0 引言
制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution Systerm，MES)是美國上世紀90年代提出來的概念，是指通過信息的傳遞對從生產(chǎn)命令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。隨著信息技術在制造企業(yè)中的推廣與應用。企業(yè)信息化日益得到重視，成為制造企業(yè)發(fā)展的必然，MES市場的未來也越來越被業(yè)內(nèi)人士所看好。
工業(yè)工程是一門涉及人、物料、設備、信息、能源等要素的集成規(guī)劃、設計、評價、改善和創(chuàng)新于一體的工程學科，它應用自然科學、數(shù)學、社會科學，特別是工程技術的理淪與方法。為實現(xiàn)生產(chǎn)制造、管理和服務系統(tǒng)的低成本、高效率和高效益的管理目標提供有力的技術支持。工業(yè)工程是一門實踐性很強的應用性學科，制造業(yè)對人才的實踐能力要求也越來越高，這就要求高校必須重視工業(yè)工程實驗室建設，加強對學生實踐能力的鍛煉。
工科院校在進行課程改革時，應該以提高學生工程應用能力為目的，以市場為導向，形成一個較為完整、系統(tǒng)的實驗教學體系。因此，為了緊跟社會的發(fā)展趨勢，本文提出在物流工程實驗室中應用MES系統(tǒng)，使學生在學校內(nèi)就接受這一先進的思想，為企業(yè)輸送人才。
1 MES系統(tǒng)概述
在發(fā)展MES技術之前，車間管理控制工作一般由車間作業(yè)計劃、工序調(diào)度、操作管理、庫存控制等軟件完成。20世紀80年代后期，全球市場競爭日趨激烈，上層生產(chǎn)計劃管理(ERP)受市場影響越來越大，計劃的適應性問題日漸顯露出來，與底層生產(chǎn)過程之間脫節(jié)的矛盾也日益突出。如何有效地解決兩者之間的矛盾，充分利用上下兩層之間的數(shù)據(jù)來提高計劃的實時性和靈活性，同時又能改善生產(chǎn)線的運行效率，己經(jīng)成為一個重要的研究課題。
MES在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補了兩者之間的空隙。美國先進制造研究機構(gòu)(Advanced Manufacturing Research，AMR)將MES定義為“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員、管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態(tài)。制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(Manufacturing Execution System Association，MESA)對MES所下的定義：“MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個產(chǎn)品供應鏈中提供有關產(chǎn)品行為的關鍵任務信息。”
MES本身也是各種生產(chǎn)管理的功能軟件集合。1997年，MESA通過其成員的實踐歸納，提出了MES的功能模型(見圖1)。該模型代表的11個功能模塊如同龜背一樣配置。MESA規(guī)定，只具備11個之中的某一個或幾個功能，也屬于MES系列的單一功能產(chǎn)品。也就是說，實際的產(chǎn)品可能是包含其中一個或幾個功能模塊。
圖1 MES的功能模型
2 MES系統(tǒng)在工業(yè)工程實驗室的應用
該系統(tǒng)針對工程訓練中心物流實驗室的建設而提出。實驗室中有射頻識別設備，可以對RFID標簽進行讀寫；條形碼掃描儀、打印機及無線數(shù)據(jù)采集器；生產(chǎn)流水線可以模擬車間生產(chǎn)現(xiàn)場；自動化立體倉庫是近十幾年國際上迅速發(fā)展起來的一種新型倉儲設施，具有一定的先進性；負責運輸?shù)腁GV小車是柔性化、智能化程度極高的設備(見圖2)。這些硬件設備都是物流自動化研究中很先進的設備，體現(xiàn)了物流技術發(fā)展的方向。
圖2 實驗室的設備和管理
2.1 系統(tǒng)總體設計
基于典型制造企業(yè)的實際情況和物流實驗室的硬件設備，對現(xiàn)代物流實訓系統(tǒng)進行總體分析、設計。
MESA通過其各成員的實踐歸納了11個主要的MES功能模塊，包括：工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集。實際的產(chǎn)品可能是包含其中一個或幾個功能模塊。預期實現(xiàn)的功能為：系統(tǒng)管理，實現(xiàn)人力資源管理和設備維護管理；生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)單元分配、產(chǎn)品跟蹤、數(shù)據(jù)采集；倉儲管理系統(tǒng)，結(jié)合RFID技術、AGV系統(tǒng)，實現(xiàn)成品和物料的出入庫管理、產(chǎn)品跟蹤、盤點等；文檔控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工藝規(guī)程、每日的計劃執(zhí)行程度、產(chǎn)品質(zhì)量、庫存情況等。
2.2 生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)
MES的指導思想是：MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理；當工廠發(fā)生實肘事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理；這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)酬報率。
物流實驗室現(xiàn)有一條8個工位的生產(chǎn)流水線，物品在每個工位的停留時間可以由工人踩踏板決定，也可以由電腦沒定一定的時間決定。
此外，條碼技術也在該子系統(tǒng)中得到應用。此子系統(tǒng)主要是實現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程控制，流程為：首先根據(jù)訂單制定出每日生產(chǎn)計劃，然后根據(jù)安排的加工工藝在流水線上進行加工。最后一道工序為檢驗，并將檢驗結(jié)果填入數(shù)據(jù)庫，方便生成質(zhì)量報告，為進行質(zhì)量管理提供數(shù)據(jù)。檢驗合格后，打印出成品條碼，包括成品信息、生產(chǎn)日期、批次。在加工過程中，根據(jù)各個工位的上傳信息，實現(xiàn)產(chǎn)品跟蹤和數(shù)據(jù)采集。
2.3 RFID技術在產(chǎn)品跟蹤方面的應用
由于產(chǎn)品上已貼有條形碼標簽，所以將RFID標簽置于托盤上。發(fā)出入庫命令時，即將庫位信息、產(chǎn)品信息寫入RFID標簽。RFID的應用是在現(xiàn)有倉儲管理的入庫、移動、揀貨、出庫等作業(yè)環(huán)節(jié)中進行貨品、數(shù)量、位置、載體等信息的實時自動采集，并通過與倉儲管理系統(tǒng)的信息交互在操作現(xiàn)場提供F一步的操作指示和執(zhí)行情況校驗。從而提高工作效率和準確性，實現(xiàn)物流倉儲業(yè)務的智能化、自動化管理。應用RFID技術更主要的目的是實現(xiàn)快速盤點，通過RFID檢測庫存中所有的物品信息，對倉庫中的物品實行實時在庫統(tǒng)計。通過RFID的盤庫功能對維持倉庫中物品的安全性、操作的規(guī)范性和減少錯誤率都具有很高的實用價值。
2.4 AGV在系統(tǒng)中的應用
物流實驗室的AGV是由固高科技(深圳)有限公司研發(fā)。用戶對AGV的控制可以通過兩種方法：①通過固定在AGV上的嵌入式運動控制器，配備有LCD顯示屏(具有觸摸功能)，用戶可以按照控制界面的提示用鼠標或觸摸筆進行具體的配置。②通過無線以太網(wǎng)由遠程終端對AGV的運動進行控制。硬件包括遠程終端PC、AP、無線以太網(wǎng)卡(插在嵌入式運動控制器的USB口)。
系統(tǒng)實現(xiàn)的功能為：在發(fā)出入庫請求時，小車接收命令，到達預定位置，接收物品，運送到入庫線人口；有出庫命令時，小車到達出庫線位置，將物品運送到指定位置。
3 結(jié)語
培根說過“沒有實驗，任何新的東西都不能深知”。人們在實踐中不斷的印證著這一名言。工業(yè)工程專業(yè)教學不僅要能給學生傳授系統(tǒng)的理論知識，更要培養(yǎng)學生系統(tǒng)分析問題和解決問題的能力，提高他們的實踐動手能力。
在物流實驗室中應用MES系統(tǒng)必將改善現(xiàn)在的教學實驗狀況，使學生們掌握更多先進的技術和思想，在培養(yǎng)符合社會需求的高層次人才中將發(fā)揮重要作用。
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