摘 要：在詳細分析汽車模具生產(chǎn)特點和信息化應用現(xiàn)狀的基礎上，提出一種面向汽車模具行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結構，詳細闡述了各個模塊的功能，并且進一步討論了制造執(zhí)行系統(tǒng)關鍵技術和發(fā)展趨勢。 關鍵字：MES 模具行業(yè) 體系結構 1 前言 隨著制造業(yè)日益激烈地競爭，很多企業(yè)實施了MRPⅡ/ERP系統(tǒng)加強生產(chǎn)管理，但由于缺乏足夠的車間控制信息而無法滿足企業(yè)生產(chǎn)的隨機性、動態(tài)性的要求，無法做到與車間環(huán)境的緊密相連，因而無法有效指導車間生產(chǎn)計劃的執(zhí)行。隨著企業(yè)信息化應用的不斷推廣，企業(yè)信息化應用水平逐漸提高，企業(yè)越來越需要車間執(zhí)行層的管理信息系統(tǒng)。 目前，大多數(shù)汽車模具企業(yè)車間生產(chǎn)主要靠人工進行管理，計劃層和控制層相互脫節(jié)，無法適應生產(chǎn)過程的動態(tài)變化，極大地制約了生產(chǎn)管理水平的進一步提高。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的出現(xiàn)，填補了車間層管理的空白。MES以作業(yè)調(diào)度為核心，以降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率為目標，收集生產(chǎn)過程中的實時信息，并對實時事件及時處理，同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相關信息并反饋處理結果和生產(chǎn)指令，從而實現(xiàn)了整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化。本文就是基于汽車模具行業(yè)生產(chǎn)特點和信息化管理現(xiàn)狀，提出了汽車模具MES的構建和應用。 2 汽車模具生產(chǎn)特點和信息化應用現(xiàn)狀 2.1 汽車模具生產(chǎn)特點 模具作為汽車工業(yè)的重要工藝裝備，是汽車制造業(yè)的工藝基礎，由于產(chǎn)品本身的復雜性，及其典型的單件訂單生產(chǎn)方式，決定了其生產(chǎn)不同于一般產(chǎn)品，特點如下： （1） 面向訂單生產(chǎn)。由于訂單規(guī)格、數(shù)量、交貨期變化大，每個產(chǎn)品都有其特殊性，從產(chǎn)品訂貨決策到制造全過程，每一套模具都具有一定的獨立性，企業(yè)必須按訂單組織生產(chǎn)。 （2） 生產(chǎn)進度難以控制。由于產(chǎn)品是單件生產(chǎn)，幾乎每個產(chǎn)品都需要重新進行設計、工藝、技術準備等工作，因此經(jīng)常無法及時掌握生產(chǎn)進度變化，難以控制整個生產(chǎn)過程。 （3） 計劃多變。由于產(chǎn)品種類繁多，影響生產(chǎn)過程的不確定因素多，經(jīng)常出現(xiàn)緊急訂單、設備故障、零部件返工返修等情況，使得計劃多變，甚至出現(xiàn)計劃跟不上變化，與生產(chǎn)實際脫節(jié)的現(xiàn)象。 （4） 生產(chǎn)管理困難。模具制造過程復雜，并且生產(chǎn)過程中不確定因素多，憑經(jīng)驗調(diào)度無法保證整個生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)，過程控制困難，管理難度大。 2.2 汽車模具行業(yè)信息化應用現(xiàn)狀 目前，我國汽車模具行業(yè)信息化建設剛剛起步，網(wǎng)絡化、信息化發(fā)展水平還比較低，經(jīng)過詳細調(diào)研，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題： （1） 車間管理主要依靠人工進行，無法實現(xiàn)生產(chǎn)過程中海量數(shù)據(jù)的有效管理，難以保證各個生產(chǎn)活動所需信息準確一致，難以及時、快速響應生產(chǎn)動態(tài)變化。 （2） 大部分汽車模具企業(yè)網(wǎng)絡化程度較低，“信息孤島”現(xiàn)象突出，各個部門的數(shù)據(jù)不能實時共享，從而影響了企業(yè)數(shù)據(jù)的一致性和準確性，嚴重阻礙了模具產(chǎn)品的開發(fā)效率。 （3） 模具生產(chǎn)過程缺乏有效地監(jiān)控，無法實現(xiàn)制造過程信息及時反饋，難以及時掌握生產(chǎn)進度和生產(chǎn)能力，難以對在制品進行有效跟蹤。 上述問題的存在，不利于車間生產(chǎn)過程信息的集成與共享，嚴重阻礙了企業(yè)信息化發(fā)展水平的提高，從而影響了企業(yè)生產(chǎn)效益和競爭力的進一步提升。 3 面向汽車模具行業(yè)的MES 3.1 體系結構 以大型關系型數(shù)據(jù)庫技術為基礎，采用面向對象技術、軟總線技術，建立開放的、敏捷的制造執(zhí)行系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)信息的監(jiān)測、控制以及生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。圖1表示了汽車模具MES的體系結構。 [align=center] 圖1 汽車模具MES體系結構[/align] 頂層的計劃層是MRPⅡ/ERP等系統(tǒng)，其作用是管理企業(yè)中的各種生產(chǎn)資源、制定廠級生產(chǎn)計劃等，主要負責企業(yè)活動的計劃與生產(chǎn)決策。 處于中間層的是MES執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)計劃的執(zhí)行與控制。 生產(chǎn)控制層包括DCS（分布式控制系統(tǒng)）、PLC（可編程邏輯控制器）和DNC（分布式數(shù)控設備）等計算機控制系統(tǒng)，主要用來控制生產(chǎn)過程和設備。 MES提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成計劃排產(chǎn)、物料跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式，通過與計劃層的管理系統(tǒng)（ERP）和底層控制系統(tǒng)的集成，將計劃、生產(chǎn)與控制緊密聯(lián)系起來，從而在計劃層和控制層之間建立了一座溝通的橋梁和紐帶。 3.2 各模塊的功能 MES系統(tǒng)主要包括計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度、工位電子看板、物料跟蹤、生產(chǎn)成本管理、生產(chǎn)統(tǒng)計與分析和系統(tǒng)管理等主要模塊，各模塊功能如下： （1） 計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度模塊 計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度模塊是汽車模具MES的核心。在與MES其他模塊和ERP系統(tǒng)進行有效集成的基礎上，通過有限能力的作業(yè)排產(chǎn)，確定所有工件在設備上的加工順序，以及設備加工每道工序的開始、完工時間。當生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)緊急訂單、設備故障、返工返修、生產(chǎn)拖期等情況時，采用合理的優(yōu)化技術和方法進行生產(chǎn)調(diào)度，調(diào)整作業(yè)計劃和調(diào)度資源，使之與實際生產(chǎn)條件相適應，從而提高生產(chǎn)過程的連貫性，確保生產(chǎn)高效運行。 （2） 工位電子看板模塊 電子看板是建立在計算機網(wǎng)絡基礎上的一種面向車間操作工位的可視化看板。工位電子看板模塊通過車間計算機網(wǎng)絡將生產(chǎn)任務列表及相關工藝信息及時呈現(xiàn)在操作工位的看板上，向操作人員下達生產(chǎn)指令，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡派工，并向其提供操作規(guī)程、設備、工具、物料、輔料等作業(yè)指導信息。 （3） 物料跟蹤模塊 物料跟蹤模塊運用條形碼技術跟蹤整個模具生產(chǎn)的全過程，實時采集在制品工序流動以及物料消耗、產(chǎn)品返工返修及報廢等信息，獲得每套模具的詳細歷史記錄，從而使產(chǎn)品生產(chǎn)過程透明化，實現(xiàn)每套模具生產(chǎn)過程的可追溯性。 （4） 生產(chǎn)成本管理模塊 按照動態(tài)作業(yè)成本法，將費用按不同作業(yè)詳細分類、歸集和分配，正確劃分可變成本和固定成本、可控成本和非可控成本，依據(jù)產(chǎn)品BOM所描述的加工裝配過程，結合實時的數(shù)據(jù)采集信息，從低層向高層逐層累積，從而計算出車間生產(chǎn)成本。它反映了產(chǎn)品動態(tài)增值的實際過程，能夠實時、準確地實現(xiàn)成本的精確統(tǒng)計。 （5） 生產(chǎn)統(tǒng)計與分析模塊 生產(chǎn)統(tǒng)計與分析模塊將在和MES其他模塊及ERP系統(tǒng)進行有效集成的基礎上，實現(xiàn)對生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)執(zhí)行進度、質(zhì)量檢驗、資源利用率等信息的統(tǒng)計與分析，為更好的優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，維持最優(yōu)的生產(chǎn)狀態(tài)提供支持。 （6） 系統(tǒng)管理模塊 對系統(tǒng)用戶按角色進行管理，管理其部門、崗位、人員、權限等信息，保存系統(tǒng)登錄記錄，保證產(chǎn)品信息的安全性、保密性，提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復功能，確保系統(tǒng)安全運行。 3.3 關鍵技術 MES是汽車模具行業(yè)車間信息化建設的重點，是否成功開發(fā)與應用關系著汽車模具企業(yè)信息化建設的成敗，其關鍵技術主要包括： （1）作業(yè)排序優(yōu)化技術 作業(yè)排序優(yōu)化是計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度的核心功能，決定了工件在設備或工作中心上的最佳加工順序。采用啟發(fā)式算法的優(yōu)先調(diào)度規(guī)則法進行作業(yè)排序優(yōu)化，以預先定義好的優(yōu)先規(guī)則作為啟發(fā)條件，從等待的作業(yè)中選取優(yōu)先級最高的作業(yè)安排加工。在加工優(yōu)先級的設定中，將交貨期、零件、設備三者綜合考慮，以交貨期先后設定模具優(yōu)先級；根據(jù)實際情況和經(jīng)驗人為設定零件優(yōu)先級；按照已排定的任務最少原則設定設備優(yōu)先級。這種方法易于實現(xiàn)、計算復雜度低，并且加工優(yōu)先級可以人為調(diào)整，使得排定的作業(yè)順序更符合生產(chǎn)實際。 （2）條形碼數(shù)據(jù)采集技術 條形碼數(shù)據(jù)采集技術是以計算機技術、光電技術和通信技術為基礎的一項綜合科學技術，是一種信息識別、采集的重要方法和手段，它具有速度快、準確率高、操作簡單、采集信息量大等優(yōu)點。利用條形碼自動識別技術對生產(chǎn)過程的物流信息進行采集跟蹤，能夠對整個生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，記錄和處理生產(chǎn)中的大量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯、反查、報表等功能，提高管理效率和質(zhì)量。 （3） 系統(tǒng)集成技術 為了實現(xiàn)異構系統(tǒng)產(chǎn)品信息的共享和交換，采用XML（可擴展標記語言）中性文件的方式來實現(xiàn)MES與ERP系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集成。XML技術具有開放性、易擴展性等特點，能夠在不同程序之間交換和共享數(shù)據(jù)。MES與ERP系統(tǒng)集成的信息包括生產(chǎn)計劃、BOM信息、工藝信息和物料信息等。這種集成方式，不僅能夠提高系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)的正確性和一致性，還能夠提高信息的反饋速度，有利于信息共享。 4 MES發(fā)展趨勢 MES是面向車間層的信息管理系統(tǒng)，它的應用給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。隨著信息技術發(fā)展和制造企業(yè)競爭需求，企業(yè)對 MES應用技術提出了更高的要求，滿足可集成性、可適應性、開放性和協(xié)同性要求是MES的發(fā)展趨勢。具體表現(xiàn)以下各個方面: （1） 采用XML技術解決MES與ERP和底層控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)異構問題，使系統(tǒng)更具開放性、可集成性，融合的更緊密； （2） 在對汽車模具MES軟件產(chǎn)品研究的基礎上，建立面向離散行業(yè)的通用解決方案，以適應離散行業(yè)各種具體實際需要； （3） 數(shù)據(jù)挖掘、知識管理、最優(yōu)化技術、精益思想等管理技術和理念將在MES中得到廣泛應用，推動MES理論向前發(fā)展； （4） 隨著信息和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，協(xié)同MES成為研究的熱點。 5 結論 通過分析汽車模具生產(chǎn)特點和信息化應用現(xiàn)狀，提出了以計劃排產(chǎn)和作業(yè)調(diào)度為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結構和功能，進一步闡述了系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術和未來發(fā)展趨勢。通過汽車模具MES的構建，建立了生產(chǎn)信息共享的機制和平臺，加強了生產(chǎn)資源及生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理與控制，并且在計劃層與控制層之間架起了一座溝通的橋梁，從而實現(xiàn)生產(chǎn)的“管控一體化”。 [參考文獻] [1] 劉德忠，費仁元，吳國蔚.制造工程組織學.科學出版社,2005. 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