摘要:在詳細(xì)分析汽車模具生產(chǎn)特點和信息化應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出一種面向汽車模具行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡述了各個模塊的功能，并且進(jìn)一步討論了制造執(zhí)行系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢。 
    1 前言
    隨著制造業(yè)日益激烈地競爭，很多企業(yè)實施了MRPⅡ/ERP系統(tǒng)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，但由于缺乏足夠的車間控制信息而無法滿足企業(yè)生產(chǎn)的隨機(jī)性、動態(tài)性的要求，無法做到與車間環(huán)境的緊密相連，因而無法有效指導(dǎo)車間生產(chǎn)計劃的執(zhí)行。隨著企業(yè)信息化應(yīng)用的不斷推廣，企業(yè)信息化應(yīng)用水平逐漸提高，企業(yè)越來越需要車間執(zhí)行層的管理信息系統(tǒng)。
    目前，大多數(shù)汽車模具企業(yè)車間生產(chǎn)主要靠人工進(jìn)行管理，計劃層和控制層相互脫節(jié)，無法適應(yīng)生產(chǎn)過程的動態(tài)變化，極大地制約了生產(chǎn)管理水平的進(jìn)一步提高。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的出現(xiàn)，*了車間層管理的空白。MES以作業(yè)調(diào)度為核心，以降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率為目標(biāo)，收集生產(chǎn)過程中的實時信息，并對實時事件及時處理，同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相關(guān)信息并反饋處理結(jié)果和生產(chǎn)指令，從而實現(xiàn)了整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化。本文就是基于汽車模具行業(yè)生產(chǎn)特點和信息化管理現(xiàn)狀，提出了汽車模具M(jìn)ES的構(gòu)建和應(yīng)用。
    2 汽車模具生產(chǎn)特點和信息化應(yīng)用現(xiàn)狀
    2.1 汽車模具生產(chǎn)特點
    模具作為汽車工業(yè)的重要工藝裝備，是汽車制造業(yè)的工藝基礎(chǔ)，由于產(chǎn)品本身的復(fù)雜性，及其典型的單件訂單生產(chǎn)方式，決定了其生產(chǎn)不同于一般產(chǎn)品，特點如下：
    （1） 面向訂單生產(chǎn)。由于訂單規(guī)格、數(shù)量、交貨期變化大，每個產(chǎn)品都有其特殊性，從產(chǎn)品訂貨決策到制造全過程，每一套模具都具有一定的獨立性，企業(yè)必須按訂單組織生產(chǎn)。
    （2） 生產(chǎn)進(jìn)度難以控制。由于產(chǎn)品是單件生產(chǎn)，幾乎每個產(chǎn)品都需要重新進(jìn)行設(shè)計、工藝、技術(shù)準(zhǔn)備等工作，因此經(jīng)常無法及時掌握生產(chǎn)進(jìn)度變化，難以控制整個生產(chǎn)過程。
    （3） 計劃多變。由于產(chǎn)品種類繁多，影響生產(chǎn)過程的不確定因素多，經(jīng)常出現(xiàn)緊急訂單、設(shè)備故障、零部件返工返修等情況，使得計劃多變，甚至出現(xiàn)計劃跟不上變化，與生產(chǎn)實際脫節(jié)的現(xiàn)象。
    （4） 生產(chǎn)管理困難。模具制造過程復(fù)雜，并且生產(chǎn)過程中不確定因素多，憑經(jīng)驗調(diào)度無法保證整個生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)，過程控制困難，管理難度大。
    2.2 汽車模具行業(yè)信息化應(yīng)用現(xiàn)狀
    目前，我國汽車模具行業(yè)信息化建設(shè)剛剛起步，網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展水平還比較低，經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：
    （1） 車間管理主要依靠人工進(jìn)行，無法實現(xiàn)生產(chǎn)過程中海量數(shù)據(jù)的有效管理，難以保證各個生產(chǎn)活動所需信息準(zhǔn)確一致，難以及時、快速響應(yīng)生產(chǎn)動態(tài)變化。
    （2） 大部分汽車模具企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化程度較低，“信息孤島”現(xiàn)象突出，各個部門的數(shù)據(jù)不能實時共享，從而影響了企業(yè)數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，嚴(yán)重阻礙了模具產(chǎn)品的開發(fā)效率。
    （3） 模具生產(chǎn)過程缺乏有效地監(jiān)控，無法實現(xiàn)制造過程信息及時反饋，難以及時掌握生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)能力，難以對在制品進(jìn)行有效跟蹤。
    上述問題的存在，不利于車間生產(chǎn)過程信息的集成與共享，嚴(yán)重阻礙了企業(yè)信息化發(fā)展水平的提高，從而影響了企業(yè)生產(chǎn)效益和競爭力的進(jìn)一步提升。
    3 面向汽車模具行業(yè)的MES
    3.1 體系結(jié)構(gòu)
    以大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、軟總線技術(shù)，建立開放的、敏捷的制造執(zhí)行系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)信息的監(jiān)測、控制以及生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。    
   頂層的計劃層是MRPⅡ/ERP等系統(tǒng)，其作用是管理企業(yè)中的各種生產(chǎn)資源、制定廠級生產(chǎn)計劃等，主要負(fù)責(zé)企業(yè)活動的計劃與生產(chǎn)決策。
    處于中間層的是MES執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)計劃的執(zhí)行與控制。
    生產(chǎn)控制層包括DCS（分布式控制系統(tǒng)）、PLC（可編程邏輯控制器）和DNC（分布式數(shù)控設(shè)備）等計算機(jī)控制系統(tǒng)，主要用來控制生產(chǎn)過程和設(shè)備。
    MES提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成計劃排產(chǎn)、物料跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式，通過與計劃層的管理系統(tǒng)（ERP）和底層控制系統(tǒng)的集成，將計劃、生產(chǎn)與控制緊密起來，從而在計劃層和控制層之間建立了一座溝通的橋梁和紐帶。
    3.2 各模塊的功能
    MES系統(tǒng)主要包括計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度、工位電子看板、物料跟蹤、生產(chǎn)成本管理、生產(chǎn)統(tǒng)計與分析和系統(tǒng)管理等主要模塊，各模塊功能如下：
    （1） 計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度模塊
    計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度模塊是汽車模具M(jìn)ES的核心。在與MES其他模塊和ERP系統(tǒng)進(jìn)行有效集成的基礎(chǔ)上，通過有限能力的作業(yè)排產(chǎn)，確定所有工件在設(shè)備上的加工順序，以及設(shè)備加工每道工序的開始、完工時間。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)緊急訂單、設(shè)備故障、返工返修、生產(chǎn)拖期等情況時，采用合理的優(yōu)化技術(shù)和方法進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，調(diào)整作業(yè)計劃和調(diào)度資源，使之與實際生產(chǎn)條件相適應(yīng)，從而提高生產(chǎn)過程的連貫性，確保生產(chǎn)運行。
    （2） 工位電子看板模塊
    電子看板是建立在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的一種面向車間操作工位的可視化看板。工位電子看板模塊通過車間計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)任務(wù)列表及相關(guān)工藝信息及時呈現(xiàn)在操作工位的看板上，向操作人員下達(dá)生產(chǎn)指令，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)派工，并向其提供操作規(guī)程、設(shè)備、工具、物料、輔料等作業(yè)指導(dǎo)信息。 
    （3） 物料跟蹤模塊
    物料跟蹤模塊運用條形碼技術(shù)跟蹤整個模具生產(chǎn)的全過程，實時采集在制品工序流動以及物料消耗、產(chǎn)品返工返修及報廢等信息，獲得每套模具的詳細(xì)歷史記錄，從而使產(chǎn)品生產(chǎn)過程透明化，實現(xiàn)每套模具生產(chǎn)過程的可追溯性。
    （4） 生產(chǎn)成本管理模塊
    按照動態(tài)作業(yè)成本法，將費用按不同作業(yè)詳細(xì)分類、歸集和分配，正確劃分可變成本和固定成本、可控成本和非可控成本，依據(jù)產(chǎn)品BOM所描述的加工裝配過程，結(jié)合實時的數(shù)據(jù)采集信息，從低層向高層逐層累積，從而計算出車間生產(chǎn)成本。它反映了產(chǎn)品動態(tài)增值的實際過程，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地實現(xiàn)成本的統(tǒng)計。
    （5） 生產(chǎn)統(tǒng)計與分析模塊
    生產(chǎn)統(tǒng)計與分析模塊將在和MES其他模塊及ERP系統(tǒng)進(jìn)行有效集成的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)執(zhí)行進(jìn)度、質(zhì)量檢驗、資源利用率等信息的統(tǒng)計與分析，為更好的優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，維持*的生產(chǎn)狀態(tài)提供支持。
    （6） 系統(tǒng)管理模塊
    對系統(tǒng)用戶按角色進(jìn)行管理，管理其部門、崗位、人員、權(quán)限等信息，保存系統(tǒng)登錄記錄，保證產(chǎn)品信息的安全性、保密性，提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，確保系統(tǒng)安全運行。
    3.3 關(guān)鍵技術(shù)
    MES是汽車模具行業(yè)車間信息化建設(shè)的重點，是否成功開發(fā)與應(yīng)用關(guān)系著汽車模具企業(yè)信息化建設(shè)的成敗，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括：
    （1）作業(yè)排序優(yōu)化技術(shù)
    作業(yè)排序優(yōu)化是計劃排產(chǎn)與作業(yè)調(diào)度的核心功能，決定了工件在設(shè)備或工作中心上的*加工順序。采用啟發(fā)式算法的優(yōu)先調(diào)度規(guī)則法進(jìn)行作業(yè)排序優(yōu)化，以預(yù)先定義好的優(yōu)先規(guī)則作為啟發(fā)條件，從等待的作業(yè)中選取優(yōu)先級zui高的作業(yè)安排加工。在加工優(yōu)先級的設(shè)定中，將交貨期、零件、設(shè)備三者綜合考慮，以交貨期先后設(shè)定模具優(yōu)先級；根據(jù)實際情況和經(jīng)驗人為設(shè)定零件優(yōu)先級；按照已排定的任務(wù)zui少原則設(shè)定設(shè)備優(yōu)先級。這種方法易于實現(xiàn)、計算復(fù)雜度低，并且加工優(yōu)先級可以人為調(diào)整，使得排定的作業(yè)順序更符合生產(chǎn)實際。
    （2）條形碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)
    條形碼數(shù)據(jù)采集技術(shù)是以計算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的一項綜合科學(xué)技術(shù)，是一種信息識別、采集的重要方法和手段，它具有速度快、準(zhǔn)確率高、操作簡單、采集信息量大等優(yōu)點。利用條形碼自動識別技術(shù)對生產(chǎn)過程的物流信息進(jìn)行采集跟蹤，能夠?qū)φ麄€生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控，記錄和處理生產(chǎn)中的大量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯、反查、報表等功能，提高管理效率和質(zhì)量。
    （3） 系統(tǒng)集成技術(shù)
    為了實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)品信息的共享和交換，采用XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語言）中性文件的方式來實現(xiàn)MES與ERP系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集成。XML技術(shù)具有開放性、易擴(kuò)展性等特點，能夠在不同程序之間交換和共享數(shù)據(jù)。MES與ERP系統(tǒng)集成的信息包括生產(chǎn)計劃、BOM信息、工藝信息和物料信息等。這種集成方式，不僅能夠提高系統(tǒng)之間傳遞數(shù)據(jù)的正確性和一致性，還能夠提高信息的反饋速度，有利于信息共享。
    4 MES發(fā)展趨勢
    MES是面向車間層的信息管理系統(tǒng)，它的應(yīng)用給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著信息技術(shù)發(fā)展和制造企業(yè)競爭需求，企業(yè)對 MES應(yīng)用技術(shù)提出了更高的要求，滿足可集成性、可適應(yīng)性、開放性和協(xié)同性要求是MES的發(fā)展趨勢。具體表現(xiàn)以下各個方面:
    （1） 采用XML技術(shù)解決MES與ERP和底層控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)異構(gòu)問題，使系統(tǒng)更具開放性、可集成性，融合的更緊密；
    （2） 在對汽車模具M(jìn)ES軟件產(chǎn)品研究的基礎(chǔ)上，建立面向離散行業(yè)的通用解決方案，以適應(yīng)離散行業(yè)各種具體實際需要；
    （3） 數(shù)據(jù)挖掘、知識管理、*化技術(shù)、精益思想等管理技術(shù)和理念將在MES中得到廣泛應(yīng)用，推動MES理論向前發(fā)展；
    （4） 隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，協(xié)同MES成為研究的熱點。
    5 結(jié)論
    通過分析汽車模具生產(chǎn)特點和信息化應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了以計劃排產(chǎn)和作業(yè)調(diào)度為核心的制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)一步闡述了系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和未來發(fā)展趨勢。通過汽車模具M(jìn)ES的構(gòu)建，建立了生產(chǎn)信息共享的機(jī)制和平臺，加強(qiáng)了生產(chǎn)資源及生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理與控制，并且在計劃層與控制層之間架起了一座溝通的橋梁，從而實現(xiàn)生產(chǎn)的“管控一體化”。