基于智能制造的生产协同运作管理[J].中国设备工程，2018（22）：26-27.

[3] 耿玉水.基于集成供应链理论的智能制造协同管理关键技术研究与应用[D].济南：齐鲁工业大学，2017.