智能制造在行业中的应用系列 第五讲 加工车间MES系统的应用实践

专家：李方园 领域：人机界面 行业：物流仓储 日期：20-09-10 13:50 点击数：429

摘要：本文介绍了包含对海绵原料、半成品、加工设备、员工考勤等多方面系统在内的加工车间MES系统，它实现了对车间生产过程中的订单管理、仓储管理、数据分析、车间设备稼动率监控、能耗管理等，使企业的生产计划的执行过程实现了透明化，为企业快速响应市场奠定了良好的基础。

关键词：MES系统；智能仓储管理；设备稼动率

Abstract: This paper introduces the MES system of the processingworkshop, including various systems for sponge raw materials, semifinished products, processing equipment, and employee attendance.It realizes the order management, storage management, data analysis,workshop equipment utilization rate monitoring, energy consumptionmanagement, etc. in the workshop generation process, which makes theimplementation process of the company's production plan transparent,laying a good foundation for the company to respond quickly to the market.

Key words: MES system; Intelligent warehouse management; Equipment utilization rate

1　前言

通过MES把生产计划与车间作业现场控制联系起来，解决了上层生产计划管理与底层生产过程之间脱节的问题，打通了企业的信息通道，使企业的生产计划的执行过程实现了透明化，为企业快速响应市场奠定了良好的基础。

本文介绍的加工车间MES系统包含对海绵原料、半成品、加工设备、员工考勤等多方面的系统合成，结合自动化技术与大数据应用，实现了对车间生成过程中的订单管理、仓储管理、数据分析、车间设备稼动率监控、能耗管理等功能。

2　智能仓储管理

智能仓储管理系统的硬件构架是由发泡机处的“前端RFID生成部分”、熟化库堆垛机后的“入库RFID读取部分”、“自动行车部分”、位于断泡机处的“断泡机RFID读取与标签重现”、深加工车间仓储等几部分组成。在各个工位段放置相应的客户端与硬件设备，通过网络将各个客户端进行连接，其数据则通过服务器集群进行SQL数据库管理。

2.1　前端RFID生成部分

发泡海绵经过发泡机发泡生成后通过切断机进行定长切割，当切断机启动切割时“切断机客户端”收到启动信号后生成一序列号，通过“切断机客户端”所输入的海绵信息并使用标签打印机进行标签打印（后期若投入工单管理系统，可省去人工输入环节，通过工单信息直接生成打印）；将已经打印好信息的RFID标签放置在“RFID写卡器”上进行数据的写入；完成写入后“切断客户端”将已写入完成的信息发送至服务器集群进行数据的存储，如图1所示。

图1 前端RFID生成部分系统构成

2.2　入库RFID识别

泡海绵经过熟化后通过堆垛机将长泡海绵送至入库输送带，在输送带上安装一台RFID读卡器，对即将入库的长泡海绵进行信息读取。客户端读取信息后与服务器中生成端存入数据进行交互，识别即将入库长泡海绵的信息并通过输送带移动至所需放置的库区，如图2所示。

图2 入库RFID读取部分

2.3　断泡机RFID识别与标签重现

泡海绵出库后送至断泡机输送带进行切割加工，在加工前需要对所送出物料进行RFID识别，方便后续工段了解原料。同时断泡加工会产生未完全切割的长泡海绵，为此还需重新打印RFID标签，通过行车送至短泡储存区。

（1）断泡机RFID识别

当行车将长泡海绵出库后送至断泡机输送带，通过输送带侧安装的RFID读卡器读取原料的信息并于数据库进行交互后完成出库动作。

（2）余料RFID标签重现

若送出的长泡海绵未完全切割，所产生的短泡海绵通过断泡机输送带侧安装的编码器测量断泡机已切割长度，并通过客户端与数据库进行数据交互，将新的短泡海绵信息录入数据库并打印标签，经RFID写卡器写入新的信息后，重现入库（放入专用的短泡库位），如图3所示。

图3 短泡海绵RFID标签重现

2.4　产品移库和特殊物料移库

对已入库的产品，可通过移库界面将库内的长泡海绵或短泡海绵利用行车进行搬运排放。每次搬运完成后客户端将新的库存信息发到服务器进行更新。

（1）特殊物料出库

将部分库存时间长、使用度不高的长泡海绵或短泡海绵，使用移库界面将海绵移动至入库输送带。同时移库完成后更新当前库位信息。

（2）特殊物料移库

放置于入库输送带的海绵，通过输送带运送至熟化库的堆垛机上，通过堆垛机将这类特殊物料移库集中管理。

2.5　库存盘点

利用手持式RFID设备，扫描周围设备获取周围所有的RFID，扫描出来的RFID都是生产流水线号，然后查询出库存库位的所有产品的生产流水线号，两边仓位数据根据生产流水号的数量进行比较。

3　车间设备稼动率监控

设备稼动率即OEE关系系统，OEE是一个独立的测量工具，它用来表现实际生产能力相对于理论产能的比率。通过OEE模型的各项子项分析，可以准确清楚地知道设备运行效率以及生产中每个环节的运行情况。长期使用OEE，可以帮助企业轻松找到影响生产效率的瓶颈，并进行改进和跟踪，达到提高生产效率的目的，同时使企业避免不必要的耗费。车间OEE系统计算方式如图4所示。

图4 车间OEE系统计算方式

稼动率是指设备在所能提供的时间内为了创造价值所用时间占的比重。OEE是代表和设备理想状态相比，现时设备的状态。测量OEE是设备运行持续改善的起点，没有测量就没有改善，世界级企业的成功运营依赖于对设备和生产流程、绩效的一贯的准确测量。世界级企业的全局设备效率OEE为85%或更好，制造业平均水平是60%。但大多数企业发现他们的设备OEE运行在13%~40%之间。由OEE的计算公式可知，OEE的一个最重要的目的就是要减少六大损失：停机损失、换装调试损失、暂停机损失、减速损失、启动过程次品损失和生产正常运行时产生的次品损失。

海绵加工车间稼动率组成如下：

（1）设备各项信息数据实时自动采集，高可靠性无线数据传输，本地数据库实时存储，实时自动生成OEE，数据准确，高效便捷。

（2）投资花费少，实施落地快，通讯自组网，有无上位ERP/MES系统皆可轻松部署实施数字化车间，省钱省时。

（3）通过LoRa技术传输数据，无需部署传统的以太网，就可以轻松地获取有关设备的生产信息，为OEE提供最有价值的数据。

（4）通过现场智能终端（或智能电子看板），可以生成实时的生产信息报告，包括故障停工，在制品信息和OEE等，并以图表的方式进行呈现。通过这些有价值的数据，企业管理者能做到在事前进行预防，事中进行控制，事后进行数据追溯管理，为充分利用设备，提高设备价值创造效率打下基础，让企业的管理工作变得轻松而简单。

图5为稼动率系统架构图，稼动率系统可以做到实时传输设备产量、质量数据，设备效率实时统计；通过智能制造智能电子看板，可实时掌握车间设备的异常状态，为生产现场提供及时的支持；通过显示终端上传Excel文件，管理层从Excel报表可以随时了解导致效率损失的主要因素，从而进行相应的改善。除了Excel报表，数据也可通过第三方数据接口软件上传到ERP。

图5 稼动率系统构架图

图6为冲压设备稼动率的实际使用效果。

图6 冲压设备OEE使用效果图

4　结束语

在海绵加工车间中，MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，通过智能仓储管理、设备稼动率监控等实现两者之间的无缝联接。 

作者简介：

王如会（1998-），女，安徽亳州人，助理工程师，毕业于浙江工商职业技术学院，从事MES系统应用研究。

李方园（1973-），男，浙江舟山人，副教授，高级工程师，硕士，毕业于浙江工业大学信息学院控制工程专业，现就职于浙江工商职业技术学院，长期从事智能制造新技术应用于研究工作。

参考文献：

[1] 李方园. 智能工厂设备配置研究[M]. 北京：电子工业出版社，2018.

摘自《自动化博览》2020年9月刊