基于MES的离散型车间人员管理系统设计.docx

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基于MES的离散型车间人员管理系统设计

作者：

张震尤凤翔

来源：

《中国管理信息化》2018年第01期

[ 摘要]针对某汽车安全带生产企业中无法采集人员信息、人员生产过程追溯不完整、人员技能管理不完善、人员产能不准确等实际问题，提出了基于制造执行系统（MES）的离散型车间人员管理系统模型。

解决以手工生产为主的企业生产车间人员管控难、数据记录烦琐等问题，通过统计学理论对人员技能进行量化判定，实现对生产现场人员的有效管控及无纸化管理，不仅提高了车间人员管理效率，而且对产品质量管控起到了关键作用。

[ 关键词]MES；离散型车间；系统设计；人员信息采集doi ：

10.3969/j.issn.1673-0194.2018.01.028

[ 中图分类号]F270.7；TH166[文献标识码]A[文章编号]1673-0194（2018）01-0067-04

1前言

在互联网时代背景下，面对竞争更激烈、变化更迅速的市场环境及产品多样化、个性化的客户需求，促使制造企业加大信息化的发展。

传统的生产车间，由于缺乏生产现场的实时精确信息，导致信息断层，车间生产过程犹如“黑箱作业”，现场的问题不能实时预警、反馈，管理层人员难以及时发现并解决问题；且由于缺乏对车间现场的生产数据进行实时采集，无法实现制造过程的可追溯性，严重影响了车间生产效率及产品质量。

随着“智能制造”的开展，MES（ManufacturingExecutionSystem，制造执行系统）已经成为实现智能制造的核心，对MES的研究也被提到重要位置。

MES被定义为位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统，在1997年提出的MES的11个基本功能模块：

计划和控制模块、资源配置和状态跟踪模块、工序细节调度模块、产品跟踪记录模块、维护管理模块、人力资源模块、文档控制模块、性能分析模块、过程管理模块、质量管理模块、数据采集和获取模块[1]。

张书亭[2]从建立敏捷制造企业的车间生产管理系统出

发，分析和论述了制造执行系统的功能和应用特点，提出了使用先进的制造执行系统思想和软件辅助建立敏捷车间系统。

柴永生[3]等针对制造执行系统应用开发的复杂性，提出了一个制造执行系统的柔性应用框架。

吴梅磊、吕纪伟等对于离散型MES系统的功能结构、数据采集模块、生产监视模块进行了详细的研究，并采用结构化建模方法建立了相应的功能模型、信息模型和过程模型。

秦睿等利用RFID数据采集方式和ZigBee数据传输技术，实现离散制造车间生产过程中的产品加工开始时间、加工结束时间、产品加工设备、加工人员等数据的实时数据采集。

王景辉等以制造执行系统框架思想理念为指导，结合航天产品制造车间管理现状，利用信息工程方法论和信息资源规划工具，建立航天产品制造车间MES应用模型，在此模型的基础上进行车间生产管理信息系统的开发应用，提高车间质量管理信息化水平。

张睿哲等通

过对石油化工行业生产特点及管理模式的分析，结合MES技术发展现状，提出了MES在石油化工企业的应用架构、主要功能及系统组成形式。

王小维研究了汽车工厂MES系统的设计和实现；李超等针对某汽车零部件生产企业，利用RFID技术和ApacheThrift框架设计了MES的离散车间生产管理模型，并提出基于Android客户端对车间生产进行远程监控管理。

对于大多数中小型离散型制造业来说，生产车间内的人占主导地位，车间大多数生产工艺要求必须由人才能完成，如果无法对车间员工进行有效的管控，既影响生产效率，又影响产品质量。

然而以上关于MES的研究尽管已经涉及各种制造业，但均缺乏对生产车间的人员管理方面的内容，本文以某汽车安全带生产车间为背景，从当前对人员管理方面的实际问题出发，基于MES标准架构，建立了生产车间人员管理系统。

2人员管理系统需求

经过对某汽车安全带生产车间的详细调研及分析，总结出当前生产车间对人员管理方面存在的主要问题如下：

（1）无法对人员信息进行采集。

生产过程中的数据信息采集包括人员信息相关数据、设备相关数据、物料相关数据、工艺状态及加工时间相关数据及车间环境相关数据，只有对以上全部数据进行采集，才能全面而实时地跟踪。

目前生产车间无法对员工信息进行采集，不能实时监控员工状态。

（2）无法进行人员操作防错。

由于生产车间的产品种类很多，无法准确判断某个员工能否生产某型号产品，考虑产品生产过程对产品质量的控制，必须要对人员进行防错，每个员工只能做他会做的产品，而当前车间内的员工可以随意进行所有产品的加工，无法保证产品加工质量。

（3）员工加工过程无法追溯。

目前生产车间现场是由手工录入员工工号的方法，对每个产品由哪个工号员工生产进行记录，后期由班组长统计录入电脑。

由于记录卡随产品在车间流动，无法保证信息保存完整。

（4）新员工培训无法量化判定是否达标。

对于新员工来说，培训过后，其进行加工产品时需要进行实时监控。

而新员工上线要由老员工带领才能进行操作，且对于新员工是否达标主要由车间管理员人为主观判断，无相关生产过程的数据支持。

（5）人员产能统计不准确。

车间目前只能靠线上员工在加工过程中自己统计实际产能、不合格数，并用纸质表格记录，然后再由班组长进行汇总后，再统一计算生产工时、生产效率、加班工时、异常工时等进行评定。

存在数据记录不准确、统计过程烦琐等问题。

针对该企业存在的以上问题，设计了基于MES的离散型车间人员管理系统，从而实现对车间员工的有效管理。

3基本框架

3.1系统框架

基于MES的人员管理系统需要调用MES的数据库，MES中的生产过程统计的产品生产信息需要与人员信息进行交互绑定，然后再将信息存入数据库，其系统框架如图1。

3.2系统功能模型

根据企业当前问题，对人员管理系统的功能进行设计，包括用户管理、人员信息管理、人员生产过程管理、人员技能级别管理、人员绩效管理、人员基础数据，其功能模型如图2。

4人员管理系统功能分析

4.1人员信息管理

人员信息管理包括对员工的信息采集及员工操作防错。

（1）员工信息采集采用RFID多功能工位机，通过刷卡的方式进行信息的录入。

在现场生产车间每个工位都安装一个RFID多功能工位机，每个员工都会配一个RFID员工卡，员工在上班时间进行刷卡上线，系统会记录当前登录人信息、登录时间，在下班时间进行刷卡则记录结束时间，此过程中包括离岗、异常暂停、休息等相关信息的记录。

（2）员工操作防错是在刷卡的过程中，系统会根据当前已经下达的生产订单所包括的产品与员工信息进行匹配，判断该型号产品能否由当前员工进行加工，如果不能则报警提示。

其判断逻辑流程图如图3。

其中人员技能矩阵是事先维护好基础数据，与下面的人员技能管理共用此数据表，在数据库中，它是员工与产品信息关联的基础表，其形式如表1。

4.2人员生产过程管理

人员生产过程管理主要是在产品加工过程中，需要每一个工位的员工对每一个产品进行条码扫描，然后系统会自动将该产品的信息与员工信息进行绑定，存入数据库中。

无论产品良与不良，都会将其录入相关员工生产过程记录表中，以实现后期产品生产过程的追溯。

4.3人员技能级别管理

人员技能级别是对每个员工加工某产品的熟练程度的表现，此功能主要包括新员工上线权限管理和技能级别自动升级管理。

（1）新员工上线权限管理。

对于新员工来说，他对某产品的技能级别为1，而根据车间人员管理相关要求，技能级别为1的员工是不能单独进行产品加工的，只允许在老员工的指导下才能进行加工。

当员工刷卡时，系统会根据人员技能级别表判断该员工的技能级别，如果为1，则提示无法独立加工，需要老员工同时刷卡，此新员工才能进行产品加工。

（2）员工技能级别自动升级管理。

员工对某个产品的熟练程度是由加工该产品的产能及产品良率决定的。

当新员工的产能及产品良率达到并稳定在一个标准范围内，则判定此新员工具有加工该产品的能力，系统会自动将其技能级别升到2级，则说明该员工拥有独立加工产品的能力。

每个新员工的合格产能数会随着其操作熟练度的提升而增加，对其产能进行实时统计，将其制作成曲线图，是一个产能逐渐增加的“爬坡”曲线，曲线形式如图4所示。

系统会自动统计分析某个新员工在某段时间（5-10天）内的产能是否稳定，如果稳定在某个标准产能范围内，则判定该员工已经掌握加工此产品的技能，就会自动更新人员技能矩阵中的技能级别。

但是由于标准产能范围属于一个经验值，根据统计论置信区间相关理论基础，设定一个置信水平区间来作为标准产能范围。

对于一般熟练工的产能可以看作总体服从N（μ，σ2）分布，则可以求得其均值μ的置信区间。

设已给定置信水平为1-α，并设X1，X2，…，Xn为总体N（μ，σ2）的样本，，S2分别是样本均值和样本方差。

由于总体σ2未知，考虑S2是σ2的无偏估计，根据抽样分布相关定理知，

则有

=1- α

（2）

于是得μ的一个置信水平为1-α的置信区间

从所有熟练员工产能历史数据中随机抽取一组产能数据，然后由以上相关置信区间理论，计算一个置信水平1-α（一般为0.95）的置信区间，然后以此置信区间为标准产能范围，判断新员工产能是否达到稳定，从而提升该员工的技能级别。

4.4产能报表管理

所有人员产能数据都将被统计并汇总，管理人员可以进行人员产能查询，包括每个员工的实际生产工时，实际产能以及计划完成率、异常工时统计、加班工时统计。

所有的过程都由系统自动采集记录，无需人员手动记录，避免数据不完整，实现无纸化管理。

5结语

本文针对以手工生产为主的某汽车安全带生产企业所存在的人员管控问题，设计此人员生产管理系统，实现生产车间无纸化的人员管理，对人员生产过程进行防错与追溯，通过统计学方法，对人员技能提出了一个量化评估指标。

该系统不仅提高了管理层对生产车间人员的管理效率，也加强了对产品生产过程中的质量管控，有效提升了产品良率。

主要参考文献

[1]李文辉.制造执行系统（MES）的应用和发展[J].兰州理工大学学报，2006，32

（2）：

50-54.

[2]张书亭，杨建军.面向敏捷制造车间的制造执行系统研究[J].新技术新工艺，2000

（12）：

2-4.

[3]柴永生，孙树栋，吴秀丽，等.制造执行系统柔性应用框架研究[J].计算机应用，2005，

25（3）：

679-681.