0 引言

    制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution Systerm，MES)是美國上世紀(jì)90年代提出來的概念，是指通過信息的傳遞對從生產(chǎn)命令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。隨著信息技術(shù)在制造企業(yè)中的推廣與應(yīng)用。企業(yè)信息化日益得到重視，成為制造企業(yè)發(fā)展的必然，MES市場的未來也越來越被業(yè)內(nèi)人士所看好。

    工業(yè)工程是一門涉及人、物料、設(shè)備、信息、能源等要素的集成規(guī)劃、設(shè)計(jì)、評價(jià)、改善和創(chuàng)新于一體的工程學(xué)科，它應(yīng)用自然科學(xué)、數(shù)學(xué)、社會(huì)科學(xué)，特別是工程技術(shù)的理淪與方法。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造、管理和服務(wù)系統(tǒng)的低成本、高效率和高效益的管理目標(biāo)提供有力的技術(shù)支持。工業(yè)工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用性學(xué)科，制造業(yè)對人才的實(shí)踐能力要求也越來越高，這就要求高校必須重視工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉。

    工科院校在進(jìn)行課程改革時(shí)，應(yīng)該以提高學(xué)生工程應(yīng)用能力為目的，以市場為導(dǎo)向，形成一個(gè)較為完整、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。因此，為了緊跟社會(huì)的發(fā)展趨勢，本文提出在物流工程實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用MES系統(tǒng)，使學(xué)生在學(xué)校內(nèi)就接受這一先進(jìn)的思想，為企業(yè)輸送人才。

1 MES系統(tǒng)概述

    在發(fā)展MES技術(shù)之前，車間管理控制工作一般由車間作業(yè)計(jì)劃、工序調(diào)度、操作管理、庫存控制等軟件完成。20世紀(jì)80年代后期，全球市場競爭日趨激烈，上層生產(chǎn)計(jì)劃管理(ERP)受市場影響越來越大，計(jì)劃的適應(yīng)性問題日漸顯露出來，與底層生產(chǎn)過程之間脫節(jié)的矛盾也日益突出。如何有效地解決兩者之間的矛盾，充分利用上下兩層之間的數(shù)據(jù)來提高計(jì)劃的實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)又能改善生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，己經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題。

    MES在計(jì)劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補(bǔ)了兩者之間的空隙。美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(Advanced Manufacturing Research，AMR)將MES定義為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員、管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)。制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)(Manufacturing Execution System Association，MESA)對MES所下的定義：“MES能通過信息傳遞對從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能對此及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。”

    MES本身也是各種生產(chǎn)管理的功能軟件集合。1997年，MESA通過其成員的實(shí)踐歸納，提出了MES的功能模型(見圖1)。該模型代表的11個(gè)功能模塊如同龜背一樣配置。MESA規(guī)定，只具備11個(gè)之中的某一個(gè)或幾個(gè)功能，也屬于MES系列的單一功能產(chǎn)品。也就是說，實(shí)際的產(chǎn)品可能是包含其中一個(gè)或幾個(gè)功能模塊。

圖1 MES的功能模型

2 MES系統(tǒng)在工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

    該系統(tǒng)針對工程訓(xùn)練中心物流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)而提出。實(shí)驗(yàn)室中有射頻識(shí)別設(shè)備，可以對RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫；條形碼掃描儀、打印機(jī)及無線數(shù)據(jù)采集器；生產(chǎn)流水線可以模擬車間生產(chǎn)現(xiàn)場；自動(dòng)化立體倉庫是近十幾年國際上迅速發(fā)展起來的一種新型倉儲(chǔ)設(shè)施，具有一定的先進(jìn)性；負(fù)責(zé)運(yùn)輸?shù)腁GV小車是柔性化、智能化程度極高的設(shè)備(見圖2)。這些硬件設(shè)備都是物流自動(dòng)化研究中很先進(jìn)的設(shè)備，體現(xiàn)了物流技術(shù)發(fā)展的方向。

圖2 實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和管理

    2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    基于典型制造企業(yè)的實(shí)際情況和物流實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備，對現(xiàn)代物流實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行總體分析、設(shè)計(jì)。

    MESA通過其各成員的實(shí)踐歸納了11個(gè)主要的MES功能模塊，包括：工序詳細(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護(hù)管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集。實(shí)際的產(chǎn)品可能是包含其中一個(gè)或幾個(gè)功能模塊。預(yù)期實(shí)現(xiàn)的功能為：系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)人力資源管理和設(shè)備維護(hù)管理；生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)單元分配、產(chǎn)品跟蹤、數(shù)據(jù)采集；倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，結(jié)合RFID技術(shù)、AGV系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成品和物料的出入庫管理、產(chǎn)品跟蹤、盤點(diǎn)等；文檔控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)程、每日的計(jì)劃執(zhí)行程度、產(chǎn)品質(zhì)量、庫存情況等。

    2.2 生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

    MES的指導(dǎo)思想是：MES能通過信息傳遞對從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理；當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)肘事件時(shí)，MES能對此及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理；這種對狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)酬報(bào)率。

    物流實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有一條8個(gè)工位的生產(chǎn)流水線，物品在每個(gè)工位的停留時(shí)間可以由工人踩踏板決定，也可以由電腦沒定一定的時(shí)間決定。

    此外，條碼技術(shù)也在該子系統(tǒng)中得到應(yīng)用。此子系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程控制，流程為：首先根據(jù)訂單制定出每日生產(chǎn)計(jì)劃，然后根據(jù)安排的加工工藝在流水線上進(jìn)行加工。最后一道工序?yàn)闄z驗(yàn)，并將檢驗(yàn)結(jié)果填入數(shù)據(jù)庫，方便生成質(zhì)量報(bào)告，為進(jìn)行質(zhì)量管理提供數(shù)據(jù)。檢驗(yàn)合格后，打印出成品條碼，包括成品信息、生產(chǎn)日期、批次。在加工過程中，根據(jù)各個(gè)工位的上傳信息，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品跟蹤和數(shù)據(jù)采集。

    2.3 RFID技術(shù)在產(chǎn)品跟蹤方面的應(yīng)用

    由于產(chǎn)品上已貼有條形碼標(biāo)簽，所以將RFID標(biāo)簽置于托盤上。發(fā)出入庫命令時(shí)，即將庫位信息、產(chǎn)品信息寫入RFID標(biāo)簽。RFID的應(yīng)用是在現(xiàn)有倉儲(chǔ)管理的入庫、移動(dòng)、揀貨、出庫等作業(yè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行貨品、數(shù)量、位置、載體等信息的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集，并通過與倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的信息交互在操作現(xiàn)場提供F一步的操作指示和執(zhí)行情況校驗(yàn)。從而提高工作效率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)物流倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)的智能化、自動(dòng)化管理。應(yīng)用RFID技術(shù)更主要的目的是實(shí)現(xiàn)快速盤點(diǎn)，通過RFID檢測庫存中所有的物品信息，對倉庫中的物品實(shí)行實(shí)時(shí)在庫統(tǒng)計(jì)。通過RFID的盤庫功能對維持倉庫中物品的安全性、操作的規(guī)范性和減少錯(cuò)誤率都具有很高的實(shí)用價(jià)值。

    2.4 AGV在系統(tǒng)中的應(yīng)用

    物流實(shí)驗(yàn)室的AGV是由固高科技(深圳)有限公司研發(fā)。用戶對AGV的控制可以通過兩種方法：①通過固定在AGV上的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器，配備有LCD顯示屏(具有觸摸功能)，用戶可以按照控制界面的提示用鼠標(biāo)或觸摸筆進(jìn)行具體的配置。②通過無線以太網(wǎng)由遠(yuǎn)程終端對AGV的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。硬件包括遠(yuǎn)程終端PC、AP、無線以太網(wǎng)卡(插在嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的USB口)。

    系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能為：在發(fā)出入庫請求時(shí)，小車接收命令，到達(dá)預(yù)定位置，接收物品，運(yùn)送到入庫線人口；有出庫命令時(shí)，小車到達(dá)出庫線位置，將物品運(yùn)送到指定位置。

3 結(jié)語

    培根說過“沒有實(shí)驗(yàn)，任何新的東西都不能深知”。人們在實(shí)踐中不斷的印證著這一名言。工業(yè)工程專業(yè)教學(xué)不僅要能給學(xué)生傳授系統(tǒng)的理論知識(shí)，更要培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析問題和解決問題的能力，提高他們的實(shí)踐動(dòng)手能力。

    在物流實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用MES系統(tǒng)必將改善現(xiàn)在的教學(xué)實(shí)驗(yàn)狀況，使學(xué)生們掌握更多先進(jìn)的技術(shù)和思想，在培養(yǎng)符合社會(huì)需求的高層次人才中將發(fā)揮重要作用。

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本文標(biāo)題：物流工程實(shí)驗(yàn)室MES系統(tǒng)的研究和應(yīng)用

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