一、MES系统介绍

      MES系统为美国AMR公司在上世纪九十年代首次提出的概念，其主要目的是为了促进制造生产活动管控水平提升，把计划生产和现场管控紧密结合起来。依托于MES系统对生产活动的各个流程实施优化配置，确保生产效率提升。MES系统涉及到PLC、二维码、各类机电设备、传感器以及工业机器人等，它借助于更加准确可靠的实时数据响应，合理指导并记录企业车间各项生产活动，可以对生产状态变化进行快速响应，进而避免了非增值活动，促进生产效率提升。MES系统的应用不单单能够促进生产收益率的提升，在很大程度上也保障产品及时交付，促进存货周转，提升制造企业经济效益。MES系统利用多通道数据信息传输模式，在企业和供应链之间构建更加通畅的联系，其发展更新至今逐渐演变为一套更加成熟的针对制造企业的生产信息综合管控系统，由各类新兴智能设备以及人类专家构成了人机一体化系统，更加关注和重视生产制造过程中的可调节性，依托于计算机信息技术来对人类专家的思维方式予以模拟，对实际生产环节实现及时数据采集、信息分析、判断决策等，从而降低生产成本，提升生产效率。

二、MES在工业4.0中的价值与应用

      进入新世纪之后，物联网和大数据技术在制造业中得以广泛运用，全球化工业升级开始迈入实质阶段。不管是德国工业4.0、美国工业互联网还是中国制造2025，这些战略决策都是基于信息技术和制造业充分结合为出发点，以促进智能制造高速发展为目标而制定的。在工业4.0背景下，依托于智能处理系统来构建人和人、人和物、物和物的紧密联系，形成智能化信息管控综合体。工业4.0的重点研究主要集中在智能工厂与智能生产两个方面，前者一般是针对智能生产系统和网络化分布式生产设施进行研究，后者通常关系到整个企业的生产物流管理以及人际互动等[1] 。工业智能化发展水平直接决定了智慧工厂的建设，以物联网技术为典型的智慧工厂和智能生产属于MES系统运用发展的必经阶段。所以智慧工厂的建设必然会涉及到MES系统，MES系统属于工业4.0的核心所在，是未来国内制造企业必须要充分关注并重视的内容。

      从管理学层面来说，MES系统属于制造系统信息集成的重要枢纽，能够给制造企业带来包含数据信息管理、生产调度控制、生产计划安排、产品库存管理、生产质量控制、材料采购管理、生产成本管控、生产流程优化、项目看板管理以及上层数据集成分解等多个不同子系统。

      从实际应用层面来说，MES系统是制造企业生产管理系统、工艺管控系统、物料管理系统、质量信息管理系统以及制造资源管理系统的集成接口，促进生产、工艺、物流、设备以及检验等相关信息的有效传输。借助于运用MES系统来确保制造企业生产车间的智能化和自动化控制，在很大程度上提高了生产效率，优化了相关工艺流程，提升了产品质量，确保实现精益化生产目标，还有效减少资源损耗，促进企业经济效益提升。此外，MES系统的运用还能够为制造企业管理人员决策带来更多数据支持，可以对市场变化情况第一时间做出反应。

三、机械制造业发展现状分析

      近年来，我国制造业持续发展，各种高端新兴设备已经在诸多制造企业中得以普及运用。但从整体情况来看，其自动化、数字化、智能化水平还有待提升。对一些中小型企业而言，高端数控加工设备只能够满足数字化加工，部分零件加工依旧必须要依靠手动编程的方式来完成，数控仅发挥出自动加工功能，较为复杂的零件基本上属于单岗操作。而其他很多智能设备在实践应用中也只是发挥出了基础功能，并未实现更加深入高效地应用[2] 。

      对一些大型制造企业而言，即便现代信息技术得以广泛运用，但很多时候单纯限制在上层计划管理的ERP系统中。企业计划管理系统和底层工业控制在实际生产流程控制上，信息管理平台应用较为表面，实际生产数据信息不能够第一时间进行采集分析，生产管理工作人员无法对生产计划、实际进度、产品质量、人员设备状况等进行实时了解，导致生产活动的开展处于“黑箱”模式下。随着制造业的持续发展，国内企业面临的竞争压力逐步增加，订单式生产慢慢开始被更多加工企业所青睐，但对信息化、自动化管控提出了更高的要求。部分中小型制造企业市场核心竞争力日益降低，生产环节的智能管控成为其最薄弱之处。在这样的形势下，MES系统的应用能够有效处理好生产环节的“黑箱”问题，将ERP和车间管理系统进行连接，受到了更多制造企业的好评。中国制造2025的提出和中德工业4.0合作战略让MES系统的优势更加显著，也开始成为中小型制造企业促进自身生产管控水平提升的有效工具。

四、MES智能制造协同管理体系构建

（一）系统框架

      基于MES系统的智能制造系统管理体系能够充分整合计划管理、生产控制以及产品质量管理等相关功能，同时利用与智能制造相关的管理软件，可以让协同管理系统提供如下功能：一是提供多元化数据信息采集渠道；二是符合离散化的生产、质量、设备以及工艺等各个模块的智能管控需要；三是和智能制造体系中存在的生产设备进行信息传送；四是实现更加高效的人机交互；五是实现自动化控制。

      从上述功能需求出发，智能制造协同管理体系应当配置2台服务器，将其应用到生产监管和信息管理中，用于生产监管的服务器和传感器直接联系，对生产过程中的数据信息进行实时采集。该系统基于SSH架构，涉及到数据层、业务层以及表现层，数据层选择Hibernate作为ORM工具；业务层利用Spring框架形成SOA模式，同时利用Web Service接口和其他子系统实施连接；表现层基于MVC架构，能够实现前后端业务逻辑的独立性。系统设置了关系型数据库，把制造企业ERP以及MES系统实施整合，实现更加高效的信息传输与共享。

（二）计划管理

      对于制造企业计划管理而言，ERP进行MRP计算获取项目计划，相关设计人员根据项目计划在PLM中进行方案设计和图纸设计工作，随后需要计划工作人员根据BOM架构以及实际产能、生产资料等相关条件，得到和企业产品相符合的生产订单，把这一订单信息传输到MES系统之内。借助于对应接口，MES系统能够第一时间获得PLM的图纸和工艺信息，企业生产车间工作人员按照MES系统中的订单信息来对生产线实施合理调整，科学确定开工时间节点，同时通过MES系统根据生产节奏自动进行任务配置。对于智能制造而言，把产品生产流程和工艺路线进行充分整合，从而得到的工单属于MES系统的重要数据，在这一前提下进行计划执行以及跟踪反馈等，把整个智能制造活动流程中产生的数据信息统一收集到系统之内。依靠大数据分析把生产资料、技术文件以及产品和工位一一对应，得到自动化计划管理方案[3] 。工作人员能够依靠MES系统中提供的BOM物料数据，工单下发后自动向相关工位匹配物料需求计划，从而得到能够被仓库直接使用的物料配送清单。

（三）生产管理

      在实际生产过程中，生产线不同工位对应不同操作人员，工单计划能够按照人员配置数据来对不同工位作业人员提供相应的操作任务要求，工作人员只需要登录自己独有的账号便能够查看任务详情。结合生产作业现场实际条件，调度人员能够对生产任务实施合理分配，同时对任务完成状态予以实时掌握，第一时间了解延迟或者遗漏工单。在实际执行环节，工单依靠物料识别技术实施管控，一般来说可运用条码系统，MES内置条码系统表现出准确率高的优势。借助于扫码枪对产品条码进行扫描能够非常详细地获取工单信息，系统能够自动实现对产品信息、工单状态和作业人员的合理匹配。在工序起始阶段选择扫码枪对重要物料条码进行扫描作为信号，仔细核对工序与物料信息，防止生产环节出现失误。

（四）质量管理

      质量管理属于智能制造的关键环节，也属于协同管理体系的核心模块之一。智能制造涉及到的生产工艺流程内都配置了对应的质量控制点，包含了停检、过检以及自检等功能，结合实际生产状态自动给出合理的质检方案。生产现场质检工作人员可以直接通过移动终端对产品条码进行扫描来获得质检要求与记录单，扫描设备条码也能够直接和相关计量器具进行连接，获取一手数据信息。若数据录入不达标，则系统能够自动启动异常处理流程，把工单反馈到责任人；若持续出现不良工序则系统自动进行报警。MES系统能够对生产环节的数据信息进行采集分析，提供完善的统计报表，帮助相关人员更加全面地掌握生产环节中可能出现的质量问题。

（五）工艺管理

      在MES系统内部可以实现工艺流程建模，借助于物料编码以及产品描述和相关产品直接关联，同时关联工序卡、工时、检验记录以及物料等。工时属于智能制造精细化管理的重要信息，也属于生产计划编制以及全流程管理的有效参考数据，若生产过程中柔性作业占比更大，容易出现工时误差的现象，依托于MES系统对工时数据实施全面采集，对工序颗粒数实施更加精细化地分解，能够做到对工时数据的及时采集，结合持续迭代确保数据信息的准确性。系统收集记录各个工序执行的消耗工时和预设工时的差异而形成差值报表，能够更加科学准确地掌握工作人员的实际绩效[4] 。

（六）技术创新

      智能制造协同管理系统基于Web前后端独立的开发模式，在这一基础上对MES系统予以更新与完善，确保系统能够在前端进行大部分数据信息处理，显著减缓了系统运行压力。可选择Angular JS代码对系统前端予以编写，确保系统结构清晰明确，促进其拓展性提升。由于该系统对html的影响有限，能够与设计人员进行充分沟通，把系统后端调整为SSH架构，通过对象需求分析得到相关模型，利用Hibernate的DAO实现Java与数据库的交互。