胡國(guó)金 ，劉躍華

(1. 廣東科達(dá)機(jī)電股份有限公司，佛山 528313；2. 電子科技大學(xué) 中山學(xué)院，中山 528402）

0 引言

離散型裝配制造業(yè)的普遍特征是BOM結(jié)構(gòu)和工藝加工過程非常復(fù)雜,由于該類企業(yè)大多具有面向訂單設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及多品種、少批量的特點(diǎn)，盡管很多企業(yè)已使用了ERP系統(tǒng)，但上層計(jì)劃并不能及時(shí)準(zhǔn)確傳遞到執(zhí)行層，導(dǎo)致計(jì)劃與執(zhí)行嚴(yán)重脫節(jié)，再加上各種插單、急單、撤單、各類資源短缺的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，致使生產(chǎn)過程難以控制、在制品居高不下、勞動(dòng)生產(chǎn)率難以快速提高。

本文以某一離散型制造業(yè)為背景，首先簡(jiǎn)要介紹了離散性制造業(yè)MES系統(tǒng)的藍(lán)圖設(shè)計(jì)，然后重點(diǎn)分析研究了實(shí)現(xiàn)藍(lán)圖設(shè)計(jì)的基于RFID技術(shù)的MES系統(tǒng)，包括RFID技術(shù)、終端及基站設(shè)計(jì)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、接口設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)功能模塊及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理，以及系統(tǒng)實(shí)施后取得的經(jīng)濟(jì)效益。

1 MES系統(tǒng)藍(lán)圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)

MES項(xiàng)目實(shí)施也與其它信息系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施一樣，需要經(jīng)過現(xiàn)狀調(diào)研、藍(lán)圖設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和上線切換運(yùn)行五個(gè)實(shí)施環(huán)節(jié)。MES項(xiàng)目實(shí)施前，需全面深入了解企業(yè)，通過調(diào)研、會(huì)議、培訓(xùn)、討論等手段，從組織架構(gòu)、崗位職責(zé)、現(xiàn)狀流程、生產(chǎn)組織模式、工藝加工特點(diǎn)、單據(jù)報(bào)表、車間軟硬環(huán)境、目前存在的問題及業(yè)務(wù)需求等角度，對(duì)實(shí)施企業(yè)的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析和調(diào)研，然后在此基礎(chǔ)上，結(jié)合MES系統(tǒng)自身的技術(shù)特點(diǎn)，功能模塊，實(shí)現(xiàn)方式，繪制基于RFID技術(shù)的MES實(shí)施后企業(yè)的業(yè)務(wù)藍(lán)圖，包括未來(lái)的組織架構(gòu)及崗位職責(zé)、未來(lái)的生產(chǎn)組織模式、未來(lái)的業(yè)務(wù)流程、接口設(shè)計(jì)、二次開發(fā)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及上線切換策略等。其藍(lán)圖設(shè)計(jì)的要點(diǎn)如下：

1.1 未來(lái)的生產(chǎn)組織模式及未來(lái)的業(yè)務(wù)流程

MES系統(tǒng)實(shí)施前，銷售接單后直接下達(dá)給生產(chǎn)部，由生產(chǎn)主管按產(chǎn)品大類分派給各產(chǎn)品計(jì)劃員，各計(jì)劃員在ERP系統(tǒng)中錄入MPS計(jì)劃，經(jīng)過MRP運(yùn)算后生成采購(gòu)?fù)鈪f(xié)計(jì)劃和生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)計(jì)劃轉(zhuǎn)生產(chǎn)訂單后按工作中心下達(dá)給車間調(diào)度，車間調(diào)度再根據(jù)工作中心分派給班組長(zhǎng)，班組廠最后分派給操作工。

MES系統(tǒng)實(shí)施后，根據(jù)基于RFID技術(shù)的MES系統(tǒng)自身的技術(shù)特點(diǎn)和功能，未來(lái)的四級(jí)計(jì)劃管理體系將精簡(jiǎn)為一級(jí)，其計(jì)劃管控能力將明顯提高。如圖1所示。

圖1 MES系統(tǒng)未來(lái)的計(jì)劃模式

RFID技術(shù)、無(wú)線智能終端及集成接口等技術(shù)的應(yīng)用，將徹底改變目前的業(yè)務(wù)運(yùn)行方式、加快物流速度、提高信息的透明度、規(guī)范企業(yè)尤其是車間層的日常管理流程、提高計(jì)劃執(zhí)行效率。未來(lái)每個(gè)流程均由流程目標(biāo)、關(guān)鍵流程節(jié)點(diǎn)描述、流程與崗位關(guān)系圖、單據(jù)報(bào)表、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、接口需求、規(guī)章制度、信息系統(tǒng)需求及其他需求共九大環(huán)節(jié)組成，其未來(lái)總流程如圖2所示。

圖2 MES系統(tǒng)未來(lái)的流程總圖

1.2 接口需求

為全面實(shí)現(xiàn)MES與現(xiàn)有信息系統(tǒng)（ERP、PDM、CAPP）的集成，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，還需建立與現(xiàn)有信息系統(tǒng)的接口，包括生產(chǎn)訂單、工藝路線及BOM、庫(kù)存、設(shè)備、工作中心及員工、報(bào)工及入庫(kù)、報(bào)工沖消及入庫(kù)沖消等，如下表1所示。

表1 MES系統(tǒng)未來(lái)接口需求

2 基于RFID技術(shù)的MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 RFID技術(shù)、智能終端及基站設(shè)計(jì)

RFID技術(shù)：即射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identication ,RFID）,是通過電磁波的感應(yīng)或傳播來(lái)進(jìn)行電子標(biāo)簽與閱讀器之間的數(shù)據(jù)通訊，它具有體積小、非接觸、可重復(fù)利用、唯一ID號(hào)、安全性好、不怕污染、識(shí)別方式靈活等特點(diǎn)。

智能終端設(shè)計(jì)及基站設(shè)計(jì)如圖3及圖4所示。

圖3 智能終端設(shè)計(jì)

圖4 基站設(shè)計(jì)

2.2 MES系統(tǒng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

通過具有該RFID技術(shù)的智能終端（IDT）及無(wú)線通訊技術(shù)（433M），與基站通訊，而基站又通過車間屏蔽電纜線與車間工作站上的多串口卡相連，即可在環(huán)境比較惡劣的離散性制造業(yè)車間構(gòu)成與上層信息系統(tǒng)（如ERP、PDM、CAPP等）所基于的企業(yè)局域網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，形成MES系統(tǒng)的無(wú)線傳輸組網(wǎng)環(huán)境，與上層信息系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的集成與共享。如圖5所示。

圖5 MES網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)圖

2.3 MES系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

接口程序由ERP接口函數(shù)、MES接口調(diào)用服務(wù)程序、MES接口調(diào)用客戶端三部分組成，可滿足定時(shí)和實(shí)時(shí)兩種請(qǐng)求服務(wù)，如圖6所示。

2.4 MES系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理

圖6 MES系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

MES系統(tǒng)（即制造執(zhí)行系統(tǒng)），由管理程序、計(jì)劃服務(wù)程序、通訊程序、數(shù)據(jù)庫(kù)及接口程序五個(gè)大功能模塊構(gòu)成，它的原理是通過智能終端采集數(shù)據(jù)，通過通訊程序的輪循，將車間數(shù)據(jù)（報(bào)檢、報(bào)工、設(shè)備維修申請(qǐng)等）采集到MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，形成數(shù)據(jù)的“上傳”；通過接口程序輪循將上層信息系統(tǒng)（ERP）的生產(chǎn)訂單、物料、BOM、工藝路線、庫(kù)存等數(shù)據(jù)，抓取到MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，形成數(shù)據(jù)的“下達(dá)”，從而完成MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)信息的“上傳下達(dá)”。

圖7 MES功能模塊與實(shí)現(xiàn)原理

MES系統(tǒng)是通過“推拉”結(jié)合的方式進(jìn)行工作的，首先將日計(jì)劃按工作中心“推”給各班組，然后再由各班組的操作工刷卡將任務(wù)以“拉”的方式從工作中心獲取，經(jīng)過刷卡取計(jì)劃、首工序配卡、刷卡預(yù)報(bào)工、刷卡報(bào)檢、中間跨車間工序刷卡轉(zhuǎn)運(yùn)、外協(xié)工序刷卡轉(zhuǎn)出及轉(zhuǎn)入、最后一道工序入庫(kù)后回收卡等，完成物料跟蹤卡的管理及一個(gè)計(jì)劃的執(zhí)行，如圖7所示。

3 MES實(shí)施后取得的經(jīng)濟(jì)效益

該MES系統(tǒng)在某離散性陶瓷機(jī)械裝配制造業(yè)實(shí)施后，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，如提高了物流速度、提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高了產(chǎn)品質(zhì)量、減少了在制品、減少了加班時(shí)間、提高了信息透明度、實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管理及計(jì)劃的“上傳下達(dá)”，其產(chǎn)生的效益如表2所示：

表2 MES實(shí)施后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

[1] 桑頓,游占清,戴青云,陳淘,劉春聯(lián),譯.無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)安全指南[M].電子工業(yè)出版社,2005.