生產(chǎn)車間生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)想

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摘要：該文以生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)為設(shè)計對象，以制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)為核心理念，對生產(chǎn)管理信息化提出具體的實現(xiàn)方案，可以更好解決生產(chǎn)問題，避免計劃趕不上變化，導(dǎo)致產(chǎn)量不能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)車間的現(xiàn)場調(diào)度、生產(chǎn)過程控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，并對生產(chǎn)過程中的一些非常規(guī)信息進(jìn)行管控，提高車間生產(chǎn)的效率。提高了生產(chǎn)管理效率，降低了備件庫存和運行成本，實現(xiàn)精益化管理，并建立起企業(yè)的自動化機(jī)器人生產(chǎn)知識庫，可以為企業(yè)的相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)；制造執(zhí)行系統(tǒng)；生產(chǎn)車間

1引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和銷售開始向全球化趨勢發(fā)展，消費者對產(chǎn)品的需求向個性化、多元化發(fā)展，使工業(yè)企業(yè)之間的競爭更加激烈。為了提供整體市場競爭力，工業(yè)企業(yè)迫切需要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品綜合質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)運營成本，這就對工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)提出了更高的要求。自動化生產(chǎn)設(shè)備具有更強(qiáng)的系統(tǒng)特性，因此，要求更先進(jìn)的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)管理。全面掌握企業(yè)范圍內(nèi)實時的生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況及其成本，提高自動化設(shè)備利用率和回報率，可以更好地進(jìn)行車間生產(chǎn)。

2相關(guān)技術(shù)概述

2.1MES

MES系統(tǒng)是用于管理制造企業(yè)中的車間的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，MES系統(tǒng)的作用是充當(dāng)管理決策層和過程控制層之間的橋梁。一方面，MES負(fù)責(zé)向自動化生產(chǎn)設(shè)備的PLC（可編輯邏輯控制器）模塊發(fā)送指令，另一方面向企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)匯報生產(chǎn)情況進(jìn)行財務(wù)核算。MES將現(xiàn)場生產(chǎn)情況反饋給管理決策層，管理和決策層可以通過MES系統(tǒng)了解計劃和產(chǎn)能及生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)周期。

2.2物聯(lián)網(wǎng)

在1999年，麻省理工學(xué)院的自動識別中心基于計算機(jī)In⁃ternet預(yù)先定義了“物聯(lián)網(wǎng)”，它使用RFID、無線數(shù)據(jù)通信和其他技術(shù)來構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)涵蓋世界各地的所有區(qū)域以自動識別物品，并實現(xiàn)信息的互聯(lián)和共享。物聯(lián)網(wǎng)將在未來成為互聯(lián)網(wǎng)的組成部分，是一種動態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有基于特定標(biāo)準(zhǔn)和可互操作的通信協(xié)議的自配置功能。文中論述的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)底層就是應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)的概念與各個自動化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與通信。

3系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)總體框架設(shè)計

生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)基于MES管理方法，全面覆蓋自動化生產(chǎn)設(shè)備，如：焊接機(jī)器人操作，噴涂機(jī)器人等，淋雨機(jī)器人等，過程中的各種運行數(shù)據(jù)，并向用戶實時顯示直觀的三維數(shù)據(jù)，有效監(jiān)控工作，達(dá)到確保安全生產(chǎn)的目的，并提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)總體構(gòu)架由五層構(gòu)成：設(shè)備層、采集層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層以及應(yīng)用層。設(shè)備層是對自動化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行排序，并顯示設(shè)備狀態(tài)與各種實時參數(shù)。采集層通過采集服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等分布式數(shù)據(jù)，完善整體的通信設(shè)備。數(shù)據(jù)層主要記錄焊機(jī)的工作狀態(tài)，其中就包括報警狀態(tài)。業(yè)務(wù)層主要有承上啟下的作用。應(yīng)用層主要對各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢、監(jiān)控等操作，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，這樣方便網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和監(jiān)控，當(dāng)某一節(jié)點出現(xiàn)問題時，會及時發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接便于系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。

3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)據(jù)庫設(shè)計占據(jù)重要地位，數(shù)據(jù)庫必須保證數(shù)據(jù)的一致性、安全性等，根據(jù)本文中生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況，生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)采用了SQLServer2005作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。根據(jù)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系，在對生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，為了方便數(shù)據(jù)的跨表查詢，本數(shù)據(jù)庫還設(shè)計了相應(yīng)的視圖。

3.3系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3.1監(jiān)控模塊設(shè)計監(jiān)控模塊主要是針對設(shè)備狀況、生產(chǎn)流程兩個方面進(jìn)行設(shè)計，設(shè)備狀況監(jiān)控是通過系統(tǒng)控制層的終端進(jìn)行通信，對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)控，在監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)問題時，還能自動報警功能。生產(chǎn)流程監(jiān)控主要是對生產(chǎn)系統(tǒng)中的加工進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控，能夠確保生產(chǎn)系統(tǒng)能夠順利運行。

3.3.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊設(shè)計數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊主要是對生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行設(shè)計，其中就包括焊機(jī)利用率、加權(quán)誤期任務(wù)數(shù)等。根據(jù)指定的時間，對相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，如Pareto圖分析等。在進(jìn)行長期統(tǒng)計分析時，可以通過管理層統(tǒng)計系統(tǒng)查詢統(tǒng)計結(jié)果。在進(jìn)行短期統(tǒng)計分析時，將實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為統(tǒng)計源，進(jìn)行在線分析，這樣可以確定生產(chǎn)限額，保證在線生產(chǎn)質(zhì)量。

3.3.3生產(chǎn)信息管理設(shè)計生產(chǎn)信息管理模塊一共有四個子模塊，分別是訂單管理、材料管理、生產(chǎn)管理、設(shè)備狀態(tài)管理，通過實時數(shù)據(jù)庫對各個子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對車間的相關(guān)信息進(jìn)行增加、查詢、刪除等各項操作，滿足各個子模塊在管理功能中的操作。

3.3.4作業(yè)調(diào)度管理設(shè)計作業(yè)調(diào)度模塊主要是對生產(chǎn)車間進(jìn)行調(diào)度，應(yīng)用啟發(fā)式算法，對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行實時動態(tài)管控，進(jìn)而自動對車間的生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度；在一些特定的情況下，車間調(diào)度員根據(jù)自身情況，以及多年的工作經(jīng)驗，合理的安排生產(chǎn)調(diào)度，并通過制定調(diào)度規(guī)則，了解生產(chǎn)車間的各個工序，分析以后，再合理安排生產(chǎn)。

4系統(tǒng)的構(gòu)想與實現(xiàn)

下面是生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。1）技術(shù)平臺：微軟的.NET框架。2）信息服務(wù)器：InternetInformationService6.0。3）開發(fā)語言：ASP.NET4.0技術(shù)框架，實現(xiàn)語言完全采用C#語言。4）數(shù)據(jù)庫：SQLServer2005。5）服務(wù)器操作系統(tǒng)：采用WindowsServer2012服務(wù)器操作系統(tǒng)。6）終端PC系統(tǒng)：采用Win7操作系統(tǒng)。

4.1系統(tǒng)登錄實現(xiàn)

系統(tǒng)登錄界面是為初始界面，在用戶進(jìn)入系統(tǒng)以后，要就通過登錄界面實現(xiàn)登錄，生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)登錄界面如圖1所示。

4.2系統(tǒng)管理實現(xiàn)

4.2.1機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)管理實現(xiàn)搭建合理的組織結(jié)構(gòu)，可以提升管理效率和責(zé)任到人，更好的監(jiān)控設(shè)備，根據(jù)編碼分級進(jìn)行管理的。圖2為組織機(jī)構(gòu)界面示意圖。不同的組織機(jī)構(gòu)會影響該用戶所能看到的設(shè)備等信息內(nèi)容，系統(tǒng)中默認(rèn)情況下某一用戶可以看到其所屬組織機(jī)構(gòu)使用或擁有的設(shè)備或其所屬組織機(jī)構(gòu)下級的機(jī)構(gòu)或部門的設(shè)備。

4.2.2生產(chǎn)管理系統(tǒng)與ERP等管理系統(tǒng)的通信流程生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（MES）在整個生產(chǎn)過程中起到?jīng)Q定性作用，把生產(chǎn)機(jī)器人管理起來是MES的使命。下面論述一個成品從零到一生產(chǎn)的過程：1）制定項目計劃，根據(jù)項目計劃分解出月度計劃。2）使用PLM系統(tǒng)（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)），做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，包括項目架構(gòu)搭建，物料號的創(chuàng)建，物料清單的搭建，工藝路線的搭建。并把這些數(shù)據(jù)通過接口傳到ERP系統(tǒng)。3）ERP系統(tǒng)（企業(yè)資源計劃系統(tǒng)）接收完P(guān)LM系統(tǒng)數(shù)據(jù)確認(rèn)無誤后，就執(zhí)行MRP（物料需求計劃）運算。4）運行MRP后，采購根據(jù)MRP運算結(jié)果進(jìn)行創(chuàng)建采購訂單。5）生產(chǎn)調(diào)度根據(jù)實情況，把計劃訂單轉(zhuǎn)成生產(chǎn)工單。6）ERP會把新的生產(chǎn)訂單下達(dá)到MES里面。把整個工單的任務(wù)交給MES去完成。7）MES接到改任務(wù)后根據(jù)ERP生產(chǎn)訂單的開始結(jié)束時間，進(jìn)行三日計劃排產(chǎn)。8）MES把三日計劃下發(fā)到WMS（倉庫管理系統(tǒng)）進(jìn)行備料與配送9）物料配送到位后，MES向機(jī)器人發(fā)送指令。機(jī)器人記錄開始生產(chǎn)時間，完工后機(jī)器人向MES發(fā)送完工指令。MES記錄機(jī)器機(jī)器人工作的開始時間，結(jié)束時間，消耗物料的種類和數(shù)量，產(chǎn)生品的質(zhì)量等數(shù)據(jù)。10）統(tǒng)計分析，MES有各種豐富的生產(chǎn)報表。如產(chǎn)能報表，生產(chǎn)兌現(xiàn)率報表，計劃兌現(xiàn)率報表，生產(chǎn)設(shè)備耗能報表，生產(chǎn)設(shè)定保小修報表等。

4.2.3MES與生產(chǎn)設(shè)備的通信生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（MES）最核心功能是監(jiān)控生產(chǎn)機(jī)器，下達(dá)生產(chǎn)指令讓機(jī)器完成生產(chǎn)任務(wù)，這就需要MES跟生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行對話通信。現(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)備一般都具有可編程的PLC控制模塊，MES可通過接口對設(shè)備PLC模塊下達(dá)指令，在完成某一項自動化生產(chǎn)的過程中，MES需要和PLC進(jìn)行11次數(shù)據(jù)通信。生產(chǎn)管理系統(tǒng)向生產(chǎn)設(shè)備發(fā)送生產(chǎn)指令，生產(chǎn)設(shè)備根據(jù)要求進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)完成后，把開始時間、結(jié)束時間、成品ID發(fā)送到生產(chǎn)管理系統(tǒng)。生產(chǎn)管理系統(tǒng)把這些重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，并定時向ERP匯報產(chǎn)量和庫存。

5結(jié)論

生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)是利用信息化的手段對車間生產(chǎn)設(shè)備管理的全生命周期進(jìn)行管理，從而達(dá)到提高管理效率、降低備件庫存、實現(xiàn)精益化管理和建立企業(yè)維修知識庫的目標(biāo)。本文在MES系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，充分考慮到系統(tǒng)與ERP等各個管理系統(tǒng)關(guān)系、生產(chǎn)設(shè)備PLC的通信。通過本文中的系統(tǒng)設(shè)計及與外部系統(tǒng)的協(xié)同運作，一定會提高對車間生產(chǎn)設(shè)備的管控并降低了很多人為的操作錯誤，提高效率更便于管理，讓車間生產(chǎn)達(dá)到預(yù)期要求。

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作者：游健平 單位：中車廣東軌道交通車輛有限公司