智能工厂信息系统架构设计-WMS、ERP、MES
导语
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作者：安恒智能科技有限公司 梁华 |
来源：《机电信息》
0 引言
智能工厂信息化系统需要将现代管理理论、智能制造理论与最新信息化技术、 自动化技术、网络通信技术、信息物理系统、大数据技术、云计算技术深度融合，通过科学规划和全面集成企业设备单元、生产监控、制造执行、企业管理、设计研发等各类系统，最终构建由智能设计、智能经营、智能生产、智能决策组成的智能工厂。
1 规划范围
基于智能工厂所需的主要业务系统进行规划建设，主要有：
1）ERP （企业资源计划系统）：它是企业信息化的核心系统，管理销售、生产、采购、仓库、质量、成本核算等.
2）PLM（产品生命周期管理系统）：它负责产品设计的图文档、设计过程、设计变更、工程配置的管理，为ERP系统提供最主要的数据源BOM表，同时为MES系统提供最主要的数据源工艺路线文件。
3）MES（制造执行系统）：它负责车间中生产过程的数字化管理， 实现信息与设备的深度融合，为ERP系统提供完整、及时、准确的生产执行数据 ，是智能工厂的基础。
4）WMS（仓库管理系统）：它具备入库业务、出库业务、仓库调拨等功能，从ERP系统接受入出库物料清单和MES系统中接受入出库指令，协同AGV小车完成物料配送的自动化， 实现立体仓库、平面库的统一仓储信息管理。
2 智能工厂信息化总体架构
基于企业系列标准的支持和企业级别的信息安全要求，在信息物理融合 系统（CPS）的支持下，构建智能设计、智能产品、智能经营、智能服务、智能生产、智能决策六大系统。
其中，通过服务网、物联网将企业设施、设备、组织、人互通互联， 集计算机、通信系统、感知系统一体化，实现对物理世界的安全可靠、实时、协调感知和控制；同时通过企业信息门户（EIP）实现与客户、供应商、合作伙伴的横向集成（如协同商务和信息共享），以及实现企业内部的纵向集成（如不同系统之间的业务协同）。
构建的智能工厂总体框架如图1所示。根据信息化系统规划范围及建设相关要求，本文参照智能化工厂的总体框架，构建符合企业业务特点的信息化系统架构，如图2所示。
图1 智能化工厂的总体框架
图2 信息化系统架构
3 信息化系统规划的主要内容
3.1 ERP系统
3.1.1功能和目标
ERP系统着重解决物料台账、合同、计划、采购、成本等相关管理目标，具体如下：
1）提升管理概念。由定性管理转变为定量管理；由单一的职能式管理转变为资源式管理。
2）理顺管理流程。理顺和制定适应单件小批量加工装配型企业的生产管理 程流程，规范生产流程环节中的各类票据，根据岗位说明书制定相应的操作制度及条例。
3）实现物料配送，建立缺件报警制度。将领料制仓库变成配送制仓库，在装配前做缺件分析，推行缺件报警制度。
4）有效控制库存。提出配套库存的管理思想，努力降低库存中长短件的比例。
5）降低成本。从限额发料、控制库存、缩短生产周期等方面降低生产成本。
6）缩短生产周期。通过提高设计及生产环节对工程变更的反应速度、提高装配中物料的齐套率、减少生产装配中停工待料的时间和缩短采购周期等措施，实现缩短成品的生产周期。
7）建立生产的可预见性机制，包括销售预测、库存预测、缺件预测、生产过程预测、客户定单交货期预测、采购到货期预测、生产成本预测等。
8）建立生产计划的控制和反馈机制体系，实现各类生产计划的闭环管理。
9）建立价格管理和多层次成本控制体系。建立原材料基准价管理体系、零部件/外协件的定额成本价、合同的实际成本计算体系等，形成完善的销售报 价审计、采购合同价格审计、设计成本审计和完工审计制度。
10）建立、高速、专业、准确的报价体系。
11）最终实现公司生产、运营 、财务一体化管理。
3.1.2 系统架构规划
ERP系统的架构规划如图3所示。
图3 ERP系统的架构规划
3.2 PLM系统
3.2.1 功能和目标
PLM系统着重解决工艺设计、图纸管理、设计变更等相关管理目标，具体如下：
1）建立统一、高效、规范的文控体系，实现企业资料的有效沉淀和有序管理。
2）建立企业物料标准库，规范管理物料。
3）搭建图文档管理平台和工艺信息管理平台，前端支持各类CAD数据的集成，包括常用的AutoCAD、SolidWorks等数据格式，实现对CAD数据的信息提取、在线浏览等。
4）通过图文档管理系统平台，实现产品数据安全共享、产品结构化管理，在审批流程方面，实现电子审批。
5）通过工艺信息管理平台，实现工艺卡片图文混排编制、工艺路线的编制，通过汇总报表BOM的输出，支撑生产。
3.2.2 系统架构
PLM系统架构如图4所示。
图4 PLM系统架构
3.3 MES系统
3.3.1 功能和目标
MES系统着重解决生产过程管控、防错防呆、产质量追溯、设备运行等相关管理目标，具体如下：
1）全面集成。承上启下，完成公司所有与MES系统链接的信息化系统 （如ERP、PLM等）、自动化控制系统（如钣金、铜排、二次裁线、产线等）和设备（如实验设备等）的无缝集成，通过MES系统整合上下游信息流、建立一个业务统一、流程顺畅、数据规范的生产管理平台。
2）精益排程。结合ERP系统建立先进的计划体系，制定在产能和物资等资源约束条件下的详细排程计划，统一指挥控制物料、人员、流程指令和设备等工厂生产资源。
3）自动化物流和物料管理。MES系统应覆盖部分WMS功能，并实现与自动化物流系统（如自动化立库、AGV小车等）一道完成生产物流管理，在数字化工厂内实现无人化自动物料流转，MES系统指挥和跟踪物料流动、管理物料消耗、编制物料投料计划等，同时采用工单、批次管理，实现对物料的跟踪和回馈。
4）质量管理。质量管理以生产过程质量信息汇总和控制为核心，建立快速、高效全过程的质量反馈、质量处理、质量跟踪
控制，MES系统自动生成各类质量报告和出厂试验报告等资料。
5）生产过程管理。以全厂数据采集系统为基础，建立起综合控制系统，包括电子看板、SCADA系统集成、监控中心和Andon系统等，实时显示整个生产过程的各种现场数据，并按照预先设定的报条件，出现异常情况应及时报警提醒，并采
取相应的调度措施。
6）设备管理。对生产车间主要生产设备的使用频率、运行状况、工时、定额、能耗、产能等有关信息进行采集和分析，对设备进行全面的运筹管理，以达到保持设备完好率、充分发挥其效能的目的。
7）统计分析。对实时数据进行统计分析 ，通过对大量数据的综合分析，可以对生产运行情况进行有效评价，为优化组织、提高产量质量、提高设备保障能力、降低生产成本提高强有力的手段 ，如员工绩效管理、核算计件工资、设备效率分等。
8）移动化应用。支持手机、PDA等移动终端，实现移动端的派工报工、接料发料、数据录入、生产进度跟踪、实时统计分析展示等。
3.3.2 系统架构
MES系统架构如图5所示。
图5 MES系统架构
3.4 WMS系统
3.4.1 功能和目标
WMS系统着重解决实物仓储、出入库、物料质检、组盘等相关管理目标，具体如下：
1） 实现原材料、成品、备品备件的出入库、调拨、转换、质检、在库等过程的有效的全方位管控。
2） 实现ERP系统、WMS系统及库存实物信息交互的及时性和一致性。
3） 实现账务相符、物料流转及消耗的精准追踪、多样化盘点功能应用。
4） 底层技术应用，实现自动化调度。
3.4.2 系统架构
WMS系统架构如图6所示。
4 结语
企业信息化建设可采取“总体规划、分步实施”的原则，避免出现信息孤岛，ERP、PLM、MES和WMS系统是智能工厂信息化建设的重点，各系统的架构和功能设计以及系统间数据的接口设计是信化规划的关键，各系统应实现信息的无缝集成和数据交互，以实现企业“智能制造”的最终目标。
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