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一、MES系統(tǒng)介紹

      MES系統(tǒng)為美國AMR公司在上世紀(jì)九十年代首次提出的概念，其主要目的是為了促進(jìn)制造生產(chǎn)活動管控水平提升，把計劃生產(chǎn)和現(xiàn)場管控緊密結(jié)合起來。依托于MES系統(tǒng)對生產(chǎn)活動的各個流程實施優(yōu)化配置，確保生產(chǎn)效率提升。MES系統(tǒng)涉及到PLC、二維碼、各類機電設(shè)備、傳感器以及工業(yè)機器人等，它借助于更加準(zhǔn)確可靠的實時數(shù)據(jù)響應(yīng)，合理指導(dǎo)并記錄企業(yè)車間各項生產(chǎn)活動，可以對生產(chǎn)狀態(tài)變化進(jìn)行快速響應(yīng)，進(jìn)而避免了非增值活動，促進(jìn)生產(chǎn)效率提升。MES系統(tǒng)的應(yīng)用不單單能夠促進(jìn)生產(chǎn)收益率的提升，在很大程度上也保障產(chǎn)品及時交付，促進(jìn)存貨周轉(zhuǎn)，提升制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。MES系統(tǒng)利用多通道數(shù)據(jù)信息傳輸模式，在企業(yè)和供應(yīng)鏈之間構(gòu)建更加通暢的聯(lián)系，其發(fā)展更新至今逐漸演變?yōu)橐惶赘映墒斓尼槍χ圃炱髽I(yè)的生產(chǎn)信息綜合管控系統(tǒng)，由各類新興智能設(shè)備以及人類專家構(gòu)成了人機一體化系統(tǒng)，更加關(guān)注和重視生產(chǎn)制造過程中的可調(diào)節(jié)性，依托于計算機信息技術(shù)來對人類專家的思維方式予以模擬，對實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)及時數(shù)據(jù)采集、信息分析、判斷決策等，從而降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率。

二、MES在工業(yè)4.0中的價值與應(yīng)用

      進(jìn)入新世紀(jì)之后，物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)在制造業(yè)中得以廣泛運用，全球化工業(yè)升級開始邁入實質(zhì)階段。不管是德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是中國制造2025，這些戰(zhàn)略決策都是基于信息技術(shù)和制造業(yè)充分結(jié)合為出發(fā)點，以促進(jìn)智能制造高速發(fā)展為目標(biāo)而制定的。在工業(yè)4.0背景下，依托于智能處理系統(tǒng)來構(gòu)建人和人、人和物、物和物的緊密聯(lián)系，形成智能化信息管控綜合體。工業(yè)4.0的重點研究主要集中在智能工廠與智能生產(chǎn)兩個方面，前者一般是針對智能生產(chǎn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行研究，后者通常關(guān)系到整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理以及人際互動等[1] 。工業(yè)智能化發(fā)展水平直接決定了智慧工廠的建設(shè)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為典型的智慧工廠和智能生產(chǎn)屬于MES系統(tǒng)運用發(fā)展的必經(jīng)階段。所以智慧工廠的建設(shè)必然會涉及到MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)屬于工業(yè)4.0的核心所在，是未來國內(nèi)制造企業(yè)必須要充分關(guān)注并重視的內(nèi)容。

      從管理學(xué)層面來說，MES系統(tǒng)屬于制造系統(tǒng)信息集成的重要樞紐，能夠給制造企業(yè)帶來包含數(shù)據(jù)信息管理、生產(chǎn)調(diào)度控制、生產(chǎn)計劃安排、產(chǎn)品庫存管理、生產(chǎn)質(zhì)量控制、材料采購管理、生產(chǎn)成本管控、生產(chǎn)流程優(yōu)化、項目看板管理以及上層數(shù)據(jù)集成分解等多個不同子系統(tǒng)。

      從實際應(yīng)用層面來說，MES系統(tǒng)是制造企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、工藝管控系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、質(zhì)量信息管理系統(tǒng)以及制造資源管理系統(tǒng)的集成接口，促進(jìn)生產(chǎn)、工藝、物流、設(shè)備以及檢驗等相關(guān)信息的有效傳輸。借助于運用MES系統(tǒng)來確保制造企業(yè)生產(chǎn)車間的智能化和自動化控制，在很大程度上提高了生產(chǎn)效率，優(yōu)化了相關(guān)工藝流程，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，確保實現(xiàn)精益化生產(chǎn)目標(biāo)，還有效減少資源損耗，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提升。此外，MES系統(tǒng)的運用還能夠為制造企業(yè)管理人員決策帶來更多數(shù)據(jù)支持，可以對市場變化情況第一時間做出反應(yīng)。

三、機械制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

      近年來，我國制造業(yè)持續(xù)發(fā)展，各種高端新興設(shè)備已經(jīng)在諸多制造企業(yè)中得以普及運用。但從整體情況來看，其自動化、數(shù)字化、智能化水平還有待提升。對一些中小型企業(yè)而言，高端數(shù)控加工設(shè)備只能夠滿足數(shù)字化加工，部分零件加工依舊必須要依靠手動編程的方式來完成，數(shù)控僅發(fā)揮出自動加工功能，較為復(fù)雜的零件基本上屬于單崗操作。而其他很多智能設(shè)備在實踐應(yīng)用中也只是發(fā)揮出了基礎(chǔ)功能，并未實現(xiàn)更加深入高效地應(yīng)用[2] 。

      對一些大型制造企業(yè)而言，即便現(xiàn)代信息技術(shù)得以廣泛運用，但很多時候單純限制在上層計劃管理的ERP系統(tǒng)中。企業(yè)計劃管理系統(tǒng)和底層工業(yè)控制在實際生產(chǎn)流程控制上，信息管理平臺應(yīng)用較為表面，實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息不能夠第一時間進(jìn)行采集分析，生產(chǎn)管理工作人員無法對生產(chǎn)計劃、實際進(jìn)度、產(chǎn)品質(zhì)量、人員設(shè)備狀況等進(jìn)行實時了解，導(dǎo)致生產(chǎn)活動的開展處于“黑箱”模式下。隨著制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)面臨的競爭壓力逐步增加，訂單式生產(chǎn)慢慢開始被更多加工企業(yè)所青睞，但對信息化、自動化管控提出了更高的要求。部分中小型制造企業(yè)市場核心競爭力日益降低，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能管控成為其最薄弱之處。在這樣的形勢下，MES系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效處理好生產(chǎn)環(huán)節(jié)的“黑箱”問題，將ERP和車間管理系統(tǒng)進(jìn)行連接，受到了更多制造企業(yè)的好評。中國制造2025的提出和中德工業(yè)4.0合作戰(zhàn)略讓MES系統(tǒng)的優(yōu)勢更加顯著，也開始成為中小型制造企業(yè)促進(jìn)自身生產(chǎn)管控水平提升的有效工具。

四、MES智能制造協(xié)同管理體系構(gòu)建

（一）系統(tǒng)框架

      基于MES系統(tǒng)的智能制造系統(tǒng)管理體系能夠充分整合計劃管理、生產(chǎn)控制以及產(chǎn)品質(zhì)量管理等相關(guān)功能，同時利用與智能制造相關(guān)的管理軟件，可以讓協(xié)同管理系統(tǒng)提供如下功能：一是提供多元化數(shù)據(jù)信息采集渠道；二是符合離散化的生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備以及工藝等各個模塊的智能管控需要；三是和智能制造體系中存在的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行信息傳送；四是實現(xiàn)更加高效的人機交互；五是實現(xiàn)自動化控制。

      從上述功能需求出發(fā)，智能制造協(xié)同管理體系應(yīng)當(dāng)配置2臺服務(wù)器，將其應(yīng)用到生產(chǎn)監(jiān)管和信息管理中，用于生產(chǎn)監(jiān)管的服務(wù)器和傳感器直接聯(lián)系，對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實時采集。該系統(tǒng)基于SSH架構(gòu)，涉及到數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層以及表現(xiàn)層，數(shù)據(jù)層選擇Hibernate作為ORM工具；業(yè)務(wù)層利用Spring框架形成SOA模式，同時利用Web Service接口和其他子系統(tǒng)實施連接；表現(xiàn)層基于MVC架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)前后端業(yè)務(wù)邏輯的獨立性。系統(tǒng)設(shè)置了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，把制造企業(yè)ERP以及MES系統(tǒng)實施整合，實現(xiàn)更加高效的信息傳輸與共享。

（二）計劃管理

      對于制造企業(yè)計劃管理而言，ERP進(jìn)行MRP計算獲取項目計劃，相關(guān)設(shè)計人員根據(jù)項目計劃在PLM中進(jìn)行方案設(shè)計和圖紙設(shè)計工作，隨后需要計劃工作人員根據(jù)BOM架構(gòu)以及實際產(chǎn)能、生產(chǎn)資料等相關(guān)條件，得到和企業(yè)產(chǎn)品相符合的生產(chǎn)訂單，把這一訂單信息傳輸?shù)組ES系統(tǒng)之內(nèi)。借助于對應(yīng)接口，MES系統(tǒng)能夠第一時間獲得PLM的圖紙和工藝信息，企業(yè)生產(chǎn)車間工作人員按照MES系統(tǒng)中的訂單信息來對生產(chǎn)線實施合理調(diào)整，科學(xué)確定開工時間節(jié)點，同時通過MES系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏自動進(jìn)行任務(wù)配置。對于智能制造而言，把產(chǎn)品生產(chǎn)流程和工藝路線進(jìn)行充分整合，從而得到的工單屬于MES系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，在這一前提下進(jìn)行計劃執(zhí)行以及跟蹤反饋等，把整個智能制造活動流程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一收集到系統(tǒng)之內(nèi)。依靠大數(shù)據(jù)分析把生產(chǎn)資料、技術(shù)文件以及產(chǎn)品和工位一一對應(yīng)，得到自動化計劃管理方案[3] 。工作人員能夠依靠MES系統(tǒng)中提供的BOM物料數(shù)據(jù)，工單下發(fā)后自動向相關(guān)工位匹配物料需求計劃，從而得到能夠被倉庫直接使用的物料配送清單。

（三）生產(chǎn)管理

      在實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)線不同工位對應(yīng)不同操作人員，工單計劃能夠按照人員配置數(shù)據(jù)來對不同工位作業(yè)人員提供相應(yīng)的操作任務(wù)要求，工作人員只需要登錄自己獨有的賬號便能夠查看任務(wù)詳情。結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場實際條件，調(diào)度人員能夠?qū)ιa(chǎn)任務(wù)實施合理分配，同時對任務(wù)完成狀態(tài)予以實時掌握，第一時間了解延遲或者遺漏工單。在實際執(zhí)行環(huán)節(jié)，工單依靠物料識別技術(shù)實施管控，一般來說可運用條碼系統(tǒng)，MES內(nèi)置條碼系統(tǒng)表現(xiàn)出準(zhǔn)確率高的優(yōu)勢。借助于掃碼槍對產(chǎn)品條碼進(jìn)行掃描能夠非常詳細(xì)地獲取工單信息，系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)對產(chǎn)品信息、工單狀態(tài)和作業(yè)人員的合理匹配。在工序起始階段選擇掃碼槍對重要物料條碼進(jìn)行掃描作為信號，仔細(xì)核對工序與物料信息，防止生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤。

（四）質(zhì)量管理

      質(zhì)量管理屬于智能制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也屬于協(xié)同管理體系的核心模塊之一。智能制造涉及到的生產(chǎn)工藝流程內(nèi)都配置了對應(yīng)的質(zhì)量控制點，包含了停檢、過檢以及自檢等功能，結(jié)合實際生產(chǎn)狀態(tài)自動給出合理的質(zhì)檢方案。生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)檢工作人員可以直接通過移動終端對產(chǎn)品條碼進(jìn)行掃描來獲得質(zhì)檢要求與記錄單，掃描設(shè)備條碼也能夠直接和相關(guān)計量器具進(jìn)行連接，獲取一手?jǐn)?shù)據(jù)信息。若數(shù)據(jù)錄入不達(dá)標(biāo)，則系統(tǒng)能夠自動啟動異常處理流程，把工單反饋到責(zé)任人；若持續(xù)出現(xiàn)不良工序則系統(tǒng)自動進(jìn)行報警。MES系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集分析，提供完善的統(tǒng)計報表，幫助相關(guān)人員更加全面地掌握生產(chǎn)環(huán)節(jié)中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

（五）工藝管理

      在MES系統(tǒng)內(nèi)部可以實現(xiàn)工藝流程建模，借助于物料編碼以及產(chǎn)品描述和相關(guān)產(chǎn)品直接關(guān)聯(lián)，同時關(guān)聯(lián)工序卡、工時、檢驗記錄以及物料等。工時屬于智能制造精細(xì)化管理的重要信息，也屬于生產(chǎn)計劃編制以及全流程管理的有效參考數(shù)據(jù)，若生產(chǎn)過程中柔性作業(yè)占比更大，容易出現(xiàn)工時誤差的現(xiàn)象，依托于MES系統(tǒng)對工時數(shù)據(jù)實施全面采集，對工序顆粒數(shù)實施更加精細(xì)化地分解，能夠做到對工時數(shù)據(jù)的及時采集，結(jié)合持續(xù)迭代確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)收集記錄各個工序執(zhí)行的消耗工時和預(yù)設(shè)工時的差異而形成差值報表，能夠更加科學(xué)準(zhǔn)確地掌握工作人員的實際績效[4] 。

（六）技術(shù)創(chuàng)新

      智能制造協(xié)同管理系統(tǒng)基于Web前后端獨立的開發(fā)模式，在這一基礎(chǔ)上對MES系統(tǒng)予以更新與完善，確保系統(tǒng)能夠在前端進(jìn)行大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息處理，顯著減緩了系統(tǒng)運行壓力?？蛇x擇Angular JS代碼對系統(tǒng)前端予以編寫，確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰明確，促進(jìn)其拓展性提升。由于該系統(tǒng)對html的影響有限，能夠與設(shè)計人員進(jìn)行充分溝通，把系統(tǒng)后端調(diào)整為SSH架構(gòu)，通過對象需求分析得到相關(guān)模型，利用Hibernate的DAO實現(xiàn)Java與數(shù)據(jù)庫的交互。