在制造業(yè)信息化進程中，車間級信息化是薄弱環(huán)節(jié)。發(fā)展MES技術(shù)是提升車間自動化水平的有效途徑。MES強調(diào)車間級的過程集成、控制和監(jiān)控，以及合理地配置和組織所有資源，滿足車間信息化需要，提高車間對隨機事件的快速響應(yīng)和處理能力，有力地促進企業(yè)信息化進程向車間層拓展。通過構(gòu)建以“精益生產(chǎn)、智能制造”為特點的車間管理系統(tǒng)，建立數(shù)字化車間，從而實現(xiàn)了精益生產(chǎn)和智能制造。
MES體系架構(gòu)
數(shù)字化車間將信息、網(wǎng)絡(luò)、自動化、現(xiàn)代管理與制造技術(shù)相結(jié)合，在車間形成數(shù)字化制造平臺，改善車間的管理和生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)了敏捷制造。MES是數(shù)字化車間的核心。MES通過數(shù)字化生產(chǎn)過程控制，借助自動化和智能化技術(shù)手段，實現(xiàn)車間制造控制智能化、生產(chǎn)過程透明化、制造裝備數(shù)控化和生產(chǎn)信息集成化。車間MES主要包括車間管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)等，由技術(shù)平臺層、網(wǎng)絡(luò)層以及設(shè)備層實現(xiàn)。
MES執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成
MES由車間資源管理、生產(chǎn)任務(wù)管理、車間計劃與排產(chǎn)管理、生產(chǎn)過程管理、質(zhì)量過程管理、物料跟蹤管理、車間監(jiān)控管理和統(tǒng)計分析等功能模塊組成，涵蓋了制造現(xiàn)場管理等方面。MES是一個可自定義的制造管理系統(tǒng)，不同企業(yè)的工藝流程和管理需求可以通過現(xiàn)場定義實現(xiàn)。
1.車間資源管理
車間資源是車間制造生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是MES運行的基礎(chǔ)。車間資源管理主要對車間人員、設(shè)備、工裝、物料和工時等進行管理，保證生產(chǎn)正常進行，并提供資源使用情況的歷史記錄和實時狀態(tài)信息。
2.生產(chǎn)任務(wù)管理
生產(chǎn)任務(wù)管理包括生產(chǎn)任務(wù)接收與管理、任務(wù)進度展示和任務(wù)查詢等功能。提供所有項目信息，查詢指定項目，并展示項目的全部生產(chǎn)周期及完成情況。提供生產(chǎn)進度展示，以日、周和月等展示本日、本周和本月的任務(wù)，并以顏色區(qū)分任務(wù)所處階段，對項目任務(wù)實施跟蹤。
3.車間計劃與排產(chǎn)管理
生產(chǎn)計劃是車間生產(chǎn)管理的重點和難點。提高計劃員排產(chǎn)效率和生產(chǎn)計劃準確性是優(yōu)化生產(chǎn)流程以及改進生產(chǎn)管理水平的重要手段。
車間接收主生產(chǎn)計劃，根據(jù)當(dāng)前的生產(chǎn)狀況(能力、生產(chǎn)準備和在制任務(wù)等)，生產(chǎn)準備條件(圖紙、工裝和材料等)，以及項目的優(yōu)先級別及計劃完成時間等要求，合理制訂生產(chǎn)加工計劃，監(jiān)督生產(chǎn)進度和執(zhí)行狀態(tài)。
高級排產(chǎn)工具(APS)結(jié)合車間資源實時負荷情況和現(xiàn)有計劃執(zhí)行進度，能力平衡后形成優(yōu)化的詳細排產(chǎn)計劃。其充分考慮到每臺設(shè)備的加工能力，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況隨時調(diào)整。在完成自動排產(chǎn)后，進行計劃評估與人工調(diào)整。在小批量、多品種和多工序的生產(chǎn)環(huán)境中，利用高級排產(chǎn)工具可以迅速應(yīng)對緊急插單的復(fù)雜情況。
4.生產(chǎn)過程管理
生產(chǎn)過程管理實現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)可視化控制，以減少等待時間、庫存和過量生產(chǎn)等浪費。生產(chǎn)過程中采用條碼、觸摸屏和機床數(shù)據(jù)采集等多種方式實時跟蹤計劃生產(chǎn)進度。生產(chǎn)過程管理旨在控制生產(chǎn)，實施并執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度，追蹤車間里工作和工件的狀態(tài)，對于當(dāng)前沒有能力加工的工序可以外協(xié)處理。實現(xiàn)工序派工、工序外協(xié)和齊套等管理功能，可通過看板實時顯示車間現(xiàn)場信息以及任務(wù)進展信息等。
5.質(zhì)量過程管理
生產(chǎn)制造過程的工序檢驗與產(chǎn)品質(zhì)量管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對工序檢驗與產(chǎn)品質(zhì)量過程追溯，對不合格品以及整改過程進行嚴格控制。其功能包括：實現(xiàn)生產(chǎn)過程關(guān)鍵要素的全面記錄以及完備的質(zhì)量追溯，準確統(tǒng)計產(chǎn)品的合格率和不合格率，為質(zhì)量改進提供量化指標。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果，對出廠產(chǎn)品進行預(yù)防性維護。
6.生產(chǎn)監(jiān)控管理
生產(chǎn)監(jiān)控實現(xiàn)從生產(chǎn)計劃進度和設(shè)備運轉(zhuǎn)情況等多維度對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，實現(xiàn)對車間報警信息的管理，包括設(shè)備故障、人員缺勤、質(zhì)量及其他原因的報警信息，及時發(fā)現(xiàn)問題、匯報問題并處理問題，從而保證生產(chǎn)過程順利進行并受控。結(jié)合分布式數(shù)字控制DNC系統(tǒng)、MDC系統(tǒng)進行設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集。實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控，提高瓶頸設(shè)備利用率。
7.物料跟蹤管理
通過條碼技術(shù)對生產(chǎn)過程中的物流進行管理和追蹤。物料在生產(chǎn)過程中，通過條碼掃描跟蹤物料在線狀態(tài)，監(jiān)控物料流轉(zhuǎn)過程，保證物料在車間生產(chǎn)過程中快速高效流轉(zhuǎn)，并可隨時查詢。
8.庫存管理
庫房管理針對車間內(nèi)的所有庫存物資進行管理。車間內(nèi)物資有自制件、外協(xié)件、外購件、刀具、工裝和周轉(zhuǎn)原材料等。其功能包括：通過庫存管理實現(xiàn)庫房存貯物資檢索，查詢當(dāng)前庫存情況及歷史記錄;提供庫存盤點與庫房調(diào)撥功能，對于原材料、刀具和工裝等庫存量不足時，設(shè)置告警;提供庫房零部件的出入庫操作，包括刀具/工裝的借入、歸還、報修和報廢等操作。
9.統(tǒng)計分析
能夠?qū)ιa(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計查詢，分析后形成報表，為后續(xù)工作提供參考數(shù)據(jù)與決策支持。生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)豐富，系統(tǒng)根據(jù)需要，定制不同的統(tǒng)計查詢功能，包括：產(chǎn)品加工進度查詢;車間在制品查詢;車間和工位任務(wù)查詢;產(chǎn)品配套齊套查詢;質(zhì)量統(tǒng)計分析;車間產(chǎn)能(人力和設(shè)備)利用率分析;廢品率/次品率統(tǒng)計分析等。
MES與其他數(shù)字化系統(tǒng)關(guān)系
通過MES、ERP系統(tǒng)、PDM/工藝管理(CAPP)系統(tǒng)、數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)(DNC)/機床監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(MDC)系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)從設(shè)計/工藝、管理和制造等多層次數(shù)據(jù)的充分共享和有效利用。
1.ERP系統(tǒng)利用從PDM/CAPP系統(tǒng)中獲取的信息制訂主生產(chǎn)計劃。主生產(chǎn)計劃傳遞給MES，用于車間級排產(chǎn)和車間生產(chǎn)準備。與物料相關(guān)的信息需傳遞給數(shù)字化立體倉庫，用于指導(dǎo)倉庫管理。數(shù)字化立體倉庫中物料的存儲信息以及財務(wù)信息反饋給ERP系統(tǒng)，用于指導(dǎo)采購與財務(wù)管理。
2.MES從ERP系統(tǒng)中獲得主生產(chǎn)計劃及物料、供應(yīng)、采購和庫存等生產(chǎn)準備相關(guān)信息后，進行車間計劃排產(chǎn)，并將生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)給DNC系統(tǒng)安排數(shù)控加工，將檢驗任務(wù)下發(fā)給質(zhì)量系統(tǒng)用于質(zhì)量跟蹤。同時，MES通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得生產(chǎn)過程中的任務(wù)執(zhí)行、加工、物料、工時、設(shè)備、工裝和人員等信息，用于生產(chǎn)過程監(jiān)控和車間事件處理。
3.QMS從CAPP系統(tǒng)中獲取物料、結(jié)構(gòu)、工藝、工具和設(shè)備等信息，從ERP系統(tǒng)中獲取生產(chǎn)計劃等信息，獲取的質(zhì)量記錄、報告和修正信息等向PDM/CAPP/MES反饋以指導(dǎo)后續(xù)的質(zhì)量管理過程。并利用數(shù)字化檢測與測量儀對檢測信息進行質(zhì)量監(jiān)控和分析。
4.數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)利用DNC系統(tǒng)提供的機床聯(lián)網(wǎng)自動采集功能和觸摸屏、掃描槍等手工采集方式進行車間數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)傳遞給MES系統(tǒng)用于生產(chǎn)監(jiān)控，與質(zhì)量相關(guān)的信息則傳遞給QMS，用于質(zhì)量跟蹤、問題處理及統(tǒng)計分析。
基于網(wǎng)絡(luò)與信息化的制造技術(shù)是未來先進制造技術(shù)發(fā)展方向之一。以MES為核心的數(shù)字化車間，利用計算機軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化制造，可提高產(chǎn)品制造能力，縮短產(chǎn)品制造周期，降低制造成本，從而提高企業(yè)競爭能力。
