作者：

沈阳中科博微科技股份有限公司 刘峻玮

上海开米科技有限公司 于文，胡红新

中国科学院网络化控制系统重点实验室，中国科学院沈阳自动化研究所，中国科学院机器人与智能制造新研究院 王宇

摘要：本文针对日化行业在生产制造过程中柔性制造技术和智能化生产管控技术的研究与应用，设计了一套个性化洗涤用品与服务智能制造MES系统方案，对该方案的设计做了详细描述。在生产车间部署实施后，对车间日常生产中的产品追溯、物料管控、设备运营监控、质量管理等方面进行了测评，验证了该MES系统方案的优势，实现了整体产线的灵活性，提升柔性生产以及快速重构能力，提高了生产效率，降低成本，满足企业实际需求。

关键词：个性化洗涤用品；服务智能制造；MES系统

Abstract:Aiming at the research and application of flexiblemanufacturing technology and intelligent production managementand control technology in the production and manufacturing processof daily chemical industry, this paper designs a set of personalizedwashing products and services Intelligent Manufacturing MES systemscheme, and describes the design of the scheme in detail. After thedeployment and implementation of the production workshop, theproduct traceability, material control, equipment operation monitoringand quality management in the daily production of the workshop areevaluated, which verifies the advantages of the MES system scheme,realizes the flexibility of the overall production line, improves theflexible production and rapid reconstruction ability, improves theproduction efficiency, reduces the cost, and meets the actual needs ofthe enterprise.

Key words: Personalized washing products; Service intelligentmanufacturing; Manufacturing execution system

1　引言

MES系统是智能制造的核心，MES系统的主要任务是对智能制造进行过程管控，生产制造的整个流程都离不开MES系统。个性化洗涤用品与服务智能工厂建设将全面提升产品质量和生产效率，同时日化用品智能制造是《中国制造2025》重点支持方向，具有广阔的应用前景和行业示范作用。

努力探索个性化洗涤用品与服务智能工厂新模式，实现少（无）人化作业，用自动化、信息化、智能化改造现有生产方式和管理方式，提升洗涤用品的环保水平，提升产品品质和可靠性迫在眉睫。

2　MES系统建设方案

通过MES系统在个性化洗涤用品与服务智能制造中的研究与应用，最终完成企业智能工厂的建设，实现六大智能体系为总体目标。

（1）实时准确同步的生产计划体系

考虑各种相关约束条件及资源条件，排产到天和工序，进一步可精确到时序，根据生产现状进行计划调整和场景模拟，并将确定的生产计划分解推送到车间各工作岗位及各相关部门。

（2）及时准确的物料拉动体系和物料管控体系

原材料库和半成品库管理，按日生产计划发料。拉动生产所需物料同步供应，降低因缺料导致的停产损失和现场物料积压导致的生产浪费。对废品、定点物料进行管控，进行物料投入产出核算。

（3）实时透明的生产监控体系

电子操作指导指示生产，生产过程多方式防差错，质量监控和报警，各类可视化看板展示生产过程，实时透明，且可追溯生产过程人、机、料、法、环各因素。系统进一步延伸至现场施工安装过程（视为工序）的追溯。

（4）智能化的设备运营体系

监控设备状态及工艺参数，并对参数进行远程控制，异常状态报警及维修呼叫，周期性及紧急设备维保、点检，并对异常问题闭环关闭。建立与设备之间的集成方案，并给出设备标准接口规范。

（5）持续优化的质量控制体系

异常趋势QPC（质量和过程控制）报警及问题闭环，质量分析改善。建立快速、高效、全过程的质量反馈、处理、跟踪、闭环机制，不接收、不制造、不传递质量问题产品，及时有效保证产品质量。

（6）准确客观的绩效评价体系

收集有效数据，设置符合公司大政方针的考核模型，对于班组绩效展开客观准确的评价，并能够与HR系统等衔接，及时推送至各责任者，稳步提升绩效水平。MES系统体系架构如图1所示。

图1 MES系统体系架构

3　MES系统分层结构

（1）数据采集层利用实时数据库采集现场设备、人员、物料、质量数据以及生产状态数据，并将生产采集到的数据存储到关系数据库中。

（2）数据持久层利用关系型数据库归档数据的存储并支持实时查询，关系型数据库可采用S QLServer、MySQL等主流产品。

（3）业务逻辑层实现MES的业务逻辑，处理人、机、料、法环节的实时数据和统计数据分析，是MES系统的核心。

（4）服务交互层采用订阅/发布消息的模式将生产事件和用户操作信息在浏览器与服务器间进行传递。

（5）展现层实现人机交互界面，应用多媒体编程技术以多种形式呈现信息，并提供人性化的操作界面，对于操作过程比较复杂的客户端采用胖客端应用，对于生产统计分析等主要以浏览查询为主的应用要求丰富的信息表现形式。MES系统的分层架构设计如图2所示。

图2 MES系统架构设计

4　MES系统的技术架构

（1）软件系统的开发框架采用SSM框架（Spring+ Spring MVC + Mybatis）。服务端软件的中间层基于Spring框架搭建，MVC基于Spring MVC框架搭建，数据持久层基于Mybatis框架搭建。

（2）软件的开发语言使用Java语言。前端界面以HTML5、CSS3、JavaScript为基础，利用专业的企业应用开发框架Bootstrap开发。移动端使用HTML5技术进行开发。前端与服务端通过Ajax技术实现信息通信和数据传递。

（3）模块间消息的传递采用订阅/发布的模式。订阅/发布模式的消息传递方式是一种灵活有效的、基于事件的消息交换组合模式，具有异步、松耦合、多点通信的特点，能轻松地把各组件有机地联系起来，使发生通信的各方在松耦合的情况下就能相互交互。这一信息传递方式使得各个功能模块松耦合，减少维护更新成本，便于系统的维护更新。

（4）数据库采用MySQL关系数据库，持久层框架采用Mybatis轻量级框架，使系统的设计更清晰、更易维护、更易单元测试，SQL和代码的分离，提高了可维护性。

5　MES系统的功能模块及描述

MES系统负责企业从车间订单下达到产品完工整个生产过程中人、机、料、法、环、测六大环节的信息采集、生产管控，对车间生产实时事件做出快速响应，与其他信息化系统实现高度集成和高效协同，向企业决策支持提供相关生产活动的重要数据。形成“计划—执行—控制”三位一体的企业运营管理平台，为智能制造奠定基础。结合需求调研与分析，开米科技MES系统共开发12个功能模块，如图3所示。

图3 MES系统功能模块

以生产订单为主线，实现研发、工艺、生产、质量、设备、物料、营销的业务协同；实现产品全生命周期的信息化闭环，以及全产业链可追溯。

5.1　建模管理

建模是MES系统的基础模块，其核心是针对不同的企业特点进行系统底层的配置，帮助企业建立科学、标准、规范的制造要素模型，包括人、机、料、法、环五要素，定义了对生产管理中的生产组织、生产布局、人员、生产时间、产品、物料、工艺路线等基本资料进行管理的方案，让MES系统的运行能够与企业实际实现最佳的匹配，并为其他模块提供基本的产品和相关信息，其定义的功能共享于其他应用模块。

5.2　生产计划管理

销售订单经过企业资源计划（ E n t e r p r i s eResource Planning，ERP）后转化为生产订单，生产计划管理就是对经过ERP设计后释放生产的订单进行实时动态管理，以确保严格地按订单交货日期组织生产，按时进行成品发货。生产计划管理包括生产工单管理、领料投料计划、生产工单跟踪、完工报工等功能，从工单下达生产到工单生产结案整个生产的全过程生命周期内，工单的生产组织、调度、跟踪管理等活动。

5.3　周转库管理

MES系统物料管控的范围包括瓶子库、盖子库、包材库，是基于制造追溯和工厂库存管理基础上的更加精细化的车间级库存管理方案，监控了车间库存物料出入库、退料、实时消耗、盘点调整、原料批次制造追溯、物料报废等整个的车间物料与ERP集成接口预留，集成后可自动根据工单和生产BOM进行物料额定用量计算，并分配到相应工位。

5.4　过程监控管理

MES系统过程监控包括了实时采集并监控生产线各种数据；通过条码扫描进行信息的流转；实时监测当日生产计划、当前生产任务、统计完工进度情况、产品合格率等信息等；实时监测线边物料情况和在制品仓库库存情况。通过设定线边缺料阈值实现缺料报警、提示；生产指令调度，例如调度AGV进行物料配送；产品质量监控，主要是利用控制图、产品质量控制计划设定的阈值或上下限，结合灌装包装生产线实际情况，对装备中的关键工序进行实时监控。

5.5　质量管理

质量管理功能主要对合成配料车间的液态成品质量和灌装包装车间的制造产品质量进行有效的管理工作。质量管理目的在于：帮助企业规范质检操作和标准，防止问题产品出厂；帮助企业加强产品过程质量控制，控制连续质量问题；帮助企业实现完整的产品追溯；帮助企业加强产品质量信息整合与分析应用，持续推动质量改进。

5.6　设备管理

设备管理功能主要对合成配料车间和灌装包装车间的制造单元设备进行有效的管理工作。目的在于：帮助企业建立完整的设备基础档案；帮助企业规范设备预防性点检和保养作业标准，提升设备保障能力和使用寿命；帮助企业实现设备状态的实时监控；帮助企业建立设备OEE（设备综合效率）分析，提升设备利用率。其中，设备档案、设备点检、设备维修、设备保养为通用功能模块，MES系统提供灵活的软件平台，由企业相关人员完成设备参数、表单设计、工厂事件的自定义配置和管理；设备状态监控为平台基于合成车间成品罐、灌装包装生产线进行数据采集，实现设备状态监控。

5.7　人员管理

MES系统人员管理功能的目标：规范员工岗位资质管理，保障产品质量和生产安全；加强员工考勤与实际工时管理，规范劳动纪律；细化生产人员生产效率、质量统计，为人员绩效考核提供依据；提供量化数据，建立公平考核机制。

5.8　系统集成

系统集成的方法有很多，本项目采用中间数据库+Restful API方式与各信息化系统（Java、C#等高级语言开发）进行交互；采用中间数据库+OPC方式与各组态软件系统（PLC、WinCC、SCADA）进行交互；采用仪表数据采集模块与动力辅助车间各仪器仪表数据进行采集。

5.9　看板管理

看板具有强大的实时分析引擎和丰富的分析内容，因此能够实现数据的集成；而且当系统中有用户需要可操作性智能时，随时可以为其提供。通过看板内容，可以纵观整个车间系统，监控生产过程是否违反六西格玛或其他标准，找出问题根源，在必要时采取措施予以纠正。根据特定的组织需求可以配罝看板中显示的关键绩效指标（KPI）；警报可用于提高绩效,从而实现卓越制造。企业将会根据目标来进行生产,每年节约的生产成本和提高的产品质量都将高于行业的平均水平。

5.10　手持终端管理

满足个性化自定义业务操作、信息录入、查询等移动需求，具体需要实现的移动端的录入、查询功能，无纸化目标在项目蓝图设计阶段定义。

6　MES系统工作流程

总体业务流程描述了MES系统每个功能模块间是如何协同、配合完成生产过程执行管理的，可以让客户对MES系统的功能作业有一个直观的认识和感受。

MES系统总体业务流程如图4所示。

图4 MES系统工作流程

7　应用效果

MES系统在个性化洗涤用品与服务智能制造中的研究与应用，为开米实现了智能制造新模式应用，可实现个性化的产品与服务，提升开米品牌的知名度和美誉度。通过项目实施运行，显著提高生产效率20%以上，降低企业运营成本20%以上，缩短产品研制周期30%以上，降低产品不良率20%以上，能源利用率可以提高10%左右。同时开米公司将成为洗涤行业智能化应用的示范企业，提高行业的先进制造水平，带动行业技术进步转型升级。通过提高洗涤行业企业的技术装备水平，缩短行业技术装备与国外的差距，带动轻工行业装备制造商的快速发展。

本项目受工信部智能制造专项项目“个性化洗涤用品与服务智能化制造新模式”资助。

作者简介：

刘峻玮（1990-），男，辽宁沈阳人，工程师，本科，现就职于沈阳中科博微科技股份有限公司，从事信息管理与信息系统相关研究。

参考文献：

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摘自《自动化博览》2021年10月刊