生产车间生产管理信息系统设计与构想
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作者:游健平
摘要：该文以生产管理信息系统为设计对象，以制造执行系统（MES）为核心理念，对生产管理信息化提出具体的实现方案，可以更好解决生产问题，避免计划赶不上变化，导致产量不能达到预期标准，能够实现车间的现场调度、生产过程控制、设备状态监控，并对生产过程中的一些非常规信息进行管控，提高车间生产的效率。提高了生产管理效率，降低了备件库存和运行成本，实现精益化管理，并建立起企业的自动化机器人生产知识库，可以为企业的相关决策提供科学依据。
关键词：生产管理信息系统;制造执行系统;生产车间
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）30-0078-02
1 引言
随着现代科学技术的发展，产品的设计、生产和销售开始向全球化趋势发展，消费者对产品的需求向个性化、多元化发展，使工业企业之间的竞争更加激烈。为了提供整体市场竞争力，工业企业迫切需要提高生产效率和产品综合质量，降低企业生产运营成本，这就对工业企业的生产提出了更高的要求。自动化生产设备具有更强的系统特性，因此，要求更先进的生产管理信息系统进行生产管理。全面掌握企业范围内实时的生产设备的运行状况及其成本，提高自动化设备利用率和回报率，可以更好地进行车间生产。
2 相关技术概述
2.1MES
MES系统是用于管理制造企业中的车间的生产信息管理系统，MES系统的作用是充当管理决策层和过程控制层之间的桥梁。一方面，MES负责向自动化生产设备的PLC（可编辑逻辑控制器）模块发送指令，另一方面向企业资源计划（ERP）系统汇报生产情况进行财务核算。MES将现场生产情况反馈给管理决策层，管理和决策层可以通过MES系统了解计划和产能及生产设备维护保养周期。
2.2物联网
在1999年，麻省理工学院的自动识别中心基于计算机Internet预先定义了“物联网”，它使用RFID、无线数据通信和其他技术来构建一个网络，该网络涵盖世界各地的所有区域以自动识别物品，并实现信息的互联和共享。物联网将在未来成为互联网的组成部分，是一种动态的全球网络架构，具有基于特定标准和可互操作的通信协议的自配置功能。文中论述的生产管理信息系统底层就是应用到物联网的概念与各个自动化生产设备进行监控与通信。
3 系統设计
3.1系统总体框架设计
生产管理信息系统基于MES管理方法，全面覆盖自动化生产设备，如：焊接机器人操作，喷涂机器人等，淋雨机器人等，过程中的各种运行数据，并向用户实时显示直观的三维数据，有效监控工作，达到确保安全生产的目的，并提高生产效率。
生产管理信息系统总体构架由五层构成：设备层、采集层、数据层、业务层以及应用层。
设备层是对自动化生产设备进行排序，并显示设备状态与各种实时参数。
采集层通过采集服务器、网关等分布式数据，完善整体的通信设备。
数据层主要记录焊机的工作状态，其中就包括报警状态。
业务层主要有承上启下的作用。
应用层主要对各种数据信息进行查询、监控等操作，并实现网络互联，这样方便网络维护和监控，当某一节点出现问题时，会及时发现，网络节点的连接便于系统的监控和管理。
3.2系统数据库设计
在生产管理信息系统设计中，数据库设计占据重要地位，数据库必须保证数据的一致性、安全性等，根据本文中生产管理信息系统的实际应用情况，生产管理信息系统采用了SQLServer2005作为数据库服务器。
根据生产管理信息系统各模块之间的关系，在对生产管理信息系统进行数据库设计时，为了方便数据的跨表查询，本数据库还设计了相应的视图。
3.3系统功能结构设计
3.3.1监控模块设计
监控模块主要是针对设备状况、生产流程两个方面进行设计，设备状况监控是通过系统控制层的终端进行通信，对生产设备的运行状况进行实时监控，在监控设备出现问题时，还能自动报警功能。生产流程监控主要是对生产系统中的加工进度进行监控，能够确保生产系统能够顺利运行。
3.3.2数据统计模块设计
数据统计模块主要是对生产系统和生产质量进行设计，其中就包括焊机利用率、加权误期任务数等。根据指定的时间，对相关信息进行统计分析，如Pareto图分析等。在进行长期统计分析时，可以通过管理层统计系统查询统计结果。在进行短期统计分析时，将实时数据库中的数据作为统计源，进行在线分析，这样可以确定生产限额，保证在线生产质量。
3.3.3生产信息管理设计
生产信息管理模块一共有四个子模块，分别是订单管理、材料管理、生产管理、设备状态管理，通过实时数据库对各个子模块进行数据统计，并对车间的相关信息进行增加、查询、删除等各项操作，满足各个子模块在管理功能中的操作。
3.3.4作业调度管理设计
作业调度模块主要是对生产车间进行调度，应用启发式算法，对生产系统进行实时动态管控，进而自动对车间的生产进行调度;在一些特定的情况下，车间调度员根据自身情况，以及多年的工作经验，合理的安排生产调度，并通过制定调度规则，了解生产车间的各个工序，分析以后，再合理安排生产。
4 系统的构想与实现
下面是生产管理信息系统的开发环境。
1）技术平台：微软的.NET框架。
2）信息服务器：Internet Information Service 6.0。
3）开发语言：ASP.NET 4.0技术框架，实现语言完全采用C#语言。
4）数据库：SQL Server 2005。 5）服务器操作系统：采用Windows Server 2012服务器操作系统。
6）终端PC系统：采用Win7操作系统。
4.1系统登录实现
系统登录界面是为初始界面，在用户进入系统以后，要就通过登录界面实现登录，生产管理信息系统登录界面如图1所示。
4.2系统管理实现
4.2.1机构与系统管理实现
搭建合理的组织结构，可以提升管理效率和责任到人，更好的监控设备，根据编码分级进行管理的。图2为组织机构界面示意图。
不同的组织机构会影响该用户所能看到的设备等信息内容，系统中默认情况下某一用户可以看到其所属组织机构使用或拥有的设备或其所属组织机构下级的机构或部门的设备。
4.2.2生产管理系统与ERP等管理系统的通信流程
生产管理信息系统（MES）在整个生产过程中起到决定性作用，把生产机器人管理起来是MES的使命。下面论述一个成品从零到一生产的过程：
1）制定项目计划，根据项目计划分解出月度计划。
2）使用PLM系统（产品生命周期管理系统），做基础数据准备，包括项目架构搭建，物料号的创建，物料清单的搭建，工艺路线的搭建。并把这些数据通过接口传到ERP系统。
3）ERP系统（企业资源计划系统）接收完PLM系统数据确认无误后，就执行MRP（物料需求计划）运算。
4）运行MRP后，采购根据MRP运算结果进行创建采购订单。
5）生产调度根据实情况，把计划订单转成生产工单。
6）ERP会把新的生產订单下达到MES里面。把整个工单的任务交给MES去完成。
7）MES接到改任务后根据ERP生产订单的开始结束时间，进行三日计划排产。
8）MES把三日计划下发到WMS（仓库管理系统）进行备料与配送
9）物料配送到位后，MES向机器人发送指令。机器人记录开始生产时间，完工后机器人向MES发送完工指令。MES记录机器机器人工作的开始时间，结束时间，消耗物料的种类和数量，产生品的质量等数据。
10）统计分析，MES有各种丰富的生产报表。如产能报表，生产兑现率报表，计划兑现率报表，生产设备耗能报表，生产设定保小修报表等。
4.2.3 MES与生产设备的通信
生产管理信息系统（MES）最核心功能是监控生产机器，下达生产指令让机器完成生产任务，这就需要MES跟生产设备进行对话通信。现在生产设备一般都具有可编程的PLC控制模块，MES可通过接口对设备PLC模块下达指令，在完成某一项自动化生产的过程中，MES需要和PLC进行11次数据通信。
生产管理系统向生产设备发送生产指令，生产设备根据要求进行生产。生产完成后，把开始时间、结束时间、成品ID发送到生产管理系统。生产管理系统把这些重要的生产数据保存到数据库中，并定时向ERP汇报产量和库存。
5 结论
生产管理信息系统是利用信息化的手段对车间生产设备管理的全生命周期进行管理，从而达到提高管理效率、降低备件库存、实现精益化管理和建立企业维修知识库的目标。本文在MES系统架构设计的基础上，充分考虑到系统与ERP等各个管理系统关系、生产设备PLC的通信。通过本文中的系统设计及与外部系统的协同运作，一定会提高对车间生产设备的管控并降低了很多人为的操作错误，提高效率更便于管理，让车间生产达到预期要求。
参考文献：
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【通联编辑：闻翔军】
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