離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計分析

關(guān)鍵詞：離散制造業(yè)；制造；系統(tǒng)設(shè)計

中圖法分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著時代的不斷發(fā)展，國家經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)定提升，有關(guān)部門逐漸提高對制造行業(yè)的關(guān)注力度。在此背景下，制造執(zhí)行系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)得到了快速發(fā)展，其可以監(jiān)測到生產(chǎn)階段的實際數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用生產(chǎn)管理技術(shù)，為用戶提供一個高效率的制造業(yè)環(huán)境，從而應(yīng)用于航空航天、汽車、精密測量以及醫(yī)藥等行業(yè)，提高生產(chǎn)效率的同時方便企業(yè)對內(nèi)部程序進(jìn)行運營管理。

1概述

在離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)中，MES作為生產(chǎn)階段執(zhí)行管理工作的軟件，其面向生產(chǎn)車間，通過生產(chǎn)信息化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對收貨管理、進(jìn)貨檢驗、庫存管理、計劃排程、任務(wù)執(zhí)行、設(shè)備管理、人力資源、采購管理、工具量具、質(zhì)量管理以及儀表板等方面的管理工作，通過上層數(shù)據(jù)的集成方式可實現(xiàn)對管理模塊的分解，為后續(xù)制造協(xié)同管理平臺打下可靠、全面且扎實的基礎(chǔ)。

對于MES而言，其不僅是一個單一的信息管理系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)縱向、橫向以及系統(tǒng)之間的集成工作，統(tǒng)計經(jīng)營管理系統(tǒng)的運行，保證MES能夠完成信息的傳遞工作。一旦訂單下達(dá)，則可進(jìn)行對整個生產(chǎn)流程的管理與監(jiān)控。因此，MES可應(yīng)用報告、儀表板大屏等方式，實現(xiàn)對準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的處理以及指導(dǎo)，根據(jù)制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品狀態(tài)，積極響應(yīng)MES，避免企業(yè)內(nèi)存在過多具有附加值的活動，應(yīng)用生產(chǎn)運行流程指導(dǎo)的方式，實現(xiàn)信息流的集成，改善工廠的生產(chǎn)方式，提高庫存利用率和周轉(zhuǎn)率。同時，通過控制層與計劃層數(shù)據(jù)信息交互的方式，提升生產(chǎn)回報率，應(yīng)用雙向直接通訊的方式，完善產(chǎn)品的供應(yīng)鏈，優(yōu)化車間的制造流程。

2設(shè)計方案

2.1 MES模型設(shè)計

由于MES系統(tǒng)是計算機管理工作系統(tǒng)與底層控制系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)的橋梁，因此，MES系統(tǒng)在底層工業(yè)及計算機管理系統(tǒng)的接口中，直接決定系統(tǒng)輸出、輸入以及控制工作的開展。即使MES系統(tǒng)對控制層、計劃層的接口未進(jìn)行明確的界定，但在控制系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)功能迭代升級的過程中，能夠使車間的管理工作不斷完善。這樣一來，ERP和MES控制系統(tǒng)之間存在的部分重疊功能，使二者間的分界點變得模糊。

在研究階段，為實現(xiàn)離散型MES系統(tǒng)的設(shè)計，可加強對MES基本功能的分析，了解MES所能實現(xiàn)的是什么，統(tǒng)一不同類型的ERP系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的實際狀況，規(guī)定三個系統(tǒng)之間的分界點。

（1）在計劃系統(tǒng)運行過程中可明確MES系統(tǒng)中的相關(guān)信息，通過對資源信息（物料信息、設(shè)備信息、人員信息及工裝信息）、工藝路線、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息（生產(chǎn)日程、制造BOM）的解讀，增加重點信息在MES系統(tǒng)中的應(yīng)用。

（2）計劃管理系統(tǒng)可為MES系統(tǒng)提供啟動環(huán)節(jié)所需的信息。此信息主要為物料計劃信息（MRP）。此部分內(nèi)容是依據(jù)ERP系統(tǒng)中隱含的程序，將指令下達(dá)到MES系統(tǒng)中并通過車間的作業(yè)計劃，完成訂單的排序或是末排序工作。若加強對MES系統(tǒng)的設(shè)計分析，則可明確其中存在的數(shù)據(jù)服務(wù)器狀態(tài)，并根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)，判定MES系統(tǒng)中的狀態(tài)信號，保證生產(chǎn)過程中的相關(guān)信息能夠反映出來，詳細(xì)記錄在實際生產(chǎn)過程中存在的信號、數(shù)據(jù)并完成描述工作。

（3）在MES模型設(shè)計過程中可結(jié)合實際執(zhí)行的反饋狀況，應(yīng)用工單中所標(biāo)注的執(zhí)行過程數(shù)據(jù)，物料的應(yīng)用狀態(tài)以及人員信息等，規(guī)劃出對應(yīng)的工藝路線，確保在制造BOM等區(qū)域內(nèi)不會出現(xiàn)問題，使MES系統(tǒng)可以下達(dá)對應(yīng)的指令，輔助裝配以及搬運工作的開展。

由此可知，MES系統(tǒng)功能與控制系統(tǒng)以及ERP的運行狀況具有密切關(guān)聯(lián)。因此，為輔助車間作業(yè)計劃的實施，應(yīng)重視車間以及班組內(nèi)部的生產(chǎn)排序功能，基于自動化程度進(jìn)行分析，根據(jù)工單的交貨期以及優(yōu)先級，促使測量儀器以及數(shù)據(jù)設(shè)備在MES系統(tǒng)中能夠合理設(shè)置，通過MES系統(tǒng)功能模型的創(chuàng)建方式，劃分出計劃層、控制層，避免數(shù)據(jù)的傳輸工作在MES系統(tǒng)運行階段存在問題，通過廠級車間作業(yè)計劃或是執(zhí)行信息及信號的應(yīng)用，通過MES系統(tǒng)下達(dá)對應(yīng)的生產(chǎn)指令，使生產(chǎn)執(zhí)行狀況的監(jiān)察工作可以順利實施，從而應(yīng)用ERP/PDM實現(xiàn)控制信息的提供。

2.2數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

2.2.1數(shù)據(jù)采集模塊的具體功能

通常情況下，在離散制造企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計階段，數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計工作作為各項工作的開展前提，通過信息的獲取，利用傳感器將數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)換成信號，在信號執(zhí)行完采樣、調(diào)理、編碼、量化以及傳輸?shù)裙ぷ骱?，則可將重要的數(shù)據(jù)上傳到計算機系統(tǒng)內(nèi)，方便后續(xù)的分析、處理、顯示以及存儲工作的開展。

數(shù)據(jù)采集模塊的功能在于收集生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)表征，通過對生產(chǎn)要素的分析，掌握其中的重點數(shù)據(jù)，包括設(shè)備、人員、物料、生產(chǎn)過程以及工裝等信息。在確認(rèn)整個生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)已經(jīng)完成檢索后，可應(yīng)用輔助信息，實現(xiàn)對車間內(nèi)制造信息、調(diào)度信息以及工藝信息的整合。

通過對數(shù)據(jù)采集核心模塊的規(guī)劃，確認(rèn)各部門數(shù)據(jù)信息的來源，通過生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用，實時掌握生產(chǎn)過程中各個區(qū)塊的狀態(tài)，方便工作人員對生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在的異常問題，應(yīng)用合理的調(diào)度決策方式，實現(xiàn)對各個模塊中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的追蹤，從而簡化生產(chǎn)流程，控制好車間生產(chǎn)的質(zhì)量。

另外，通過對工單、計劃以及物料單等信息的應(yīng)用，可保證生產(chǎn)環(huán)節(jié)相關(guān)數(shù)據(jù)的處理以及存儲工作能夠?qū)崟r進(jìn)行，通過計算機系統(tǒng)的輔助，保證車間工作人員能夠?qū)?shù)據(jù)作為采集對象，應(yīng)用六個子模塊的劃分，使設(shè)備數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、工裝數(shù)據(jù)、工單數(shù)據(jù)以及物料數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)等模塊能夠合理運行。

2.2.2數(shù)據(jù)采集信息檢索

系統(tǒng)在運行階段需要哪些數(shù)據(jù)，取決于模塊所需的信息。因此，在數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計階段，需要執(zhí)行兩類信息的檢索工作：收集生產(chǎn)階段的實時數(shù)據(jù)，輔助生產(chǎn)監(jiān)控工作的開展：檢索生產(chǎn)環(huán)節(jié)的歷史數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的生產(chǎn)過程分析以及生產(chǎn)追蹤工作的開展。因為歷史信息是一種對實時車間信息的記錄過程，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作時須對歷史信息進(jìn)行補充。

2.2.3數(shù)據(jù)采集信息流程分析

由于數(shù)據(jù)采集工作是與生產(chǎn)過程協(xié)調(diào)的，因此，在數(shù)據(jù)采集過程中應(yīng)確認(rèn)數(shù)據(jù)采集點，明確生產(chǎn)的地點及時間。首先，在采集階段可加強對外部實體以及設(shè)計系統(tǒng)的相關(guān)部門工作的規(guī)劃。比如，生產(chǎn)班組、計劃部門、倉庫以及物流部門。讓生產(chǎn)部門在系統(tǒng)內(nèi)下發(fā)工單，執(zhí)行對工單的更改及廢止操作。若生產(chǎn)部門需要開展生產(chǎn)活動，則可優(yōu)先確認(rèn)訂單當(dāng)前狀況。而物流部門則可通過對新物料單的應(yīng)用，執(zhí)行對車間運輸階段工作的確認(rèn)，讓倉庫對物料的出庫以及入庫情況進(jìn)行二次監(jiān)測。其次，計劃部門在完成新工單的派發(fā)工作后，可應(yīng)用系統(tǒng)對工單信息進(jìn)行編輯，方便后續(xù)員工對設(shè)備以及物料等內(nèi)容進(jìn)行查詢，從而監(jiān)測工單的派發(fā)情況，在確認(rèn)各項信息準(zhǔn)備完成后，記錄數(shù)據(jù)信息的采集工作派發(fā)狀態(tài)，實現(xiàn)對人員以及物資的調(diào)配。

2.2.4數(shù)據(jù)采集方法比較

在數(shù)據(jù)采集工作實施過程中可通過自動采集以及手工采集的方式完成。其中，自動采集會通過系統(tǒng)進(jìn)行定期或是不定期的數(shù)據(jù)檢索工作，通過自動采集的方式，完成數(shù)據(jù)信息的記錄。而手工采集則是應(yīng)用人工記錄的方式，將重點數(shù)據(jù)記錄下來。因此，通過對下述集中數(shù)據(jù)采集方式的闡述可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集方法的比較。

（1）條碼掃描

讀取條碼等信息來源，根據(jù)條形碼中黑條及白條的反射率進(jìn)行分析，通過自動識別的方式，完成條碼的掃描工作。

（2）手工錄入

通過對手工觸發(fā)事件的分析，讓工作人員手動錄入數(shù)據(jù)，開展對數(shù)據(jù)的存儲工作。并且，應(yīng)用手工觸發(fā)事件的方式，使系統(tǒng)自動進(jìn)行檢索，實現(xiàn)對時間等信息的記錄。此方式在執(zhí)行過程中僅需計算機作為終端程序，具有經(jīng)濟(jì)實惠的特點，但也存在錄入信息不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

（3）設(shè)備終端數(shù)據(jù)采集

通過工況、宏程序法以及DNC接口法，開展對PL、數(shù)據(jù)采集卡、機及數(shù)控機床等設(shè)備的自動檢索工作。在加工程序增加“宏指令”的應(yīng)用，確保工況數(shù)據(jù)是完整的，可以順利應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，讓“數(shù)控程序”可以作為一個文本文件，方便工作人員對其進(jìn)行編輯，從而應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的顯示器資源以及鍵盤，實現(xiàn)DNC網(wǎng)絡(luò)的共用，使各模塊中的工況數(shù)據(jù)詳盡，輔助后續(xù)信息傳輸工作的開展。

2.3生產(chǎn)監(jiān)控模塊設(shè)計

MES系統(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)監(jiān)控功能是輔助管理人員掌握生產(chǎn)車間工作情況的。因此，生產(chǎn)監(jiān)控模塊在設(shè)計階段需要監(jiān)測生產(chǎn)流程中的異常情況，通過對該部分內(nèi)容的分析，將問題反饋給管理層級，方便管理人員進(jìn)行對應(yīng)的調(diào)整以及處理，以確保系統(tǒng)正常運行。

（1）可設(shè)置監(jiān)控對象，使生產(chǎn)監(jiān)控模塊的設(shè)計工作分為設(shè)備監(jiān)控、工單監(jiān)控、工序監(jiān)控、人員監(jiān)控以及物料監(jiān)控五個模塊，并且應(yīng)用性能指標(biāo)監(jiān)控以及狀態(tài)監(jiān)控的方式，控制好監(jiān)控工單的完整性，在保障設(shè)備性能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對物料的充分利用，保證工作人員能夠規(guī)范地執(zhí)行自身崗位工作，從而在提升工作效率的同時，能夠讓工序質(zhì)量得到提升。

（2）在生產(chǎn)監(jiān)控模塊規(guī)劃設(shè)計過程中，可引入MES系統(tǒng)理念，通過對生產(chǎn)監(jiān)控信息的調(diào)取，生產(chǎn)流程的簡化，生產(chǎn)監(jiān)控方法的確認(rèn)，判定系統(tǒng)中存在的異常狀況，使生產(chǎn)監(jiān)控模塊內(nèi)的工單能夠按照原計劃進(jìn)行，避免在工單派發(fā)、形成、準(zhǔn)備、完成、執(zhí)行、廢止等操作時出現(xiàn)問題。

（3）可同時對生產(chǎn)設(shè)備在運行過程中的動態(tài)設(shè)備進(jìn)行實時檢測，應(yīng)用系統(tǒng)平臺檢測在線設(shè)備的實際狀況，通過提供信息圖形以及圖形界面的方式，展示生產(chǎn)監(jiān)控模塊中的可視化功能。如此一來，管理人員可基于生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行分析，通過組織協(xié)調(diào)車間物力、人力的方式，監(jiān)測生產(chǎn)的變化情況，從而使生產(chǎn)設(shè)備的利用率最大化。

2.4制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用實例

某制造企業(yè)依靠坐標(biāo)測量機裝配為主的工作模式，通過混流裝配的方式執(zhí)行離散制造工作，但受到市場的影響，ERP系統(tǒng)在引入后難以適應(yīng)市場的變化，導(dǎo)致傳統(tǒng)的生產(chǎn)效益不高，對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成直接的影響。因此，通過MES系統(tǒng)的應(yīng)用，使生產(chǎn)現(xiàn)場黑箱作業(yè)逐漸透明化，能夠及時掌握產(chǎn)品成本以及質(zhì)量方面的問題，應(yīng)用具有靈活性以及實時性的離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計計劃，在改善生產(chǎn)方式的同時，提高制造企業(yè)的生產(chǎn)運行效率。

（1）可通過制造工藝和軟件校準(zhǔn)補償?shù)燃夹g(shù)的應(yīng)用，執(zhí)行坐標(biāo)測量機的裝配工作，通過生產(chǎn)信息的采集，保證總裝線（橋架、滑架、總裝、較準(zhǔn)）等工作的順利開展，同時對關(guān)鍵工位的設(shè)置，簡化信息采集的流程，規(guī)劃出數(shù)據(jù)信息的控制點，應(yīng)用準(zhǔn)確、完備的輔助機制，解決在生產(chǎn)過程中存在的漏裝、錯裝等問題。

（2）基于MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，依托MES系統(tǒng)，通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲，保證數(shù)據(jù)共享、匯報總結(jié)等工作的順利開展。同時，可引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備，讓系統(tǒng)可自上而下地接人智能監(jiān)測設(shè)備以及生產(chǎn)設(shè)備，應(yīng)用自動提取相關(guān)生產(chǎn)信息的方式，控制好生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)通信工作的順利實施，并且應(yīng)用MES系統(tǒng)進(jìn)行ERP數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換工作，通過現(xiàn)場裝機指導(dǎo)的方式，保證生產(chǎn)調(diào)度工作環(huán)節(jié)不會出現(xiàn)紕漏。

3結(jié)束語

為避免離散制造企業(yè)在生產(chǎn)以及經(jīng)營過程中與社會脫節(jié)的現(xiàn)象，解決生產(chǎn)階段存在的效率低下等問題，應(yīng)基于制造執(zhí)行系統(tǒng)中MES等功能進(jìn)行思考，通過加強數(shù)據(jù)采集模、生產(chǎn)監(jiān)控模塊設(shè)計的方式，提升制造企業(yè)在經(jīng)濟(jì)市場中的競爭力，促使MES系統(tǒng)在運行工程中能夠拓展云環(huán)境中的制造業(yè)體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用數(shù)據(jù)中心的創(chuàng)建方式，將底層資源充分利用，保證轉(zhuǎn)介以及相關(guān)操作人員根據(jù)自身的經(jīng)驗，創(chuàng)建出最優(yōu)的模型庫、方法庫，展示其在系統(tǒng)中的功能，從而解決在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的安全性問題，確保離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

作者簡介：

潘澤南（1990—），碩士，中級工程師，研究方向：智能制造MES。