0 引言

    ××炮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中關(guān)重零部件的工藝復(fù)雜、生產(chǎn)要求高、加工難度大，而目前工廠對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的管理還是傳統(tǒng)的人工方式，存在著生產(chǎn)調(diào)度難度大、過(guò)程控制不及時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)管理效率低、生產(chǎn)進(jìn)度延期等問(wèn)題。隨著產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)急劇增加，生產(chǎn)任務(wù)朝著快速響應(yīng)、小批量、變品種的方向發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)管理提出了快速、準(zhǔn)確、高效的精益生產(chǎn)管理要求。

    因此，筆者依據(jù)國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ISA-S95，在對(duì)現(xiàn)有制造過(guò)程管理控制模式進(jìn)行規(guī)范和優(yōu)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合工廠正在實(shí)施的精益生產(chǎn)管理模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用目前主流的面向服務(wù)的軟件架構(gòu)體系和J2EE 技術(shù)，定制開(kāi)發(fā)了××炮廠制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)××炮關(guān)重零部件生產(chǎn)過(guò)程及先進(jìn)的精益生產(chǎn)管理模式定制的，為××炮產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程管理提供了協(xié)同化的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工廠產(chǎn)品制造執(zhí)行過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和規(guī)范化管理，增加了制造執(zhí)行過(guò)程的透明度，便于管理人員及時(shí)掌握生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行情況及準(zhǔn)確、迅速進(jìn)行決策指揮。

1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

    該 MES 系統(tǒng)針對(duì)××炮關(guān)重零部件的生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造執(zhí)行與生產(chǎn)資源管理控制等各個(gè)環(huán)節(jié)信息的高度集成和充分共享，按工廠精益生產(chǎn)的管理模式進(jìn)行流程的定制和信息的組織，在相關(guān)部門(mén)間建立起生產(chǎn)任務(wù)協(xié)同執(zhí)行平臺(tái)。

    系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將需要實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能劃分成功能獨(dú)立、接口標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊。各功能模塊通過(guò)統(tǒng)一的軟件框架集成為一體化的軟件系統(tǒng)。MES 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 MES 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)

    每個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)特定的管理業(yè)務(wù)，模塊間的信息交互體現(xiàn)了實(shí)際生產(chǎn)中的業(yè)務(wù)流程。生產(chǎn)計(jì)劃驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)準(zhǔn)備(包括物料、工藝、工具等），生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)從物料出庫(kù)、建卡、開(kāi)工到工件加工完成整個(gè)過(guò)程的信息采集和管理。其余的功能模塊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程需要的資源條件管理和生產(chǎn)過(guò)程采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析、查詢。個(gè)人工作臺(tái)和觸摸屏工作臺(tái)是系統(tǒng)的2 個(gè)主要功能集成界面，提供不同的界面形式實(shí)現(xiàn)功能模塊的集成，方便不同用戶對(duì)系統(tǒng)功能的操作。該炮廠MES 系統(tǒng)功能模塊間的信息交互流程如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊信息交互流程

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

    該炮廠MES 系統(tǒng)依據(jù)平臺(tái)化的設(shè)計(jì)原則，采用面向服務(wù)、組件化、面向?qū)ο蠛投鄬蛹軜?gòu)等技術(shù)構(gòu)建基于SOA 架構(gòu)上的增量迭代系統(tǒng)，同時(shí)采用B/S 模式，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和客戶端界面的分離，保證了系統(tǒng)的擴(kuò)展性、高維護(hù)性和可復(fù)用性，以便適應(yīng)企業(yè)不斷變化的需求而做出快速響應(yīng)。整個(gè)系統(tǒng)采用層次化的軟件體系結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 MES 系統(tǒng)體系層次結(jié)構(gòu)

    圖 3 中，底層是系統(tǒng)的運(yùn)行支撐環(huán)境，包括網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。左右兩邊是系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安全管理與控制體系，中間部分為MES 系統(tǒng)的體系層次結(jié)構(gòu)。每層說(shuō)明如下：

    數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)業(yè)務(wù)需要的數(shù)據(jù)實(shí)體，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)。不同類(lèi)別的數(shù)據(jù)實(shí)體構(gòu)成不同邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類(lèi)存放。同時(shí)建立與PDM 等第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

    數(shù)據(jù)交換層：實(shí)現(xiàn)不同格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交互。封裝面向數(shù)據(jù)庫(kù)的連接與操作，使模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)之間不用直接交互，保證了模塊的可重構(gòu)性。

    應(yīng)用支撐層：提供應(yīng)用層模塊需要的通用構(gòu)件、保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)構(gòu)件以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)化的相關(guān)模塊，保證了系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性。

    應(yīng)用層：依據(jù)具體的業(yè)務(wù)功能，定制開(kāi)發(fā)的軟件模塊。模塊基于基礎(chǔ)構(gòu)件快速開(kāi)發(fā)，接口標(biāo)準(zhǔn)，能很方便地集成進(jìn)系統(tǒng)框架，保證了系統(tǒng)的可定制性和可擴(kuò)展性。

    展現(xiàn)層：將系統(tǒng)的功能模塊按不同的使用需求進(jìn)行直觀展現(xiàn)，展現(xiàn)的形式與使用的用戶群、使用的硬件環(huán)境、使用的習(xí)慣有關(guān)。展現(xiàn)界面可以快速定制。

    用戶層：針對(duì)不同的用戶，賦予不同的角色，具有不同的權(quán)限，可以使用不同的功能。充分保證了使用的方便性和信息的安全性。

3 系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)

    1) 系統(tǒng)軟件架構(gòu)。

    圖 4 采用J2EE 技術(shù)開(kāi)發(fā)三層B/S 系統(tǒng)軟件架構(gòu)在開(kāi)發(fā)三層B/S 架構(gòu)的軟件系統(tǒng)技術(shù)中，J2EE技術(shù)在應(yīng)用前景和應(yīng)用廣泛性上都是最好的。該炮廠MES 選用J2EE 技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。其架構(gòu)如圖4。

圖4 采用J2EE技術(shù)開(kāi)發(fā)三層B/S系統(tǒng)軟件架構(gòu)

    SQLServer2008 是以高級(jí)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL)為基礎(chǔ)的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，是目前最流行的數(shù)據(jù)庫(kù)之一。同時(shí)SQLServer2008 提供了高級(jí)安全性解決方案，保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性；因此，數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)選用MS SQLServer2008 數(shù)據(jù)庫(kù)。

    2) 系統(tǒng)硬件架構(gòu)。

    該炮廠MES 系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)集中管理、分布式應(yīng)用的三層B/S 系統(tǒng)架構(gòu)模式，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用集中部署在總廠技術(shù)處的機(jī)房，各個(gè)分廠的計(jì)算機(jī)通過(guò)集團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)頁(yè)的形式訪問(wèn)MES 系統(tǒng)。系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 MES 系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    在每個(gè)工廠內(nèi)部包括計(jì)算機(jī)、觸摸屏、掃描槍、交換機(jī)等硬件設(shè)備。硬件架構(gòu)如圖6 所示。

圖6 工廠MES 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

4 系統(tǒng)作用及實(shí)施效果分析

    該炮廠MES 系統(tǒng)為企業(yè)建立起了規(guī)范的生產(chǎn)過(guò)程信息管理平臺(tái)，使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制層與管理層之間的信息互聯(lián)互通，提高了生產(chǎn)管理的效率，促進(jìn)了精益生產(chǎn)管理的推行。通過(guò)MES 系統(tǒng)的成功實(shí)施應(yīng)用，證明系統(tǒng)具有以下作用和效果。

    1) 生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃同步生成，促進(jìn)生產(chǎn)準(zhǔn)備全面及時(shí)執(zhí)行。

    生產(chǎn)準(zhǔn)備情況關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程中是否需要停頓、等待的問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性有重要影響。在實(shí)施系統(tǒng)前，生產(chǎn)準(zhǔn)備情況通常只能靠人員電話或跑各部門(mén)進(jìn)行了解，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難全面及時(shí)。

    MES 系統(tǒng)以生產(chǎn)計(jì)劃為驅(qū)動(dòng)模型，全面推進(jìn)工廠生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。當(dāng)分廠計(jì)調(diào)人員編制的月生產(chǎn)計(jì)劃經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)審批后，MES 系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)月生產(chǎn)計(jì)劃生成生產(chǎn)準(zhǔn)備信息內(nèi)容，發(fā)布月生產(chǎn)計(jì)劃的同時(shí)發(fā)布生產(chǎn)準(zhǔn)備計(jì)劃給相關(guān)部門(mén)。在計(jì)劃執(zhí)行前可以隨時(shí)檢查生產(chǎn)資源準(zhǔn)備情況，以保證生產(chǎn)開(kāi)始時(shí)及時(shí)可用。

    2) 生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)及時(shí)采集和統(tǒng)計(jì)報(bào)表自動(dòng)生成，便于精確掌控生產(chǎn)過(guò)程。

    在系統(tǒng)實(shí)施前，生產(chǎn)過(guò)程的管理存在“黑箱”問(wèn)題，如分廠到底生產(chǎn)了什么、生產(chǎn)了多少、如何生產(chǎn)的、生產(chǎn)品質(zhì)怎么樣等。這些信息的獲取，只能通過(guò)人員填寫(xiě)的報(bào)表反饋，或是電話匯報(bào)，信息獲取非常不及時(shí)，導(dǎo)致分廠的管理層不能及時(shí)有效地下達(dá)管理指令，制約了管理措施的有效實(shí)施。該炮廠MES 系統(tǒng)通過(guò)工人生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)掃描數(shù)據(jù)，收集工廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以過(guò)程數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)過(guò)程統(tǒng)計(jì)報(bào)表、情況分析報(bào)表的自動(dòng)生成，為分廠領(lǐng)導(dǎo)精確掌握分廠的生產(chǎn)進(jìn)度、任務(wù)達(dá)成度、產(chǎn)品品質(zhì)等生產(chǎn)過(guò)程狀況并作出科學(xué)決策提供依據(jù)。

    3) 各類(lèi)電子看板直觀顯示， 保障順利推進(jìn)生產(chǎn)。

    在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)圖紙、工藝文件、隨同卡等文件資料是隨著工件一起在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)進(jìn)行流轉(zhuǎn)。在開(kāi)始加工工件前，需要人工查找、翻閱加工相關(guān)的配套資料，費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下。實(shí)施MES 系統(tǒng)后，由于系統(tǒng)提供了一種信息集中共享的手段——電子看板。加工過(guò)程中的工藝、物料、進(jìn)度等相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)處理、分析，整理成適合看板顯示的信息格式進(jìn)行展示�？窗宸N類(lèi)包括生產(chǎn)進(jìn)度看板、工藝看板、工具看板、物料看板、設(shè)備負(fù)荷看板、質(zhì)量看板等。電子看板通過(guò)觸摸屏、車(chē)間的大屏幕顯示終端等進(jìn)行顯示，加工人員能方便地查詢需要的加工工藝、零件設(shè)計(jì)圖、物料、工裝、工具、加工進(jìn)度等信息。這種方式克服了傳統(tǒng)人工管理查詢生產(chǎn)資料的弊端，大大提高了查詢效率，使工件的生產(chǎn)順利推進(jìn)。

    4) 生產(chǎn)異常及時(shí)采集、主動(dòng)上報(bào)，有助于異常的及時(shí)有效處置。

    生產(chǎn)中的異常情況嚴(yán)重影響生產(chǎn)的進(jìn)度和質(zhì)量。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)管理人員不能及時(shí)掌握生產(chǎn)異常，待生產(chǎn)拖期或生產(chǎn)報(bào)廢情況出現(xiàn)，造成重大損失時(shí)，再對(duì)異常情況進(jìn)行追查，但往往于事無(wú)補(bǔ)。MES 系統(tǒng)實(shí)施后，建立了閉環(huán)的異常匯報(bào)處置機(jī)制，提供了順暢的通道�，F(xiàn)場(chǎng)人員可以將異常情況(設(shè)備故障異常、生產(chǎn)質(zhì)檢廢品異常、自定義異常等)輸入系統(tǒng)，啟動(dòng)異常處置流程，系統(tǒng)的流程引擎自動(dòng)將異常情況推送到處理人員的桌面上，并以明顯的方式主動(dòng)提醒。這樣便于及時(shí)處理異常，快速恢復(fù)生產(chǎn)，保證了生產(chǎn)任務(wù)的順利執(zhí)行。

    5) 數(shù)控設(shè)備加工實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化管理，有效提升數(shù)控設(shè)備的利用率。

    數(shù)控設(shè)備是產(chǎn)品加工過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)了各零件關(guān)鍵工序的加工任務(wù)。提高數(shù)控設(shè)備的利用率，能有效縮短零件的加工周期。在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控設(shè)備的任務(wù)處于加工的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，任務(wù)臨時(shí)性強(qiáng)、生產(chǎn)準(zhǔn)備復(fù)雜、調(diào)度管理難度大。MES 系統(tǒng)實(shí)施后，在DNC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)管理的全數(shù)字化。由于每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏和條碼掃描設(shè)備及時(shí)方便地輸入系統(tǒng)中，因此數(shù)控設(shè)備能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的及時(shí)獲取，系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)備的加工能力安排設(shè)備當(dāng)天的加工任務(wù)。加工需要的NC 程序能在線傳輸?shù)綑C(jī)床，加工工藝及三維立體圖能通過(guò)觸摸屏及時(shí)在線查看，加工工具及物料需求能與生產(chǎn)任務(wù)一起編制，并下發(fā)到相關(guān)部門(mén)同步準(zhǔn)備，這樣減少了加工準(zhǔn)備時(shí)間和設(shè)備的等待時(shí)間。加工完成后，工廠MES 系統(tǒng)能在線實(shí)時(shí)采集完工信息，便于管理人員根據(jù)設(shè)備情況靈活進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度安排，盡量減少設(shè)備的空閑時(shí)間。以上措施有效提高了數(shù)控機(jī)床利用率。

    6) 產(chǎn)品加工數(shù)據(jù)歸檔管理，有利于產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的全程追溯。

    產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)包括加工人員、設(shè)備、物料、工具、工藝數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等，由于××炮零件品種繁多、工藝復(fù)雜，因此過(guò)程數(shù)據(jù)量大，存在海量數(shù)據(jù)的管理、檢索問(wèn)題。人工管理時(shí)，所有數(shù)據(jù)均記錄在紙質(zhì)的單據(jù)或零散的辦公文檔中，不便于管理、檢索，產(chǎn)品加工過(guò)程追溯更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。MES系統(tǒng)對(duì)海量的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)歸檔管理，提供強(qiáng)大的生產(chǎn)過(guò)程追溯功能，可重現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程情況，使相關(guān)人員能非常清楚地了解產(chǎn)品的原材料是什么時(shí)間提供的，接收人是誰(shuí)，檢驗(yàn)的參數(shù)，產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的時(shí)間、技術(shù)參數(shù)、操作人員、加工設(shè)備、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)等信息。根據(jù)這些信息，可以綜合分析產(chǎn)品的加工效率、加工質(zhì)量、加工成本等問(wèn)題，以便在后續(xù)批次的生產(chǎn)中進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

    筆者采用了先進(jìn)的面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)和J2EE 開(kāi)發(fā)技術(shù)，構(gòu)建了體系開(kāi)放、功能可配置、模塊可定制的MES 平臺(tái)系統(tǒng)。該炮廠MES 系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用到××炮產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程管理中，并取得了良好的效果。同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中建立了一套完善的建設(shè)規(guī)范，能很好地指導(dǎo)新系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)施，非常適合在生產(chǎn)模式類(lèi)似的企業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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本文標(biāo)題：基于精益生產(chǎn)管理的炮廠MES/ERP系統(tǒng)

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