（机械设计及理论专业论文）制造执行系统中生产过程跟踪技术的研究.pdf

哈尔滨理t 人学t 学硕l ：学化论义 制造执行系统中生产过程跟踪技术的研究 摘要 制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i v es y s t e m ，m e s ) 是企业信息系 统集成的关键所在，是连接企业计划管理层和控制层的桥梁。生产过程跟踪 是m e s 的主要功能之一，是整个m e s 的基础。生产过程跟踪对m e s 的其 他功能模块提供着生产信息支持。 本文从离散制造业需求出发，深入分析现有m e s 中生产跟踪和质量追 溯过程中存在的问题，结合目前制造业车间生产信息流程，提出一种制造执 行系统中生产过程跟踪方法。针对离散制造业，通过对各类自动识别技术的 对比，使用条码自动识别技术作为作为制造执行系统中生产过程跟踪的现场 数据收集手段。利用二维条码技术存储信息量大、采集速度快等优点，将二 维条码技术与离散制造业生产过程相结合，使二维条码贯穿于整个生产过程 中，将生产现场数据及时收集和传递给管理决策层，实现m e s 中的生产过 程跟踪和质量追溯功能。为m e s 系统提供及时准确的车问生产实时信息反 馈。同时使生产现场的各种信息传递更加迅速、即时的反应给管理决策层。 基于二维条码技术的制造执行系统生产过程跟踪技术不仅可以对生产过 程进行实时监控，并且还可以将生产过程跟踪中获得到的生产现场各种数据 信息进行分析和利用，管理决策层可以根据自己的需要对这些信息进行统计 和查询，有助于及时发现存在质量问题的生产环节，进而实现产品质量追溯 功能。 制造执行系统中的生产过程跟踪技术为m e s 其它功能模块提供数据基 础，保证生产过程连续、均衡，最终降低了企业生产成本。 关键词制造执行系统；生产过程跟踪；数据收集 哈尔演耻t 人学t 学硕i j 学位论文 t h er e s e a r c ho fp r o d u c t i v ep r o c e s s1 y a c k i n g t e c h n o l o g yi nm a n u f a c t u r ee x e c u t i o ns y s t e r m a b s t r a c t m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i v es y s t e mi sab r i d g eo fp l a nm a n a g e m e n tt i e ra n d p l a ne x e c u t i o na n dc o n t r o lt i e r i ti st h ek e yl ot h ei n t e g r a t i o no fe n t e r p r i s e i n f o r m a t j o 玎s y s t e m o n eo fl h ep r i m a r yf u n c t i o no fm e si sp r o d u c tt r a c k i n g ， b u ti sc a no n l yg e tt h ei n f o r m a t i o n0 fn u m b e ra n db r a n da b o u tt h ep r o d u c t s ， c a n ts h o wa l l a s p e c t so ft h e c h a r a c t e r i s t i co fm e sa n dt h ef u n c t i o no f p r o d u c t i o np r o c e s sm a n a g e m e n ti nm e s t h ea r t i c l ef r o mt h ed i s c r e t em a n u f a c t u r i n gn e e d sd e p t ha n a l y s i st h e e x i s t i n gp r o b l e m so fp r o d u c t i o nt r a c k i n ga n dq u a i i t yo ft h er e t r o s p e c ti n t h e p r o c e s s o fm e s c o m b i n et h ec u r r e n ti n f o r m a t i o no fp r o d u c t i o ni nt h e w o r k s h o po fm a n u f a c t u r i n g p r o p o s eam e t h o d0 ft r a c k i n gi nt h es y s t e mo f m e s f o r t h ed i s c r e t em a n u f a c t u r i n ga n dm a k ec o m p a r i s o no fv a r i o u st y p e so f a u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ，u s et h eb a rc o d ea u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g yt oc o l l e c tt h ei n f b r m a t i o ni nt h ep r 0 c e s so fp r o d u c t i o nt r a c k i n gi nt h e m e s u s i n gt w o d i m e n s i o n a lb a rc o d et e c h n o l o g ym e r i t so fs t o r i n gl a r g ea m o u n t o fi n f o r m a t i o na n d g a t h e r i n gs p e e dq u i c k l y t h i s p a p e rc o m b i n e s t w o d i m e n s i o n a lb a rc o d et e c h n o l o g ya n dt h e p r o d u c t i o np r o c e s s o fd i s c r e t e m a n u f a c t u r i n g ， a n dl e tt w o d i m e n s i o n a lb a rc o d e t h r o u g h o u t t h ee n t i r e p r o d u c t i o np r o c e s s ， a n dm a k e sf i e l dd a t ac o l l e c ta n dd e l i v e rt 0t h em a n a g e m e n t d e c i s i o n m a k i n gl e v e l t i m e l y ，f i n a l l ya c h i e v e st h ef u n c t j o n so ft h ep r o d u c t i o n p r o c e s st r a c k i n ga n dq u a l i t yt r a c e a b i l i t yi nm e s m e a n w h i l ei tc a nt op r o v i d e t i m e l y a n da c c u r a t er e a l t i m ei n f o r m a t i o nf e e d b a c k0 fw o r k s h o pf o rm e s s y s t e m a n dm a k e sa v a r i e t y o fp r o d u c t i o ni n f o r m a t j o nf c e db a c kt ot h e m a n a g e m e n td e c i s i o n m a k i n gl e v e lq u i c k l ya n dt i m e l y t h eb a rc o d et e c h n o l o g yo ft h er e s e a r c ho fp r o d u c t i v ep r o c e s st r a c k i n g t e c h n o j o g y i nm a 玎u f a c t u r ee x e c u l j o n s y s l e m n o to n l yc o u l dt a k ef e a lt i m e i i n 舟尔滨理r 人学丁学颁f j 学f t 论文 m o n i t o r i n gb u t a l s oc o u l d a n a l y s e a n du t i l i z et h ed a t ai n f o r m a t i o nf r o m p r o d u c t i v ep r o c e s st r a c k a c c o r d j n gt h ei n n e rn e e dm a n a g el a y e rc o u l dd i s p o s e a n di n q u i r et h ei n f o r m a t i o ns 0t h a t f i n ds o m ep o t e n t i a l q u a l i t vp r o b l e m si n a n n u a lr i n ga n da c h i e v et h er e t r o s p e c tf h n c t i o n0 np r o d u c tq u a l i t y f o u o w i n g t e c h n 0 1 0 9 yi np r o d u c t i v ep r o c e s sp r o v i d e sd a t ab a s i sf b ro t h e rf b n c t i o nm o d u l e s l nm a n u f a c t u r ee x e c u t i o n s y s t e ma n d e n s u r et h a tt h ep r o d u c tp r o c e s sc o u i d c o n t i n u i n ga n db a l a n c et h e nr e d u c et h ec o s to fp r o d u c t i o n k e y w o r d sm e s ， p r o d u c tp r o c e s st r a c k i n g ， d a t ea c q u i s i t i o n i i i 哈尔滨理t 人学t 学硕f j 学位论文 1 1 课题研究的背景 第1 章绪论 制造业信息化是我国企业发展壮大、应对全球化竞争的迫切需要。目前， 我国制造业信息化技术水平处于初期阶段，尚不能有效支撑制造业参与国际化 竞争和在全球资源配置中取得有利地位，制造业信息化主要存在以下问题 1 “信息孤岛 现象严重上个世纪七十年代，传统的离散制造业制造 执行系统中出现了数据采集、生产调度、工艺管理等独立的系统。这些彼此缺 乏联系的系统相互很有可以达到数据共享，所以导致这些系统中存在数据重 复、数据矛盾等问题，这就是信息孤岛现象。这种现象使车间生产信息的共享 收到了阻碍，制约着车间内各个系统i 日j 的协调与发展，造成制造业整体信息化 程度降低。 2 信息断层随着市场竞争的同益激烈，上层计划管理系统受市场影响 越来越严重。企业的决策者逐渐认识到计划的制定和执行受市场需求和生产执 行状况的影响同显突出。由于企业级的业务管理系统无法得到及时准确的生 产实际信息和生产现场的真实情况，使得上层制定计划的准确性和可行性难以 得到有效的保证。与此同时，由于生产现场人员与设备得不到切实可行的生产 计划与指示，使得生产执行系统失去了原有的作用。一方面造成库存量过多， 使得车间管理出现混乱以及资金占用过多，延误交货期的现象；另一方面由于 人员、设备空闲，出现资源浪费的情况。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 制造执行系统m e s 研究现状及发展 为了解决制造企业中存在的信息孤岛和信息断层问题，制造执行系统 ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，m e s ) 的概念被提了出来弘j 。 国际m e s 协会m e s a ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a t i o n ) 于1 9 9 2 年形式成立，m e s a 对制造执行系统m e s 所下的定义为：“制造执行系统进行 信息的传递，能够使得从下订单至0 完成晶l 日j 的生产过程最佳化。在进行生产活 动时，m e s 可以提供及时、i f 确的数据，进行适当的导引、响应及报告，使 得生产活动顺利进行。m e s 可以针对某些生产条件的改变立即做出快速响 哈尔滨理t 人学t 学顾f j 学位论文 应，以便于减少不必要的活动，达到更佳有效的生产作业及流程。m e s 不仅 改善了库存周转率、准时交货率、现金流量绩效等，而且能够准确、及时的为 企业与供货商之问提供双向沟通所需的生产信息 1 3 j 。 从目前看来，国内外广大研究者对m e s 的定义主要达成了一下几点共识 首先，m e s 是企业生产车间与管理决策层密切联系的纽带，它的作用是 不可取代的； 其次，m e s 具有实时性，包含了产品从原材料到成品的一切时效数据， 有易于企业对产品成型全过程的高效管理： 再次，按照国际m e s 协会的定义，m e s 共有1 1 个功能模块，包括：生 产调度管理模块、人力资源管理模块、数据采集模块、详细生产计划模块、资 源配置和状态模块、产品跟踪和产品数据管理模块、生产过程管理模块、质量 管理模块、性能分析模块、生产设备管理模块、文档控制模块【4 , 5 i 虽然m e s 比m r p 、c a d c a m 等的发展历史要短，但它却是企业实现生 产车问管理实时化，健全企业实时化战略不可缺少的商新技术系统。而m e s 本身具有的全面协调性和实时控制性，使管理层在对企业的竞争性规划与生产 的高效控制上实现了全方位的思考，所以短短几年问m e s 在国外企业的受欢 迎程度甚至超过m r p 、c a d c a m 等系统l 州。 1 2 2 生产过程跟踪研究现状 生产过程跟踪是制造执行系统的主要功能之一，它为整个制造执行系统提 供着大量的数据基础。若要发展企业信息化的，就必须发展制造执行系统，所 以对生产过程跟踪的研究是必不可少的。国内外诸多学者对生产过程跟踪进行 了深入的研究。我过很多学者也对企业信息化背景下的制造执行系统进行了研 究，与此同时对生产过程跟踪也进行了研究。 从目前的研究状况来看，企业在生产过程中主要针对生产计划的优化管 理、在制品的管理、物料的下料管理和物流配送方血研究较多，而对现场生产 数据及时采集和产品实时跟踪、产品质量情况统计以反映车间的总体状况方面 的研究相对较少i ， 剐。 综上所述，目自仃大多数的研究主要集中在利用产品批次记录来解决产品质 量追溯的问题上。综合我幽离散制造企业的现状和相关的研究，在产品生产过 程跟踪和质量追溯方面主要存在以下四点问题 1 生产现场信息分散、传递速度慢在生产管理过程中，很多的质量信 哈尔滨理t 人学t 学硕i j 学f t 沦义 息分散在各个部门，往往处于孤立的状态，决策层想要收到这些信息需要很长 时问，这样就造成了决策信息的延迟，并且无法为改进质量提供及时、准确的 信息支持【9 1 。 2 缺乏先进的质量过程数据采集工具国内很多制造型企业仍然采用传 统的手工记录数据的方式，不但出错率较高，也影响了数据的真时性，无法及 时发现存在的质量问题。 3 质量管理过程中采用的质量管理方法过于落后目自订很多企业还没有 建立起相应的质量追溯管理系统进行科学统计和追溯，而只是仅仅依赖于管理 人员的经验。 4 产品追溯分析能力不足产品出现问题后不能准确找到影响质量问题 的深层次因素，并且其中很多的数据需要人工处理，效率低下，严重影响了质 量追溯的效率和水平【m 1 。 1 2 3 产品质量追溯研究现状 近些年来产品召回事件时有发生， 车行业，产品质量追溯事件时有发生。 大用户的重视【1 1 1 。 吸引了社会各界的广泛关注，尤其是汽 因此产品质量追溯越来越受到企业和广 目6 订，一些发达国家已经对出口到其国家的产品进行了严格地跟踪与追 溯，并为产品追溯建立了完整的管理信息系统。由于发达国家已在该领域做出 可取的成绩，我国于2 0 0 4 年1 0 月1 同，国家发展改革委员会、国家海关总 署、国家质检总局、国家商务部等共同研究、决策制定了缺陷汽车产品召回 管理规定。为了积极响应该项规定，我幽汽车制造行业已经对其产品的质量 的可追溯性采取积极响应【1 2 j 。专家指出，要健全汽车产品的可追溯性就必须建 立该产品的质量信息系统及产品的识别代码系统。产品质量的可追溯性已在 i s 0 9 0 0 0 中被明确指出，通过这项强制规定，不但可以快速及时地找到产品各 环节出现的问题与不足，还可以帮助管理决策层及时地做出相应的控制与调 整，从而提高产品的合格率及企业的效益，降低总体损失。 1 3 课题研究的目的和意义 1 3 1 提出的问题 离散制造是以零配件加工或组装为主的离散j 生产活动，由零件或材料经 哈尔滨理t 人学t 学硕t j 学位论文 过多个环节的加工或装配过程，生产出最终的产品。离散制造企业的生产模式 往往都是典型的流水线生产为主，以车间为单位，按照工作中心进行成组布 置。车间计划调度部门根据客户订单、企业自身生产能力、库存等条件制定相 应生产计划，并安排生产车间进行生产。对于离散制造企业来说，生产过程中 包含了大量管理所需的生产信息，如何快速、准确地获取上述生产过程中相关 的各种数据，并实现与企业所需的管理系统的有效结合是需要进行深入的研 究。 对于生产过程中的产品跟踪工作，跟踪所获得的重点信息包括：物料信 息、工艺信息、设备使用信息、操作人员信息、库存信息等。通过对每个加工 物料配备自动识别技术的标签，能够实现在任意时刻跟踪产品的位置和工艺信 息，达到获取每个产品的生产过程记录目的，最终为每一个产品建立完整的信 息档案。 以机械加工为主的离散制造业，在生产过程中的现场信息收集与快传递是 生产过程跟踪、生产过程管理和质量追溯的关键技术和核心1 1 3 j 。由于制造业生 产过程以及产品自身的特点，给生产信息收集工作带来了很大难度，主要表现 在以下三个方面 1 在加工过程中，随着物料生产车间、加工工位的不断变化，直到成品入 库之前，物料的位置是时刻变化的，因此给物料的生产信息收集工作带来了很 大的困难。 2 在加工过程中，由于生产车间工艺复杂，容易造成因操作人员人为的失 误产生的产品质量问题。 3 在生产制造过程中，由于生产现场环境复杂，容易引起标签的磨损、污 染、脱落现象，降低了识别的可靠性和准确性。 j 下是由于目前物料标识与生产信息收集方面存在的网难，导致生产车间无 法为企业管理决策层提供及时、准确的信息反馈。生产现场的生产信息能否及 时、快速、准确的传递给管理决策层，已成为m e s 系统成功与否的关键。 1 3 2 论文研究目的和意义 我国在对于制造执行系统m e s 的应用与研究方而还处于起步阶段，企业 信息化管理针对的依旧是传统的生产过程。在传统生产管理中，经营管理决策 和实际生产过程无法有效和及时地衔接，二者之间缺乏生产信息的沟通。 本文针对传统离散制造业m e s 中存在的问题，深入分析和研究制造执行 哈尔演理t 人学t 学硕f ：学f 沦丈 系统m e s 的功能和研究现状，发挥条码自动识别技术的优势，提出一种基于 条码技术的离散制造业m e s 的产品跟踪方案。方案中应用二维条码技术解决 目前制造执行系统存在的实时采集生产信息的难题，解决了现有人工数据采集 方式中存在的效率低、错误率等问题。 该生产过程跟踪方案是在m e s 的基础上，将产品生产过程中的各项信息 进行有效地整合，对各生产要素的相关信息进行追溯。方案中对应用二维条码 技术所收集的生产数据进行分析处理，快读的完成数据的信息记录和存储，并 且将数据采集结果上传到管理决策层，在企业决策层制定生产计划和进行生产 调度时给了强有力的数据支持。不仅达到了m e s 中对物料进行生产过程跟踪 的目的，还为整个企业管理提供了大量生产现场的实时信息。 本文研究的基于二维条码技术的制造执行系统m e s 生产过程跟踪技术具 有重大的工程意义。应用二维条码技术采集的生产数据进行记录并且保存这些 生产信息，以这些信息为基础建立唯一的产品档案，可以有效的实现产品追溯 功能。基于这种可追溯性可以甄别出来使用过有缺陷元器件的产品，从而可以 帮助客户在发现存在不良产品的时候，最大可能地降低召回的产品数量，以降 低缺陷带来的损失。 通过二维条码技术在生产跟踪中的应用，对生产过程中的加工工位信息、 状态信息、实物数量、质量数据以及生产过程相关的人员、设备等信息进行实 时采集，全面掌握制造现场生产状况、生产进度等信息。实现对产品生产过程 跟踪与管理，为制造执行系统提供及时准确的车间生产实时信息反馈。降低库 存量，加速资金周转，保证生产过程连续、均衡，最终降低企业生产成本。从 而提升企业在质量管理、车间作业调度以及管理决策层控制能力等方面的能 力。 据统汁，m e s 的应用给国外企业带来经济效益是无与伦比的，必将为管 理界带来又一次历史性的革命。总而言之，基于m e s 的可追溯性系统能够给 企业带来巨大的经济价值，未来的应用日 景也是不可估量的。 1 4 论文研究内容 本论文深入分析和研究传统离散制造业制造执行系统中关于生产过程跟踪 与产品质量追溯发展现状及存在的问题。将现有自动识别技术进行分析和对 比，提出将条码技术应用于m e s 中进行现场数据的收集和传递。提出了一种 基于条码技的制造执行系统m e s 生产过程足艮踪方案，方案中应用条码技术动 哈尔滨理t 人学t 学硕f j 学f t 沦文 态的获取生产过程信息，并详细记录生产过程中产品信息的变化情况。本论文 共分为四章 第一章介绍了本论文的研究目的、研究意义以及论文主要研究内容，阐 述了制造执行系统的国内外研究现状，以及制造执行系统m e s 中生产跟踪和 质量追溯的研究现状。 第二章提出了现有m e s 存在的问题，并对m e s 中的生产跟踪的目的、 研究内容进行深入分析。还对现有数据采集方式进行对比，选择条码自动识别 技术作为本方案的数据采集手段。最后对现有离散制造业车间的信息流程进行 研究。 第三章提出基于条码技术的制造执行系统m e s 生产跟踪方案，对离散制 造业生产跟踪进行需求分析。论述方案的设计目的，方案实施的具体流程和方 案的具体功能。对一维条码和二维条码技术进行对比，分析得出适合于本方案 的二维q r 码。并且对数据库进行设计。 第四章以一离散制造企业为背景，展示本方案的应用运行实例，并且对 企业应用本系统日订后进行对比。证明了本系统的可行性。 哈尔滨理t 人学t 学硕i j 学位论艾 第2 章制造执行系统生产过程分析 2 1m e s 功能分析 2 1 1m e s 在企业中的定位 制造执行系统m e s 是介于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的 面向车f 日j 层的管理信息系统，是为了解决计划系统与控制系统之间的信息交流 而存在的1 1 4 ，1 5 j 。制造执行系统在计划管理层与控制层之问起到了很好的联系作 用，填补了计划层与控制层中间的空白。 a m r 于上世纪9 0 年代提出的企业集成模型非常清晰的描述了制造执行系 统m e s 在企业系统中的位置，如图2 1 所示。 图2 - 1a m r 的企业三层集成模型 f i g 2 1t h r e ei n t e g r a t i o nm o d e lo fb u s i n e s si nt h ea m r 1 计划层起到制定生产计划的作用。是为仓业决策层提供决策运行手 段的平台，负责生产计划制定、财务管理等工作，侧重于企j i k 生产组织、经营 决策等。 2 执行层主要作用是优化运行、优化控制、优化管理。作为生产数据 处理平台，具有生产调度、物料跟踪、生产过程资源配胃管理、质量管理以及 生产过程数据采集等功能。 3 控制层有效地对生产工艺过程进行高精度控制，包括过程控制、设 哈尔滨理t 人学t 学彤il j 学位论文 备控制、p l c 控制等，其主要功能是控制设备生产完成所需的工艺要求f 1 6 】。 2 1 2m e s 的主要功能 企业可以通过制造执行系统将企业内计划部的最新计划及时传递到生产车 间，再根据车间罩记录的所有的相关信息实现高效、低成本的生产。m e s 作 为一个功能齐全的新型高科管理系统容纳了包括车间物料流动位置、产品订 单、产品加工实时数据、产品质量控制、设备性能评估数据、库存数据管理以 及人力资源信息管理等在内的一切车问管理信息。因此，车间可以很方便的利 用m e s 的这项实时、准确、全面的信息库及时地向企业决策层提供准确的车 间动态信息【1 7 l 。同时，企业决策层也可以及时了解和掌握企业正在发生的生产 状况及存在的问题，并及时作出应对措施。 由于m e s 本身具有的优势，国际m e s 协会( m e s a ) 给出了记录m e s 的主要的功能模型，如图2 2 所示。 回回 矧2 - 2m e s 功能模墨! f i g 2 2t h ef u n c t i o nm o d l eo fm e s 资源分配和状态管理对资源状态及分配信息进行管理，包括机床、辅助 工具f 如刀具、央具、量具等) 、物料、工人等其他生产能力实体以及丌始进行 加工时必须具备的文档( - 1 - 艺文件、数控设备的数控加工程序等) 和资源洋细历 史数据，对资源的管理还包括为满足生产计划的要求而对资源所作的预髫和调 度： 人力资源管理提供按分钟数量缴更新的员工状态信息数据( 工时，出勤 情况等) ，根据人员工作模式以及业务需求的变化，指导人员的工作和提供人 哈尔滨理r 人学t 学顾i j 学位论文 员的有关状态； 生产质量管理根据工程目标柬实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的 质量，以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题，对制造过程中的 采集信息进行分析，实现产品质量的控制； 设备维护管理跟踪和指导企业维护生产设备以保证制造过程的顺利进 行，并产生除报警外的阶段性、周期性和预防性的维护计划，也提供对直接需 要维护的问题进行响应，以保证他们的可用状态以实现企业的执行目标； 生产过程追踪通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品 的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性； 生产调度管理以作业、订单、批量以及工作订单等形式管理和控制生产 单元中的物料流和信息流。生产调度能够调整车间规定的生产作业计划，对返 修品和废品进行处理，用缓冲管理的方法控制每一点的在制品数量； 现场数据采集提供生产数据与产品参数的信息采集平台，监视、收集和 组织来自人员、机器和底层控制操作数据以及工序和物料信息，这些数据可由 车间手工录入或由各种自动方式获取； 文档控制管理和分发与产品、工艺规程、设计或工作令有关的信息，同 时也收集与工作和环境有关的标准信息，以及对生产历史数据的存储与维护； 级详细生产计划管理负责生成操作计划，即详细生产计划，提供指定生 产单元相关的优先级、属性、特征、方法等的作业排序功能。其目的要安排一 个合理的工序以最大限度地压缩生产过程中的辅助时问，这个计划于有限能力 的生产执行计划； 生产过程管理根据计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程，监 控生产过程，自动修正生产中的错误，提高加工效率和质量，或者向用户提供 纠正错误并提高制造行为的决策支持； 性能分析能提供实时更新的实际制造过程的结果报告，并将这些结果与 过去的历史记录及所期望出现的经营目标进行比较，其输出的报告或在线显示 用以辅助性能的改进和提高1 1 8 j ； 2 2 生产过程跟踪的内容 通过对m e s 的主要功能的分析，以及生产跟踪模块对m e s 整体功能的作 用，本文对m e s 中的生产过程追踪模块进i j 二研究【1 9 】。生产过程跟踪的实质是 随时获取物料的生产过程信息，获墩生产信息的自可提是对产品的制造过程进行 哈尔滨理t 人学t 学颁i ：学f 论文 跟踪和监控，并将生产信息收集存储后快速的传递给企业管理层与决策层。 2 2 1 生产过程跟踪的内容 m e s 中的生产跟踪模块是整个制造执行系统的基础，对其他功能模块提 供生产现场的各项数据。生产跟踪模块提供全流程的实时信息，包括从产品原 材料到生产工艺再到库存等各个生产环节。生产过程跟踪指自生产计划生成 后，对每个产品进行的完整的生产过程跟踪，直到产品加工完成并且入库印i 。 生产过程跟踪所面向的跟踪目标主要是产品的生产车间、生产工艺、生产 工序、加工人员信息、起始加工时间、原材料信息、入库时间、质量检测结果 等。生产过程跟踪将有关产品工艺、生产设备、操作人员等各方面的信息进行 了全面的串联和记录。 2 2 2 生产过程跟踪的目的 作为m e s 的主要功能，生产过程跟踪不是仅仅对生产线上的产品产量进 行统计，而是要获得全面、系统的生产数据，其中包括：工艺信息、人员信 息、设备信息、原材信息等等。并且还要对这些信息进行深层次的分析和利 用，才可以有效的解决m e s 的局限性的问题。 由于产品生产过程中形态不断改变，信息在不断的增加，这就要求我们要 以动态的思想去进行生产跟踪。在企业生产制造过程中，在制品的加工过程中 的工位信息、状态信息、质量数据以及生产过程相关的人员、设备等信息都是 在随时变化的，实时的掌握，产现场动态生产状况，对产品进行生产跟踪，其 目的在于通过有效的数据采集手段，实现对在制品的跟踪与管理，为m e s 系 统提供及时准确的车i 日j 生产实时信息反馈。 2 2 3 产品质量追溯的内容 如果说生产过程跟踪是收集所需的各种生产信息，那么产品质量追溯的任 务就是将这些信息加以利用。产品质量追溯将生产过程足 踪中所获得的产品生 产过程中的人员、设备、原材料、加工工艺等信息，进行快速、准确的查询。 这些信息可以完整展现产品生产流程，企业管理者可以通过产品质量追溯来查 询产品的历史信息，其中包括任意产品的生产时问、生产流程、加工工艺、质 量检测结果等【7 1 。 产品质量追溯主要面向仓业管理层人员，利用产品生产过程跟踪中获得的 吩尔演堙丁人学t 学硕卜学位论文 生产信息，可以查询到每个产品历史信息档案。产品质量追溯对于企业决策层 进行生产调度和制定生产计划、加强生产过程管理、及时发现质量问题、优化 生产流程具有重要意义。 2 3 需求分析 需求分析是整个方案设计过程中的重要环节。为了本方案的顺利设计和实 施，现在对整个生产流程和信息流程进行全面的需求分析。 2 3 1 生产流程分析 针对离散制造业机械加工车间一般的生产过程主要经过以下几个步骤：产 品订单、作业计划制订、生产任务下发、零件设计、零件加工、库存管理。如 图2 3 所示。 圆巫臣固 移霞仓v 、 l 制定作业计划ll 产品设计 |l 库存管理l 图2 - 3 生产流程模型图 f i g 2 - 3p r o c e s sc h a r to fp r o d u c t i o n 图2 3 中所示的生产流程中主要涉及到的管理活动主要包括设备管理、人 员管理、质量管理文档维护工作等。离散制造业产品生产过程相对较复杂，其 特点主要有 1 车间现场数据复杂离散制造业生产过程中涉及到的图纸、人员、技 术要求等信息众多，例如零件图、装配图、工艺信息卡等各种生产必备信息。 很多企业内部目前是通过人工记录的纸质文件来完成数据统计和上报工作的， 在生产过程中各级人员需要按时填写生产进度信息、质量信息等相关报表。由 于人工记录数据操作时l h j 长、错误率高，所以就造成了生产信息向决策层进行 反馈不及时的现刻2 2 j ； 2 纸质文档易污损由于生产现场环境较差，多数纸质文档容易受到污 损，导致操作工人看错图纸尺寸时有发生，这样就会造成合格率下降，影响生 产效率； 3 生产过程动态多变在一般的机械加工车l 开j 中，生产系统都属于离散 n 舟尔滨理t 人学丁学硕i ：学他论义 制造动态系统，在生产过程中，由于生产车间的不确定性，并导致一些异常事 件的发生【矧。 4 物料管理困难生产过程中的原材料、半成品、成品的制造周期长短 不一，在制品的加工工艺路线复杂多样，造成对物料的管理较为困难，而且由 于在制品在生产过程中位置处于不断流动变化的状态，其存放点分布广，流动 性大。所以如何及时、准确的记录在制品的变化信息，成为在制品管理中的一 个难点。 2 3 2 间信息流分析 离散制造业中各生产部门之间需要进行信息交流，但是目前的交流方式都 是以电话和人工传递为主，有少量计算机辅助功能。车间各部门在信息化进程 中正处于一个孤立的状态。 目前，制造业中大量生产车间的信息存储和传递依然采用纸质文档的形 式，如单据、表格、通知等。极大地影响了信息内容和信息获取效率，车i 日j 工 作人员很长时间要浪费在翻查文本的过程中，尤其是在各部门信息汇总时，信 息的收集更为复杂1 2 4 j 。 信息的价值就在于它的快速流动和共享，滞后的信息价值大大降低。采用 落后的信息获取手段和信息传递方式已无法满足现有的生产制造企业管理需 要。实际生产中，制造车间产生的各种信息数量庞大，车间管理决策层无法及 时、准确的获取所需信息1 2 5 1 。基于这种信息管理现状，导致很多不良后果 1 管理人员工作效率低，决策滞后且缺乏准确性由于信息获取速度 慢，工作人员在工作时间内需要进行大量生产信息收集以及上报工作，极大地 降低了管理层人员的工作效率，导致决策层获取信息严重滞后，而且信息缺乏 准确性f 2 6 1 。 2 部门之间协调性差机械加工生产的特点决定了企业内部各个部门都 必须围绕生产紧密配合，形成高效的协作体系。对于各部门而言，这种相互之 间的协作关系是靠部门之问进行信息交流而完成。 3 无法获取物料加工信息由于生产现场信息不够准确，信息的传递速 度较慢，导致生产现场管理混乱，决策者得到的信息往往无法真实的反映当时 的生产能力，更无法得知物料所在的具体位置，以及j 下在进行的加工工序。 哈尔滨理丁人学t 学硕i j 学位论文 2 3 3 需求分析 本方案面向离散制造业用户设计，离散制造业对生产过程跟踪管理的需求 主要体现在生产过程的跟踪、实时生产进度、产品信息追溯查询三方面 1 - 生产过程跟踪需求生产过程跟踪指根据生产计划从原材料入库丌始 跟踪每个原材料完整的生产过程，直到最终完成加工后成品入库1 2 7 j 。跟踪的内 容包括了每个产品所经过的工序、生产时间、工艺信息、技术要求、加工设备 状态、工艺质量检测等信息，整个跟踪过程不光记录这些信息，还对这些信息 进行存储。并且还对这些信息进行统计和查询，管理员能根据产品编号、名称 和生产同期等条件查询出产品的详细的产品信息。 2 实时进度查询的需求大部分制造业车| 白j 都需要对生产信息进行及时 的掌握，力求做到第一时间掌握生产进度，所以就需要及时的掌握每个车间的 每一条生产线上的生产进度状况。企业生产进度以产品加工完成、未完成、加 工中三种状态的形式反映给用户，让管理层人员可以有效地掌握产品的生产进 度，为生产调度和制定生产计划提供准确的信息作为参考。用户可以通过各种 条件查询生产进度以及人员、设备工作情况。 3 产品追溯的需求利用生产过程跟踪过程中所获得的产品生产过程中 的各项生产数据信息，可以全面的实现产品追溯。用户可以查询过去某个时间 段所生产的产品数量、名称等信息。还可查询任何一个零件过去某段时f b j 内的 工艺路线、技术要求等信息，设备信息、质检状态等数据。 2 4 本章小结 本章中提出了制造执行系统m e s 中存在的问题，还对对制造执行系统 m e s 中的生产跟踪和质量锥度的内容进行深入分析，结合现有数据采集方式 的优势，选择条码自动识别技术作为本方案的数据采集手段。最后对现有离散 制造业车间的生产过程以及信息流程进行研究，为下一章中方案的功能设计奠 定基础。 哈尔演理t 人学t 学硕i j 学位论文 第3 章生产过程跟踪系统设计 3 1 数据采集方式简介 3 1 1 传统信息采集方式存在的问题 - 对离散制造业生产车间内产品生产过程中进行数据收集的目的是及时掌握 车间的实时生产状况。如今多数生产过程中的数据采集工作采用的是生产车间 由专人在车间巡视并手工记录的方式获得的车间大致生产信息，并且有专人每 天定时向上一管理层汇报所收集到的现场生产信亩, 1 2 8 , 2 9 l 。这种信息获取方式复 杂繁琐，有以下几个缺点 1 速度慢手工方式输入数据的方式输入速度慢，不能满足实际工作的 需要。输入时间长，导致车间数据严重滞后，造成统计数据在时序上混乱，都 给工作带来了极大的影响。 2 可靠性低人工手动输入数据的方式错误率高，使得无法进行整体的 数据分析进而无法给管理决策提供真实、可靠的现场数据依据。 3 及时性差人工手动输入数据的记录方式统计过程复杂、缓慢，造成 信息延迟。当生产调度或生产管理层看到所上报的生产现场信息时，现场情况 已经发生变化，造成生产调度和管理人员对生产数据掌握不准确，不能合理的 制定生产计划。 为了解决上述问题，实现生产车间现场大量生产数据的实时、快速、准确 的采集，必须使用现代化的数据采集方式，最好的采集方式是能够实现操作人 员、加工设备、生产流程等信息及时、准确的上传到管理层人员手中。 m e s 中数据采集的目的，归根到底就是用一种及时、快速、准确地获得 信息的有效手段，获得生产车i 白j 现场的各种信息，以解决由于人工输入数据输 入速度慢、错误率高等造成的信息采集方面的“瓶颈 难题1 3 川。 3 1 2 数据采集方式简介 随着计算机及传感器等高新技术的不断进步和自动识别技术自身的研究向 着深度与广度发展，推动了自动识别技术向着多功能、小型化、软硬件并举、 谚 别准确、传递快速、安全可靠且经济适用等方向发展。 哈尔滨理t 人学t 学硕 学位论义 常用的的自动识别技术主要有：条码识别、射频识别、 磁卡识别等，下面就几种自动识别技术优缺点进行对比1 3 l j ， 表3 - 1 自动识别技术对比表 t a b l e 3 1t h ec o r r e l a t i o nt a b l ea u t oi d e n t i f i c a t i o n 光学o c r 识别、 如下表3 1 所示。 项口名称条码键盘 o c r词条( ) 射频 输入1 2 化数 0 3 2 秒6 秒4 秒0 3 2 秒 0 3 - 0 5 秒 据速度 1 1 5 0 0 伊一 误读率 1 3 0 01 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 最人2 0 字符英1 0 1 2 字符英4 8 字符英 印刷密度4 8 0 0 0 字符 寸寸寸 直径长 长宽( 4 x 3 2 m m ) 至 印刷面积2 5 m m 高6 4 m m 高 ( 1 5 m m x 4 m m ) 纵横 ( 5 4 x 8 6 m m ) 基材价格低无低中鬲 l 扫描器价格低无向中i 口| 3 1 3 条码技术在本方案中的应用优势 条码技术作为一种新型的自动识别技术，是多种高新技术结合的产物，经 过近年来的研究和应用现在已发展的较为成熟。将条码自动识别技术作为 m e s 的信息收集手段有着很大的优势。在信息输入方面，条码作为一种图形 识别技术与其他的识别技术相比有如下特点1 3 2 j 1 操作简单条码符号简单易懂，扫描操作简单易行。 2 信息采集速度快普通人工键盘录入数据的速度是2 0 0 字分钟，应用 条码扫描技术录入信息的速度大概是4 0 0 0 字分钟。 3 可靠性高采用条码识别技术方式录入信息，错误率仅为1 1 0 0 0 0 0 0 ， 首读率可以达到9 8 以上。 4 灵活、实用条码识别技术可以单独使用，也可以和其它设备结合使 用，组成灵活、实用的自动识别系统。 5 设备成本低与其它自动化识别技术相比，条码识星i i j jj 设备操作简单、 购买费用较低。 将条码技术应用到m e s 中的生产过程信息跟踪中，可以有效的解决了 m e s 中对物料加工过程、人员、设备、生产时问等重要数据的实时采集问 题。 在条码自动识别技术中条码标签分为两种，一种是一维条码标签另一种是 呛尔滨理- 7 人学t 学硕i ：学化论艾 illiii墅墅euanlllll3601 i i5 堕i j 丛髫塾删i l l 蓬匿匿窿藿蘸琵羹霞蘸霞蓬翻 92 5 467892 i 黼蕊隧 麟魍慨鼢| i | ： 鼢；鼬蛳l a ) 一维条码b ) 二维条码 a ) 0 n ed i m e n s i o nb a r c o d eb ) t w od i m e n s i o nb a r c o d e 图3 - 6 一维条码和二维条码幽 f i g 3 6o n ed i m e n s i o nb a r c o d ea n dt w od i m e n s i o n c o d e 二维条码是一种既经济又实用的新型自动识别技术，除了具有一维条码也 具备的优点外，同时还具有很多优点，如 1 准确率高二维条码采用的纠错方法与一维条码相比在信息识别与存 储上具有更高的准确率； 2 容量大二维条码的容量是一维条码的几十到几百倍； 3 可