1 MES系統(tǒng)簡介

　　1.1 MES系統(tǒng)的定義

　　制造執(zhí)行系統(tǒng)(簡稱MES)是美國AMR公司在 20 世紀(jì) 90 年代初提出并在物資需 求計劃系統(tǒng)(MRP)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,，其將 MRP和車間作業(yè)現(xiàn)場控制整合起來，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)過程控制,、產(chǎn)品質(zhì)量管理、車間庫存管理等生產(chǎn)全流程精益管理,。

　　1.2 MES系統(tǒng)的主要功能

　　MES系統(tǒng)一般包含四大類,、11 項基本功能，如圖 1 所示,，基本功能如下,。

　　圖 1 MES系統(tǒng)主要功能圖

　　1.2.1 數(shù)據(jù)管理類

　　①數(shù)據(jù)采集：通過多種方法采集生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù),，包括產(chǎn)品的生產(chǎn)過程信息,、工藝流程信息、部品追溯信息,、品質(zhì)檢查信息,，以及生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)、人員作業(yè),、物料搬運(yùn),、作業(yè)流程、工廠環(huán)境等信息,，并將其作為生產(chǎn)控制和生產(chǎn)追溯的重要依據(jù),。數(shù)據(jù)采集方式有自動和手動，重點(diǎn)是要保證數(shù)據(jù)采集的及時性,、準(zhǔn)確性和可靠性,。

　　②數(shù)據(jù)存儲：對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)化存儲,，包含存儲所需的硬件和數(shù)據(jù)庫,，一般會根據(jù)數(shù)據(jù)的重要程度來分級別存儲,。

　　③數(shù)據(jù)分析：對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和分析,，得出一段時間內(nèi)的生產(chǎn)經(jīng)營報表,，主要是總結(jié)工廠生產(chǎn)效率、資源利用率,、人員作業(yè)效率,、設(shè)備運(yùn)行效率、物料使用狀況,、產(chǎn)品品質(zhì)狀況等信息,，并反映當(dāng)前工廠運(yùn)營狀況。

　?、芪募芾恚汗芾砩a(chǎn)制造相關(guān)文件,，如產(chǎn)品技術(shù)文件，物料清單,，工藝流程,、生產(chǎn)指示、品質(zhì)管理文件,，生產(chǎn)報表等,。

　　1.2.2 生產(chǎn)管理類

　　①計劃管理：對銷售訂單進(jìn)行合理的分配,，制成月度/周度/日度/時度等不同級別的生產(chǎn)計劃,，同時對生產(chǎn)計劃的完成情況進(jìn)行有效管理。

　?、谶^程控制：通過對人員作業(yè)狀況,、設(shè)備運(yùn)行狀況、在制品狀況,、部品供應(yīng)狀況,、品質(zhì)狀況等方面的目視化實(shí)現(xiàn)對工廠整體生產(chǎn)過程的有效控制，對可能導(dǎo)致質(zhì)量問題和效率降低的環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控,，對已經(jīng)發(fā)生或可能發(fā)生的問題及時對應(yīng)。

　　1.2.3 品質(zhì)管理類

　?、倨焚|(zhì)管理：主要包括作業(yè)中品質(zhì)保證流程,、自動作業(yè)防誤裝置、各工程檢查流程,、自動化檢查系統(tǒng),、問題產(chǎn)品的維修流程和進(jìn)度管理。

　?、谧匪莨芾恚褐饕菍Ξa(chǎn)品生產(chǎn)過程的追溯和部品使用的追溯,，部分追溯信息要按照法規(guī)要求上傳至相關(guān)政府部門，部分追溯信息在工廠MES服務(wù)器或數(shù)據(jù)中心長久保存。

　　1.2.4 資源配置類

　?、偃藛T管理：根據(jù)人員的能力合理安排人員配置,，管理員工信息(包括出勤情況、工時,、績效等),，把握員工的工作效率，從而有效提升整體生產(chǎn)效率和消除作業(yè)瓶頸,。

　?、谫Y源分配：對設(shè)備、工具,、物料,、能源等企業(yè)生產(chǎn)資源進(jìn)行合理分配，在生產(chǎn)過程中,，對生產(chǎn)資源進(jìn)行合理調(diào)度,，動態(tài)消除生產(chǎn)瓶頸，保證穩(wěn)定生產(chǎn),。

　?、蹎卧峙洌簩τ陔x散型企業(yè)和部分流程型企業(yè)來說，作業(yè)單元的合理分配是非常重要的,，不僅在單元作業(yè)計劃階段需要合理分配,，在生產(chǎn)過程中也應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度實(shí)時調(diào)整，以提高設(shè)備的利用率和保證流程各環(huán)節(jié)的交貨期,。

　　2 MES系統(tǒng)的導(dǎo)入流程及注意事項

　　2.1 MES系統(tǒng)的導(dǎo)入流程

　　MES系統(tǒng)的導(dǎo)入一般分為 4 個階段,、8 個步驟，如圖 2 所示,。

　　圖 2 MES系統(tǒng)的導(dǎo)入流程圖

　　2.1.1 軟件決裁階段

　?、倌繕?biāo)分析：首先要明確開發(fā)軟件的目標(biāo)，即解決什么問題,、實(shí)現(xiàn)什么功能,、投入什么資源、創(chuàng)造什么價值,。

　?、谲浖Q裁和招標(biāo)：將軟件的目標(biāo)、功能,、投入,、產(chǎn)出、日程等項目制作成軟件決裁書,，并提交公司經(jīng)管會審批,，審批通過后,，通過招標(biāo)流程選定軟件開發(fā)服務(wù)商。

　?、壑谱饕赫{(diào)終用戶的需求,，對需求進(jìn)行分類整理和詳細(xì)分析，剔除不能實(shí)現(xiàn)的需求和投入產(chǎn)出比差的需求,，明確軟件滿足哪些具體需求,，設(shè)計軟件系統(tǒng)的硬件架構(gòu)、功能模塊,、前臺交互畫面和后臺數(shù)據(jù)庫等,，做成軟件要件書。

　　2.1.2 系統(tǒng)開發(fā)階段

　?、俪绦蚓帉懀喊凑哲浖膬?nèi)容編寫程序,，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析和模塊機(jī)能等方面開始具體的程序編寫,，以實(shí)現(xiàn)各模塊的功能,，從而達(dá)到系統(tǒng)功能、性能,、接口,、界面等方面的要求。

　?、谲浖y試：測試主要分為模塊測試,、整體測試、設(shè)備聯(lián)動測試,、多系統(tǒng)聯(lián)動測試,，通過測試發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題，并及時進(jìn)行系統(tǒng)修補(bǔ)和更新,。

　　2.1.3 系統(tǒng)驗收階段

　?、佘浖樱寒?dāng)軟件測試完成后，軟件開發(fā)者應(yīng)給用戶安裝軟件,、提供使用手冊,、數(shù)據(jù)庫字典、測試完成報告等雙方合同約定的內(nèi)容,。

　?、谲浖炇眨很浖軌蚍€(wěn)定運(yùn)行，且所有功能均可實(shí)現(xiàn),，性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，軟件開發(fā)服務(wù)商正式交付項目,，客戶交付尾款,。

　　2.1.4 系統(tǒng)運(yùn)維階段

　　根據(jù)合同規(guī)定,，軟件開發(fā)者或委托公司對系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)營監(jiān)控和維護(hù)(一般為 24 h對應(yīng))，對用戶應(yīng)用過程中的問題進(jìn)行及時解決,。

　　2.2 MES系統(tǒng)的導(dǎo)入注意事項

　　2.2.1 決裁階段注意事項

　?、僦攸c(diǎn)是既要滿足生產(chǎn)經(jīng)營管理者對投資回報率的訴求，也要滿足用戶對軟件實(shí)際功能的訴求,。

　?、谡袠?biāo)過程中，既要滿足流程的合法合規(guī),，也要對軟件開發(fā)服務(wù)商的能力進(jìn)行嚴(yán)格的審核,。③制作要件書時，要詳細(xì)說明應(yīng)實(shí)現(xiàn)什么具體功能,、軟件響應(yīng)速度是多久,，以及交互頁面要求、服務(wù)器備份能力和存儲時長,、可擴(kuò)展性和前臺可編輯性等主要項目,，也要說明系統(tǒng)功能說明書的編寫要求、軟件使用方法培訓(xùn)要求和維保人員配置等輔助項目,。

　　2.2.2 系統(tǒng)開發(fā)階段注意事項

　?、購捻椖抗芾碚叩慕嵌葋碚f，主要是和軟件開發(fā)商協(xié)商管理軟件開發(fā)日程,，對可能影響軟件開發(fā)的因素進(jìn)行把握,，提前做好解決預(yù)案，及時進(jìn)行日程調(diào)整,。

　?、谠谠O(shè)備聯(lián)動測試和多系統(tǒng)聯(lián)動測試階段，應(yīng)制定明確的聯(lián)協(xié)測試體制,，對測試過程進(jìn)行控制,，對測試中的問題進(jìn)行記錄和解決，直至系統(tǒng)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn),。

　　2.2.3 系統(tǒng)驗收階段注意事項

　?、佘浖絾⒂煤螅瑧?yīng)建立應(yīng)用異常聯(lián)絡(luò)體制,，明確問題解決流程,。在實(shí)際運(yùn)用過程中，確認(rèn)系統(tǒng)功能和流程是否正確,，對系統(tǒng)漏洞及時解決;確認(rèn)系統(tǒng)功能和流程是否健全,，設(shè)計階段未考慮的功能和流程要及時添加;確認(rèn)人機(jī)交互是否高效，對用戶體驗差的功能和流程進(jìn)行改善,。

　?、谟脩羰褂梅矫?，建立系統(tǒng)功能培訓(xùn)和傳承機(jī)制，要對初始用戶進(jìn)行全面培訓(xùn),，降低人員變更對系統(tǒng)使用的影響,。

　　2.2.4 軟件維保階段注意事項

　　①由于工廠生產(chǎn)對系統(tǒng)的高度依賴,，故應(yīng)建立24 h全天候的系統(tǒng)現(xiàn)場維保機(jī)制和異常對應(yīng)機(jī)制,，制定異常對應(yīng)預(yù)案，明確責(zé)任分工,。

　?、趯S保人員的業(yè)務(wù)能力提出明確的要求，須經(jīng)系統(tǒng)性培訓(xùn)和業(yè)務(wù)能力考核通過后方可上崗,。

　　3 一汽豐田某整車廠新一代工廠MES系統(tǒng)的應(yīng)用

　　3.1 新一代工廠MES系統(tǒng)簡介

　　一汽豐田某整車廠采用豐田全球系統(tǒng)和現(xiàn)地系統(tǒng)相結(jié)合的方式,，將各業(yè)務(wù)單元系統(tǒng)緊密連接，形成了功能強(qiáng)大的系統(tǒng)集群,。其中生產(chǎn)控制系統(tǒng)是這些系統(tǒng)的核心,，大部分制造執(zhí)行功能都在此系統(tǒng)中，具體見圖 3,。

　　圖 3 工廠系統(tǒng)連協(xié)關(guān)系圖

　　一汽豐田工廠MES系統(tǒng)歷經(jīng)幾十年的發(fā)展,，于2021 年末研發(fā)完成了新一代系統(tǒng)，并在一汽豐田某整車廠率先導(dǎo)入,，至 2022 年 10 月系統(tǒng)全部功能均告完善,，可以順暢地實(shí)施商品車生產(chǎn)。

　　3.2 新一代工廠MES系統(tǒng)的主要機(jī)能

　　新一代工廠MES系統(tǒng)主要有四大模塊,，分別為生產(chǎn)控制模塊,、車輛數(shù)據(jù)模塊、生產(chǎn)指示模塊,、生產(chǎn)目視化模塊,，如圖 4 所示。

　　圖 4 新一代MES系統(tǒng)的主要機(jī)能圖

　　3.2.1 生產(chǎn)控制模塊

　　生產(chǎn)控制模塊是工廠MES系統(tǒng)重要的機(jī)能,，新一代MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對裝焊,、涂裝、總裝全工藝流程的生產(chǎn)控制,，如圖 5 所示,，實(shí)現(xiàn)了一套系統(tǒng)對所有設(shè)備的高精度控制，在行業(yè)中處于領(lǐng)先水平,。

　　圖 5 新一代MES系統(tǒng)生產(chǎn)控制機(jī)能圖

　　3.2.2 車輛數(shù)據(jù)庫模塊

　　新一代工廠MES系統(tǒng)配備了功能強(qiáng)大的后臺數(shù)據(jù)庫,，一方面對生產(chǎn)過程實(shí)時監(jiān)控，對設(shè)備通信日志、生產(chǎn)控制指令日志,、生產(chǎn)指示日志等過程信息予以短期(一般為一周)保存,，以便于對生產(chǎn)過程進(jìn)行短期精確追溯;另一方面對車輛生產(chǎn)履歷和部品追溯信息予以長期(3 個月以上)保存。

　　表 1 車輛SF信息表

　　表 1 是車輛SF(日程文件)信息錄入的過程,，簡單來說，就是在不同的生產(chǎn)階段在車輛SF的相應(yīng)區(qū)域中登錄車輛基本信息,、生產(chǎn)信息和品質(zhì)追溯信息,。

　　3.2.3 生產(chǎn)指示模塊

　　為了提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，乘用車整車廠基本都采用多車型平準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式,，車型的生產(chǎn)訂單會平準(zhǔn)地分配至每個時間段(單位為小時),，車型的順序也是隨機(jī)的，加之同一車型配置較多,，且時常發(fā)生設(shè)計變更,。因此，無論是生產(chǎn)設(shè)備,，還是作業(yè)人員,，都要依靠精確的生產(chǎn)指示來作業(yè)。

　　圖 6 新一代MES系統(tǒng)生產(chǎn)指示機(jī)能圖

　　如圖 6 所示,，生產(chǎn)指示機(jī)能是工廠MES系統(tǒng)核心的機(jī)能,，生產(chǎn)指示工作也是生產(chǎn)準(zhǔn)備階段重要的業(yè)務(wù)，生產(chǎn)指示的錯誤可能會造成設(shè)備損壞,、部品誤裝,、作業(yè)失誤、檢查失效,、安全事故等嚴(yán)重問題,。因此，生產(chǎn)指示精度對生產(chǎn)的穩(wěn)定性和商品車的品質(zhì)具有決定性的影響,。

　　3.2.4 生產(chǎn)目視化模塊

　　生產(chǎn)目視化是將生產(chǎn)狀態(tài),、在庫狀態(tài)、車輛位置,、生產(chǎn)進(jìn)度,、生產(chǎn)統(tǒng)計等信息通過電腦、大屏幕,、手機(jī)等媒介直觀地展示出來,，是生產(chǎn)控制和達(dá)產(chǎn)管理的重要工具，其發(fā)展的新前沿是工廠數(shù)字孿生工程,。新一代工廠MES系統(tǒng)具備較為完善的生產(chǎn)目視化功能,，可以目視化子線級別的生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度,、在庫狀態(tài),、停線時長等信息,，也可以目視化單臺車輛級別的所在位置，圖 7 是生產(chǎn)目視化看板的導(dǎo)入流程,。

　　圖 7 新一代工廠MES系統(tǒng)生產(chǎn)目視化機(jī)能圖

　?、偕a(chǎn)目視信息明確。

　　首先要明確目視化的項目,，一般來說分為基本信息類,、生產(chǎn)實(shí)績類、生產(chǎn)在庫類,、生產(chǎn)狀態(tài)類,、生產(chǎn)效率類等項目，需要對工廠的軟硬件條件進(jìn)行初步調(diào)查,，即哪些信息可以直接獲取,、哪些信息需要通過追加軟硬件才能獲取，并在此基礎(chǔ)上確定目視化項目,。

　?、谀恳曧椖壳鍐沃谱鳌?/span>

　　將確定要目視化的項目制作成項目清單,，清單中要對項目進(jìn)行編號,、命名、說明,。

　?、垌椖啃畔碓疵鞔_。

　　明確項目清單中各個項目的信息來源,，提前告知相關(guān)部門信號需求,，并明確通信格式和信號要件書格式。信息來源一般分為工廠設(shè)計工藝圖紙,、工程安東系統(tǒng),、工廠MES系統(tǒng)內(nèi)部等。

　?、苄畔@取,。

　　對于取自工程安東系統(tǒng)的信號，要制作信號要件書和通信式樣書,，并做好信號收發(fā)測試,。對于取自工廠MES系統(tǒng)內(nèi)部的信息，要做好系統(tǒng)設(shè)定,。

　?、菽恳曧椖肯到y(tǒng)設(shè)定。

　　在工廠MES系統(tǒng)中設(shè)定目視項目數(shù)據(jù)庫，將所有的目視化項目都錄入到系統(tǒng)中,。

　?、弈恳暱窗灏婷嬖O(shè)定。

　　首先要設(shè)定看板索引目錄,，然后要設(shè)定工程布局和工藝流程,，做到盡可能和現(xiàn)場現(xiàn)狀相一致;設(shè)定生產(chǎn)實(shí)績、在庫,、狀態(tài),、效率項目等，做成完整的生產(chǎn)目視化看板,。

　　⑦生產(chǎn)目視看板展示,。

　　按照需要,，通過電腦、大屏幕,、手機(jī)等方式打開目視化看板網(wǎng)頁,，將其作為生產(chǎn)控制的主要工具指導(dǎo)生產(chǎn)。

　　4 新一代工廠MES系統(tǒng)的提示和不足

　　4.1 新一代工廠MES系統(tǒng)的革新

　　新一代工廠MES系統(tǒng)在前代的基礎(chǔ)上做了全方位的提升,，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn),。

　　①將多個系統(tǒng)協(xié)同完成的生產(chǎn)指示機(jī)能和生產(chǎn)控制機(jī)能集成到一個工廠MES系統(tǒng)中,，實(shí)現(xiàn)了功能的強(qiáng)化和效率的提升,，同時大幅減少了系統(tǒng)的投入成本和維保成本。

　?、趶?qiáng)化了對生產(chǎn)過程和部品的追溯能力,，更好地支撐了打造更高品質(zhì)的汽車目標(biāo)。

　?、蹚?qiáng)化了總成生產(chǎn)的對應(yīng)能力,，用類似于對車輛的控制方式來控制總成的生產(chǎn)，是生產(chǎn)控制精度從主線級別向輔線級別提升的重要保證,。

　?、軓?qiáng)化了目視化系統(tǒng)的機(jī)能，從信號獲取,、看板設(shè)計,、看板展示都實(shí)現(xiàn)了用戶定制化，每個用戶都可以按照技術(shù)指導(dǎo)書制作需要的看板并實(shí)現(xiàn)目視化,，距離工廠數(shù)字孿生的目標(biāo)更近了一步,。

　　⑤強(qiáng)化了對新型設(shè)備的支持能力，在新一代MES系統(tǒng)的支持下,，工廠內(nèi)全自動物流系統(tǒng),、AI視覺檢查系統(tǒng)等前沿技術(shù)得以應(yīng)用，極大地提升了工廠升級的潛力,。

　　4.2 新一代工廠MES系統(tǒng)的不足

　　新一代工廠MES系統(tǒng)同樣存在一些不足,，未來需要進(jìn)一步改進(jìn)，主要方面如下,。

　?、匐m然實(shí)現(xiàn)了多個系統(tǒng)機(jī)能的整合，但是多個獨(dú)立模塊對應(yīng)原系統(tǒng)的機(jī)能,，未能做到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),，對于運(yùn)營管理者來說，要分別學(xué)習(xí)不同模塊的具體功能和運(yùn)用方法,，提高了系統(tǒng)使用的門檻,。

　　②不同于之前各工程系統(tǒng)通過專線網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)指示設(shè)備相連,，新系統(tǒng)通過工廠公共有線網(wǎng)和所有生產(chǎn)指示設(shè)備相連,，工廠公共有線網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中包含多層級的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，從工廠MES系統(tǒng)到生產(chǎn)指示設(shè)備可能會有多個交換機(jī),，當(dāng)交換機(jī)基數(shù)足夠大時,，網(wǎng)絡(luò)異常的可能性會增加，雖然設(shè)定了A/B兩套網(wǎng)絡(luò),，但在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常時仍需要大量時間來分析和處置,，對生產(chǎn)的穩(wěn)定性構(gòu)成了潛在的隱患。

　?、坌孪到y(tǒng)的整體定位還是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心,，在數(shù)據(jù)分析方面未能有較大進(jìn)步，未能匹配大數(shù)據(jù)分析的前沿技術(shù),，數(shù)據(jù)價值的挖掘能力不足,。

　　④雖然在生產(chǎn)目視化方面有所強(qiáng)化,，但距離工廠數(shù)字孿生的目標(biāo)還相差很遠(yuǎn),，生產(chǎn)管理方面也更多地依靠生產(chǎn)管理者的分析和判斷。

　　5 結(jié)語

　　當(dāng)前制造業(yè)處于從工業(yè) 3.0 自動化制造向工業(yè)4.0 智能制造的變革期,，汽車制造業(yè)作為大工業(yè)中自動化程度高的產(chǎn)業(yè),，也必將引領(lǐng)這一變革，生產(chǎn)制造中核心的MES系統(tǒng)從整體設(shè)計,、系統(tǒng)構(gòu)建,、功能設(shè)置,、系統(tǒng)聯(lián)動、實(shí)際運(yùn)用等各個層面都要向智能制造方向發(fā)展,，打造數(shù)字化,、智能化、物聯(lián)化的下一代工廠MES系統(tǒng)是未來行業(yè)的新方向,。