制造企業針對生產、庫存管理及銷售各個環節，實施ERP等管理信息系統，以幫助企業提高運作效率及管理水平。但ERP應用范圍被限制在企業計劃層，無法對車間級的生產過程進行實時的調度安排，導致生產與計劃相互脫節。制造執行系統( MES系統 軟件)是位于企業上層生產計劃(MRPⅡ/ERP)和底層工業控制之間，面向車間層的生產管理技術與實時信息系統。MES系統軟件強調制造計劃的執行，它在計劃管理層和過程控制層之間架起了一座橋梁，填補了兩者之間的鴻溝。

1、基于MES系統軟件的生產車間信息系統

針對上述當前制造企業生產管理中普遍存在的問題，通過對MES系統軟件功能本質的分析，筆者提出了以下三層結構——企業資源計劃(ERP)/制造執行系統(MES系統軟件)/過程控制系統(PCS)、兩級數據庫平臺——實時數據庫/統計數據庫的信息化管理解決方案。

1.1 控制層(PCS)

PCS層主要負責生產過程的自動控制與現場數據的采集與初步分析。以PLC作為過程狀態和工藝、質量參數采集的基本單元，以AS-I總線和工業現場總線(ProfiBUS)構成基本網絡(含I/O接口模塊、傳感器、開關、智能儀表、AS-I總線主站、計算機通訊接口程序等)；工業現場總線采用總線拓撲結構(ProfiBUS-DP)，總線兩端有終端電阻。這樣結構使系統具有擴展性，維護方便；高性能的工業控制計算機和對成熟組態軟件WinCC的二次開發形成車間現場數據的監控系統。

1.2 執行層(MES系統軟件)

MES系統軟件層的主要功能是動態的生產調度、生產過程實時監控和現場數據的分析。MES系統軟件主要由MES系統軟件軟件、MES系統軟件數據庫服務器、MES系統軟件調度臺、車間作業信息顯示屏等構成，采用星型拓撲結構的工業以太網絡聯接；該網絡連接集中于中央節點，便于網絡維護和資源配置，當網絡中一個節點出現故障時，易于進行隔離檢測和維護，不會對其他節點造成很大影響，不會導致整個網絡的崩潰，同時網絡節點的接線方式也便于系統的監控和管理。

1.3 計劃層(ERP)

計劃層即企業資源規劃層(ERP)，ERP層主要進行管理決策與生產計劃，重點突出ERP管理平臺的建設。目前，適于不同需求的ERP系統已較成熟，可直接用于計劃層的信息管理。通過建立企業內部局域網(Intranet)，實現計劃層內部信息的傳輸及計劃層、執行層之間信息的交互；并通過與互聯網(Internet)的連接，建立企業公共信息發布與電子商務的平臺。

2、車間監控調度系統設計與開發

MES系統軟件層是生產信息化管理方案的核心，即車間監控調度系統。它通過對制造過程的實時監控和動態調度，根據ERP下達的生產計劃，利用車間的各種生產資源、生產方法和豐富的實時現場信息，快速、低成本地制造出高質量的產品。

車間監控調度系統功能包括：從計劃管理層獲取日生產計劃；對生產車間資源的管理，如任務訂單、物料與在制品、生產設備、人員等；生產車間作業調度；車間生產過程監控；車間生產過程信息在線統計；主調度終端與各工序終端之間進行消息傳遞和數據庫共享。

2.1 MES系統數據庫的建立

數據庫結構設計以能夠及時、準確、有效地滿足系統功能為首要目標。在數據庫建立時，需要將各種信息分類和歸納，通過建立不同功能的表和相應字段保障數據信息的完整性和有效性。以下數據庫的設計以滿足第三范式為標準，并嚴格遵守參照完整性規則，這里不再贅述。監控調度系統服務器是整個系統的數據交換中心，它的數據庫結構和數據內容是系統其他終端模塊建立的參照藍本。根據車間調度系統的功能需要，以及數據實時統計和及時上報管理層的要求，調度系統服務器采用SQL Server7.0數據庫，分為統計數據庫和實時數據庫。

1)統計數據庫

統計數據庫是面向MES系統軟件/ERP層進行功能設計，用于提供MES系統軟件/ERP層所需的數據服務。統計數據庫保存車間生產調度所需的基本數據信息；需要根據車間的生產布局、生產工藝流程以及產品類型的變化，而進行定期維護和更新。由于統計數據庫跨越時間范圍大，歷史數據需要定期維護和備份。管理層的離線分析查詢終端可利用統計數據庫中的相應歷史數據，進行大時間段的信息統計和查詢。

2)實時數據庫

實時數據庫是面向PCS/MES系統軟件層進行功能設計，提供PCS/MES系統軟件層所需的數據服務。實時數據庫保存過程中檢測到的動態信息和臨時數據，并進行必要的刷新、匯總與統計，用以車間生產的實時動態調度。實時數據庫是調度系統服務器為完成生產過程監控和實時調度功能，而直接操作的數據對象，是調度系統進行實時統計和分析的直接數據源，用于動態保存生產過程信息和監控過程中檢測到的質量信息及相應的統計數據，并定時地向統計數據庫發送需要備份的信息。

2.2 MES監控調度系統設計

生產監控調度系統采用瘦客戶機/服務器(ThinClient/Server)體系結構，將調度系統應用程序的配置、管理、維護和運行都放在調度系統服務器上完成，而Windows終端只作為簡化的人機接口界面為用戶提供服務，從而極大地增強了系統的集成性和可維護性。

1)監控模塊

監控模塊主要包括設備狀況監控和生產流程監控兩個子功能模塊。設備狀況監控子模塊，與系統控制層的PLC終端進行通信，用于對生產系統中各主要加工機床的運行狀況進行在線監控。在被監控的設備出現故障時，自動報警。生產流程監控子模塊與監控層的Windows終端進行通信，用于對生產系統中各任務的加工進程進行在線監視。

2)用戶管理模塊

用戶管理模塊主要對該生產調度系統的用戶信息進行管理，包括系統登陸、添加用戶、刪除用戶、修改用戶密碼、設置用戶權限等功能。

3)生產信息管理模塊

生產信息管理模塊主要包括任務訂單管理、物料與在制品管理、生產設備管理和生產人員管理等四個子模塊。該模塊對實時數據庫和統計數據庫進行直接的讀寫操作，各子模塊的功能包括對車間相關信息的添加、查詢、刪除、更新等功能。

4)作業調度模塊

作業調度模塊主要功能是進行車間的生產調度。該模塊即可以采用基于瓶頸分析的啟發式算法對整個生產系統進行自動的實時動態的生產調度；也可以由車間調度員，根據自己的經驗和對車間生產狀況的分析，采用調度模塊提供的一些常用的調度規則對各工序分別進行排產。

5)數據統計模塊

數據統計模塊主要是針對生產系統和生產質量等方面信息的在線統計，如機床利用率、平均在制品庫存、加權誤期任務數等。該模塊可以進行指點時間段內相關信息的統計分析，如Pareto圖分析等。長期的統計分析結果可以從管理層統計系統查詢獲得；短期的統計分析可以統計數據庫與實時數據庫中的數據作為數據源進行在線數據分析，為確定生產瓶頸和在線生產與質量提供依據。

3、應用實例與效果評估

該生產車間管理信息系統模型作為某電纜廠“ 準時定長制造控制與管理系統”的核心部分，已被成功地應用于該廠的信號電纜生產車間，解決了生產與計劃脫節的問題，初步形成了對電纜制造過程的信息化管理模式，加強了生產計劃的可執行性，實現了產品質量的過程控制與在制品的信息化管理。縮短了制造周期，任務的平均通過時間(Throughput Time)減少了22%。降低了成品、在制品庫存，形成了與按需要生產、準時定長制造相適應的生產調度能力。

4、結語

車間調度監控系統處于車間生產信息系統的執行層，起到連接管理層與控制層的承上啟下的作用，是整個車間生產信息系統的核心部分。本文所設計的基于 MES系統軟件 的生產車間信息管理系統，充分考慮系統的集成性、可擴展性與可重構性；所開發的車間監控調度系統，實現了車間的現場調度、生產過程控制、在線質量控制，以及對生產過程中“非常規信息”(設備故障等)的控制與管理，加強了制造計劃的可執行性。

作者：hzjuxadmin

總結

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