MES系统多工厂标准化配置化的研究与实现

李晓勇+傅高峰+王龙+张志彬

（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

[摘 要] 随着工业4.0和两化融合的不断推进，MES系统作为实现智能工厂的重要组成部分在车间生产管理中扮演着越来越重要的角色。本文通过研究不同业务形态企业的多工厂MES需求，结合已经使用的系统进行改进，提升系统通用性和配置性，改善系统的实施效率和运行维护成本。

[关键词] MES；标准化；配置化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 05. 033

[中图分类号] F270.7；TH186 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）05- 0060- 04

0 引 言

信息技术随着企业信息化建设的不断深入，MES系统作为企业生产管理系统承接ERP层级的计划管理体系与车间执行层实现企业的连续信息流。在MES实施过程中，某企业涉及的业务板块较多，同时车间生产流程复杂多变，导致了系统开发工作量巨大，系统服务部署不规范，用户差异性巨大等问题。因此，解决MES系统规模化应用与企业个性化需求的矛盾，是企业快速发展适应内外部变化的必经之路。

1 目的和意义

在当前买方市场的环境中，随着先进技术和管理思想的引入，企业为了提高顾客的满意度以及增强核心竞争力，会经常性地进行业务流程变革或业务流程重组。在这种大环境的背景下，对于 MES 系统的标准化及可配置化的研究有着重要的意义。

企业目前的MES系统应用中存在以下问题。

1.1 通用性较差

系统针对部分工厂特定的产品类型定制需求，不能直接用户其他工厂不同类型产品的推广，也很难适应企业对于业务流程的重组与再造。

1.2 可配置性差

缺乏基于工厂数据模型的数据集成技术，系统的可重构、可扩张性较差，进而制约了 MES 系统的推广实施。

1.3 集成性较差

由于缺乏统一的工厂数据模型，MES 各功能模块之间以及与其他系统如ERP之间的集成就变得很复杂。

本文以实际的企业信息系统为背景，尝试对生产业务流程进行梳理整合，改进已实施的MES系统建立统一工厂数据模型，可进行一定的功能配置，进而提高系统满足企业个性化需求和支持业务流程重组（BPR）的能力。

2 业务解析

业务解析是通过对现有生产过程中涉及MES系统的业务流程进行梳理，尝试对其多样化进行整合尽可能向标准化靠拢。

目前涉及MES的生产业务板块总体分为计划管理、生产执行、物料管理、质量管理四大模块，下文就模块中的部分流程优化的内容简析

2.1 计划管理

2.1.1 订单获取

该公司生产订单均在ERP中进行下达，但其物料在信息系统并未以物理生产位置及业务形态的不同进行区分，这就导致在MES系统中需要做开发对物料进行识别。故针对多工厂的不同物料首先要求其在ERP系统中有相对准确的分类，将不同业务赋予不同的字段做标识以获得相对准确的工厂数据及计划来源。

2.1.2 订单发布

该公司由于产品的多样性，既存在单件流产品、也存在批量生产业务形态，导致最初从ERP系统同步的订单在不同工厂下流转形式多样，程序逻辑复杂，因此在梳理过程中引入订单容量概念，将其作为产品流转批量的唯一数据源。

2.1.3 产品序列

由于产品的多样性和关键工序差异化较大，原系统固定关键工序的做法推广型太差，需求整理识别出各工厂的关键工序，在MES中實现配置化，以关键工序进行推演其余工序的生产。同时，启用序列号管理的物料其序列号规则多由客户指定导致其千差万别，需针对每类产品明确规则作为系统配置化项目。

2.2 生产执行

2.2.1 工艺整理

目前生产执行的报工用到的工艺路线同步于ERP系统，而ERP系统中的工艺路线更多的作用是归集成本，且ERP集中报工的方式决定其很少考虑生产现场的流转。需要重新梳理工序进行拆分合并，梳理工序标准文本码进行唯一性识别管理，同时规范ERP和MES同步的接口均需以同步的生产订单工艺路线作为MES报工执行的数据来源。

2.2.2 报工确认

各工厂对于生产车间确认报工的要求存在差异，在MES系统需要录入的内容不尽相同，经过梳理后明确自制工序操作者只做开工、报工、关键件绑定的操作，外协加工工序只需进行开工完工集成采购订单创建和收货，简化操作提高体验度。同时，结合现场操作需求划分固定工位和移动工位，对固定工位配备工控设备，移动工位采用手持终端操作。

2.2.3 数据采集

设备的数据采集功能统一定义为工序对设备有工艺参数要求的，通过直接或设备改造后采集相应的工艺参数数据存储到对应的服务器用于追溯和异常预警。

2.3 物料配送

2.3.1 整体逻辑

整理、统一物料配送的分解逻辑，以工艺路线工序上的组件分配物料为标准，将所有需求物料分解到一张需求单或按工序分解需求物料到多张需求单；车间如需集成配送过账则发布相应的需求单后进行配送调用SAP接口过账。

2.3.2 特定业务

对于需要大屏幕展示物料配送需求和实时状态的，统一以报表开发的形式来计算展示，不在应用功能中加入逻辑进行计算。这样可以简化系统功能，提升运行效率。

2.4 质量管理

2.4.1 质检任务类型统一

各生产车间的质量检验形式不一，梳理确认后明确为来料的入库检，过程中普通专检、抽检、首末检、巡检，物料和工序的检测项点按标准值、上下限在系统维护设定并对检验值合格与否进行自动判定。

2.4.2 质量控制点

按检测模板进行质检任务的生成 ，处理检测后必须处理隔离工单才能进行下一道工序报工。检测比例只控制百分百检测必须检测，其余则使用大屏或报表进行指示检验员进行任务的创建和处理。

3 系统设计

系统的原型采用面向服务的制造执行系统建模方法、采用C/S（客户端/服务器）和B/S（浏览器/服务器）结构结合、基于跨平台的J2EE技术框架和JBOSS应用服务器、采用Web服务技术开发实现。并结合基于企业基础应用平台、业务组件和模块化的多层架构完成前期系统开发与应用服务。

3.1 开发方案

3.1.1 模块化开发

在开发过程中，采用服务化组件化的系统开发思路，将通用的功能开发成业务组件，根据车间制造信息模型，按职能将系统划分成不同的功能模块，模块内部高聚合，模块间则低耦合，通过分别部署的方式实现按业务需求选择相应模块实施。

3.1.2 多层车间工厂建模方式

工厂、车间、工作中心、工位的四级结构，使系统适用于不同的车间生产环境，能够适用多工厂多车间、单工厂多车间、单工厂单车间多工作中心的组织模式。

3.1.3 结合功能模块和多层车间工厂建模方式进行配置化开发

不同制造业务模式对车间的信息需求有差异，要求系统的底层具有一定的通用性，但在人机料法环中考虑各制造业务模式的信息需求，抽象多种业务需求的模型，建立比较全面的可配置化的信息流程，工厂根据需求应用进行配置化应用。

3.2 系统体系结构

可配置MES 体系结构包括模型层、中间平台层、功能层。

模型层：模型层以多工厂模型为核心，在概念层上重用和互操作，实现业务功能与工厂的分离。

中间平台层：中间平台层抽象并封装了系统的业务逻辑过程，通过制造业务模式进行功能组装，另一方面可通过协同机制、消息引擎实现不同业务模式的整体协同和全局优化。

功能层：通过标准化定义功能和接口，按配置方法实现功能模块的可插拔，可以适应不同厂商间业务模块的集成，以此实现各种中间平台层的复用与深化应用。

3.3 系统功能模块

将系统功能模块主要分为基础平台、工厂建模、计划管理、生产执行、物料配送、质量管理。

基础平台：提供物料的基础数据、系统的主体功能运行平台配置信息，以及二次开发的配置内容。包括报表、脚本、流程引引擎，消息及监控平台，接口API，组件管理等模块。

工厂建模：支持统一的物理工厂和逻辑对象工厂数据模型建模，为各个应用功能模块提供完整统一的数据模型，并为业务模块提供基礎数据支撑。

计划管理：全面管理企业制造订单的整个生产流程，帮助用户实现均衡投产，减少在制品的数量。

生产执行：当车间接收工作任务派工后，展开相关生产活动，此时任务完成情况、生产设备状态都不断发生变化，生产执行模块就是将这一系列生产活动记录下来，全面实现生产过程的跟踪。

物料配送：物料配送需求来源于厂内生产计划，根据生产计划对物料的需求，结合供应商，厂内仓库的库存相关情况，进行配送。

质量管理：对于原材料进厂、生产制造等过程中的产品整个生命周期进行数据化管理，通过不断的改进，进一步完善生产质量管理直至企业层的整体化全面质量管理体系。

3.4 测试示例与系统配置工具

3.4.1 用户自定义对象与实体

通过自定义对象，实现按用户设置的应用或显示对应数据列。通过自定义实体档案，实现各档案关系与引用的自定义，满足映射关系的可配置化。

3.4.2 工厂权限配置

通过自定义实体档案和表的对应关系，同时对该档案进行数据隔离配置。满足数据隔离的可配置化。共用的数据实体可不进行工厂隔离。

3.4.3 计划同步配置

通过工厂代码和调度员维护SAP订单同步的目的工作中心，实现多工厂对不同业务订单的处理方式。工厂代码和调度员配置的方式可使不同工厂共用一个同步接口，也可减少SAP的接口维护量。

3.4.4 产品流水号配置

通过物料和脚本引擎维护各种调度员物料或单物料的物料条码生成规则，用户也可以自定义生成脚本，来满足不同物料的流水号编码需求。

3.4.5 质检配置

通过检测类型、检测项、检测模板实现各物料的检测信息维护，针对不同物料维护相同模板不同工艺参数标准。

4 结 语

本文基于一个实际的企业的案例，探讨了如何梳理生产管理的流程使其规范化和标准化，进行了MES 系统的标准化及可配置化的研究设计，能够真正适应实际生产业务的快速变化，进而满足企业个性化需求和支持业务流程重组，而提高了企业核心竞争力。

主要参考文献

[1]王泽.机械加工企业的可配置 MES 研究与应用[D].重庆：重庆大学，2010.

[2]周正文，屈仁斌. 基于 ERP 系统的企业物流运输信息系统的开发研究[J].中国管理信息化，2013，16（10）：48-50.