文献标识码：B文章编号：1003-0492（2022）12-062-04中图分类号：TD948.9

★  殷和国，刘文玉，张树齐（济南希润自动化科技有限公司，山东济南250000）

摘要：定制化制造执行系统（MES）作为4公斤干粉灭火器自动化生产线项目配套的信息化工程，目标是实现干粉灭火器生产过程的可视化、数字化和精细化，进而优化生产流程、提高企业管理水平及打造先进的数字化生产车间。

关键词：MES；干粉灭火器；应用

根据公开数据统计，2021年我国灭火器市场规模达到60亿元人民币^[1]。按企业数量占比估算，山东省规模在7～8亿元人民币左右。

根据中研普华的预测数据，灭火器的需求年复合增速在10%左右^[2]，需求量逐年增加，同时，生产企业已经暴露的“招工慌”也在逐年加剧。一方面生产企业扩大生产规模，适应市场需求变化，另一方面招工困难，必然将企业的生产引向少人化、自动化和智能化的方向发展。而实现智能制造的核心是生产过程的数字化，实时数据是整个工厂生产和管理系统的基石^[3]，犹如人体之血液。数字化、智能化和透明化工厂需要实现产品的数字化设计、数字化制造、经营和服务业务过程数字化管理，以及综合集成优化。

1 现状及存在问题

通过对山东省的灭火器生产企业的调研可以看出，整个山东省的灭火器生产基本上属于人工作业模式，仅个别企业实现了半自动化生产，而整个行业自动化水平偏低，普遍存在以下管理方面的痛点和难题：

（1）生产过程管理水平低：生产数据均由手工填报误差较大、受人的影响大数据不真实、上传下达的信息处理速度慢、执行情况反馈不到位等问题突出。同时，各类文档的手工填写、录入、审核、打印及存档，不仅浪费大量的人力和物力，管理成本高，而且无法进行查案，出了问题，时间往往都浪费在查卷宗上，管理效果不佳。

（2）工序间形成“信息化孤岛”：车间各环节的信息输出方式不同，没有统一的数据管理，造成信息的前后断档现象严重，各工序之间形成了各自独立的操作，没有连贯性。“信息化孤岛”的存在无法实现数据的实施交互，使得前后数据出现严重的滞后性，影响各类数据的进一步利用。

（3）生产信息的利用程度偏低：手工录入的原始数据需要专门的人员再次录入才能进行比对分析，形成统计报表或者曲线。这样的工作不仅工作量大，而且容易形成二次数据错误，这就导致大部分企业的原始数据仅仅进行简单汇总和存储，无法形成数据对比表或图，更无法形成预测曲线，因而导致管理层决策的及时性和正确性出现偏差。

为解决以上问题，4公斤干粉灭火器自动化生产线项目配套了有针对性的信息化工程-干粉灭火器制造执行系统（MES）。该信息化系统对整个生产工艺从钢材卷板成型、冲压、焊接、检验、喷涂、灌装、充气水检、暂存、装箱、码垛、储存的多种设备实现控制及运行状态采集、显示和分析，并对生产流程实现物料管理、资源管理、质量管理、问题追溯和运营报警，具有自动数据监测、计算机监控管理、画面参数提示、报警、数据记录、趋势分析和打印报表等功能。

2 干粉灭火器制造执行系统的架构及组成

2.1 干粉灭火器制造执行系统的架构形式

干粉灭火器制造执行系统作为干粉灭火器自动化生产线项目配套的信息化工程，目标是实现干粉灭火器生产过程的可视化、数字化和精细化，进而优化生产流程、提高企业管理水平及打造先进的数字化生产车间。干粉灭火器制造执行系统的架构如图1所示。

图1 干粉灭火器制造执行系统的架构

2.2 干粉灭火器制造执行系统的功能组成

该系统是一套完整的针对4公斤干粉灭火器生产线订制开发的专业平台，在内容上主要包括设备参数采集、生产数据实时交互、生产信息可视化、专家数据库、数据查询、设备协议定制开发和PDA小程序（App）开发。软件功能模块组成如表1所示。

表1 干粉灭火器制造执行系统的功能组成

2.3 干粉灭火器制造执行系统的底层设备

为保证该管理系统正常运行，需要一系列底层设备的支撑，如图2所示，主要包括激光打码机、小字符喷码机、PDA、机器人控制器、各类传感器、PLC、智能相机、网络柜及网络设备、主控服务器及工作站、标签打印机、车间大屏、一体机、LED屏等。

图2 干粉灭火器制造执行系统的底层设备一览

3 干粉灭火器制造执行系统功能模块及实现

干粉灭火器制造执行系统主要功能模块包括：订单管理模块、质量管理模块、报警管理模块、设备管理模块、能源管理模块、看板模块、追溯管理模块、系统管理模块、PDA模块等。

3.1 追溯管理（一物一码管理）模块

追溯管理模块通过灭火器瓶体底部二维码对单个灭火器产品赋予追溯码，实现灭火器“身份证”赋值，一物一码，与灭火器全生命周期内的生产全程关联（如图3所示），对产品的生产、仓储、分销、物流运输、售后服务等环节进行数据采集跟踪，实现产品生产环节、销售环节、流通环节和物流环节的全生命周期管理。

图3 生产过程全程一物一码关联

3.2 质量管理模块（配合PDA功能模块）

质量管理模块根据4公斤干粉灭火器的生产工艺，配合现场采集设备及PDA功能模块实现全过程的质量自动检测、数据整理、统计和分析并形成报表。（图4在文中未有表述）

图4 质量管理模块分类表

3.3 设备管理模块

设备管理模块是针对不同的设备种类和标准等内容进行在线配置，如图5所示，不仅拥有设备的全周期管理、设备数据监测、设备维护管理、点检表、设备备件管理、设备文档管理等众多模块，还能够实时采集设备数据，做到实时与管理并行。

图5 设备管理模块

3.4 能源管理模块

效能管理模块，内嵌牛顿1.0物联网操作系统，通过创建各种机床、焊接机器人和设备的数学模型，结合实时采集的各传感器的信号统计每天的能耗^[4]。

（1）设备电能采集颗粒度要精确到单台设备—使用效能管理模块，单模块可采集两路三相电能。

（2）采集环境状态（温度、湿度等）—通过加装环境监测传感器。

（3）用气、用水的采集—通过加装流量传感器。能源管理职能及作业界面如图6所示。

图6 能源管理职能及作业界面

3.5 可视化（看板）管理模块

可视化管理模块分为生产中订单、喷涂系统、焊接机运行状态、能源检测、报警信息、焊接工序、灌粉质检和带保养设备八个功能区，如图7所示，主要用于监控当前车间生产运行状态。

图7 可视化看板

3.6 其他管理模块

订单管理模块：用于查询、录入、中止和导出生产订单，可以查看冲压工序、焊接工序、气密性检测和灌粉工序的每日产量。

系统管理模块：系统管理模块用于用户管理、系统进入、修改密码和帮助内容的管理等。

PDA模块：在质量检测区域人工检测发现不合格产品时，使用PDA扫描瓶体二维码，记录不合格质量问题并下线处理；经过人工加工合格后的产品，扫描瓶体二维码后投入生产线，继续加工；产线末端配合PDA客户端，将灭火器瓶体二维码与公安贴（红、黄标签）二维码进行三码绑定，再将客户提供的包装箱码信息和已装灭火器瓶体二维码进行绑定。

4 干粉灭火器制造执行系统在企业的应用效果

干粉灭火器制造执行系统实现4公斤干粉灭火器生产过程中的物料管理、资源管理、质量管理、问题追溯和运营报警，极大地减少了生产过程中人为因素影响，保证了原始数据的准确性和传递过程的数据一致性，极大的提高了数据利用率和数据来源的稳定性。

通过干粉灭火器制造执行系统的稳定运行，形成了大量的生产过程数据，既可以做到数据自动录入、整理和存档，又可以实时形成趋势曲线和预测曲线，并通过图表等可视化效果展示，有效地降低了对管理人员工作经验的依赖。同时直观的对比数据（或曲线）可以提供更直接的决策数据依据，使管理层决策更准确。

随着干粉灭火器制造执行系统的应用，基本做到车间的数字化管理。例如设备的点检和维保记录等信息均在系统中有电子存档，每台设备的点检和维保信息一目了然，提高了车间对设备的精准维护和管理水平。又例如通过“一物一码”的身份证信息，可以直观地查找每一具灭火器的生产信息，特别是有缺陷的产品，通过数据库的统计分析，可以直接落实到哪台焊接机焊接和哪个检验员检验，直达产生问题的源头，大大提高了溯本求源的能力。

5 结束语

MES系统^[5]是常见于现代工厂的信息化平台，数据层级一般处于制造设备和企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning，ERP）系统的中间平台。在生产效率监控方面，MES的数据报告具有生产透明度，设备综合效率（OverallEquipmentEffectiveness，OEE）分析，是衡量企业生产效率的重要标准^[6]。本文介绍了MES的架构和组成，并对各个模块的功能和实现形式进行了探讨，在实际的使用过程中，对企业提升生产管理水平具有非常实用的推广价值。

作者简介：

殷和国（1978-），男，黑龙江大庆人，高级工程师，硕士，现就职于济南希润自动化科技有限公司，主要从事智能制造相关研发工作。

刘文玉（1984-），男，山东济南人，工程师，硕士，现就职于济南希润自动化科技有限公司，主要从事智能制造相关研发工作。

张树齐（1978-），男，河北沧州人，高级工程师，硕士，现就职于济南希润自动化科技有限公司，主要从事智能制造相关研发工作。

参考文献：

[1] 前瞻产业研究院. 2022-2027年中国灭火器行业市场前瞻与投资战略规划分析报告[R]. 2021.

[2] 深圳市中研普华管理咨询有限公司. 2022-2027年中国灭火器行业深度调研及投资前景预测研究报告[R]. 2021.

[3] "中国制造2025" 的核心是实现制造业的数字化、智能化转型升级[N]. 互联网快报, 2020, 12.

[4] 上海明匠智能系统有限公司. 牛顿1.0物联网操作系统说明书[Z]. 2000.

[5] 任德祥. MES应用进展述评[J]. 自动化仪表, 2008 (2) : 1 - 8.

[6] 杨瑞朋, 王翠芝. 制造执行系统中设备效率的研究[J]. 中国设备工程, 2018 (2) : 212 - 213.

摘自《自动化博览》2022年12月刊