制造执行系统在电子装配企业中的应用

摘要：随着我国制造企业数字化转型升级的深入推进，制造执行系统(MES)作为智能造建的重要一环，在智能制造领域的应用越来越广泛。针对企业管理手段落后、效率低下的现状，提出了建设一体化生产管理系统的目标，构建出具有生产计划、生产执行和检验管理等功能模块的MES系统。H企业通过导入适用于离散型制造企业的制造执行系统，实现了生产计划管理流程自动化、生产过程数据采集及生产监控实时化、制造过程透明化，提高了业务流程效率，降低了车间运作成本。

关键词：智能制造;数字化;制造执行系统(MES);电子装配;

在《中国制造2025》中指明了工业制造的数字化、智能化要求，数字化车间、智能工厂作为智能制造重要的实践领域，已经成为我国制造企业转型升级的主攻方向。制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)是面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，它通过数字化生产过程控制，借助自动化和智能化技术手段，最终实现制造车间生产过程的透明化、制造装备的数控化和生产信息的集成化[1]。

制造执行系统(MES)的概念是在20世纪90年代提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划与车间作业现场通过执行系统联系起来。美国先进制造研究协会(Advanced Manufacturing Research,ARM)将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,它为操作人员和管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态[2]。

本文以H企业电装车间为实施案例，其生产模式为典型的离散型电子装配制造，具有品种多、批量小、产品结构复杂、工艺不成熟、生产计划复杂多变等特点。生产计划以人工管理为主，数据采集采用人工统计的传统方式，造成信息迟滞且易出错等问题。根据H企业电装车间的生产特点和实际需求，通过导入适用于离散制造车间的生产管理与数据采集系统(MES系统)，实现了生产计划管理流程自动化、生产过程数据采集及生产监控实时化、制造过程透明化，提高了业务流程效率，降低了车间运作成本，提升了生产管理水平。

1 企业管理现状

1.1 生产计划管理手段落后

H企业的生产计划编制、下达、完工反馈主要依靠手工进行，无法实现生产计划与生产现场的实时互动，造成了计划与执行之间的不同步。生产计划进度、工位产量、良品率等信息无法实时获取，需要通过召开大量的会议来部署和检查，费时费力。

1.2 生产过程数据采集实时性、可靠性差

生产过程中的数据采集主要由人工纸质记录，数据的整理统计滞后，无法实时获取和查看设备状态，难以做到及时地分析反馈，解决问题的实时性差。

1.3 物料齐套信息不准确、配送效率低

物料从来料、入库、出库配送等环节未纳入统一的生产计划信息系统管理，物料计划与生产计划脱节，经常出现物料库存情况与现场物料计划不匹配的现象，造成库存成本增加以及生产计划延误。

1.4 缺乏有效生产数据统计手段，影响管理决策

生产订单完工情况保存在操作人员个人手中，计划检查只能依靠点对点沟通，报表统计分析主要依赖EXCEL等工具，工作量大、繁琐，管理层无法快速、实时获取所需要的与生产相关的各种KPI指标，管理、决策缺乏数据支撑。

2 建设目标

针对以上问题，建设基于精益管理思想融合数字化、信息化技术，符合H企业电子通信装备生产现状的装接、装配、调试、测试一体化的生产管理系统，具备信息实时采集、分析、处理等功能，实现信息流、物流的全面贯通。达成硬件设备和工业软件之间的数据联通，为智能化车间建设打下基础，帮助企业降低成本、缩短生产周期、提高产品质量和管理水平。

2.1 生产计划合理优化

依据人力资源、设备能力、工艺路线、加工工时、产品BOM以及企业主生产计划，采用可视化的排产界面，实现工序能力资源的优化及整合，形成可执行的生产作业计划。

2.2 生产进度实时可控、车间总体生产情况实时展示

采用二维码、条码等方式实时采集现场生产过程数据，提供多种图表形式的监控看板，实现对各班组计划、质量、问题等信息全面掌握并精准决策。

2.3 生产过程质量可控、数据可追溯

根据工序的质量控制点设置，自动推送订单检验要求，记录生产过程检验质量数据，实现完备的过程质量追溯。

2.4 生产报表实时生成

根据需要配置报表，可一键生成。报表呈现计划进度、工序过程、质量检验、工时等内容，为车间领导进行量化管理及管理改进提供数据支撑。

3 MES系统设计架构

该MES系统主要由生产计划管理、生产执行管理、质量检验管理、物料管理、看板管理和基础管理等功能模块组成(如图1所示)。系统具备灵活的二次开发环境与接口，满足后续功能扩充与调整要求，促进相关生产管理模式及业务流程的持续优化。系统支持产品批量设计BOM、制造BOM导入，提供基于设计BOM的结构化工艺数据管理，包括工艺路线、工时定额、工艺资源、质量控制要求等。系统支持调用本地应用程序浏览其权限范围的各类文档，通过系统集成，技术文件可以即时发布到制造现场，实现无纸化查阅。相关人员能够依据权限查阅图纸、三维模型、工艺规程等电子文档，得以快速、全面、准确地指导生产[4,5]。主要功能模块如下所述。

3.1 生产计划管理

生产计划管理主要是车间计划管理人员接收、拆分、调整生产计划，对车间内部的生产计划进行排程。包括订单管理、工序计划分解、计划排产、派工单发布、计划调度等。

设计人员将设计BOM、图纸等上传到PDM系统，计划人员在ERP系统根据BOM结构生成订单，并将订单信息通过系统接口导入到MES,MES通过接口实时获取PDM中的图纸、生产BOM和工艺文件，MES根据工厂日历、工时定额等信息自动分解为派工单计划。在MES中以工作中心为基础把各项生产资源、技术文件、物料数据与订单绑定，派工单发布后，自动形成物料需求计划，推送到WMS中形成仓库的物料配送计划。

3.2 生产执行管理

班组长接受派工单后就进行设备齐套、人员齐套、物料齐套、工艺齐套等资源准备工作，准备完毕后，根据系统单据状态，确认启动可以投产的工单，在工单页面展示，指定工单进行启动，按工单生成相关产品唯一序列号(条码或二维码)。系统按照工作中心绑定的人员自动分配派工单到相应的操作人员，操作人员登陆个人账户查询并接收生产任务。班组长可重新把派工单指派给有资质的操作人员，并检查派工单任务状态，对延迟、遗漏工单进行处理。派工单采用条码管理，操作人员通过扫码枪扫描产品码接收派工单，系统自动进行当前产品信息、任务状态、人员的核对及匹配。通过扫描派工单条码，作为工序开始和结束的信号，系统记录派工单号、时间、数量等信息，同时系统进行工序、物料的核对，实现生产过程管控，如果是最后工序，则系统提示是否完工入库。

系统支持生产过程中问题的提出、处理、记录。支持用户自定义问题类别，支持多层级类别;问题处理流程支持自定义;支持条件设定问题详细信息及处理结果查询，确保问题处理的可追溯性。

3.3 质量检验管理

基于派工单的检验申报，系统记录派工单号、时间、报检数量等信息，支持条码扫描。根据预设的产品工艺流程，进入产品检验工序，检验工序作业人员扫码进入后，根据产品实际加工情况，进行检验项目的填写，并根据产品检验结果判断产品合格或不合格。检验中若有不符合项，检验人员定义不合格产品缺陷及相关信息后，系统启动不符合项处理流程，流程支持自定义，并自动下推至维修工序。针对需操作者自检的情况，支持自检检验参数及检验结果的记录。

3.4 物料管理

系统基于制造BOM生成订单的备料计划;系统支持备料计划的推送、接收;系统支持车间库房、线边仓定义以及库房物料的接收和发出记录;系统支持班组物料接收和发出的记录及确认;系统支持交货、退货管理等。

3.5 看板管理

通过看板管理模块中的看板预览功能可实现看板预览展示，还可以添加各类看板。如车间的整体综合信息、计划、质量、问题等，可以通过看板定时滚动播放。同时使用看板中控中心的功能可实现看板切换、远程控制，实时显示每个订单的状态及项目生产执行情况，包括项目名称、产品名称、开工数量、成品数量、完工率、缺陷数量等。统计报表支持Excel等方式导出。

3.6 基础管理

基础资源管理模块包括组织管理、权限管理、人员管理、设备管理、日志管理等。对部门、逻辑组织、用户组、岗位等进行设置和维护管理，可对角色岗位列表增加、删除、查询、重置，对使用人员的操作权限和数据权限进行分配和管理。

设备管理对车间设备从档案、运行、检查、故障报警、维修等整个生命周期进行无缝管理，实现对设备的运转状况、设备综合效能(OEE)、设备可靠性等进行全面分析和管理。系统根据设备状态采集的开放程度，提供人工录入、自动读取的方式监测设备的运行、故障、维修状态。推送设备的维修保养周期计划，定时生成设备维修保养清单，记录设备维修保养内容，并能按照设定的条件追溯设备维修记录。

日志管理对系统登录、数据库操作、业务模块操作、非法操作告警等关键操作、系统软硬件及组件运行进行记录。

基础资源管理模块支持Excel数据导入、导出。

4 实施成效

H企业导入MES后，实现了从计划编制、任务分配、完工报备、检验入库等全过程的信息化管理，优化了生产现场组织管理，提高了企业整体生产效率和交付准确率。

4.1 计划管理流程自动化，车间生产计划安排有序合理，效率明显提升

订单生成、物料齐套和计划安排由系统自动实现，可以提前比对库存信息与生产需求，及时调整采购计划，确保生产备料齐全，提升了物料计划与生产计划的协同性，提升了车间工序间生产连续性、协同性，提升了订单准确率及生产效率。

4.2 降低物料成本，提高资金周转率

通过精益管理理念推动，根据物料齐套情况启动生产任务，降低物料周转库存，降低资金占用成本。物料从来料、入库、出库配送等环节纳入统一的生产计划信息系统进行管理，保证了物料配送和投料的准确性，避免错料带来的质量问题，减少原材料浪费。

4.3 能实时采集生产过程数据，实现生产过程可控、可追溯

及时、准确地采集生产过程的任务完工情况、检验数据、设备状况等，相关人员能够实时掌握生产进度，能够快速、准确地发现和确认生产中的薄弱环节,并做出快速响应处理，从而有效提升生产计划执行率，提高企业的生产效益。

4.4 灵活的生产信息统计与分析报表展示功能

提供诸如产品及零部件生产数量统计、生产状况报告、生产工时统计、材料成本统计、质量问题统计等，提高了生产管理可视化和实时性，能实时监控车间生产状况，实现对生产现场产品的质量快速追踪、实时进度查询、实时发现现场问题等，使生产管理更加透明化，为管理决策提供数据支撑。

5 结语

MES在制造企业数字化转型中具有举足轻重的地位，是企业资源计划系统和设备控制系统之间的桥梁和纽带，对于提高生产管理的效率和减少运营成本有着非常重要的作用。H企业通过实施制造执行系统(MES)，实现了生产过程全流程的信息化管理，实现了高度协同、信息共享、实时监控的数字化生产线。在项目实施过程中，公司员工深入参与生产流程梳理与优化以及MES功能测试、试用，熟悉并掌握了精益管理理念及数字化工具，为公司进一步开展智能制造转型升级奠定了坚实的基础。MES的实施是一个持续改进的过程，后期需在系统自身适应性及与其它系统集成融合方面不断迭代完善。

参考文献

[1] 谭建荣，刘振宇.智能制造：关键技术与企业应用[M].北京：机械工业出版社，2017.

[2] 陈明，梁乃明.智能制造之路：数字化工厂[M].北京：机械工业出版社，2016.

[3] 李东，张相木，赵波，等.智能制造系统解决方案案例集[M].北京：电子工业出版社，2019.

[4] 黄培.MES选型与实施指南[M].北京：机械工业出版社，2020.

[5] 柯裕根，雷纳尔·戴森罗特.HYDRA制造执行系统指南：完美的MES解决方案[M].沈斌，王家海，译.北京：电子工业出版社，2017.