張善晶

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453000)

0 引言

制造業(yè)一直是全球經(jīng)濟(jì)中最為重要的行業(yè)之一,隨著經(jīng)濟(jì)全球化和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。然而,制造業(yè)仍然面臨著各種各樣的挑戰(zhàn),如低效率、高成本、質(zhì)量問題和環(huán)境問題等。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn),制造企業(yè)需要通過采用先進(jìn)的技術(shù)和管理方法來提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高質(zhì)量、減少環(huán)境污染[1-2]。

在該背景下，MES技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。MES技術(shù)是一種集成了生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)控制和生產(chǎn)管理等功能的信息化系統(tǒng)，可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、信息化和數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在機(jī)械加工領(lǐng)域，MES技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低成本，提高企業(yè)競爭力[3]。本文旨在探討基于MES技術(shù)的機(jī)械加工優(yōu)化管理方案，并以某機(jī)械制造企業(yè)為例，驗(yàn)證該方案的有效性和可行性，為制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考。

1 MES技術(shù)理論基礎(chǔ)

1.1 概念

MES(Manufacturing Execution System)制造執(zhí)行系統(tǒng)是一種集成生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)控制和生產(chǎn)管理等功能的信息化系統(tǒng)。它是在ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)和SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))之間的一層系統(tǒng),主要用于生產(chǎn)現(xiàn)場的管理和控制。MES系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)和優(yōu)化生產(chǎn)過程,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)化、信息化和數(shù)字化[4]。MES系統(tǒng)可以與企業(yè)的ERP系統(tǒng)和PLM(產(chǎn)品生命周期管理)系統(tǒng)等其他系統(tǒng)集成,以實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型(圖1)。MES系統(tǒng)的核心功能包括生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)過程控制、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、能源管理、人員管理等方面,可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)全面的生產(chǎn)管理[5]。

圖1 MES系統(tǒng)信息交流原理示意圖

1.2 特點(diǎn)

1)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制,自動(dòng)采集、傳輸和處理生產(chǎn)數(shù)據(jù),減少人工干預(yù)和操作錯(cuò)誤,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2)生產(chǎn)過程信息化。MES系統(tǒng)可以將生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的信息化管理和控制,方便管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3)生產(chǎn)過程數(shù)字化。MES系統(tǒng)可以將生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)字化,建立數(shù)字模型,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)執(zhí)行,提高生產(chǎn)效率和精度。

4)集成化。MES系統(tǒng)可以集成各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)和優(yōu)化,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

5)可擴(kuò)展性。MES系統(tǒng)可以根據(jù)企業(yè)需要進(jìn)行定制和擴(kuò)展,滿足不同企業(yè)的生產(chǎn)管理需求,提高企業(yè)競爭力。

6)數(shù)據(jù)分析能力。MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘,幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)問題、改進(jìn)生產(chǎn)過程、優(yōu)化生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 發(fā)展歷程

MES技術(shù)的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)60年代初期,當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了第一個(gè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition )。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,MES系統(tǒng)也逐漸得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代初期,美國的工業(yè)自動(dòng)化公司(Interlake)率先提出了MES的概念,并且推出了第一個(gè)MES系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代,MES技術(shù)得到了快速發(fā)展,各種MES系統(tǒng)層出不窮,MES技術(shù)開始逐漸成為制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。MES技術(shù)發(fā)展歷程具體如表1所示[6]。

表1 MES技術(shù)發(fā)展歷程

續(xù)表1

2 基于MES技術(shù)的機(jī)械加工優(yōu)化管理方案

2.1 生產(chǎn)計(jì)劃管理

生產(chǎn)計(jì)劃管理是MES系統(tǒng)中的核心功能,通過制定、發(fā)布和執(zhí)行生產(chǎn)計(jì)劃,對加工工序進(jìn)行合理安排,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[7]。

MES系統(tǒng)可以通過對訂單、庫存和工時(shí)等信息的采集和分析,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的制定。在制定生產(chǎn)計(jì)劃時(shí),MES系統(tǒng)會(huì)考慮到生產(chǎn)能力、工藝流程和設(shè)備狀態(tài)等因素,制定出合理的生產(chǎn)計(jì)劃。此外,MES系統(tǒng)還可以進(jìn)行仿真分析,預(yù)測生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題,以便在生產(chǎn)實(shí)施前對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

MES系統(tǒng)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度,確保生產(chǎn)計(jì)劃的順利執(zhí)行。MES系統(tǒng)可以對加工工序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理,同時(shí)還可以對生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析,及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃,以保證生產(chǎn)計(jì)劃的順利執(zhí)行。

MES系統(tǒng)可以通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和分析,對生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行評估和改進(jìn)。MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題和瓶頸,并提出改進(jìn)措施,以便在下一次生產(chǎn)中進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

2.2 生產(chǎn)過程控制

生產(chǎn)過程控制是MES系統(tǒng)的一個(gè)重要功能,通過數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制,提高加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。

MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和記錄。通過與生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的連接,MES系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集和記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù),包括溫度、壓力、速度、工時(shí)等關(guān)鍵參數(shù),為生產(chǎn)過程控制提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

MES系統(tǒng)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題。MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,一旦出現(xiàn)異常情況,如設(shè)備故障、生產(chǎn)參數(shù)超出范圍等,MES系統(tǒng)就會(huì)立即發(fā)出警報(bào),提醒工作人員及時(shí)處理,避免出現(xiàn)不良品或生產(chǎn)中斷的情況。

MES系統(tǒng)可以通過自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)分析,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。MES系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)數(shù)據(jù),自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。同時(shí),MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題和瓶頸,并提出優(yōu)化措施,以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 質(zhì)量管理

質(zhì)量管理是MES系統(tǒng)的重要功能之一,通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,可以全面控制和管理產(chǎn)品質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)和解決質(zhì)量問題,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程進(jìn)行全面控制和管理。通過MES系統(tǒng),生產(chǎn)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以得到有效控制和管理,包括原材料采購、生產(chǎn)計(jì)劃制定、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品檢測和成品入庫等。同時(shí),MES系統(tǒng)還可以對生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄,從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決質(zhì)量問題。

MES系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)和解決質(zhì)量問題。MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘,以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題和瓶頸。通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析,MES系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題,并提出解決方案,以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

MES系統(tǒng)可以通過質(zhì)量管理的全面控制,提高產(chǎn)品質(zhì)量。MES系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制和管理,避免生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題。同時(shí),MES系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,優(yōu)化生產(chǎn)過程和生產(chǎn)參數(shù),以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2.4 設(shè)備管理

通過MES系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控、維護(hù)和保養(yǎng),從而優(yōu)化設(shè)備的使用效率和維護(hù)管理,提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。

MES系統(tǒng)可以對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。MES系統(tǒng)可以通過傳感器、儀表等裝置,對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于設(shè)備維修保養(yǎng)和故障排除,確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。通過MES系統(tǒng),可以制定設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃,并實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的自動(dòng)化管理。MES系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)備的使用情況和維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃,提醒相關(guān)人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)工作,從而保障設(shè)備的正常運(yùn)行。

MES系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,優(yōu)化設(shè)備的使用效率和維護(hù)管理。MES系統(tǒng)可以對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘,以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題和瓶頸,并提出相應(yīng)的解決方案,從而優(yōu)化設(shè)備的使用效率和維護(hù)管理,提高設(shè)備的可靠性和使用壽命。

2.5 能源管理

通過MES系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)能源的監(jiān)測、分析和優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,降低企業(yè)的能源成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。

1)MES系統(tǒng)可以對能源進(jìn)行監(jiān)測。MES系統(tǒng)可以對能源使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,獲取能源消耗數(shù)據(jù)、能源利用效率等信息。這些數(shù)據(jù)可以用于制定能源消耗管理計(jì)劃和能源節(jié)約措施,提高企業(yè)的能源利用效率。

2)MES系統(tǒng)可以對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。MES系統(tǒng)可以對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和挖掘,以發(fā)現(xiàn)能源消耗的問題和瓶頸,并提出相應(yīng)的解決方案。通過數(shù)據(jù)分析,可以發(fā)現(xiàn)能源使用的異常情況,及時(shí)采取措施,避免能源浪費(fèi)。

3)MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化。通過MES系統(tǒng),可以制定能源消耗管理計(jì)劃和能源節(jié)約措施,并實(shí)現(xiàn)能源消耗的自動(dòng)化管理。MES系統(tǒng)可以根據(jù)能源的使用情況和管理計(jì)劃,提醒相關(guān)人員采取相應(yīng)的節(jié)能措施,從而降低企業(yè)的能源成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。

2.6 人員管理

通過MES系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)人員管理和培訓(xùn),提高員工技能和素質(zhì),從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

MES系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)員工檔案的建立和管理,包括員工的個(gè)人信息、工作經(jīng)歷、工作技能等信息。通過MES系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)員工的排班、考勤、績效評估等功能,從而實(shí)現(xiàn)員工的管理。

MES系統(tǒng)可以通過培訓(xùn)管理模塊,對員工進(jìn)行培訓(xùn)計(jì)劃、培訓(xùn)課程的制定和管理。MES系統(tǒng)可以記錄員工的培訓(xùn)情況和培訓(xùn)成果,以便管理人員進(jìn)行跟蹤和評估。

MES系統(tǒng)可以根據(jù)員工的工作經(jīng)驗(yàn)和工作技能,對員工進(jìn)行技能評估,并提供相應(yīng)的技能培訓(xùn)課程。通過MES系統(tǒng),員工可以及時(shí)了解新的工藝和技術(shù),提高自身的技能水平,從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 MES技術(shù)在機(jī)械加工生產(chǎn)中的應(yīng)用案例

3.1 船舶機(jī)械加工廠

船舶機(jī)械加工廠引進(jìn)MES系統(tǒng)后,通過MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃的自動(dòng)化制定和發(fā)布,同時(shí)對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。MES系統(tǒng)采集了機(jī)床、加工件等數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析和挖掘,發(fā)現(xiàn)和解決了一些質(zhì)量問題,有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí),MES系統(tǒng)還對加工過程進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,提高了生產(chǎn)效率,設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 船舶機(jī)械加工廠MES系統(tǒng)管理結(jié)構(gòu)

3.2 航空零部件加工廠

某航空零部件加工廠采用MES系統(tǒng),通過MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制和質(zhì)量管理。MES系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行了全程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集,實(shí)時(shí)監(jiān)測加工工藝參數(shù)和機(jī)床狀態(tài)等信息,確保加工過程的穩(wěn)定和精度。同時(shí),MES系統(tǒng)還對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了全面控制和管理,通過對數(shù)據(jù)的分析和挖掘,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決了一些質(zhì)量問題,提高了產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。

此外,該航空零部件加工廠還通過MES系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行了監(jiān)測、維護(hù)和保養(yǎng),提高了設(shè)備的可靠性和使用壽命。同時(shí),MES系統(tǒng)還為員工提供了技能培訓(xùn)和管理,提高了員工的素質(zhì)和技能水平。通過MES系統(tǒng)的應(yīng)用,該航空零部件加工廠有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支撐。

3.3 汽車零部件加工廠

某汽車零部件加工廠引進(jìn)MES系統(tǒng)后,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃的自動(dòng)化管理,將生產(chǎn)計(jì)劃導(dǎo)入MES系統(tǒng)中,系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級、工序、設(shè)備等因素,自動(dòng)制定生產(chǎn)計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的高效管理。此外,MES系統(tǒng)還可以對能源進(jìn)行監(jiān)測和分析,通過對能源的消耗和使用進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘,找出能源浪費(fèi)的環(huán)節(jié)和原因,并采取措施降低能源消耗,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,降低了能源成本和環(huán)境負(fù)擔(dān),達(dá)到了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

4 結(jié)論與展望

本文對MES技術(shù)在機(jī)械加工領(lǐng)域的優(yōu)化管理方案進(jìn)行了研究和探討。MES系統(tǒng)作為一種集成化的制造執(zhí)行系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃管理、生產(chǎn)過程控制、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、能源管理、人員管理等方面的全面優(yōu)化。通過實(shí)際案例分析,MES系統(tǒng)在機(jī)械加工生產(chǎn)中的應(yīng)用效果明顯,可以提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化生產(chǎn)過程、降低能源成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面的效果顯著。

隨著工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展,MES系統(tǒng)在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。未來,MES系統(tǒng)將會(huì)更加智能化和人性化,可以自動(dòng)分析和調(diào)整生產(chǎn)過程,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,減少人為干預(yù)和管理的需求。同時(shí),MES系統(tǒng)將會(huì)更加緊密地與企業(yè)ERP系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)等其他信息化系統(tǒng)進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)全面信息化和數(shù)字化管理。