摘要：制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)負責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，是處于企業(yè)計劃層管理系統(tǒng)(ERP)和車間層操作控制系統(tǒng)(SFC)之間的執(zhí)行層管理系統(tǒng)。
首先提出了許多目前企業(yè)信息系統(tǒng)中無法解決的信息管理問題，由此引入并分析了在企業(yè)信息系統(tǒng)架構(gòu)中實施PBA-MES( Product Bar-code Application-Manufacturing Execution System)的重要意義。根據(jù)需求說明了PBA - MES的內(nèi)容構(gòu)成以及在企業(yè)中的數(shù)據(jù)流的分布情況。在此基礎(chǔ)上詳細地介紹了PBA-MES系統(tǒng)的具體組成和功能，最后結(jié)合AIT(Automation Identify Technology)進一步說明PBA-MES系統(tǒng)的應(yīng)用，為實現(xiàn)企業(yè)的整體信
企業(yè)資源計劃(Enterprise Resources Planning，ERP)是一個有效地組織、計劃和實施企業(yè)的“人”、“財”、“物”管理的系統(tǒng)，它依靠IT的技術(shù)和手段以保證其信息的集成性、實時性和統(tǒng)一性。以MRPⅡ、ERP為代表的管理信息系統(tǒng)在制造行業(yè)已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用，但它們之間的低效信息配合致使企業(yè)中各個環(huán)節(jié)的信息缺乏最優(yōu)的調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)。
制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)負責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，是處于企業(yè)計劃層管理系統(tǒng)(ERP)和車間層操作控制系統(tǒng)(SFC)之間的執(zhí)行層管理系統(tǒng)。MES能使計劃層與執(zhí)行層進行良好的信息流交互，并提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式，提高了企業(yè)制造競爭力。目前在發(fā)達國家MES已經(jīng)普遍推廣，而我國對MES的認識和應(yīng)用還處于起步階段。
1 PBA-MES的意義
目前ERP的服務(wù)對象是企業(yè)管理的上層，一般對車間層的管理流程不提供直接和詳細的支持。而現(xiàn)有的現(xiàn)場自動化系統(tǒng)并非真正意義上的管理系統(tǒng)，其功能主要在于現(xiàn)場設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向管理人員提供現(xiàn)場檢測和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因此，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的“斷層”，對于用戶車間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱。針對以下車間管理的典型問題，它們就難以給出較好的解決方法：(1)同一條生產(chǎn)線需要混合組裝多種型號產(chǎn)品的時候，能否進行自動校驗和操作提示。(2)能否根據(jù)產(chǎn)品號碼追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過程信息，能否立即查明它的原料供應(yīng)商、操作機臺、操作人員、生產(chǎn)時間日期和關(guān)鍵的工藝參數(shù)等信息。(3)過去某個時間段之內(nèi)生產(chǎn)線上出現(xiàn)最多的產(chǎn)品缺陷是什么，次品數(shù)量各是多少。(4)目前倉庫以及前工序、中工序、后工序線上的每種產(chǎn)品數(shù)量各是多少，要分別供應(yīng)給哪些供應(yīng)商，何時能夠交貨。(5)生產(chǎn)線和加工設(shè)備有多少時間在生產(chǎn)，多少時間在停轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn);影響設(shè)備生產(chǎn)潛能的最主要原因是設(shè)備故障，調(diào)度失誤，材料供應(yīng)不及時，工人培訓(xùn)不夠，還是工藝指標不合理。(6)能否對產(chǎn)品的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)自動進行統(tǒng)計和分析，精確區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的隨機波動與異常波動。
MES系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在統(tǒng)一平臺上不同環(huán)節(jié)的信息集成，如生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報表等，它通過使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務(wù)。因此MES系統(tǒng)可以很好地解決ERP和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間的信息管理斷層問題。
圖1所示為一體化和實時化的企業(yè)信息系統(tǒng)總體架構(gòu)，包括ERP應(yīng)用系統(tǒng)，可以進行財務(wù)、銷售、采購、物料等管理;MES應(yīng)用系統(tǒng);SFC應(yīng)用系統(tǒng)。MES將相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送給ERP、SFC系統(tǒng)，收集所有工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)參數(shù)。ERP向MES提供具體的生產(chǎn)計劃，MES根據(jù)資源情況(人力、物力等)組織生產(chǎn)，并將結(jié)果回報給ERP。3個系統(tǒng)之間信息相互流通，實時交互，以供企業(yè)不斷地進行生產(chǎn)最優(yōu)調(diào)整，從而為實現(xiàn)信息集成化打基礎(chǔ)。
根據(jù)國際MES協(xié)會所描繪的制造企業(yè)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)要求，結(jié)合實際的條碼識別技術(shù)，我們自主開發(fā)的PBA-MES系統(tǒng)在ERP/MRP-Ⅱ和車間自動化系統(tǒng)間起到了承上啟下的作用，其主要表現(xiàn)在：為ERP/MRP-Ⅱ系統(tǒng)及時準確地提供數(shù)據(jù)和信息;提高系統(tǒng)運行能力，維持計劃和運行能力的平衡;解決實際生產(chǎn)過程中的計劃運行波動對制定生產(chǎn)計劃的影響，提高ERP/MRP-Ⅱ的適應(yīng)性。同時，通過低層數(shù)據(jù)采集和分析，為改進生產(chǎn)線的運行提供依據(jù)和保證，適應(yīng)敏捷制造模式對生產(chǎn)敏捷性的要求。
2 PBA-MES系統(tǒng)的構(gòu)成及功能
2.1 PBA-MES在企業(yè)中的數(shù)據(jù)流
ERP系統(tǒng)需隨時注意產(chǎn)品庫存量、客戶訂單狀況與材料需求，然后將這些信息傳送至MES，由執(zhí)行系統(tǒng)進行生產(chǎn)或安排庫存以滿足客戶訂單需求。MES系統(tǒng)負責(zé)完成產(chǎn)品制造工作，產(chǎn)品的規(guī)格、型號、參數(shù)等相關(guān)資料儲存于此系統(tǒng)中，MES將此產(chǎn)品相關(guān)資料轉(zhuǎn)化為作業(yè)程序提供給控制系統(tǒng)之作業(yè)人員或機器設(shè)備來使用。當作業(yè)程序、相關(guān)流程、文件及其他相關(guān)生產(chǎn)需求項目就緒，控制系統(tǒng)便運用所有工廠內(nèi)相關(guān)資源(軟、硬件及人員)負責(zé)完成生產(chǎn)制造過程以達成產(chǎn)品生產(chǎn)目標。數(shù)據(jù)流通過3個系統(tǒng)進行實時的交互和流動，可以對實際的生產(chǎn)進行實時監(jiān)控和調(diào)整。
2.2 PBA-MES的構(gòu)成
PBS-MES是一套位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。它為操作人員/管理人員提供計劃的執(zhí)行和跟蹤以及資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當前狀況。具體包括的內(nèi)容如圖2所示。
PBA-MES與ERP/MRP-Ⅱ關(guān)系為雙向數(shù)據(jù)交互。MES接收ERP/MRP-Ⅱ生產(chǎn)指令和產(chǎn)品數(shù)據(jù)及配置，MES向ERP/MRP-Ⅱ回報工序報告和完工報告。PBA-MES接收工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)產(chǎn)生的在制品生產(chǎn)過程參數(shù)，作為在制品生產(chǎn)檔案的一部分。車間配置和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為作業(yè)管理中作業(yè)計劃制定、作業(yè)調(diào)度下達等提供依據(jù)。作業(yè)管理為生產(chǎn)過程管理提供調(diào)度單、在制品來源，同時通過生產(chǎn)過程管理反映生產(chǎn)指令或作業(yè)調(diào)度生產(chǎn)過程信息。采集數(shù)據(jù)為生產(chǎn)過程管理提供在制品生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)來源，同時提供不良在制品，供維修管理操作。維修管理同樣作為生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)提供給生產(chǎn)過程管理。對生產(chǎn)過程管理進行過程統(tǒng)計，提供質(zhì)量管理進行質(zhì)量統(tǒng)計和質(zhì)量控制;對生產(chǎn)過程管理進行存檔，為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理提供產(chǎn)品檔案查詢和產(chǎn)品列表查詢。
2.3 PBA-MES系統(tǒng)組成
PBA-MES系統(tǒng)采用3層和2層應(yīng)用相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，3層主要應(yīng)用在信息異地查詢和異地車間控制管理，如圖3所示。
通過分析，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)特點具體有：采集終端共用網(wǎng)關(guān)，降低了系統(tǒng)設(shè)備冗余;便于用戶對裝配、測試采集點的擴充，可以提供在制品在檢測線的流量分析;對檢測線上的每一采集終端的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，并用友好的界面顯示當前各采集終端的狀態(tài);出現(xiàn)采集終端錯誤，及時報警;提供了網(wǎng)關(guān)控制器，可以直接把485網(wǎng)聯(lián)接到以太網(wǎng)上，從而讓485網(wǎng)不受距離的限制。
PBA-MES系統(tǒng)采用多樣化的中間介質(zhì)技術(shù)，如中間數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)文件、專用數(shù)據(jù)通道中間件等，方便完成多種生產(chǎn)車間的工廠配置，車間配置生產(chǎn)線或者加工中心，生產(chǎn)線配置工序。支持按照產(chǎn)品定義加工路線，保證在相同流水線上完成生產(chǎn)工序存在差異的產(chǎn)品。已經(jīng)實現(xiàn)同SAP、ORACLE、SSA、CA、QAD等公司的ERP系統(tǒng)接口團。支持多種專用數(shù)據(jù)采集終端(ATOP、Cipher、CASIO)，同時可以選擇計算機數(shù)據(jù)采集終端，滿足車間復(fù)雜的現(xiàn)場條件和工藝要求。收集各工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的產(chǎn)品生產(chǎn)過程參數(shù)。具有強大的作業(yè)排產(chǎn)、作業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)指令跟蹤等功能，達到嚴格控制在制品的目的。實時采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計。實時查詢過程統(tǒng)計和質(zhì)量統(tǒng)計，及時了解車間實際生產(chǎn)效率和質(zhì)量狀態(tài)，防止批量生產(chǎn)故障帶來損失等。自動的數(shù)據(jù)存檔以及遠程車間管理和Web數(shù)據(jù)查詢。不僅包括生產(chǎn)過程控制管理、作業(yè)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、系統(tǒng)管理，還包括車間配置管理、數(shù)據(jù)采集、維修管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容。
質(zhì)量管理中可以提供多種報表統(tǒng)計功能，如生產(chǎn)質(zhì)量日報、工序故障碼統(tǒng)計、產(chǎn)品故障碼統(tǒng)計、產(chǎn)品報廢統(tǒng)計、工序報廢統(tǒng)計、檢驗采集產(chǎn)品匯總。數(shù)據(jù)采集中可以進行：上線采集——采集產(chǎn)品SN號，記錄產(chǎn)品上線信息。裝配采集——在裝配工位點，采集產(chǎn)品SN號，再采集部件批次，并建立對應(yīng)關(guān)系。檢測采集——在制品檢測，通過則采集產(chǎn)品SN;不通過，采集故障碼，再采集產(chǎn)品SN，并進行下一道工序維修處理。下線入庫采集——采集產(chǎn)品SN，打印包裝標簽，打印合格證。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中的物料管理包括維護產(chǎn)品型號、產(chǎn)品物料編碼和產(chǎn)品物料編碼的物料配置(通過ERP接口建立產(chǎn)品主要關(guān)鍵零部件BOM)。在制品檔案查詢是根據(jù)產(chǎn)品SN號查詢產(chǎn)品裝配部件信息、產(chǎn)品檢驗質(zhì)量數(shù)據(jù)、產(chǎn)品出人庫數(shù)據(jù)。按生產(chǎn)、故障、操作者、主要關(guān)鍵零部件供應(yīng)商查詢在制品，也可以根據(jù)包裝批號、產(chǎn)品物料、制成品檔案查詢，還可以進行產(chǎn)品檔案查詢及產(chǎn)品檔案維護。根據(jù)產(chǎn)品SN號查詢產(chǎn)品裝配主部件信息、測試信息及根據(jù)部件SN號查詢產(chǎn)品SN號。提供Internet Web查詢，方便網(wǎng)絡(luò)客戶簡便查詢。車間配置管理包括加工中心管理，配置車間、生產(chǎn)線、工藝路線及工序;工作班組及時段配置;數(shù)據(jù)字典管理，維護年編碼、月編碼、工序設(shè)置、采集參數(shù)類型及維修方式;故障碼維護，對生產(chǎn)測試中出現(xiàn)的故障進行說明，主要包括質(zhì)量成本、維修方式及故障分析等;產(chǎn)品編碼格式維護。
3 PBA-MES和AIT的結(jié)合在企業(yè)信息系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著制造企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程檔案追溯性要求越來越高，要求企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程建立強大的產(chǎn)品生產(chǎn)過程檔案，因此在產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程中需要輸入大量的如產(chǎn)品標識、產(chǎn)品裝配數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、產(chǎn)品人員數(shù)據(jù)等大量信息。
作為信息采集手段，AIT(Automation Identify Technology，自動識別技術(shù))是信息數(shù)據(jù)自動識讀、自動輸入計算機的重要方法和手段，它是以計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)，提高了效率和準確率。應(yīng)用包括條碼識別、卡識別、射頻識別、語言識別等。
通過PBA-MES和AIT的結(jié)合，自動識別尤其是條形碼技術(shù)發(fā)揮了它的潛能，為整個信息系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)奠定了基石。條碼識別在MES系統(tǒng)控制的整個生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用，從而保證生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的準確快速輸入。在車間現(xiàn)場的應(yīng)用過程中，針對不同客戶現(xiàn)場環(huán)境，可以選擇不同的采集組合方案。
作業(yè)管理：采用條碼打印機，打印生產(chǎn)產(chǎn)品SN(Serial Number)標簽，作為生產(chǎn)過程產(chǎn)品惟一標識。
上線采集：采集產(chǎn)品SN標簽，建立產(chǎn)品標簽與產(chǎn)品實物及作業(yè)調(diào)度的對應(yīng)，同時記錄操作員。
維修：采集產(chǎn)品SN標簽，記錄產(chǎn)品本次維修檔案(維修人員、維修方式、責(zé)任判定等)。
包裝：采集產(chǎn)品SN標簽，記錄操作員，打印產(chǎn)品包裝標簽、產(chǎn)品合格證等。
裝配：采集產(chǎn)品SN標簽，部件物料的件號、批次號，裝配人員等，建立產(chǎn)品裝配檔案。
檢驗/檢測：采集產(chǎn)品SN標簽，根據(jù)檢驗結(jié)果采集故障碼，建立產(chǎn)品質(zhì)量檔案。
對于采集數(shù)據(jù)實時性要求不高的采集點，采用脫機的采集器(如CASIO DT900)，節(jié)約了現(xiàn)場的布線，增加了采集點的靈活性。
4 結(jié)束語
為了滿足制造企業(yè)不同構(gòu)成系統(tǒng)之間的信息交互以及同一系統(tǒng)平臺不同環(huán)節(jié)的信息集成，開發(fā)了多功能和多特色的PBA-MES系統(tǒng)。它采用了3層與2層相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，不僅滿足了同一單位系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)間的信息交互，通過Internet還可以實現(xiàn)遠程的信息管理和控制，從而滿足虛擬企業(yè)和跨國企業(yè)的發(fā)展需求。此外還具有實時的數(shù)據(jù)跟蹤、查詢、自動存檔、自動作業(yè)排產(chǎn)和調(diào)度等多種功能，并且可以隨時進行功能擴充和刪除，具有很好的開放性。由此可見，PBA-MES系統(tǒng)使信息能夠及時在整個信息系統(tǒng)內(nèi)高效流轉(zhuǎn)，進而為企業(yè)的快速正確決策、執(zhí)行提供支持，為實現(xiàn)企業(yè)信息高度集成和共享奠定了基礎(chǔ)。
目前的PBA-MES系統(tǒng)對于企業(yè)中的組裝型生產(chǎn)線是非常適用的，能很好地對生產(chǎn)和裝配進行實時的管理;但是對于一些以非在制品方式存在的產(chǎn)品加工制造過程該系統(tǒng)難以適用，這也是以后研究和攻克的難點。
（轉(zhuǎn)載）
