MES系统在汽车整车企业中的应用(论文)

摘要：执行制造系统（Manufacturing Execution System，简称MES）是现代制造治理自动化领域的一项重要技术，它位于企

业高端ERP与低端设备自动操纵系统之间：一方面，MES对来自ERP的生产治理信息进行细化、分解，将操作指令传递给低端操纵层；另一方面，MES能够搜集设备、仪表状态数据，适时监控低端设备运行状态，为ERP、SCM提供现场适时数据，增强高端打算治理层与底层的沟通，起到承先启后的作用。随着我国汽车市场的快速进展，市场竞争不断加重，MES系统作为一种企业适时治理的有效工具，其成功地导入与实施，关于汽车企业把握商机，提高生产装备的生产运行效率，快速调产，实施精益变革，以达到有效适应市场需要的目的具有重要意义。

关键词：MES 汽车企业 MES系统应用

The Application of MES in Complete Vehicle

Manufacturing Companies

Wei Lei

Abstract: Manufacturing Execution System(MES) is an important technology in the field of modern automatic manufacturing management. It is in between the upper level of ERP and the base level of equipment automatic control system of the company. On one hand, MES fractionizes and breaks down the production management information from ERP and passes the operation instruction to the control level. On the other hand, MES collects the data of the equipment and instrument, monitors the operation situation of the equipment and provides timely data to ERP and SCM. Thus MES plays a role of a linkage and enhances the communication between the planning level and the operation level. With the rapid development of automotive market in China, the competition between the auto vehicle manufacturers becomes more and more fierce. MES is an effective management tool for the enterprises. Successfully introducing MES system into vehicle manufacturing company has a great significance in helping the company to seize business opportunity, improve the production efficiency on the existing facilities, quickly adjust production and implement lean innovation to meet the market demand in an effective way. Key Words: MES, vehicle manufacturer, MES application

1 引言

随着企业运算机应用的不断推行，企业信息化应用水平慢慢提高，企业愈来愈需要车间执行层的治理信息系统。MES信息治理系统在企业打算治理和车间生产操纵之间架起了一座信息沟通和治理的桥梁，使企业更易成立一个快速反映、有弹性、精细化、统一的信息化制造环境，帮忙企业提高产品质量和环境，降低材料和人力等资源的消耗。因此如何深刻明白得MES内涵，在我国企业中开发和应用好MES，关于提高企业竞争力，缩小与发达国家企业差距是迫在眉睫的情形，也将是企业信息化水平深层次推动的需要[1]。目前，我国制造业信息化治理已经大规模的普及，MES信息治理系统在汽车行业中已经取得普遍的应用。国内实施MES系统的整车企业中，上海通用汽车将MES系统功能发挥的淋漓尽致而且上海通用汽车连年的成功实施体会和实施模式已经慢慢成为国内业界的一个默许标准。本文要紧介绍MES系统功能概述、MES系统在汽车企业生产治理系统中所处地位及MES系统在汽车整车企业中的应用。

2 MES系统功能概述

MES国际联合会对MES系统的概念是：MES系统能通过信息传递对从定单下达到产品完成的整个生产进程进行优化治理[3]。当工厂发生实时事件时，MES系统能对作出及时反映、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处置。这种对状态转变的迅速响应使MES系统能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作进程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES系统还通过双向的直接通信在企业内部和整个产品供给链中提供有关产品行为的关键任务信息。

MES系统典型功能包括：工序详细调度、资源分派和状态治理、生产单元分派、进程治理、人力资源治理、爱惜治理、质量治理、文档操纵、产品跟踪和产品清单治理、性能分析和数据搜集。实际的产品可能是包括其中一个或几个功能[6]。各功能简述如下：

（1） 工序详细调度：通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能。

（2） 资源分派和状态治理： 指导劳动者，机械，工具和物料如何和谐的进行生产，并跟踪其此刻的工作状态和方才完工情形。

（3） 生产单元分派：通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作。

（4） 文档操纵： 治理和分发与产品，工艺规程，设计，或工作令有关的信息，同时也搜集与工作和环境有关的标准信息。

（5） 产品跟踪和产品清单治理： 通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每一个最终产品利用情形的可追溯性。

（6） 性能分析 ：将实际制造进程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标和客户的要求进行比较。其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改良和提高。

（7） 人力资源治理：提供按分钟级更新的员工状态信息数据（工时，出勤等），基于人员资历，工作模式，业务需求的转变来指导人员的工作。

（8） 爱惜治理： 通度日动监控和指导保证机械和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执行目标。 （9） 进程治理：基于打算和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程。这一功能事实上也可由生产单元分派和质量治理来实现。那个地址是作为一个单独的系统来实现。

（10） 质量治理：依照工程目标来实时记录，跟踪和分析产品加工进程的质量，以保证产品的质量操纵和确信生产中需要注意的问题。

（11） 数据搜集：监视，搜集和组织来自人员，机械和底层操纵操作数据和工序，物料信息。这些数据可由车间手工录入或由各类自动方式获取。

3 MES系统在企业生产治理系统中的重要性

21世纪的企业面临着日趋猛烈的国际竞争，要想博得市场、博得用户就必需通过实施MRPII/ERP来增强治理。可是上层生产打算治理受市场阻碍愈来愈大，明显感到打算跟不上转变[3]。面对客户对交货期的苛刻要求，面对更多产品的改型，定单的不断调整，企业决策者熟悉到，打算的制订要依托于市场和实际的作业执行状态，而不能完全以物料和库存回报来操纵生产。同时MRPⅡ/ERP软件主若是针对资源打算，这些系统通常能处置昨天以前发生的情形（作历史分析），亦可估量并处置明天将要发生的事件，但对今天正在发生的事件却往往留下了不标准的缺口，而传统生产现场治理已无法知足今天复杂多变的竞争需要。因此找出任何阻碍产品品质和本钱的问题，提高打算的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为目前每一个企业十分关切的问题。

制造执行系统（MES）恰好能填补这一空白。MES是处于打算层和车间层操作操纵系统SFC之间的执行层，要紧负责生产治理和调度执行。它通过操纵包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供一种系统的在统一平台上集成诸如质量操纵、文档治理、生产调度等功能的方式。从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。

MES系统为企业中其他治理信息系统提供实时数据。例如，ERP系统需要MES提供的本钱、制造周期和估量产出时刻等实时生产数据；SCM从MES中获取当前的定单状态、当前的生产能力和企业中生产换班的彼此约束关系；CRM的成功报价与准时交货，那么取决于MES所提供的有关生产的实时数据；PDM中的产品设计信息，能够基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化等[4][5]。

在许多工厂中，全厂治理的功能目前仍然由文件和人工系统进行，通常有体会的人员执掌着工厂生产效益的钥匙。在大多数运行中，人工系统和有体会运行人员的判定老是起着重要作用。可是，市场要求产品的品种和数量常常转变，靠人工和体会调整生产显然效率低、反映慢、缺乏竞争力。而且人工系统也不可能适应产品、工艺、技术和用户要求日趋加速的转变。由于生产运行转变如此迅速，MES的信息的及时性要求以分，乃至秒的速度进行反映，此光阴靠人恐怕不行。因此，采纳MES带来的效益不言而喻。ERP／MRP的环境是以具体事务为基础的。其数据互换确实是对生产调度、运输安排或对生产打算要求的响应。与此不同的是，操纵的决策必需在秒乃至更短的时刻内完成，它对生产进程、操作人员，或对材料的操作需求做出响应。显然，实时环境和实时响应的不同阻碍着绝大多数的具体事务和在操纵层的执行。传统的数据流和操纵流在ERP与操纵层之间存在着庞大的鸿沟。传统的信息治理系统向主管财务的总领导和财务治理负责人报告，居于治理层；而传统的工程生产信息那么向负责生产的总领导报告；职责不同，彼此之间的沟通没必要然能做到及时且细致深切。

与此相反，MES系统能提供的材料数据是与生产消耗相关的，同时能生成基于精准执行时刻的材料供给提早量，这将改善仓储操纵。准确的生产模型是与实际测量相关于打算时刻表的关系牢牢相连的，有助于精准表达生产打算的实时行为。

现今的生产企业在不断加重的市场竞争下， 愈来愈感到市场的残酷和面临的挑战， 如何把握先机， 快速调整生产以适应市场的需要，在现有的设备条件下提高生产效率，做到精益生产是不断摆在企业治理人员眼前的一道道课题。例如，在市场定单多同级别车品种多的情形下，整车企业治理人员最忧虑的确实是生产线停线。假设是企业不能及时生产出高质量高靠得住性的产品来知足用户的需求，就会造成大量定单的流失，这对企业来讲损失是庞大的。可是如何减少生产线停线次数提高生产效率，找诞生产进程中存在的质量问题一直是困扰着企业的难题。于是，企业就在寻求一种能够对在制品的生产进程进行实时监控的方式，实时性治理成为企业获利企业的基石。而MES信息治理系统恰正是实时性治理的最好工具也仅有它才能真正的知足企业的要求。

4 MES系统在汽车整车企业中的应用

目前，我国大型整车企业为了提高生产效率，降低材料和人力等资源的本钱实现精益生产，普遍应用MES信息治理系统。如：上海通用汽车、湖南长丰、昌河铃木等等。一样来讲，整车企业在应用MES系统进程中要紧包括以下几个功能模块：生产打算治理、PMC（生产监控系统）、质量ANDON系统、物料ANDON系统、AVI（车身跟踪系统）。下面咱们通过具体实施的项目体会来研究这几个功能模块如安在整车企业中发挥作用以达到MES系统要求。

生产打算治理

那个功能模块要紧实现了生产打算的接收、分解、下达和上传给上层打算系统信息的功能。通常情形下，MES系统与ERP系统可不能采纳同一个操作平台，因此需要用FTP协议来解决通信问题。例如：利用SERVER U软件搭建FTP效劳器。MES系统与ERP系统通过文本文件互换数据的，MES系统天天将文本文件存储在特定的文件夹中。

当MES系统接收到文本文件后，用某种高级编程语言将文本文件中每条生产打算进行分解并存储在SQL数据库中的特定数据表中。比如：在焊装车间咱们天天都会接收到来自ERP的生产打算文件，然后将其进行分解别离存储在几张数据表中。这几张数据表别离对应左右边围生产线、地板生产线，左右门生产线等等。现场生产车辆信息都存储在这些数据表中。MES系统与ERP系统会对文本文件的格式进行约定，通过标识符判定获取打算文件信息的完整性。

打算文件格式举例如下：

#####Begin##### 打算内容

######END###### 50

其中第一行作为打算文件的起始标识行，最后一行为打算文件的终止标识行，并在终止标识行结尾标识打算文件下达打算的记录数。此记录数用来MES系统较对分解文本文件后的完整性。

MES系统将存储在数据库中的打算信息下达到各生产线OEM PLC设备和条码打印设备。OEM设备及条码打印设备都依照数据表中车辆信息指导现场操作。在昌河铃木焊装车间通过操作现场设备车型显示板简化了生产打算部门和班组长的工作内容。车型显示板显示的信息完全与ERP下达的生产打算信息一一对应，操作工依照显示信息就可明白当前应该生产哪一种车型的车辆。

ERP系统会在在制品生产进程中设定几个关键信息点，这几个信息点关于ERP系统推算车辆生产时刻、库存、物料治理超级重要。MES系统将搜集到的生产实时信息贮存在MES系统的数据库中，ERP系统能够直接从MES系统数据库中获取，ERP系统需要随时关注MES系统数据库指定表格中数据的转变，并及时的将生产信息传递给ERP系统，以实现ERP生产打算治理功能。

由此，咱们能够看诞生产治理模块实现了从ERP接收数据并将现场信息传递给ERP的整个进程，同时验证了MES系统在企业治理系统中承先启后的作用。

PMC生产监控系统

生产监控系统PMC（Production Monitoring & Control ）[2]是一个工厂范围内的多功能系统，一方面，系统对车间一级设备进行实时监控，在第一时刻捕捉停机缘故，从而达到减少停线时刻，提高生产效率的目标。同时系统将自动记录各个设备在各个班次停机次数及停机缘故、为维修部门制定预防性和预测性维修打算提供第一手的信息，从而提高设备运行效率,最终提高生产效率。

另一方面，该系统被用来实时地监视生产状态。成立生产监控系统的目的是测量和跟踪生产设备的工作情形，当生产设备显现生产问题时，生产监控系统将向车间人员报警。该系统将监视生产的车辆、节拍时刻、设备的正常运行时刻、故障停机时刻和生产设备的故障。

生产监控系统所搜集到的信息将通过运算机屏幕、显示板和声音报警器广播给用户。

生产监控系统通过TCP/IP 或 OPC以太网协议与现场设备 (可编程逻辑操纵器、机械人、个人运算机、其它操纵系统) 进行通信。

通过车间层面的PMC及时治理和操纵，能够立刻进行故障解决。同时系统在停工期会自动记录停工的时刻和缘故，为爱惜提供第一手的资料。因此系统将取得更优化，设备将更有效地工作，最终提高生产效益。PMC系统的组成如以下图：

图1 PMC系统组成

Process Monitoring & Control SystemPMC Server(x3)DatabaseServer (SQL)WebServerThinClientPlant EthernetViewer (x3)(Body)OEMPLCViewer (x3)(Paint)Viewer (x3)(F/A)OEMPLCAndonPLC (x2)AVIPLC (x3)  

搜集和治理报警数据 数据登录SQL数据库 生成报表

        

趋势数据

操纵PLC以决定传送带的启动和停止 图象显示 车间流程 区域流程 安装信息 车间生产信息 车间班次信息 车间传送带状态

该系统可提供车间生产实时信息，用于爱惜和改良产品质量、稳固性和生产设备的效率。

质量治理系统

质量治理系统是一个用声光显示当前生产线状况的系统，它提示工段长，分工段长，维修人员及其他相关人员发生在某工位的质量问题及物料需求，它也是操作工工作时请求帮忙的一个工具。它是一套专门为汽车生产、装配线设计的信息治理和操纵系统，系统能够搜集生产线上有关设备及质量治理的信息，加以处置后，操纵散布于车间遍地的灯光和声音报警系统。质量治理系统在汽车四大工艺车间中被普遍利用。

现今的汽车工业面临庞大的竞争压力，必需不断提高生产效率，降低生产本钱。为了提高生产效率，就必需减少生产线的停线次数。为了降低本钱，必需对产品质量进行紧密监测和操纵。

质量治理系统顾名思义确实是为了提高质量，汽车发动机车间的生产线是现代化高度集中的流水化作业，咱们的质量治理系统确实是保证生产线上的每一个工位能按时、保质地完本钱工位的加工作业，以便让带有质量问题的工件在进入到下一工位前能取得妥当处置和解决，而不希望是抵达结尾后再修理或再作统一处置解决，幸免没必要要的重复加工或返工，提高低线一次合格率，和谐各工位间、班组间的活动，提高效率和整体质量水平。在传统的生产流水线上，任何一个工位假设是发生质量问题，操作人员就要停止整条生产线来排除故障。采纳质量治理系统后，一旦显现问题，操作人员能够在本工位拉一下绳索，点亮相应的报警灯，触发相应的声音报警，提示维修人员和治理人员当即找起身生故障的地址和故障的缘故，能够不用停止生产线而解决问题。因此既减少了停线时刻，又提高了生产效率。同时治理人员还能够依照质量治理系统记录报告的各类信息，分析解决问题，识别出工艺上须改良的部份，或对操作人员作进一步的培训。

质量治理系统要达到以上功能，以下四大部份是必不可少的：

 操作部份：在重要质量工位均安置拉杆，操作人员在需要时，通过它们发出信息，以便及时取得所希望的支持和帮忙。

 显示部份：为让人们通过视觉了解发生的事件。一块或几块质量治理显示牌能简单、直观地反映事件信息。同时各工位的报警指示灯那么说明了事件发生或有所需求的地址的区域和具体位置。

 声音部份：通过声音或音乐，也能够了解到事件发生的大致地址、事件的类型、性质和该谁去向理事件等信息。另外还能够播放上下班、休息等辅助信息。

 记录部份：对生产进程中发生的拉杆事件、自动事件进行记录，提供给治理人员作为分析、改良、研究的依据。

生产线上的质量治理系统，许诺操作者在生产进程中发生质量问题时取得帮忙和支持，能够用来帮忙生产线上的工人在规定生产节拍内、完成质量靠得住的发动机装配任务。可见，安装在汽车发动机车间的质量治理系统起到了在生产流水线上传递信息、提高生产效率、降低生产本钱的作用。 质量治理系统又简称质量ANDON系统或ANDON系统。质量治理系统的功能支持制造业的同步制造原那么，即在当前工位依照质量完成所有工作，而不是将质量问题流入下一个工位，最后维修。质量治理系统的操纵核心由一台质量治理PLC完成，操纵各个生产线和所有质量设备、按钮，并在相应的质量治理显示板显示相应的信息，质量治理系统的功能见图2。

图2 质量治理系统功能

当工位上的操作工需要帮忙时，操作工能够拉动位于该工位的质量拉杆，该质量拉杆将激活质量治理系统，点亮该工位的指示灯，同时在质量治理显示板上点亮对应该工位的灯以示寻求帮忙，同时，该系统还会播放特定的音乐以引发相关人员的注意力。

当工段长听到音乐后，依照质量治理显示板信息能够判定出需要帮忙的工位，并及时赶到该工位，帮忙解决问题。当问题解决后，操作工应再次拉下质量拉杆，复位该请求信息。

关于持续流水线，在操作工拉下质量拉杆后，假设是在车辆抵达终端到位FPS位置前没有解决问题，那么流水线停在FPS位置上。只有当质量拉杆复位后，流水线才继续运行。假设是操作工在车辆抵达FPS位置前解决了该问题，拉动质量拉杆复位，该情形可不能造成流水线停线。

质量治理内嵌事件跟踪及报表功能。它能够跟踪质量治理呼唤的次数，流水线停线的次数及停机时刻等。

物料求援系统

物料求援系统基于及时供货的准那么。物料请求功能许诺操作工对其所需的物料提出申请。该系统提供送货人员的工作效率，节省车间寄放空间，幸免了没必要要的延迟、等待时刻，及由于物料欠缺而造成的停线，物料求援系统结构见图3。

图3 物料求援系统结构

主计算机（服务器）打印机LED显示屏 WL01WL07现场物料求援触摸屏WL08WL09WL12现场物料求援触摸屏WL13 物料求援系统的功能如下：

● 物料求援触摸屏将悬挂在有物料请求的货价上方，用于物料请求及确认

● 在物料配送区域的物料LED板上将显示物料请求，该系统通过显示求援信息的排列 顺序保证FIFO ● 系统提供给物料配送人员所需配送物料的所有必需信息 ● 系统提供对物料求援触摸屏上的位置及部件信息的配置方式 ● 查询库存信息 – 显示特定库存位置上的物料库存量

● 库存清点 – 在对xxx和xxx库进行库存清点后，按如实际库存数据许诺相关人员手动调整库存量，并生成库存量报表

● 开启或关闭库存报警 – 关于关于指定存储区域内的物料设定开启或关闭库存报警，当库存量太低或太高时提供报警提示

● xxx物料存储区的库存消耗 – 当收到来自工位的送料抵达的确认信号后，在xxx物料存储区扣除相应物料库存

● xxx物料存储区的库存增加－ 当收到来自JIT供给商的供货抵达信号后，在xxx物料存储区增加相应物料库存

物料求援系统可通过配置对以下信息进行跟踪：每一个触摸屏提出请求的次数，请求时刻，确认时刻，货物送抵时刻等。

AVI车身跟踪系统

为了完成生产治理体系中工序详细调度、产品跟踪和产品清单治理等工作，实现MES中的操作/详细排产、产品的宗谱与产品跟踪等功能模块的部份功能，咱们设计了车辆跟踪系统，车辆跟踪系统能够应用于冲压、焊装、涂装和总装车间。

车身跟踪系统是一种应用扫码设备、无线射频设备或其他识别设备对进入和离开生产进程中的每一个区域的每一个车辆进行识别身份，并作记录，在生产进程中，系统利用必然的运算策略，依照生产线提供的生产情形信号，将车辆生产队列进行整理和排序，实时地反映出当前车间每一个要紧生产工位在产情形，并能够将每一个生产车辆的生产信息与车辆相对应，记录到数据库，如此即能够实现产品的宗谱与产品跟踪等功能[7]。同时也方便了治理者随时对特定生产车辆进行生产状态查询和了解车间内的车辆生产的详细散布信息。

图4 车身跟踪系统整体系统结构

车身跟踪系统整体系统结构如上图所示，可是在实际应用上来讲，关于不同的生产车间，车身跟踪系统的设计方案也不尽相同。关于一般的生产流水线，为了实时地反映出当前车间每一个要紧生产工位在产情形，咱们第一将整个车间依照生产工艺的顺序，进行区域划分，将每一段持续的流水线划分为一个区域，并对每一个流水线区域的工位数量和工位位置进行概念，以此来成立整个车间的车身跟踪系统模型。该系统的功能如下： ● 动态车辆信息显示 ● 物料装载提示 ● 为质量设备提供信息 ● 质量检查

生产治理者能够取得每条生产线当前车辆的准确装配信息，同时获取流水线上每一个正在装配的车辆的准确位置。该系统的目的是为生产线制造车辆跟踪模型，它能保留所有的车辆装配信息以用于显示和数据查询。

5 结论

本文结合汽车制造企业MES系统实际项目，详细介绍了生产打算治理、PMC系统、质量治理系统、物料求援系统、AVI车身跟踪系统等MES功能模块在企业中的应用。从信息流的角度看，MES系统在高端打算层与低端现场操纵层之间成立起了有效的信息传递途径，充分发挥了承先启后的作用。从产品质量操纵和适时治理角度看，MES系统强调生产进程的系统优化，它搜集生产进程中大量产生的适时数据，并及时处置，为企业持续改良动态机制的成立提供了强劲的技术支持。总之，MES系统的导入与实施，关于企业提高产品质量和劳动生产效率，降低材料、人力等资源消耗，有效成立起动态、适时治理体系具有重大意义。

参 考 文 献

[1] 曹江辉，王宁生，解放，制造执行系统现状与进展趋势，高技术通信，

[2] MESA International， “MES Explained: A High Level Vision”，White Paper6 (Pittsburgh: Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997).

[3] 蒋晴宇，MES与SCM的协作与应用，现代制造，2003年 第11期 [4] 何清刚，浅谈制造执行系统MES，CAD/CAM与制造业信息化，

[5] 何霆，刘文煌，梁力平，MES的打算、调度集成问题研究，制造业自动化，

[6] 陈宇，廖永斌，段鑫等，制造业车间级治理系统(MES)及其典型结构，广东自动化与信息工程， [7] 祁贻炳，GE Fanuc内部培训资料，GE Fanuc自动化，2004