生產車間生產管理信息系統設計構想

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摘要：該文以生產管理信息系統為設計對象，以制造執行系統(MES)為核心理念，對生產管理信息化提出具體的實現方案，可以更好解決生產問題，避免計劃趕不上變化，導致產量不能達到預期標準，能夠實現車間的現場調度、生產過程控制、設備狀態監控，并對生產過程中的一些非常規信息進行管控，提高車間生產的效率。提高了生產管理效率，降低了備件庫存和運行成本，實現精益化管理，并建立起企業的自動化機器人生產知識庫，可以為企業的相關決策提供科學依據。

關鍵詞：生產管理信息系統；制造執行系統；生產車間

1引言

隨著現代科學技術的發展，產品的設計、生產和銷售開始向全球化趨勢發展，消費者對產品的需求向個性化、多元化發展，使工業企業之間的競爭更加激烈。為了提供整體市場競爭力，工業企業迫切需要提高生產效率和產品綜合質量，降低企業生產運營成本，這就對工業企業的生產提出了更高的要求。自動化生產設備具有更強的系統特性，因此，要求更先進的生產管理信息系統進行生產管理。全面掌握企業范圍內實時的生產設備的運行狀況及其成本，提高自動化設備利用率和回報率，可以更好地進行車間生產。

2相關技術概述

2.1MES

MES系統是用于管理制造企業中的車間的生產信息管理系統，MES系統的作用是充當管理決策層和過程控制層之間的橋梁。一方面，MES負責向自動化生產設備的PLC（可編輯邏輯控制器）模塊發送指令，另一方面向企業資源計劃（ERP）系統匯報生產情況進行財務核算。MES將現場生產情況反饋給管理決策層，管理和決策層可以通過MES系統了解計劃和產能及生產設備維護保養周期。

2.2物聯網

在1999年，麻省理工學院的自動識別中心基于計算機In⁃ternet預先定義了“物聯網”，它使用RFID、無線數據通信和其他技術來構建一個網絡，該網絡涵蓋世界各地的所有區域以自動識別物品，并實現信息的互聯和共享。物聯網將在未來成為互聯網的組成部分，是一種動態的全球網絡架構，具有基于特定標準和可互操作的通信協議的自配置功能。文中論述的生產管理信息系統底層就是應用到物聯網的概念與各個自動化生產設備進行監控與通信。

3系統設計

3.1系統總體框架設計

生產管理信息系統基于MES管理方法，全面覆蓋自動化生產設備，如：焊接機器人操作，噴涂機器人等，淋雨機器人等，過程中的各種運行數據，并向用戶實時顯示直觀的三維數據，有效監控工作，達到確保安全生產的目的，并提高生產效率。生產管理信息系統總體構架由五層構成：設備層、采集層、數據層、業務層以及應用層。設備層是對自動化生產設備進行排序，并顯示設備狀態與各種實時參數。采集層通過采集服務器、網關等分布式數據，完善整體的通信設備。數據層主要記錄焊機的工作狀態，其中就包括報警狀態。業務層主要有承上啟下的作用。應用層主要對各種數據信息進行查詢、監控等操作，并實現網絡互聯，這樣方便網絡維護和監控，當某一節點出現問題時，會及時發現，網絡節點的連接便于系統的監控和管理。

3.2系統數據庫設計

在生產管理信息系統設計中，數據庫設計占據重要地位，數據庫必須保證數據的一致性、安全性等，根據本文中生產管理信息系統的實際應用情況，生產管理信息系統采用了SQLServer2005作為數據庫服務器。根據生產管理信息系統各模塊之間的關系，在對生產管理信息系統進行數據庫設計時，為了方便數據的跨表查詢，本數據庫還設計了相應的視圖。

3.3系統功能結構設計

3.3.1監控模塊設計監控模塊主要是針對設備狀況、生產流程兩個方面進行設計，設備狀況監控是通過系統控制層的終端進行通信，對生產設備的運行狀況進行實時監控，在監控設備出現問題時，還能自動報警功能。生產流程監控主要是對生產系統中的加工進度進行監控，能夠確保生產系統能夠順利運行。

3.3.2數據統計模塊設計數據統計模塊主要是對生產系統和生產質量進行設計，其中就包括焊機利用率、加權誤期任務數等。根據指定的時間，對相關信息進行統計分析，如Pareto圖分析等。在進行長期統計分析時，可以通過管理層統計系統查詢統計結果。在進行短期統計分析時，將實時數據庫中的數據作為統計源，進行在線分析，這樣可以確定生產限額，保證在線生產質量。

3.3.3生產信息管理設計生產信息管理模塊一共有四個子模塊，分別是訂單管理、材料管理、生產管理、設備狀態管理，通過實時數據庫對各個子模塊進行數據統計，并對車間的相關信息進行增加、查詢、刪除等各項操作，滿足各個子模塊在管理功能中的操作。

3.3.4作業調度管理設計作業調度模塊主要是對生產車間進行調度，應用啟發式算法，對生產系統進行實時動態管控，進而自動對車間的生產進行調度；在一些特定的情況下，車間調度員根據自身情況，以及多年的工作經驗，合理的安排生產調度，并通過制定調度規則，了解生產車間的各個工序，分析以后，再合理安排生產。

4系統的構想與實現

下面是生產管理信息系統的開發環境。1）技術平臺：微軟的.NET框架。2）信息服務器：InternetInformationService6.0。3）開發語言：ASP.NET4.0技術框架，實現語言完全采用C#語言。4）數據庫：SQLServer2005。5）服務器操作系統：采用WindowsServer2012服務器操作系統。6）終端PC系統：采用Win7操作系統。

4.1系統登錄實現

系統登錄界面是為初始界面，在用戶進入系統以后，要就通過登錄界面實現登錄，生產管理信息系統登錄界面如圖1所示。

4.2系統管理實現

4.2.1機構與系統管理實現搭建合理的組織結構，可以提升管理效率和責任到人，更好的監控設備，根據編碼分級進行管理的。圖2為組織機構界面示意圖。不同的組織機構會影響該用戶所能看到的設備等信息內容，系統中默認情況下某一用戶可以看到其所屬組織機構使用或擁有的設備或其所屬組織機構下級的機構或部門的設備。

4.2.2生產管理系統與ERP等管理系統的通信流程生產管理信息系統（MES）在整個生產過程中起到決定性作用，把生產機器人管理起來是MES的使命。下面論述一個成品從零到一生產的過程：1）制定項目計劃，根據項目計劃分解出月度計劃。2）使用PLM系統（產品生命周期管理系統），做基礎數據準備，包括項目架構搭建，物料號的創建，物料清單的搭建，工藝路線的搭建。并把這些數據通過接口傳到ERP系統。3）ERP系統（企業資源計劃系統）接收完PLM系統數據確認無誤后，就執行MRP（物料需求計劃）運算。4）運行MRP后，采購根據MRP運算結果進行創建采購訂單。5）生產調度根據實情況，把計劃訂單轉成生產工單。6）ERP會把新的生產訂單下達到MES里面。把整個工單的任務交給MES去完成。7）MES接到改任務后根據ERP生產訂單的開始結束時間，進行三日計劃排產。8）MES把三日計劃下發到WMS（倉庫管理系統）進行備料與配送9）物料配送到位后，MES向機器人發送指令。機器人記錄開始生產時間，完工后機器人向MES發送完工指令。MES記錄機器機器人工作的開始時間，結束時間，消耗物料的種類和數量，產生品的質量等數據。10）統計分析，MES有各種豐富的生產報表。如產能報表，生產兌現率報表，計劃兌現率報表，生產設備耗能報表，生產設定保小修報表等。

4.2.3MES與生產設備的通信生產管理信息系統（MES）最核心功能是監控生產機器，下達生產指令讓機器完成生產任務，這就需要MES跟生產設備進行對話通信。現在生產設備一般都具有可編程的PLC控制模塊，MES可通過接口對設備PLC模塊下達指令，在完成某一項自動化生產的過程中，MES需要和PLC進行11次數據通信。生產管理系統向生產設備發送生產指令，生產設備根據要求進行生產。生產完成后，把開始時間、結束時間、成品ID發送到生產管理系統。生產管理系統把這些重要的生產數據保存到數據庫中，并定時向ERP匯報產量和庫存。

5結論

生產管理信息系統是利用信息化的手段對車間生產設備管理的全生命周期進行管理，從而達到提高管理效率、降低備件庫存、實現精益化管理和建立企業維修知識庫的目標。本文在MES系統架構設計的基礎上，充分考慮到系統與ERP等各個管理系統關系、生產設備PLC的通信。通過本文中的系統設計及與外部系統的協同運作，一定會提高對車間生產設備的管控并降低了很多人為的操作錯誤，提高效率更便于管理，讓車間生產達到預期要求。

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作者：游健平 單位：中車廣東軌道交通車輛有限公司