信振宇，烏奕竹

（華晨汽車(chē)工程研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

前言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”、“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”成為國(guó)家戰(zhàn)略的背景下,中國(guó)汽車(chē)企業(yè)通過(guò)智能技術(shù)的創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈的變革，已成為轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的必經(jīng)之路。

在傳統(tǒng)制造向智能制造轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，新一代信息技術(shù)與制造過(guò)程的融合，將引領(lǐng)制造方式的變革，為制造業(yè)的高速、高質(zhì)、高效發(fā)展，提供有力的支撐與保障。

1 制造執(zhí)行系統(tǒng)簡(jiǎn)介

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，簡(jiǎn)稱(chēng)MES）是一套面向制造企業(yè)車(chē)間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程、生產(chǎn)調(diào)度、庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、能源管理、成本管理、項(xiàng)目看板、生產(chǎn)過(guò)程控制、底層數(shù)據(jù)采集、上層數(shù)據(jù)分析等功能。通過(guò)企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的搭建與應(yīng)用，可為企業(yè)構(gòu)建智能化制造協(xié)同管理平臺(tái)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)在90 年代初被提出，旨在加強(qiáng)生產(chǎn)制造過(guò)程的物料及計(jì)劃管理的執(zhí)行功能，把各項(xiàng)生產(chǎn)資源通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)同車(chē)間作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)，生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)與現(xiàn)場(chǎng)控制PLC、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、物料條形碼、檢測(cè)設(shè)備、生產(chǎn)線、機(jī)器人等形成數(shù)據(jù)傳輸及程序控制的網(wǎng)絡(luò)連接。按照行業(yè)共識(shí)形成了ERP/MES/PCS 三層結(jié)構(gòu)，成功地在許多行業(yè)得到了應(yīng)用。在三層結(jié)構(gòu)模型中，ERP(Enterprise Resource Planning)屬于企業(yè)的計(jì)劃層，MES（Manufacturing Execution System）是生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行層，PCS（Process Control System）是對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程和設(shè)備的控制。

制造執(zhí)行系統(tǒng)介于企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理與工廠制造裝備控制之間，屬于在計(jì)劃管理層ERP 與生產(chǎn)控制層PCS 之間搭建了互聯(lián)的橋梁。一方面，MES 可對(duì)來(lái)自ERP 的生產(chǎn)管理信息進(jìn)行細(xì)化、分解，形成生產(chǎn)指令傳給底層生產(chǎn)線與生產(chǎn)裝備；另一方面，MES 可以通過(guò)生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)PLC 采集生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)和制造資源的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，將制造系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，將實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況及時(shí)地反饋給計(jì)劃層，進(jìn)行作業(yè)的動(dòng)態(tài)調(diào)度與優(yōu)化，真正實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的智能化監(jiān)管，形成以ERP／MES／PCS 三層為核心的企業(yè)信息集成。

圖1 制造行業(yè)三層結(jié)構(gòu)

三層結(jié)構(gòu)覆蓋了公司經(jīng)營(yíng)管理、車(chē)間生產(chǎn)制造與工藝控制的過(guò)程監(jiān)控的全過(guò)程，制造過(guò)程的信息化系統(tǒng)已從初級(jí)的單純制造信息采集發(fā)展為以生產(chǎn)控制、計(jì)劃調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理、決策優(yōu)化、大數(shù)據(jù)管理等為一體的企業(yè)綜合自動(dòng)化信息系統(tǒng)。企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的搭建是企業(yè)信息化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是企業(yè)從傳統(tǒng)機(jī)械制造，向信息化、數(shù)字化制造，實(shí)現(xiàn)全面綜合自動(dòng)化發(fā)展的必然之路。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)主要功能

2.1 設(shè)備層

設(shè)備層的典型系統(tǒng)特點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)連接。

（2）關(guān)鍵智能部件及工位智能終端通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與車(chē)間服務(wù)器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

（3）自動(dòng)的采取生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)，零件的狀態(tài)以及特定的信息。

（4）通過(guò)提供OPC 服務(wù)和總線DP 轉(zhuǎn)換器的方式完成數(shù)據(jù)采集。

（5）智能識(shí)別中間件實(shí)現(xiàn)RFID 的設(shè)備管理，數(shù)據(jù)容錯(cuò)以及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2.2 單元層

單元層的典型系統(tǒng)特點(diǎn)：面向數(shù)字生產(chǎn)線物聯(lián)應(yīng)用，時(shí)間生產(chǎn)設(shè)備互通互聯(lián)，制造資源的智能化管理以及制造與裝配過(guò)程的智能化管控。

2.3 工廠層

工廠層的典型系統(tǒng)特點(diǎn)：加工過(guò)程和裝配過(guò)程的制造資源組織與優(yōu)化，生產(chǎn)過(guò)程透明可視化，物流過(guò)程數(shù)字化全面跟蹤，全面質(zhì)量管理和追溯，生產(chǎn)活動(dòng)智能分析，實(shí)現(xiàn)人，機(jī)，物，料的實(shí)時(shí)閉環(huán)管。

圖2 制造執(zhí)行系統(tǒng)功能示意

3 制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用

在汽車(chē)生產(chǎn)線開(kāi)發(fā)過(guò)程中，同時(shí)定制開(kāi)發(fā)完善企業(yè)制造執(zhí)行MES 系統(tǒng)，包含基礎(chǔ)信息維護(hù)，生產(chǎn)計(jì)劃排程，車(chē)輛生產(chǎn)信息跟蹤，證書(shū)管理，報(bào)表統(tǒng)計(jì)查詢等功能。重點(diǎn)實(shí)施供應(yīng)鏈協(xié)同和面向產(chǎn)品的車(chē)輛全生命周期管理系統(tǒng)，以整車(chē)制造執(zhí)行系統(tǒng)建設(shè)為抓手，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)RFID（射頻識(shí)別技術(shù)），逐步實(shí)現(xiàn)企業(yè)的柔性化、定制化制造。

在車(chē)身生產(chǎn)車(chē)間，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備及生產(chǎn)裝備通過(guò)其控制PLC 組網(wǎng)，形成設(shè)備層環(huán)網(wǎng)。現(xiàn)場(chǎng)投入RFID 設(shè)備用于關(guān)聯(lián)車(chē)身信息與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層PLC 匹配，記錄車(chē)身狀態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量等，為后期車(chē)身的生產(chǎn)狀態(tài)跟蹤提供信息。其主要功能實(shí)現(xiàn)車(chē)體位置跟蹤與查詢、車(chē)間庫(kù)區(qū)管理、生產(chǎn)排序管理、系統(tǒng)故障報(bào)警等功能。側(cè)圍及下車(chē)身上、下線調(diào)度、空橇信息及其下線記錄存檔等信息追溯。

載碼體信息錄入：企業(yè)MES 系統(tǒng)--發(fā)動(dòng)機(jī)艙總成VIN 打刻機(jī)--發(fā)動(dòng)機(jī)艙線PLC--FDS 輸送PLC--UB 線PLC--滾床PLC--MB 線PLC--精整線滾床輸送PLC--存儲(chǔ)區(qū)滾床PLC--輸送至涂裝（載碼體信息擦除）。

圖3 RFID 設(shè)備

在汽車(chē)制造企業(yè)，企業(yè)管理層ERP 及設(shè)備層PCS 較為成熟的狀態(tài)下，搭建、完善企業(yè)制造執(zhí)行MES 系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)未來(lái)定制化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4 結(jié)論

我國(guó)目前正從勞動(dòng)密集型向現(xiàn)代化制造業(yè)方向發(fā)展，如何進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件已經(jīng)成為我國(guó)制造業(yè)面臨的問(wèn)題。

制造執(zhí)行系統(tǒng)作為智能化工廠的重要支撐，將助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、質(zhì)量等全產(chǎn)業(yè)鏈的信息化升級(jí)。為我國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供有力依托，加快制造業(yè)升級(jí)，提高生產(chǎn)效率、創(chuàng)新技術(shù)能力和提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)全過(guò)程的智能化和綠色化發(fā)展。