煤矿装备制造企业的制造执行系统

　　中煤科工集团西安研究院钻探技术研究所，是一家以煤矿井下坑道钻机生产、研制为主，集生产科研于一体的科研院所。其生产车间的特点，是典型的离散型、多品种小批量和科研试制混合的生产模式。随着企业信息化建设的不断进步，研究所先后建立起了ERP系统和PDM系统，但生产过程管理方面的信息化建设，仍处于起步阶段。目前生产过程管理，主要是以人工管理、纸质记录、配合excel辅助统计的方式进行，是一种典型的全手工作业管理模式。这种管理模式在生产中存在许多的问题与不便，如调度方式落后、生产进度反馈不及时、生产数据无法共享、成本工时等信息统计不便等。

　　为提高车间整个业务流程的自动化程度，迫切需要建立应用于车间生产管理的软件系统。

　　1 制造执行系统的管理模式

　　上个世纪90年代初期，美国先进制造研究机构(AMR)通过对大量企业的调查发现：完善的企业生产管理系统，普遍由以下3种软件构成：以ERP、MRPⅡ为代表的企业管理软件，以SCADA(数据采集与监视)、HMI(Human Machine Interface)为代表的生产过程监控软件，以及实现操作过程自动化、支持企业全面集成的制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)。

　　MES系统现已在工业界获得广泛的推广应用，成为实现企业信息化和企业自动化的重要支撑技术。根据调查结果，AMR提出的三层的企业集成模型如图1所示。

　　图1 AMR三层企业集成模型

　　制造执行系统本质上是介于企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)和车间自动控制之间的面向制造过程的集成的车间生产管理控制系统。

　　作为上一层——计划层的ERP系统，实现了对整个供应链资源的管理和计划的下达，包括库存管理、物资需求与计划、采购合同的制定及完成情况跟踪、出入库管理、订单的制定、生产计划的生成与分解等等;作为底层——控制层，由一线操作人员使用，完成数据采集与监控等生产过程监控工作;

　　处于中间层——执行层的MES系统，是生产计划的具体执行者，也是生产信息的反馈者，是企业整个管理系统的关键一环。

　　系统对从生产计划下达到完成入库的整个生产过程进行优化管理，实时采集、反馈准确的生产信息，对管理者进行指导和管理提供依据。

　　本文的目的，即是研究适合本企业车间生产管理模式的制造执行系统。

　　2 MES系统的功能模块划分

　　根据本企业的具体需求及计划层——ERP系统已实现的功能，可将MES系统的功能，抽象为完成制造任务这一活动，主要内容包括过程管理、工时管理、生产人员管理、生产数据管理与检索、设备管理、不合格品管理等。人员、设备及不合格品管理，囊括在系统基本信息中，以下就过程管理、工时管理、生产数据管理与检索3个关键模块做详细说明。

　　2.1 过程管理

　　这其中核心和最复杂的是过程管理，根据实际作业流程抽象出的整机生产过程如图2所示。

　　图2 生产过程控制流程

　　由图2 可见，ERP系统依据订单情况(包括已有订单和销售预期)以及物料准备情况，生成月度生产计划，车间MES系统根据月度生产计划制定周生产计划和日生产计划。

　　计划排定后，新建整机派工单并进入生产环节，经过装配、调试、空载检验、出厂检验、喷漆、外观检验、入库等环节后，完成一个产品的生产周期。

　　每个环节中相应角色的工作人员，记录生产数据，并反馈到生产数据管理与检索模块。生产过程管理中应重点解决以下问题：

　　(1)生产计划制定的灵活性。结合科研单位科研试制产品较多的情况，生产计划应具有一定的灵活性，根据实际情况可随时变更生产计划，以适应突发情况和需求的临时变化。

　　(2)各种角色的权限管理。车间生产的流程，需要遵守严格的规章制度，各环节的规章制度由相应角色的工作人员来完成和保证，因此软件需严格管理各种角色的使用权限，以明确责任归属。

　　(3)系统资源调配可调整。随着生产规模和管理方式的不断发展，现有的管理模式尤其是生产流程，很有可能会发生变化，软件应充分考虑这种变化的需求，可在后期仍可对系统资源的调配进行相应调整，以适应企业的发展需求.

　　2.2 工时管理

　　工时单是根据车间日生产计划下达具体的工作指令，并根据定额工时记录工作人员的工作量。可进一步分解为：调配人员、安排资源和执行工时单这3个子活动。

　　(1)调配人员。根据日生产计划、装配、调试、检验等人员的任务安排情况，调配人员进行派工。

　　(2)安排资源。根据车间装配调试工位、半成品配给情况，进行资源的调配。

　　(3)执行工时单。工作人员按照工时单的要求完成相应工作，并将相关工作数据反馈到生产数据管理模块。

　　2.3 生产数据管理与检索

　　将生产过程中反馈的生产数据，保存到数据库中，形成产品的随机档案，并随时更新和维护数据。本模块分为数据采集、数据维护和数据检索这3 个子活动：

　　(1)数据采集。在过程管理和工时管理的表单中，由相应工作人员记录生产数据，并保存至数据库中。

　　(2)数据维护。根据产品生产环节的推进，更新相应生产数据，并在系统基础数据发生改变时，改变相应的记录数据。

　　(3)数据检索。根据数据库中的生产数据，针对各种检索需求，完成数据检索功能，主要包括工时统计、生产状态查询统计等。

　　3 系统详细设计与实现

　　本项目集成开发环境使用Microsoft Visual Studio 2010，应用程序开发语言采用Microsoft C#，数据库使用Microsoft SQL Server 2008， 数据库脚本语言为T-SQL。

　　下面简要叙述一下业务流程中的系统资源管理、过程管理和工时管理以及系统总体用例图。

　　3.1 系统资源管理

　　系统信息包括资源管理、角色管理、用户管理、班组管理，其中用户依赖于班组和角色，角色又依赖于资源，如图3所示。

　　图3 系统信息管理

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