制造执行系统（MES）体系结构

1 引 言

    中国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一点，就是以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力的跨越式发展。纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统两个方面。ERP位于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。而在现场自动化系统，主要采用自动化生产设备、检测仪器、物流搬运储存设备等解决具体生产（制程）的瓶颈，实现生产现场的自动化控制。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员需在最短时间内掌握生产现场的变化，作出准确判断和快速应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接的支持；而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，而并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。以及由于产品行销正在从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新的局面。工厂制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）恰好能填补这一空白。

2 系统介绍

    2.1 系统硬件网络结构

    本系统硬件部分由两个二级系统组成：收货／称料子系统和补料／加料子系统。本系统使用了现场总线和基于TC踟P的标准工业以太网，实现了工厂仓库管理与现场生产管理的融合，保证了系统的标准性、有效性和快速响应性，以下是系统总体网络结构图，如图1所示。

图1 系统总体网络结构图

    2.1.1 收货／称料子系统

    （1）收货功能的实现流程
    收货工通过收货子系统记录收货过程中的数据，接着从数据库系统中把收货子系统整理好的数据发送一个包含有RI Code，Net Weight，Lot No，SumWeight信息的数据包给条码标签打印工作站，该触发并发送数据包的过程由厂方人员负责实现。收货系统可选择切换两种打印模式，分别为手动打印模式和自动打印模式供用户选择。该收货子系统能实现收货系统的信息化与流程化管理。

    （2）称料功能的实现流程
    在称料区，每个称料工负责一块称料子区（称为工位）。在每个工位，配有一套称料系统供负责该区的称料工使用。称料子系统分为前端处理和后台处理两部分。前端处理模块装在触摸屏电脑（HMI）上，负责简单的信息显示、获取，并通过无线网络与后台处理模块进行数据交互；后台处理模块装在称料区的固定PC上，负责对与前端交互的数据进行处理、计算、并与PCS数据库实现数据交互。

    2.1.2 补料／加料子系统

    补料／加料子系统有两个基本的功能：补料功能与加料功能。该大型美资化装美容品和日用洗涤用品厂日常主要工作任务是把各种原材料经过配制、混合、乳化等过程来生产产品的，所以各种生产锅的加料动作经常发生。人手操作不但效率低，而且出现投错料和数据记录错误的可能性比较大。补料／加料子系统正是为了避免加料过程中人手操作出错的情况而提出的。

    （1）补料功能的实现流程
    首先，PLC从PCS系统数据库读到要补料的计划和操作。PLC把数据信息处理好，通过条码扫描器（人手操作）识别原料的编号是否符合。如果符合，PLC会自动打开阀门和启动液体泵把液体原料输到固定原料罐里，PLC实时地把流量计的数据记录下来，流量达到需要就会自动停止补料动作。PCS系统通过TCP／IP网络与PLC通信，实时地把补料过程的数据记录下来和控制补料过程，如图2所示。

图2 补料结构图

    （2）加料功能的实现流程
    首先，PLC从PCS系统数据库读到要加料的计划和操作。PLC把数据信息处理好，如果条件达到要求就可以进行加料操作了。PLC启动固定原料罐的液体泵把原料抽到输料管道（与各个生产锅连接），然后打开对应的生产锅上面输料管的阀门和启动生产锅的液体泵，进行加料的动作。PLC实时地把流量计的数据记录下来，流量达到需要就会自动停止加料动作。PCS系统通过TCP／IP网络与PLC通信，实时地把加料过程的数据记录下来和控制补料过程，如图3所示。

图3 加料结构图