中煤科工集團西安研究院鉆探技術研究所，是一家以煤礦井下坑道鉆機生產、研制為主，集生產科研于一體的科研院所。其生產車間的特點，是典型的離散型、多品種小批量和科研試制混合的生產模式。隨著企業信息化建設的不斷進步，研究所先后建立起了ERP系統和PDM系統，但生產過程管理方面的信息化建設，仍處于起步階段。目前生產過程管理，主要是以人工管理、紙質記錄、配合excel輔助統計的方式進行，是一種典型的全手工作業管理模式。這種管理模式在生產中存在許多的問題與不便，如調度方式落后、生產進度反饋不及時、生產數據無法共享、成本工時等信息統計不便等。
為提高車間整個業務流程的自動化程度，迫切需要建立應用于車間生產管理的軟件系統。
1 制造執行系統的管理模式
上個世紀90年代初期，美國先進制造研究機構（AMR）通過對大量企業的調查發現：完善的企業生產管理系統，普遍由以下3種軟件構成：以ERP、MRPⅡ為代表的企業管理軟件，以SCADA（數據采集與監視）、HMI(Human Machine Interface)為代表的生產過程監控軟件，以及實現操作過程自動化、支持企業全面集成的制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）。
MES系統現已在工業界獲得廣泛的推廣應用，成為實現企業信息化和企業自動化的重要支撐技術。根據調查結果，AMR提出的三層的企業集成模型如圖1所示。
圖1 AMR三層企業集成模型
制造執行系統本質上是介于企業資源計劃（EntERPrise Resource Planning，ERP）和車間自動控制之間的面向制造過程的集成的車間生產管理控制系統。
作為上一層——計劃層的ERP系統，實現了對整個供應鏈資源的管理和計劃的下達，包括庫存管理、物資需求與計劃、采購合同的制定及完成情況跟蹤、出入庫管理、訂單的制定、生產計劃的生成與分解等等；作為底層——控制層，由一線操作人員使用，完成數據采集與監控等生產過程監控工作；
處于中間層——執行層的MES系統，是生產計劃的具體執行者，也是生產信息的反饋者，是企業整個管理系統的關鍵一環。
系統對從生產計劃下達到完成入庫的整個生產過程進行優化管理，實時采集、反饋準確的生產信息，對管理者進行指導和管理提供依據。
本文的目的，即是研究適合本企業車間生產管理模式的制造執行系統。
2 MES系統的功能模塊劃分
根據本企業的具體需求及計劃層——ERP系統已實現的功能，可將MES系統的功能，抽象為完成制造任務這一活動，主要內容包括過程管理、工時管理、生產人員管理、生產數據管理與檢索、設備管理、不合格品管理等。人員、設備及不合格品管理，囊括在系統基本信息中，以下就過程管理、工時管理、生產數據管理與檢索3個關鍵模塊做詳細說明。
2.1 過程管理
這其中核心和最復雜的是過程管理，根據實際作業流程抽象出的整機生產過程如圖2所示。
圖2 生產過程控制流程
由圖2 可見，ERP系統依據訂單情況（包括已有訂單和銷售預期）以及物料準備情況，生成月度生產計劃，車間MES系統根據月度生產計劃制定周生產計劃和日生產計劃。
計劃排定后，新建整機派工單并進入生產環節，經過裝配、調試、空載檢驗、出廠檢驗、噴漆、外觀檢驗、入庫等環節后，完成一個產品的生產周期。
每個環節中相應角色的工作人員，記錄生產數據，并反饋到生產數據管理與檢索模塊。生產過程管理中應重點解決以下問題：
（1）生產計劃制定的靈活性。結合科研單位科研試制產品較多的情況，生產計劃應具有一定的靈活性，根據實際情況可隨時變更生產計劃，以適應突發情況和需求的臨時變化。
（2）各種角色的權限管理。車間生產的流程，需要遵守嚴格的規章制度，各環節的規章制度由相應角色的工作人員來完成和保證，因此軟件需嚴格管理各種角色的使用權限，以明確責任歸屬。
（3）系統資源調配可調整。隨著生產規模和管理方式的不斷發展，現有的管理模式尤其是生產流程，很有可能會發生變化，軟件應充分考慮這種變化的需求，可在后期仍可對系統資源的調配進行相應調整，以適應企業的發展需求。
2.2 工時管理
工時單是根據車間日生產計劃下達具體的工作指令，并根據定額工時記錄工作人員的工作量�？蛇M一步分解為：調配人員、安排資源和執行工時單這3個子活動。
（1）調配人員。根據日生產計劃、裝配、調試、檢驗等人員的任務安排情況，調配人員進行派工。
（2）安排資源。根據車間裝配調試工位、半成品配給情況，進行資源的調配。
（3）執行工時單。工作人員按照工時單的要求完成相應工作，并將相關工作數據反饋到生產數據管理模塊。
2.3 生產數據管理與檢索
將生產過程中反饋的生產數據，保存到數據庫中，形成產品的隨機檔案，并隨時更新和維護數據。本模塊分為數據采集、數據維護和數據檢索這3 個子活動：
（1）數據采集。在過程管理和工時管理的表單中，由相應工作人員記錄生產數據，并保存至數據庫中。
（2）數據維護。根據產品生產環節的推進，更新相應生產數據，并在系統基礎數據發生改變時，改變相應的記錄數據。
（3）數據檢索。根據數據庫中的生產數據，針對各種檢索需求，完成數據檢索功能，主要包括工時統計、生產狀態查詢統計等。
3 系統詳細設計與實現
本項目集成開發環境使用Microsoft Visual Studio 2010，應用程序開發語言采用Microsoft C#，數據庫使用Microsoft SQL Server 2008， 數據庫腳本語言為T-SQL。
下面簡要敘述一下業務流程中的系統資源管理、過程管理和工時管理以及系統總體用例圖。
3.1 系統資源管理
系統信息包括資源管理、角色管理、用戶管理、班組管理，其中用戶依賴于班組和角色，角色又依賴于資源，如圖3所示。
圖3 系統信息管理
3.2 過程管理和工時管理
過程管理指在整機生產過程中的過程控制，整機生產時同樣要開具工時單，因此整機工時管理體現在過程管理中。整機的裝配過程，是一個連續的過程，不允許流程中出現跳過某一個過程進入下一個過程的情況，因此當前過程總是依賴于前一個過程的完成狀態，若前一個狀態尚未完成，不允許進入下一個狀態（如圖4所示）。
圖4 生產過程管理與工時管理
3.3 系統總體用例圖
普通用戶包括生產過程中的全部參與者：文員、裝配人員、調試人員、質檢員、檢測中心人員、噴漆人員以及調度員等，進行過程管理和工時管理的相應工作。管理員控制基本信息和系統信息，分配權限。如圖5所示。
圖5 系統總體用例圖
不同的系統資源對應不同的角色，無相應權限的人無法對資源進行操作，明確了生產過程中的責任歸屬。
3.4 系統實現與應用
根據本企業的實際情況編制的車間生產管理系統主要界面，如圖6所示。
圖6 系統主要界面
系統將車間生產的整個過程流程化、規范化，具備實時采集、反饋生產數據的功能，保證了生產數據的完整性與準確性，便于管理人員做出反應并指導生產過程。同時工時管理與生產數據管理，全部實現了信息化，大大減少了統計檢索的工作量，提高了整個生產過程的自動化水平。
系統運行后，與之前的管理模式相比，生產的過程管理效率提高了30%以上，統計檢索的工作量減少了80%以上，取得了良好的應用效果。
4 結束語
制造執行系統是制造企業信息化建設的關鍵一環，本文針對本企業車間生產管理環節信息化的空白，提出了開發適合自身的MES系統。該系統能較好地完成本企業車間生產全過程的管理和優化，相比之前的全手工作業管理模式，大大地提高了企業的自動化管理水平，規范了管理和操作流程，減少了統計檢索的工作量，取得了良好的應用效果。
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