基于MES的生产跟踪模块的设计与实现.docx

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基于MES的生产跟踪模块的设计与实现

硕士专业学位论文

基于MES的生产跟踪模块的设计与实现

DesignandimplementationofproductiontrackingmodulebasedontheMES

作者：

XXX

导师：

XXX

北京交通大学

2018年9月

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。

特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

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年月日签字日期：

年月日

学校代码：

10004

密级：

北京交通大学

硕士专业学位论文

基于MES的生产跟踪模块的设计与实现

DesignandimplementationofproductiontrackingmodulebasedontheMES

作者姓名：

XXX学号：

XXX

导师姓名：

XXX职称：

XXX

工程硕士专业领域：

软件工程学位级别：

硕士

北京交通大学

2018年9月

致谢

在攻读硕士的两年读书生活中，接触和学习了很多自己工作自外的专业知识，提升了自身的综合能力。

由衷地感谢我的导师XXX高工支持我选择自己感兴趣的研究方向，感谢我学习的学校，感谢学习路上认识的同学，感谢设计过程中给予我支持的同事，以及感谢期间所有给与我激励和帮助的所有人。

在学习生活中，我得到了北京交通大学各位老师的帮助与关怀，老师们务实的态度、严谨的治学、渊博的学识深深的触动了我的内心，给我留下了深刻的印象。

让我在学到了丰富的理论知识同时，还学会了严谨的治学态度以及许多做人的道理，这些让我受益终生。

在此，谨对关心与辛勤培养我的老师致以诚挚的谢意，他们的帮助，给了我在今后的生活与工作更大的信心。

最后，要感谢我的家人，是他们默默的付出、支持、激励与鞭策，让我可以全心投入学习，顺利完成学业。

摘要

进入二十一世纪以来，计算机技术把企业信息化建设推到了前所未有的高度，经济全球化得以高速发展，以计算机信息技术为代表的科技革命取得突飞猛进的发展，信息化为各国经济和社会发展提供了强大动力，推动各国经济以惊人的速度走向新的历史高度。

制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem，MES）在企业信息化架构中，处于四级企业资源计划系统（EnterpriseResourcePlan，ERP）和二级过程控制系统（ProcessControlSystem，PCS）之间，对企业生产从销售订单下达到产品发货的全过程进行管理指导，包括计划管理、生产管理和质量管理等模块。

生产跟踪作为制造执行系统（MES）中的重要模块之一，以生产过程数据为基础，对企业产品的生产流程进行全面跟踪和控制。

基于MES的生产跟踪模块的应用不仅保证了产品的质量和交货期，同时还提高了人力和物力资源的利用率和生产效率，实现了供需企业间产品生产信息的共享。

本人作为项目的主要参与人员完成了以下工作：

以郑州旭飞光电科技有限公司的生产实际状况为背景，通过对MES、生产跟踪和数据采集的研究，对比分析国内一些企业MES实施路线，选择一种比较适合该企业的实施路线；充分了解数据采集的研究现状及数据采集技术，结合郑州旭飞光电科技有限公司PLC、PCS及周边其他应用系统的现状，选择一种适合该企业的数据采集技术，并设计数据采集方案；在已有制造执行系统（MES）平台的基础上，根据郑州旭飞光电科技有限公司实际需求，设计、实现基于MES的生产跟踪模块，并将其应用于该企业的实际生产过程中。

通过数据采集的应用，不仅节约了人力资源，并提高了生产数据反馈的实时性和准确性，通过生产跟踪的应用，不仅保证了产品质量及订单交货期，各项资源也得到有效利用和管理，并实现了生产计划的灵活调整，以及ERP和底层控制系统之间数据的实时传递，真正实现了生产过程的精细化管理，提高了企业的竞争力。

关键词：

MES、生产跟踪、数据采集

分类号：

TP39

ABSTRACT

Sincethe21stcentury,computertechnologypushtheenterpriseinformatizationconstructiontoanunprecedentedheight,tothehigh-speeddevelopmentofeconomicglobalization,withthecomputerinformationtechnologyrepresentedbytherapiddevelopmentofscienceandtechnologyrevolution,informationintonationaleconomicandsocialdevelopmentprovidesastrongdrivingforce,topromotenationaleconomyintoanewhistoricalheightatanalarmingrate.ManufacturingExecutionSystem（ManufacturingExecutionSystem,MES）intheEnterpriseinformationarchitecture,inthefourlevelsofEnterpriseResourceplanningSystem（EnterpriseResourcePlan,ERP）andlevel2ProcessControlSystem（ProcessControlSystem,thePCS）,shiptheproductstotheEnterpriseproductionfromsalesordertoguidethewholeProcessofmanagement,includingprojectmanagement,productionmanagementandqualitymanagementmodule.Productionasoneoftheimportantmodulesofmanufacturingexecutionsystem（MES）,onthebasisofproductiondata,theproductionprocessoftheenterprisetoconductacomprehensivetrackingandcontrol.BasedontheapplicationofMESintheproductionoftrackingmodulenotonlyensuretheproductqualityanddeliverytime,butalsoincreasetheefficiencyofmanpowerandmaterialresourcesandtheproductionefficiency,realizetheinformationsharingbetweensupplyanddemandofenterpriseproductproduction.

Himselfasthemainparticipantsoftheprojectcompletedthefollowingwork:

ZhengzhouXufeiOptoelectronicTechnologyCO.,LTD.Theproductionactualsituationasthebackground,throughtheresearchofMES,theproductionoftrackinganddataacquisition,analysisofsomedomesticenterprisesMESimplementationroutes,chooseamoresuitableforthisenterpriseimplementroute;Fullyunderstandtheresearchstatusquoofdatacollectionanddatacollectiontechnology,combinedwithZhengzhouXufeiOptoelectronicTechnologyCO.,LTD,PCSandothersurroundingthepresentsituationoftheapplicationsystem,chooseasuitableforthisenterprisedataacquisitiontechnology,dataacquisitionschemeanddesign;Theexistingmanufacturingexecutionsystem（MES）platform,onthebasisofZhengzhouXufeiOptoelectronicTechnologyCO.,LTD.Basedontheactualrequirements,design,implementation,productiontrackingmodulebasedonMES,andappliedtopracticalproductionprocessoftheenterprise.

Throughtheapplicationofdatacollection,notonlysavehumanresources,andimprovethereal-timeandaccuracyoftheproductiondatafeedback,throughtheapplicationoftheproductiontracking,notonlyensuretheproductqualityandtheorderdeliverytime,theefficientuseofresourcesandmanagement,andimplementstheflexibleadjustmentoftheproductionplananddatabetweenERPandthebottomcontrolsystemofreal-timetransmission,achievethefinemanagementoftheproductionprocess,improvethecompetitivenessoftheenterprises.

KEYWORDS:

MES,ProductionTracking,DataCollection

CLASSNO:

TP39

1引言

随着计算机应用在企业的不断推广，企业信息化应用水平也随之逐渐提高，企业越来越需要车间执行层的管理信息系统。

进入二十一世纪以来，计算机技术把企业信息化建设推到了前所未有的高度，经济全球化得以高速发展，以计算机信息技术为代表的科技革命取得突飞猛进的发展，信息化为各国经济和社会发展提供了强大动力，推动各国经济以惊人的速度走向新的历史高度。

1.1课题的来源与背景

郑州旭飞光电科技有限公司是一家生产和销售液晶玻璃基板的现代化企业，现建有G5代玻璃基板生产线4条。

公司对于原料采购储存、产品生产加工、品质监控和产品储存缺乏一个完善的管理体系，造成生产效率低，人员及资金的大量浪费，产品的质量不稳定，交货期不能保证，导致客户频繁抱怨，市场形象较差。

所以，对于生产过程中玻璃原材料的采购存储、玻璃基板的生产、半成品及成品的品质管控、成品的入库、出库和销售等各个环节，需要一套信息化系统来进行跟踪管理。

使生产车间及公司领导能够及时了解生产线的生产状态，了解半成品及成品的良品率及产品废弃情况，全面实时采集生产和品质数据，实现生产和品质的向前追溯，并实时跟踪生产订单状态等等。

因此郑州旭飞光电科技有限公司对提升生产制造管理水平和扩展信息管理系统的需求非常迫切，并希望借此实现产品信息的透明化，满足市场不断发展对企业产品提出更高的要求。

公司之间的合作随着供应链、敏捷制造、柔性制造及计算机集成等制造模式的发展变得愈来愈频繁，频率越来越快。

为响应较快的市场变化，企业间需要共享产品的生产和质量信息，提供更高质量的服务，对生产制造执行系统进行扩展并实现产品的跟踪也将势在必行。

欧洲已有多国制定明确规定，要求企业产品信息必需进行生产跟踪，没有进行生产跟踪的产品将不容许在市场流通。

在欧洲，医疗器械、药品及食品生产加工等行业已基本实现产品生产过程跟踪。

作为液晶玻璃基板公司客户的面板企业也对产品跟踪提出明确要求。

因此，为了能够与世界融合，适应市场需求，液晶玻璃基板产品必须对生产过程进行全面的跟踪。

随着国内外环境的发展，市场客户要求的提高，郑州旭飞光电科技有限公司跨越式发展变革迫在眉睫，因此，在信息化快速发展的环境下，企业最重要的任务是提升产品生产与品质竞争力。

目前，受国内环境和国家政策影响，各企业越来越重视企业信息化建设，信息化基础设施建设也日趋完善，基本可以满足企业信息化发展的需要，各生产环节基本实现了信息化，如PLC（ProgrammableLogicController，可编程控制器）和PCS（ProcessControlSystem，企业生产过程控制系统）等，ERP（EnterpriseResourcePlan，企业资源计划系统）等管理系统也基本得到应用。

但ERP系统和底层过程控制系统没有实现交互，数据没有实现上传下达。

为了实现数据的上传下达、ERP等系统作用的最大发挥和企业信息化的全面覆盖，基于MES的生产跟踪模块在郑州旭飞光电科技有限公司的设计和应用变的越来越迫切。

MES的功能模块如图1-1所示。

图1-1MES制造作业模型

Fig1-1ManufacturingoperationsmodelofMES

从图1-1可以发现，生产跟踪是MES中的一个重要模块。

生产跟踪模块通过对生产现场进行实时跟踪监控，对产品的生产和品质信息实时反馈，生产任务的下达、原材料或市场订单的生产执行以及生产效率的分析等进行在线实时跟踪查看，并且通过生产跟踪可以对原材料或市场订单的排程进行实时的调整，保证生产能够保质保量的满足市场的需求。

通过本小节可知，由于液晶玻璃基板的生产现状、市场和国家对液晶玻璃基板生产企业的产品要求以及生产跟踪在企业信息化MES中的重要地位，使得生产跟踪的设计、实现和应用变得愈加重要和紧迫。

1.2论文的研究内容与意义

1.2.1论文研究的意义

郑州旭飞光电科技公司建成了4条G5世代液晶玻璃基板生产线，生产规模为年产250万片液晶玻璃基板。

该企业作为资金、技术密集型企业，在信息化建设方面取得了一定的成绩，在底层控制层方面，整个生产过程自动化程度很高，自动化技术应用十分广泛，在长期的信息化应用过程中，实现了基础设备自动化和过程控制自动化，而且在这个基础上形成了相对独立的系统，每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制。

但是它们只是一个个信息孤岛，缺少必要的整合、信息资源的共享及生产过程的统一管理。

产品的生命周期管理是郑州旭飞光电科技有限公司最重要的一项管理活动，目的是实现对产品的质量和生产过程进行精细化管理。

郑州旭飞光电科技有限公司是一家生产和销售液晶玻璃基板的现代化企业，现建有G5代玻璃基板生产线4条。

公司对于原料采购储存、产品生产加工、品质监控和产品储存缺乏一个完善的管理体系，造成生产效率低，人员及资金的大量浪费，产品的质量不稳定，交货期不能保证，导致客户频繁抱怨，市场形象较差。

所以，对于生产过程中玻璃原材料的采购存储、玻璃基板的生产、半成品及成品的品质管控、成品的入库、出库和销售等各个环节，需要一套信息化系统来进行跟踪管理。

使生产车间及公司领导能够及时了解生产线的生产状态，了解半成品及成品的良品率及产品废弃情况，全面实时采集生产和品质数据，实现生产和品质的向前追溯，并实时跟踪生产订单状态等等。

因此郑州旭飞光电科技有限公司对提升生产制造管理水平，扩展制造执行系统的需求非常迫切，希望借此实现产品信息的透明化，满足市场不断发展对企业产品提出的更高要求。

1.2.2论文研究的内容

本文通过对基于MES的生产跟踪相关内容深入研究，设计实现了适合旭飞光电科技有限公司液晶玻璃基板生产线的MES生产跟踪模块，包括实现生产跟踪所必须的数据采集模块、订单跟踪、物料跟踪和质量跟踪，其研究意义有：

（1）基于MES的生产跟踪在液晶玻璃基板生产线的生产管理实际中应用，涉及的业务繁多复杂，顺利实施和应用具有一定难度。

因此，基于MES的生产跟踪在郑州旭飞光电科技有限公司的应用具有重要意义；

（2）基于MES的生产跟踪的实施应用，实现了企业生产的自动化。

使得从原材料到最终产品的整个生产过程得到了有效管理和控制，提高了生产线的生产效率，满足了企业和客户对产品信息透明化的要求，提高了企业的市场竞争力。

（3）生产跟踪功能实现了对生产管理现场的实时监控，为企业生产管理提供决策依据，促进生产的精细化管理。

通过生产跟踪功能实时监控生产线生产状况，及时反馈生产现状，可以实时了解产品当前所处的位置及状态等，根据实际情况灵活调整生产计划；同时，生产跟踪实时收集质量数据，检测质量状况，对于存在质量问题的产品进行及时处理，并实现质量的溯源；除此之外，生产跟踪模块可以查看产品订单需求量和完成率，对于不能按时交货的订单及时处理，保证产品能够按时交货。

（4）实现企业资源计划系统（ERP）和底层控制系统间的集成。

通过基于MES的生产跟踪模块的应用，实现了企业资源计划系统和底层控制系统数据的上传下达，保证了企业资源计划（ERP）系统的高效利用，同时，节省了人力和物力资源，提高了企业生产及管理效率，加大了企业信息化覆盖的宽度和深度。

（5）数据的实时采集是实现制造执行系统生产跟踪功能的基础，因此，选择一种适合郑州旭飞光电科技有限公司液晶玻璃基板生产线的数据采集方案对基于MES的生产跟踪模块的实现有重要的意义。

综上所述，对基于MES的生产跟踪模块的研究，无论在理论研究，还是在实际应用方面都具有重要意义。

郑州旭飞光电科技有限公司液晶玻璃基板生产线的MES生产跟踪模块的成功实施为企业的数据采集和生产跟踪应用积累了经验，并提高了企业的生产效率、管理水平和服务质量。

1.3国内外的研究现状

MES是一个系统的生产管理集成信息化平台，提供了包括质量控制、生产跟踪、文档管理、员工管理、生产调度等功能，通过有效控制包含物料、人员、设备、生产指令及设施等在内的所有企业资源，提高生产制造企业的竞争力。

MES重在生产控制与协调，因此需要现代企业信息系统不仅有完善的生产计划系统（如ERP、MRPⅡ），更要有让生产计划在生产过程中得以落实的生产执行系统。

在20世纪90年代以面向库存生产模式的MES还没有得到企业普遍的重视，直到20世纪末21世纪初，因为客户、市场对产品质量的要求不断提高，以及提出JIT和TOC等新型生产模式，MES的应用才受到企业普遍的重视。

企业逐渐认识到随着网络经济泡沫的破碎，要想提高竞争力，使企业在竞争日趋激烈的市场中立于不败之地，就需要通过采集生产数据信息，实现操作控制，反馈给计划管理层，实现企业信息化管理，做好最基础的生产管理。

之后，在国外企业MES得到广泛而迅速的应用。

自二十世纪70年代美国第一次提出生产制造执行系统的概念以来，经过40多年的研究，国外已经形成一套被普遍认可、非常成熟的理论及标准，这套理论及标准涵盖了MES的概念，以及数据流、功能、定位及实施方法等模型。

同时出现了一些相对专业的MES研究机构，这些相对专业的MES研究机构会就MES最新的研究成果、和MES相关制定的新标准在专业领域进行发表。

在发达国家MES的开发与应用已形成产业化，其流程和离散制造领域的广泛应用，促使企业创造了巨大的经济效益。

国外MES的研究和发展基本沿着两条线进行，一条线是如Honeywell、GE这样的传统设备自动化领域的领军企业，以MES为契机，逐渐向上层的管理信息系统领域延伸自己的产品线和产品功能；另一条线是以SAP、Oracle这样的管理信息系统提供商，沿着生产管理向下延伸，提供MES整体解决方案。

国外MES市场趋于上下游整合，企业越来越趋向为客户提供一体化的解决方案。

和利时信息技术总经理邵柏庆就MES在国外企业中的已有应用指出，企业通过整合达到自身技术的融合、产品线的扩展及成本降低的效果。

国外MES产品的发展在技术水平和实施方式等方面都领先于国内的MES开发。

第一，国外MES产品提供灵活的配置环境；第二，产品内部模块是具有统一的模型；第三，产品可提供信息的抽取和分析功能；第四，产品提供多样的用户客户端；第五，系统可根据行业的需求提供不同的行业解决方案；第六，能够提供成熟的实施方法论。

随着我国工业自动化与制造业信息化发展速度的不断加快，制造企业对MES的需求也明显日趋增加。

我国十五期间，MES被纳入国家科技规划。

在科技部863计划的大力支持下，流程工业领域MES成为技术研究的突破口。

重点面向钢铁和石化两个典型流程制造行业，开发完成了若干自主产权的MES系统。

首先获得的技术研究突破是MES在流程工业领域的应用，尤其在钢铁和石化两个典型流程制造行业MES已得到成功应用。

流程行业的MES的深入应用催生了以和利时、宝信为代表的流程行业MES产品供应商，它们在实施MES方案同时开发完成了若干自主产权的MES系统。

在离散行业，面向一些特定应用的MES系统也在研发和应用中，例如北京机械工业自动化研究所的R-MES、爱康公司的ICON-MES等。

这些企业结合各自的优势，在汽车制造、航天器、轻工产品研制等领域取得了MES系统研发和实施的宝贵经验，并初步形成了具有自主版权的MES产品。

但是，由于国内MES系统起步较晚，比对MES标准或较之国外MES产品，国内的MES技术仍有许多不足。

CamstarSystems亚太区总经理ManashCha表示：

“从行业来看，国内的MES除了在机加工，钢铁等少数领域比较成熟外，在别的领域，无论从成功案