基于物联网的企业MES系统研究

物联网( Internet of Thing， IOT) 是通过模拟人类之间的信息交互方式，将各类信息感知设备嵌入物体中，实时获取物体的状态信息，并将这些物体传感器通过通信网络互联起来，对感知信息进行智能处理，实现对物体的管理、协调和控制的一种高度信息化技术，其可以实现信息的交换与通信。目前，大多数企业实施的制造执行系统( Manufacturing _execution System，MES) 的主要功能是信息的管理与“上传下达”，对于物流配送系统和制造过程中的生产实时状态以及产品全寿命周期等的实时监控能力较弱，而且系统信息管理与信息的实时更新之间也存在着断层。随着互联网技术的发展，物联网可依托的各方面技术也相应得到发展，例如，大规模的感知信息处理技术、云计算技术等，而且成本也趋于降低。基于物联网技术的MES 系统设计，可以实现企业整个生产制造的实时监控及全方位管理，从而真正实现“管控一体化”，这对于完善MES系统的功能、弥补控制与管理的断层意义重大。

笔者以某拖拉机装配厂为背景，结合企业的制造执行系统现状，针对企业物流配送，以及装配过程实时监控能力弱、报警系统不完善和信息交互不及时等问题，运用过程控制理论和物联网技术，在实际调研和系统改进目标分析的基础上，提出基于物联网技术的企业制造执行系统改进方案，即通过增加物流配送管理、现场生产线实时运行状态监控、预防报警指挥和远程监控等模块，对企业制造执行系统的功能进行完善，实现企业制造过程的全方位监控和物流运输的实时跟踪，从而提高产品质量，实现企业高度信息化和智能化的管理要求。

1 MES 现状与改进目标分析

1.1 企业MES 现状分析

某拖拉机装配厂主要生产大功率系列轮式拖拉机，功率覆盖51.45 ～ 205.8 kW( 70 ～ 280 马力) ，共200 多个基本型产品及1 000 多种选装变型产品，产品生产过程涉及订单、生产计划、装配、物流、采购、质量管理等环节，属于典型的流程制造。流程制造是一种通过一系列的生产方法，包括使用通用的设备，使生产线上的每项任务都有稳定的周期时间，并按照加工工序的顺序，使产品能够迅速、平稳地由一个工位“流动”到下一个工位的生产组织方式。其不同于离散制造的独立控制，既要对流程制造的各任务与批次之间实现全面的综合管控，又要对关键环节实施实时追踪，最终才能实现“一个流”的生产。

企业现有的MES 系统主要针对流程生产中的关键点进行控制，实现的主要功能有生产计划管理，主机跟踪管理、生产装配指示、关重件档案管理、停线管理、LED 生产看板、报表管理等。MES 功能结构如图1 所示。

图1 现有MES 的功能模块

现有的MES 系统主要实现了基本信息的存储及共享功能，并不能满足企业对生产过程全方位的监控管理和物流状态追踪的需要。首先，装配厂远离零部件供应商，且拖拉机装配过程复杂，厂外物流配送系统庞大，整个物流运输成本高，为确保配送的零部件质量，增加了物流运输途中的质量监管力度。其次，目前该车间装配线的监控主要使用的是条码技术，其工位员工采用手动方式对物品逐一地进行扫描跟踪，整个操作过程工人的劳动强度大，工作效率低，并且条形码容易受作业环境的限制，不能重复使用。此外，现场报警系统不完善，当某个工位发出急停信号时，现场生产管理人员很难及时发现造成停线的具体工位，而且也没有对停线信号进行历史记录，也就无法将停线信号及时发送给MES 系统，最终导致MES 的部分功能发挥不够充分。再者，现有的MES 系统对于客户反馈的信息交互不及时，致使出现的产品质量问题不能及时地得到处理，严重影响了企业的信誉度和市场竞争力。

1.2 改进目标分析

物联网是建立在Internet 基础上，利用RFID( 射频识别) 、无线数据通信等技术构造的一个实现全球物品信息实时共享的网络。物联网的核心能力是全面感知、可靠传输、智能处理[5 - 7]。将物联网技术与MES 进行集成，依托物联网的视频监控技术实现物流车辆运输的实时监控; 用RFID 技术取代条形码技术，实现装配线上物品的实时在线跟踪，减少装配过程的人工干预，既可以降低工人劳动强度，又能提高工作效率。将物联网技术应用于装配厂，并融入到MES 系统中，可有效实现企业系统的集成和动态监控，达到企业高度信息化的要求。

通过对企业MES 现状的分析，结合物联网技术，以实现对企业生产过程全方位的监控管理和物流状态追踪管理为总体目标，完善原有系统功能，实现厂内物流和厂外物流的可视化操作和智能化管理，保证产品全寿命周期的质量，具体有以下改进目标：

1) 将物流配送系统与物联网技术结合，对厂内物流和厂外物流实时全方位的跟踪管理，保障物流畅通，加强产品在运输过程中的质量监管力度;

2) 将物联网技术应用于车间装配线上，用RFID技术代替原有的条码技术，甩掉手工操作方式，实现生产线数据采集智能化和在制品实时监控可视化，降低人工的管理成本，提高生产效率;

3) 完善报警系统。在原有停线管理的基础上，通过物联网将实时数据传输到MES 信息中心，开发设计系统并进行远程监控，显示报警的具体工位，并记录报警的历史数据;

4) 在企业实施信息化的基础上，通过物联网的数据传输技术，针对用户需求签订协议，对产品进行远程监控，做到随时发现并解决问题，从而保证产品整个寿命周期的质量。

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