基于MES的焊装车间物料管理系统设计

李志军，王年超，孔朋朋

（北方工业大学 现场总线及自动化重点实验室，北京 100144）

：针对焊装生产线的物料管理系统数据管理分散、缺乏物料跟踪以及信息反馈慢的缺点，应用面向MES的物料配送模型，设计了一种基于SIAMTIC IT的焊装生产线物料管理MES系统，着重分析了物料跟踪与配送开发过程、实现方法和运行结果，实现了实时记录焊装过程的零部件和产品属性信息。

在机械产品制造过程中，焊装过程作为最后一道工序，其对产品的质量起着决定性作用。而在复杂产品装配生产过程中,涉及零部件的种类和数量相对较多,只有保证零部件按时成套供应,才能按照生产计划的要求完成整机产品的装配［1］。为了满足产品需求的不断变化，必须保证焊装产品具有成本低、质量高且交货期短的特点，而目前汽车消音器焊装过程中物料管理方面存在诸多问题，比如物料清单更改多、物料管理分散、物料供货不及时、在制品跟踪不到位和焊装产品配套困难等，使得厂家难以按时、按质、低成本交付产品［2］。因此，为了能够提高企业市场竞争力，必须加强企业内部物料管理、完善物料配送过程。

1MES功能模型

制造执行系统（Manufacture Execute System，MES)是美国管理界于20世纪90年代提出的概念。MES的主要作用是一方面执行计划层制定的生产计划、调度指令；另一方面采集生产运行数据、集成原料和产品的存储数据、集成设备状态信息，并将这些信息进行合并、汇总、分析等综合处理，为生产计划和排产提供依据，同时也为ERP提供了及时、可靠、准确的生产经营参考信息，实现了信息的全面共享，从而使企业的管理者可以根据这些数据进行及时、准确的决策。

MES作为ERP/MES/PCS 3层结构的中间层，其充当了ERP和PCS两层之间的的桥梁，同时MES是面向车间级的信息管理系统，它不仅能够为操作人员和管理人员提供计划的执行和跟踪信息，还能提供所有资源、设备、物料、客户需求等信息。

目前焊装过程物料管理方面存在诸多问题，因此，焊装过程中的物料管理系统尤为重要。SIAMTIC IT物料管理子系统对物料从需求分析到原材料配送、跟踪、成品库存管理、报表生成进行了全面、准确、系统的管理。SIMATIC IT功能模型如图1所示。

MES功能模型不仅提供了物料管理的功能，还提供了大量的其他模块的管理，物料管理通过与其他模块的合作能够更好地实现车间管理。

2物料管理系统软硬件设计

2.1系统设计原则

本系统的设计以“先进、经济、实用、可靠”为原则。

本系统分为若干功能模块，这些功能模块结合工厂的实际需求和生产线的硬件特点进行开发,均采用模块化设计；在满足系统功能和性能要求的前提下,经济实用是硬道理,在硬件配置方面尽量利用企业原有的自动化设备,在原有设备的基础上添加一些硬件模块即可满足需求,从图1SIMATIC IT MES功能模型

而最大程度降低系统开发成本。本系统不仅适用于新生产线，还适用于对老生产线升级生产管理系统,实用性是系统首先要考虑的问题。本系统在设计时充分考虑到厂房的需求和大部分生产线硬件系统的组成特点［3］。

2.2系统整体方案及架构

该系统的网络结构采用B/S以及B/S混合网络构架,系统网络中有一台中心服务器CAB Server——客户应用构建服务器。其主要工作是提供图形用户界面。它可以从不同数据源收集数据，在显示以前，还可以完成数据处理和数据统计工作，管理人员能够直观地对生产现场进行监控和管理。

采用B/S模式不但维护和升级方式简单，还可以降低成本和选择不同的操作系统来运行服务端。B/S 3层架构如图2所示。

系统硬件架构可以分为3层。底层是数据采集层，主要由PLC、扫码机、HMI、单点显示屏等设备通过多站点的Profibus总线采集现场生产加工数据。中间层是数据存储层，系统使用Microsoft SQL Server 2008数据库对采集的数据进行存储。上层数据监测控制层是通过MES的各个功能模块对生产过程数据进行分析、监测并根据现场反馈信息重新下达生产指令，形成生产监控闭环控制系统［4］。网络架构图如图3所示。

2.3软件环境

客户端可以是任意的装有浏览器的可以联网的机器，系统不作考虑，只要稳定性、安全性等性能基本上能满足要求就可以。而服务端出于性能、安全性以及SIMATIC IT版本的考虑，需要使用Windows Server 2008操作系统，数据库采用SQL Server 2008。

3物料管理系统

3.1系统需求

物料管理系统根据系统总体设计可以总结出MES下物料管理系统所需要满足的功能，包括物料基础数据管理、物料需求管理、物料跟踪管理等。由于篇幅原因，这里只对物料配送跟踪作出说明。

基于MES物料配送流程分为初次备料与过程送料两个阶段。在初次备料阶段，车间仓库计划任务执行开始的提前期内就要对将要执行的任务进行物料配送准备，仓库物料管理人员首先根据当日生产计划信息、产品BOM信息等得到物料需求计划，得到初步的物料配送方案；在计划任务执行的过程中，进入到过程送料阶段，生产人员通过物料管理系统向车间仓库发出补料请求，物料配送人员根据物料提醒进行过程物料的配送［5］。

3.2物料管理跟踪及追溯

根据系统需求建立图4所示的跟踪流程图。车间仓库是活动图的起点也是活动图的终点，活动图从车间原料库开始。根据生产车间调度下达生产订单，同时物料管理系统根据调度下达的生产订单计算物料需求并向仓库发出物料请求。当仓库接收到生产线物料请求后进行物料配送，此时系统进行物料跟踪并通过现场监测物料是否到达各个工位，如果没有到达则大屏幕提醒初始缺料信息，如果物料已经配送到各个工位则执行下一步，生产设备准备开始焊装。焊装过程中更改现场设备占用信息和当前物料跟踪信息，根据生产任务判断加工是否完成，如果没有完成，则查询焊装过程中是否缺料，不缺则继续焊装，否则大屏幕提醒焊装过程缺料信息。加工完成，添加物料跟踪完成信息、成品信息、原料消耗情况［67］。

在所有生产结束以后，如果发现成品有缺陷，则可以对现场使用的物料进行追溯，以查明出现问题的物料是哪一个，甚至是哪一批，通过追溯可以做出相应的对策，完善生产管理，提高产品的质量，从而达到甚至超过产品的质量需求。物料管理在整个生产管理系统中至关重要。

4应用实现

在以上需求以及技术的基础上，使用SIAMTIC IT作为开发软件，设计并开发了基于MES的焊装车间物料管理系统。MES上层管理系统采用的是浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）网络架构模式，以Visual Studio 2008作为开发环境，SQL Server 2008作为数据库。

物料追踪不仅可以对同一批次的物料进行跟踪，甚至可以对某一件物料进行跟踪。物料何时入库、何时出库以及物料所在位置、状态全部能够跟踪查看。生产过程物料跟踪及回溯界面如图5所示。

5结论

MES为实现敏捷化生产制造提供了先进的信息处理平台，是实现车间生产敏捷化的基本技术手段。本文对物料管理进行需求分析，对物料管理系统应具有的基本模块进行了设计，并在SIMATIC IT的基础上运用了此系统。通过企业内部的网络和现场总线技术可以构建其他的管理系统，具有一定的扩展性，为以后整个车间级的监控智能化、信息集成化打下了坚实的基础。系统将在以后的实践中不断完善，提高分析和处理的各种能力，使各方面的管理都能达到最佳。

参考文献

［1］ 徐建萍，郭钢． 基于工艺流程的物料配送 BOM 模型［J］．重庆大学学报( 自然科学版) ，2005，28(6):1921．

［2］ 杨宏才. 工装MES物料管理系统总体设计［J］. 知识经济, 2010(3):111112.

［3］ 刘志强. 基于WinCC的焊装生产线监控与管理系统设计［D］. 北京：北方工业大学, 2014.

［4］ 王琳, 梁平, 刘明周,等. 基于MES的可视化生产监测与控制平台设计［J］. 合肥工业大学学报（自然科学版）,2013,36(11):13041308.

［5］ 孙莉. 基于MES水泥物料管理系统的设计［J］. 山东师范大学学报（自然科学版）, 2014,29(2):3540.

［6］ 王爱民. 制造执行系统（MES）实现原理与技术［M］. 北京：北京理工大学出版社, 2014.

［7］ 王立烁,张兴波.基于Wonderware平台的自定义历史数据库的设计与实现［J］.微型机与应用,2015,34(17):9698.