中煤科工集團(tuán)西安研究院鉆探技術(shù)研究所，是一家以煤礦井下坑道鉆機(jī)生產(chǎn)、研制為主，集生產(chǎn)科研于一體的科研院所。其生產(chǎn)車間的特點(diǎn)，是典型的離散型、多品種小批量和科研試制混合的生產(chǎn)模式。隨著企業(yè)信息化建設(shè)的不斷進(jìn)步，研究所先后建立起了ERP系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)，但生產(chǎn)過程管理方面的信息化建設(shè)，仍處于起步階段。目前生產(chǎn)過程管理，主要是以人工管理、紙質(zhì)記錄、配合excel輔助統(tǒng)計的方式進(jìn)行，是一種典型的全手工作業(yè)管理模式。這種管理模式在生產(chǎn)中存在許多的問題與不便，如調(diào)度方式落后、生產(chǎn)進(jìn)度反饋不及時、生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法共享、成本工時等信息統(tǒng)計不便等。

    為提高車間整個業(yè)務(wù)流程的自動化程度，迫切需要建立應(yīng)用于車間生產(chǎn)管理的軟件系統(tǒng)。

1 制造執(zhí)行系統(tǒng)的管理模式

    上個世紀(jì)90年代初期，美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（AMR）通過對大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：完善的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，普遍由以下3種軟件構(gòu)成：以ERP、MRPⅡ?yàn)榇�表的企業(yè)管理軟件，以SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視）、HMI(Human Machine Interface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件，以及實(shí)現(xiàn)操作過程自動化、支持企業(yè)全面集成的制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）。

    MES系統(tǒng)現(xiàn)已在工業(yè)界獲得廣泛的推廣應(yīng)用，成為實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化和企業(yè)自動化的重要支撐技術(shù)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR提出的三層的企業(yè)集成模型如圖1所示。

圖1 AMR三層企業(yè)集成模型

    制造執(zhí)行系統(tǒng)本質(zhì)上是介于企業(yè)資源計劃（EntERPrise Resource Planning，ERP）和車間自動控制之間的面向制造過程的集成的車間生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)。

    作為上一層——計劃層的ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對整個供應(yīng)鏈資源的管理和計劃的下達(dá)，包括庫存管理、物資需求與計劃、采購合同的制定及完成情況跟蹤、出入庫管理、訂單的制定、生產(chǎn)計劃的生成與分解等等；作為底層——控制層，由一線操作人員使用，完成數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控等生產(chǎn)過程監(jiān)控工作；

    處于中間層——執(zhí)行層的MES系統(tǒng)，是生產(chǎn)計劃的具體執(zhí)行者，也是生產(chǎn)信息的反饋者，是企業(yè)整個管理系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)。

    系統(tǒng)對從生產(chǎn)計劃下達(dá)到完成入庫的整個生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，實(shí)時采集、反饋準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息，對管理者進(jìn)行指導(dǎo)和管理提供依據(jù)。

    本文的目的，即是研究適合本企業(yè)車間生產(chǎn)管理模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)。

2 MES系統(tǒng)的功能模塊劃分

    根據(jù)本企業(yè)的具體需求及計劃層——ERP系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)的功能，可將MES系統(tǒng)的功能，抽象為完成制造任務(wù)這一活動，主要內(nèi)容包括過程管理、工時管理、生產(chǎn)人員管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與檢索、設(shè)備管理、不合格品管理等。人員、設(shè)備及不合格品管理，囊括在系統(tǒng)基本信息中，以下就過程管理、工時管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與檢索3個關(guān)鍵模塊做詳細(xì)說明。

    2.1 過程管理

    這其中核心和最復(fù)雜的是過程管理，根據(jù)實(shí)際作業(yè)流程抽象出的整機(jī)生產(chǎn)過程如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)過程控制流程

    由圖2 可見，ERP系統(tǒng)依據(jù)訂單情況（包括已有訂單和銷售預(yù)期）以及物料準(zhǔn)備情況，生成月度生產(chǎn)計劃，車間MES系統(tǒng)根據(jù)月度生產(chǎn)計劃制定周生產(chǎn)計劃和日生產(chǎn)計劃。

    計劃排定后，新建整機(jī)派工單并進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，經(jīng)過裝配、調(diào)試、空載檢驗(yàn)、出廠檢驗(yàn)、噴漆、外觀檢驗(yàn)、入庫等環(huán)節(jié)后，完成一個產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。

    每個環(huán)節(jié)中相應(yīng)角色的工作人員，記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并反饋到生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與檢索模塊。生產(chǎn)過程管理中應(yīng)重點(diǎn)解決以下問題：

    （1）生產(chǎn)計劃制定的靈活性。結(jié)合科研單位科研試制產(chǎn)品較多的情況，生產(chǎn)計劃應(yīng)具有一定的靈活性，根據(jù)實(shí)際情況可隨時變更生產(chǎn)計劃，以適應(yīng)突發(fā)情況和需求的臨時變化。

    （2）各種角色的權(quán)限管理。車間生產(chǎn)的流程，需要遵守嚴(yán)格的規(guī)章制度，各環(huán)節(jié)的規(guī)章制度由相應(yīng)角色的工作人員來完成和保證，因此軟件需嚴(yán)格管理各種角色的使用權(quán)限，以明確責(zé)任歸屬。

    （3）系統(tǒng)資源調(diào)配可調(diào)整。隨著生產(chǎn)規(guī)模和管理方式的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的管理模式尤其是生產(chǎn)流程，很有可能會發(fā)生變化，軟件應(yīng)充分考慮這種變化的需求，可在后期仍可對系統(tǒng)資源的調(diào)配進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展需求。

    2.2 工時管理

    工時單是根據(jù)車間日生產(chǎn)計劃下達(dá)具體的工作指令，并根據(jù)定額工時記錄工作人員的工作量�？蛇M(jìn)一步分解為：調(diào)配人員、安排資源和執(zhí)行工時單這3個子活動。

    （1）調(diào)配人員。根據(jù)日生產(chǎn)計劃、裝配、調(diào)試、檢驗(yàn)等人員的任務(wù)安排情況，調(diào)配人員進(jìn)行派工。

    （2）安排資源。根據(jù)車間裝配調(diào)試工位、半成品配給情況，進(jìn)行資源的調(diào)配。

    （3）執(zhí)行工時單。工作人員按照工時單的要求完成相應(yīng)工作，并將相關(guān)工作數(shù)據(jù)反饋到生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理模塊。

    2.3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理與檢索

    將生產(chǎn)過程中反饋的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)庫中，形成產(chǎn)品的隨機(jī)檔案，并隨時更新和維護(hù)數(shù)據(jù)。本模塊分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)維護(hù)和數(shù)據(jù)檢索這3 個子活動：

    （1）數(shù)據(jù)采集。在過程管理和工時管理的表單中，由相應(yīng)工作人員記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并保存至數(shù)據(jù)庫中。

    （2）數(shù)據(jù)維護(hù)。根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的推進(jìn)，更新相應(yīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，改變相應(yīng)的記錄數(shù)據(jù)。

    （3）數(shù)據(jù)檢索。根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，針對各種檢索需求，完成數(shù)據(jù)檢索功能，主要包括工時統(tǒng)計、生產(chǎn)狀態(tài)查詢統(tǒng)計等。

3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

    本項(xiàng)目集成開發(fā)環(huán)境使用Microsoft Visual Studio 2010，應(yīng)用程序開發(fā)語言采用Microsoft C#，數(shù)據(jù)庫使用Microsoft SQL Server 2008， 數(shù)據(jù)庫腳本語言為T-SQL。

    下面簡要敘述一下業(yè)務(wù)流程中的系統(tǒng)資源管理、過程管理和工時管理以及系統(tǒng)總體用例圖。

    3.1 系統(tǒng)資源管理

    系統(tǒng)信息包括資源管理、角色管理、用戶管理、班組管理，其中用戶依賴于班組和角色，角色又依賴于資源，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)信息管理

    3.2 過程管理和工時管理

    過程管理指在整機(jī)生產(chǎn)過程中的過程控制，整機(jī)生產(chǎn)時同樣要開具工時單，因此整機(jī)工時管理體現(xiàn)在過程管理中。整機(jī)的裝配過程，是一個連續(xù)的過程，不允許流程中出現(xiàn)跳過某一個過程進(jìn)入下一個過程的情況，因此當(dāng)前過程總是依賴于前一個過程的完成狀態(tài)，若前一個狀態(tài)尚未完成，不允許進(jìn)入下一個狀態(tài)（如圖4所示）。

圖4 生產(chǎn)過程管理與工時管理

    3.3 系統(tǒng)總體用例圖

    普通用戶包括生產(chǎn)過程中的全部參與者：文員、裝配人員、調(diào)試人員、質(zhì)檢員、檢測中心人員、噴漆人員以及調(diào)度員等，進(jìn)行過程管理和工時管理的相應(yīng)工作。管理員控制基本信息和系統(tǒng)信息，分配權(quán)限。如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)總體用例圖

    不同的系統(tǒng)資源對應(yīng)不同的角色，無相應(yīng)權(quán)限的人無法對資源進(jìn)行操作，明確了生產(chǎn)過程中的責(zé)任歸屬。

    3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

    根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況編制的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要界面，如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)主要界面

    系統(tǒng)將車間生產(chǎn)的整個過程流程化、規(guī)范化，具備實(shí)時采集、反饋生產(chǎn)數(shù)據(jù)的功能，保證了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性，便于管理人員做出反應(yīng)并指導(dǎo)生產(chǎn)過程。同時工時管理與生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理，全部實(shí)現(xiàn)了信息化，大大減少了統(tǒng)計檢索的工作量，提高了整個生產(chǎn)過程的自動化水平。

    系統(tǒng)運(yùn)行后，與之前的管理模式相比，生產(chǎn)的過程管理效率提高了30%以上，統(tǒng)計檢索的工作量減少了80%以上，取得了良好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)束語

    制造執(zhí)行系統(tǒng)是制造企業(yè)信息化建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)，本文針對本企業(yè)車間生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)信息化的空白，提出了開發(fā)適合自身的MES系統(tǒng)。該系統(tǒng)能較好地完成本企業(yè)車間生產(chǎn)全過程的管理和優(yōu)化，相比之前的全手工作業(yè)管理模式，大大地提高了企業(yè)的自動化管理水平，規(guī)范了管理和操作流程，減少了統(tǒng)計檢索的工作量，取得了良好的應(yīng)用效果。

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本文標(biāo)題：煤礦裝備制造企業(yè)中制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

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