李泳湛，杜文雄，邵于寧李泳湛（1981－）
男，廣東佛山人，（廣東工業大學自動化學院，廣東  廣州  510006）,在讀碩士，研究方向為控制網絡與系統集成。

摘要：本文通過對某大型美資化裝美容品和日用洗滌用品廠的現場生產過程的特點與需求的分析, 介紹了制造執行系統(MES)的概念、功能模型，以及MES與ERP及現場自動化系統之間的關系，并且描述了MES系統的典型結構與基本功能,提出MES在化妝品生產過程中的功能模塊的設計。MES通過強調制造過程的整體優化來幫助企業實施完整的閉環生產，協助企業建立一體化和實時化的ERP/MES/SFC信息體系。

關鍵詞：制造執行系統（MES）；企業資源管理計劃（ERP）；過程控制系統（PCS）

Abstract: This paper introduces the concept and function model of MES, and the connection between MES and ERP/SFC. The representative structure and function model are also described in this paper,. Finally, we put forward the design scheme of function modules in the production of cosmetic by analyzing the characteristics and requirement in the production process of a certain big commodity factory. It shows that MES is helpful for enterprises to build the concentrative and real time ERP/MES/SFC information system.

Key words: Manufacturing Execution System(MES) ；Enterprise Resourse Planning (ERP) ；Processing Control System(PCS)

1 引言

    中國的制造業企業面臨日益激烈的國內外競爭，如何迅速提高企業的核心競爭力，很重要的一點，就是以信息化帶動工業化，加快信息化進程，走新型工業化道路，實現全社會生產力的跨越式發展。 縱觀我國制造業信息化系統的應用現狀，建設的重點普遍放在ERP管理系統和現場自動化系統兩個方面。ERP位于企業上層計劃層，用于整合企業現有的生產資源，編制生產計劃。而在現場自動化系統，主要采用自動化生產設備、檢測儀器、物流搬運儲存設備等解決具體生產(制程)的瓶頸，實現生產現場的自動化控制。 由于市場環境的變化和現代生產管理理念的不斷更新，一個制造型企業能否良性運營，關鍵是使“計劃”與“生產”密切配合，企業和車間管理人員需在最短時間內掌握生產現場的變化，作出準確判斷和快速應對措施，保證生產計劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現場自動化系統已經發展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統的服務對象是企業管理的上層，一般對車間層的管理流程不提供直接的支持；而現場自動化系統的功能主要在于現場設備和工藝參數的監控，而并非真正意義上的管理系統。所以，ERP系統和現場自動化系統之間出現了管理信息方面的“斷層”，對于用戶車間層面的調度和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱。以及由于產品行銷正在從生產導向快速地演變成市場導向、競爭導向，因而也對制造企業生產現場的管理和組織提出了挑戰，僅僅依靠ERP和現場自動化系統往往無法應付這新的局面。 工廠制造執行系統(Manufacturing Execution System, MES)恰好能填補這一空白。

2 系統介紹

    2.1 系統硬件網絡結構

    本系統硬件部分由兩個二級系統組成：收貨/稱料子系統和補料/加料子系統。本系統使用了現場總線和基于TCP/IP的標準工業以太網，實現了工廠倉庫管理與現場生產管理的融合，保證了系統的標準性、有效性和快速響應性， 以下是系統總體網絡結構圖，如圖1所示。

    2.1.1 收貨/稱料子系統

    (1) 收貨功能的實現流程

    2.1.2 補料/加料子系統

    補料/加料子系統有兩個基本的功能：補料功能與加料功能。該大型美資化裝美容品和日用洗滌用品廠日常主要工作任務是把各種原材料經過配制、混合、乳化等過程來生產產品的，所以各種生產鍋的加料動作經常發生.人手操作不但效率低,而且出現投錯料和數據記錄錯誤的可能性比較大。補料／加料子系統正是為了避免加料過程中人手操作出錯的情況而提出的。

    (1) 補料功能的實現流程

    首先，PLC從PCS系統數據庫讀到要補料的計劃和操作。PLC把數據信息處理好，通過條碼掃描器(人手操作)識別原料的編號是否符合。如果符合，PLC會自動打開閥門和啟動液體泵把液體原料輸到固定原料罐里，PLC實時地把流量計的數據記錄下來,流量達到需要就會自動停止補料動作。PCS系統通過TCP/IP網絡與PLC通信，實時地把補料過程的數據記錄下來和控制補料過程，如圖2所示。

    (2)加料功能的實現流程

    首先,PLC從PCS系統數據庫讀到要加料的計劃和操作。PLC把數據信息處理好,如果條件達到要求就可以進行加料操作了。PLC啟動固定原料罐的液體泵把原料抽到輸料管道（與各個生產鍋連接），然后打開對應的生產鍋上面輸料管的閥門和啟動生產鍋的液體泵，進行加料的動作。 PLC實時地把流量計的數據記錄下來，流量達到需要就會自動停止加料動作。PCS系統通過TCP／IP網絡與PLC通信,實時地把加料過程的數據記錄下來和控制補料過程，如圖3所示。

    2.2 系統軟件功能模塊

    本系統的軟件系統在Microsoft的.NET開發環境與ORACLE數據庫下開發與調試，主要應用了.NET環境下的XML技術與ADO技術。根據數據采集與控制系統的要求，本軟件系統是一個以現場數據為基礎的實時數據處理系統。在功能上可將系統劃分為幾個相對獨立的模塊，如圖4所示。 

圖4 系統功能模塊圖

    （1）“通信中心”為系統的實時通訊系統，主要功能是負責安全地、可靠地、準確地接收PLC采集的各種實時數據，具有良好的擴展性，可靈活的增減需采集的設備的數目。

    （2）“數據處理系統”將完成系統的所有數據處理功能，即數據處理、分析和存儲，包括原始數據的工程換算、告警產生、向“實時監控報警系統”和“工程師集中監控系統”發送實時數據、告警數據和歷史數據，還要完成告警入庫等功能。“數據處理系統”還可為模擬屏（大屏幕）生成Excel格式的顯示數據，在生產的同時在大屏幕顯示。

    （3）“投料實時監控報警系統”是運行在各個配置工人工作臺中的觸摸屏計算機中的唯一程序，完成系統的投料跟蹤提示、參數實時監控、曲線顯示、報警提示和投料記錄生成功能。如果某些參數需要調整，管理人員可以根據權限在現場修正。因為投料時同一個工作臺的不同鍋（如油相鍋、水相鍋、乳化鍋等）有可能同時開啟，但生產的產品不同。“投料實時監控報警系統”可處理此異步過程。工作臺工作時，設備的運行狀態可以有一定的人機界面，如動畫或顏色表示。

    （4）“工程師集中監控系統”運行在工程師工作站中，為工藝師和管理人員提供現場的實時參數、實時告警和當前生產狀態。該模塊也包括不同生產過程參數的曲線對比、實時線和標準過程參數曲線的對比功能。

    （5）“管理配置報表系統”完成系統所有需配置、管理和查詢報表的功能，有權限的人員可以用它來設置產品的標準生產過程、查詢生產數據和打印報表，包括配置記錄和生產報表。在此模塊中可設置生產的標準過程曲線，供其他模塊使用。

3 使用效果與總結

    3.1 使用效果

    (1) 系統與上層ERP達到數據共享，為管理層的各種決策提供準確的數據依據。

    (2) 系統既可幫助工人控制投料時間，亦可通過報警手段幫助其準確的控制生產過程中的關鍵溫度和轉速等參數的控制和記錄。

    (3) 系統還使管理人員可隨時方便的查看生產線的實時參數和生產進展情況，自動生成打印與生產和管理相關的報表，使工藝師和管理人員根據各自的權限隨時查找以往的生產數據，分析所有的生產過程。

    (4) 系統自動準確的記錄整個生產過程、生產參數和過程中的報警，通過對歷史數據和報警數據的分析和比較，幫助工藝師發現最好的生產過程，從而使得同一產品的品質得到統一的控制。

    (5) 系統既可幫助工人控制投料時間，亦可通過報警手段幫助其準確的控制生產過程中的關鍵溫度和轉速等參數的控制和記錄。

    3.2 總結

    利用現今提出的MES體系結構,針對不同的工廠自動化要求,而開發出的專業制造執行系統(MES)能夠成為企業上層信息管理與下層現場監控執行系統管理的一條強而有力的紐帶,為實現工廠企業的全面而有效的自動化信息管理打下堅實的基礎。

其它作者：

    杜文雄（1983-），男，廣東佛山人，在讀碩士，研究方向為職能控制技術及其應用；

    邵于寧（1981-），男，廣東佛山人，在讀碩士，研究方向為智能交通。

參考文獻

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