离散制造业制造执行系统设计分析

关键词：离散制造业；制造；系统设计

中图法分类号：TP391 文献标识码：A

随着时代的不断发展，国家经济效益的稳定提升，有关部门逐渐提高对制造行业的关注力度。在此背景下，制造执行系统在国内已经得到了快速发展，其可以监测到生产阶段的实际数据，通过应用生产管理技术，为用户提供一个高效率的制造业环境，从而应用于航空航天、汽车、精密测量以及医药等行业，提高生产效率的同时方便企业对内部程序进行运营管理。

1概述

在离散制造业制造执行系统中，MES作为生产阶段执行管理工作的软件，其面向生产车间，通过生产信息化系统，可以实现对收货管理、进货检验、库存管理、计划排程、任务执行、设备管理、人力资源、采购管理、工具量具、质量管理以及仪表板等方面的管理工作，通过上层数据的集成方式可实现对管理模块的分解，为后续制造协同管理平台打下可靠、全面且扎实的基础。

对于MES而言，其不仅是一个单一的信息管理系统，还可以实现纵向、横向以及系统之间的集成工作，统计经营管理系统的运行，保证MES能够完成信息的传递工作。一旦订单下达，则可进行对整个生产流程的管理与监控。因此，MES可应用报告、仪表板大屏等方式，实现对准确数据的处理以及指导，根据制造生产环节的产品状态，积极响应MES，避免企业内存在过多具有附加值的活动，应用生产运行流程指导的方式，实现信息流的集成，改善工厂的生产方式，提高库存利用率和周转率。同时，通过控制层与计划层数据信息交互的方式，提升生产回报率，应用双向直接通讯的方式，完善产品的供应链，优化车间的制造流程。

2设计方案

2.1 MES模型设计

由于MES系统是计算机管理工作系统与底层控制系统相互关联的桥梁，因此，MES系统在底层工业及计算机管理系统的接口中，直接决定系统输出、输入以及控制工作的开展。即使MES系统对控制层、计划层的接口未进行明确的界定，但在控制系統与ERP系统功能迭代升级的过程中，能够使车间的管理工作不断完善。这样一来，ERP和MES控制系统之间存在的部分重叠功能，使二者间的分界点变得模糊。

在研究阶段，为实现离散型MES系统的设计，可加强对MES基本功能的分析，了解MES所能实现的是什么，统一不同类型的ERP系统以及控制系统的实际状况，规定三个系统之间的分界点。

（1）在计划系统运行过程中可明确MES系统中的相关信息，通过对资源信息（物料信息、设备信息、人员信息及工装信息）、工艺路线、基础数据信息（生产日程、制造BOM）的解读，增加重点信息在MES系统中的应用。

（2）计划管理系统可为MES系统提供启动环节所需的信息。此信息主要为物料计划信息（MRP）。此部分内容是依据ERP系统中隐含的程序，将指令下达到MES系统中并通过车间的作业计划，完成订单的排序或是末排序工作。若加强对MES系统的设计分析，则可明确其中存在的数据服务器状态，并根据设备的状态，判定MES系统中的状态信号，保证生产过程中的相关信息能够反映出来，详细记录在实际生产过程中存在的信号、数据并完成描述工作。

（3）在MES模型设计过程中可结合实际执行的反馈状况，应用工单中所标注的执行过程数据，物料的应用状态以及人员信息等，规划出对应的工艺路线，确保在制造BOM等区域内不会出现问题，使MES系统可以下达对应的指令，辅助装配以及搬运工作的开展。

由此可知，MES系统功能与控制系统以及ERP的运行状况具有密切关联。因此，为辅助车间作业计划的实施，应重视车间以及班组内部的生产排序功能，基于自动化程度进行分析，根据工单的交货期以及优先级，促使测量仪器以及数据设备在MES系统中能够合理设置，通过MES系统功能模型的创建方式，划分出计划层、控制层，避免数据的传输工作在MES系统运行阶段存在问题，通过厂级车间作业计划或是执行信息及信号的应用，通过MES系统下达对应的生产指令，使生产执行状况的监察工作可以顺利实施，从而应用ERP/PDM实现控制信息的提供。

2.2数据采集模块设计

2.2.1数据采集模块的具体功能

通常情况下，在离散制造企业制造执行系统设计阶段，数据采集模块的设计工作作为各项工作的开展前提，通过信息的获取，利用传感器将数据内容转换成信号，在信号执行完采样、调理、编码、量化以及传输等工作后，则可将重要的数据上传到计算机系统内，方便后续的分析、处理、显示以及存储工作的开展。

数据采集模块的功能在于收集生产环节的数据表征，通过对生产要素的分析，掌握其中的重点数据，包括设备、人员、物料、生产过程以及工装等信息。在确认整个生产车间的数据已经完成检索后，可应用辅助信息，实现对车间内制造信息、调度信息以及工艺信息的整合。

通过对数据采集核心模块的规划，确认各部门数据信息的来源，通过生产监控设备的应用，实时掌握生产过程中各个区块的状态，方便工作人员对生产环节存在的异常问题，应用合理的调度决策方式，实现对各个模块中生产数据的追踪，从而简化生产流程，控制好车间生产的质量。

另外，通过对工单、计划以及物料单等信息的应用，可保证生产环节相关数据的处理以及存储工作能够实时进行，通过计算机系统的辅助，保证车间工作人员能够将数据作为采集对象，应用六个子模块的划分，使设备数据、工艺数据、工装数据、工单数据以及物料数据、人员数据等模块能够合理运行。

2.2.2数据采集信息检索

系统在运行阶段需要哪些数据，取决于模块所需的信息。因此，在数据采集模块设计阶段，需要执行两类信息的检索工作：收集生产阶段的实时数据，辅助生产监控工作的开展：检索生产环节的历史数据，方便后续的生产过程分析以及生产追踪工作的开展。因为历史信息是一种对实时车间信息的记录过程，所以在进行数据采集工作时须对历史信息进行补充。

2.2.3数据采集信息流程分析

由于数据采集工作是与生产过程协调的，因此，在数据采集过程中应确认数据采集点，明确生产的地点及时间。首先，在采集阶段可加强对外部实体以及设计系统的相关部门工作的规划。比如，生产班组、计划部门、仓库以及物流部门。让生产部门在系统内下发工单，执行对工单的更改及废止操作。若生产部门需要开展生产活动，则可优先确认订单当前状况。而物流部门则可通过对新物料单的应用，执行对车间运输阶段工作的确认，让仓库对物料的出库以及入库情况进行二次监测。其次，计划部门在完成新工单的派发工作后，可应用系统对工单信息进行编辑，方便后续员工对设备以及物料等内容进行查询，从而监测工单的派发情况，在确认各项信息准备完成后，记录数据信息的采集工作派发状态，实现对人员以及物资的调配。

2.2.4数据采集方法比较

在数据采集工作实施过程中可通过自动采集以及手工采集的方式完成。其中，自动采集会通过系统进行定期或是不定期的数据检索工作，通过自动采集的方式，完成数据信息的记录。而手工采集则是应用人工记录的方式，将重点数据记录下来。因此，通过对下述集中数据采集方式的阐述可实现对数据采集方法的比较。

（1）条码扫描

读取条码等信息来源，根据条形码中黑条及白条的反射率进行分析，通过自动识别的方式，完成条码的扫描工作。

（2）手工录入

通过对手工触发事件的分析，让工作人员手动录入数据，开展对数据的存储工作。并且，应用手工触发事件的方式，使系统自动进行检索，实现对时间等信息的记录。此方式在执行过程中仅需计算机作为终端程序，具有经济实惠的特点，但也存在录入信息不准确的现象。

（3）设备终端数据采集

通过工况、宏程序法以及DNC接口法，开展对PL、数据采集卡、机及数控机床等设备的自动检索工作。在加工程序增加“宏指令”的應用，确保工况数据是完整的，可以顺利应用于数控系统，让“数控程序”可以作为一个文本文件，方便工作人员对其进行编辑，从而应用数控系统内的显示器资源以及键盘，实现DNC网络的共用，使各模块中的工况数据详尽，辅助后续信息传输工作的开展。

2.3生产监控模块设计

MES系统内的生产监控功能是辅助管理人员掌握生产车间工作情况的。因此，生产监控模块在设计阶段需要监测生产流程中的异常情况，通过对该部分内容的分析，将问题反馈给管理层级，方便管理人员进行对应的调整以及处理，以确保系统正常运行。

（1）可设置监控对象，使生产监控模块的设计工作分为设备监控、工单监控、工序监控、人员监控以及物料监控五个模块，并且应用性能指标监控以及状态监控的方式，控制好监控工单的完整性，在保障设备性能的基础上，实现对物料的充分利用，保证工作人员能够规范地执行自身岗位工作，从而在提升工作效率的同时，能够让工序质量得到提升。

（2）在生产监控模块规划设计过程中，可引入MES系统理念，通过对生产监控信息的调取，生产流程的简化，生产监控方法的确认，判定系统中存在的异常状况，使生产监控模块内的工单能够按照原计划进行，避免在工单派发、形成、准备、完成、执行、废止等操作时出现问题。

（3）可同时对生产设备在运行过程中的动态设备进行实时检测，应用系统平台检测在线设备的实际状况，通过提供信息图形以及图形界面的方式，展示生产监控模块中的可视化功能。如此一来，管理人员可基于生产设备的运行状态进行分析，通过组织协调车间物力、人力的方式，监测生产的变化情况，从而使生产设备的利用率最大化。

2.4制造执行系统应用实例

某制造企业依靠坐标测量机装配为主的工作模式，通过混流装配的方式执行离散制造工作，但受到市场的影响，ERP系统在引入后难以适应市场的变化，导致传统的生产效益不高，对企业的经济效益造成直接的影响。因此，通过MES系统的应用，使生产现场黑箱作业逐渐透明化，能够及时掌握产品成本以及质量方面的问题，应用具有灵活性以及实时性的离散制造业制造执行系统设计计划，在改善生产方式的同时，提高制造企业的生产运行效率。

（1）可通过制造工艺和软件校准补偿等技术的应用，执行坐标测量机的装配工作，通过生产信息的采集，保证总装线（桥架、滑架、总装、较准）等工作的顺利开展，同时对关键工位的设置，简化信息采集的流程，规划出数据信息的控制点，应用准确、完备的辅助机制，解决在生产过程中存在的漏装、错装等问题。

（2）基于MES系统结构进行分析，依托MES系统，通过对基础数据的存储，保证数据共享、汇报总结等工作的顺利开展。同时，可引进先进的设备，让系统可自上而下地接人智能监测设备以及生产设备，应用自动提取相关生产信息的方式，控制好生产质量，进而保证数据通信工作的顺利实施，并且应用MES系统进行ERP数据的转换工作，通过现场装机指导的方式，保证生产调度工作环节不会出现纰漏。

3结束语

为避免离散制造企业在生产以及经营过程中与社会脱节的现象，解决生产阶段存在的效率低下等问题，应基于制造执行系统中MES等功能进行思考，通过加强数据采集模、生产监控模块设计的方式，提升制造企业在经济市场中的竞争力，促使MES系统在运行工程中能够拓展云环境中的制造业体系结构，应用数据中心的创建方式，将底层资源充分利用，保证转介以及相关操作人员根据自身的经验，创建出最优的模型库、方法库，展示其在系统中的功能，从而解决在系统运行过程中产生的安全性问题，确保离散制造业制造执行系统的顺利应用。

作者简介：

潘泽南（1990—），硕士，中级工程师，研究方向：智能制造MES。