Equipment Manufacturing Technology No.02，2018
通过MES 制造管理信息化项目实施，建立制造企业生产过程执行系统（面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统）。实现为企业提供包括制造
底层数据采集分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。
1M E S 系统业务框架
MES 必须基于优秀的管理业务流程，纵横全面
考虑。纵向采用目前国际通用的三层结构，横向贯穿研发、供应链、制造、营销整个价值链过程。构建步骤
可分布实施，但必须基于整体架构，否则会出现信息孤岛、信息烟囱、难以整合等问题，
不利于公司整体协同。
1.1公司信息化业务三层架构
西方企业的信息化是沿着MRP/MRPII/ERP 这条路径走下来的，发展过程中存在着一定的问题。美国AMR 通过对大量企业的调查发现，
现有的企业生产管理系统普遍以ERP/MRPII 为代表的企业资源管
理软件为主，如果没有公司自动化技术、现场监控系统等的有效支持，往往陷入集成与应用两层皮的尴
尬境地，
最后导致失败。1992年AMR 提出了三层的企业信息化模型。目前，这三层结构模型已经是公认的企业信息化模型。
企业信息化三层模型包含企业资源计划ERP 、
执行系统MES 、过程控制系统PCS 等三个层级，是一个贯彻“计划—执行—控制”的有机整体。企业资源
计划ERP 面向资源计划，
执行系统MES 面向现场执行，过程控制系统PCS 面向过程控制。其中，MES 是一个承上启下的系统，一方面连接底层的工程控制，一方面连接高层的资源计划，是确保企业信息化成功的基础和关键。企业信息化三层结构模型如图1
所示。
1.2贯穿整个价值链的信息化业务架构
执行层面的信息化包含研发PDM 、供应链SCM 、制造执行系统MES 和客户关系管理CRM.模块与模
块之间考虑预留标准接口，可与ERP 、办公协同OA 和底层的控制对接。如图2所示。
浅谈构建工厂级M E S 系统四大框架
林大明，卢政毅，
黄圣龙（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）
摘要：通过MES 系统（生产过程执行系统），可为企业提供包括制造数据管理、计划派工管理、生产调度管理、质量管理、设备管理、看板管理、生产过程控制、底层数据采集分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。
关键词：MES 系统；业务架构；技术架构；软件架系统构中图分类号：TH 164
文献标识码：A
文章编号：1672-545X （2018）02-0252-07
收稿日期：2017-11-10
作者简介：林大明（1989-），男，广西人，助理工程师，工学学士，主要从事质量管理、MES 系统及QIS 质量管理系统设计及应用管理等。
图1企业信息化三层结构模型
企业资源计划
执行系统
过程控制系统
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1.3M E S 系统五个层次
MES 本质上是对制造过程中信息流的管理，
根据制造信息的特点，将信息流分为平台、计划信息流（计划流）、产品信息流（产品流）
、作业信息流（作业流）和物料信息流（物流）5个层次，涵盖了制造过程的各个管理环节。如图3所示。
平台：平台是MES 系统的基础模块，
是MES 所有功能模块的基础支撑。MES 平台包括基础数据、智能BOM 、信息发布中心、权限管理和电子看板系统等管理平台。
计划信息流：是计划信息的流向，
贯穿从客户订单到交付的整个过程，也是制造过程组织的依据。产品信息流：产品信息流是指产品流动过程的信息流，是产品制造过程中实物流动的源头。贯彻产品流的信息流包括产品跟踪、
产品追溯和产品存储等。作业信息流：作业信息流是指产品制造过程中
的作业信息流。作业流包括工位管理、设备管理、暗灯系统、质量管理、效率管理系统等。
物料信息流：物料信息流是指物料流动过程中
的信息流，通常由产品流拉动，贯穿物流计划、物料存储、物料配送、物料追溯、产品跟踪（产品电子档
案）等环节。
2M E S 系统硬件技术框架
基于“企业信息化架构理论”
设计的制造管理信息化平台架构，可以解决架构服务器分散，维护困
难、数据安全无法保障及现有信息系统数据独立、
共享不畅等问题，并且具备灵活扩展、维护方便、
数据安全、遇到故障灵活切换等特点。基于
“企业信息化架构理论”设计的新的系统架构，采用先进的IT 技术，完全满足公司未来信息化规划的需求。2.1网络及硬件架构
网络及硬件架构主要由服务器、
生产线、物料配送区、仓库及其他应用客户端等组成。2.1.1服务器
数据库服务器与应用服务器分离，确保数据的安全性，避免应用服务器出现问题影响数据的安全。通过交换机连接不同的数据库服务和应用服务器进行各种业务处理，支持越来越高的业务连续性要求。
数据库服务器与应用服务器使用服务器集与数据库高可用组双机容错系统作为双机热备方案，该方案具备以下特点：
1）服务器、网卡、电源模块等关健设备全部使用冗余设计，无单点故障；
2）双机软件快速反映，
错误检测时间小于10s ，故障切换及恢复时间一般在10~20s ；
3）双机软件GUI 与Server 分离，可随时中断GUI 而不影响Server 的运行；
4）支持JOB 和BRING IN/BRING OUT 、在一台SERVER 上停止JOB 不会导致FAILOVER ；在同一块网卡上建立多个活动的IP 地址，支持多个JOB 的运行；
5）自动切换：当系统出现故障时
（如：系统宕机、HA 进程/应用进程被杀掉、RS-232、SCSI 、光纤、
网络线缆断开），RoseHA 将确定故障原因，
并采取相应对策，并将这些应用切换到备份服务器上，而故障服务器中未受影响的应用不会被切换，既不会受任何影响，更不需要系统管理员干预。2.1.2生产线
每条生产线配置一台现场服务器，现场服务器使用工业一体机电脑，满足生产线现场的严苛环境要求，现有生产线每个工位采集及录入的数据都存储在现场服务器，并通过网络同时上传到中心机房的数据库服务器上，有效解决现有生产线现场服务
器易发故障及维护困难，数据独立存储导致的数据
共享不畅及数据安全无法保障的问题。
图2企业信息化业务架构
系统
集成
应用系统
企业资源计划
供应链
研发
制造
营销
制造执行系统客户关系管理
产品数据管理供应链管理标准接口技术
办公自动化
计算机辅助技术
现场总线技术
自动控制技术
自动仓储技术
传感技术
技术升级
图3M E S 业务架构图
计划流
作业计划
产品流
作业流
接收计划
采购计划
生产计划
订单计划
销售计划
工位管理质量管理暗灯管理设备管理效率管理
产品跟踪
物料追溯
基础数据
拉动物料存储
排序智能BOM
索取
电子看板
产品存储及发运管理
物流
平台
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2.1.3物料配送区
物料配送区的配送计算机通过网络，实时的获
取生产线各个工位的物料需求，通过LCD 看板显示或者系统播放声音信息及时通知配送人员把所需的
物料配送到生产线。
2.1.4仓库及其他应用客户端
仓库及其他应用客户端通过无线及有线网络与
中心机房应用服务器相连，通过PAD 、者客户端PC
或移动设备，灵活使用应用服务器上部署的业务功
能模块。
3M E S 系统软件技术框架
此次搭建的MES 系统软件系统架构图如4所示。
3.1软件系统架构基本环境需求3.1.1NET 框架
要求.NET Framework 4.5及以上版本。3.1.2WEB 开发框架
ASP.NET MVC 5：ASP.NET MVC 是微软官方提
供的以MVC 模式为基础的ASP.NET Web 应用程序（Web Application ）框架，ASP.NET MVC 5为其最新版本。
3.2软件系统架构描述
1）基于依赖注入（IOC ）设计模式及依赖注入框架Ninject 设计，使数据访问接口层不依赖具体的实
现，可以方便适应不同的数据库系统
（MSSQL 、MySql 、Oralcle 等）。
2）基于依赖注入（IOC ）设计模式及依赖注入框
架Ninject 设计，可以灵活的应付已有业务的更新和
改进要求。
3）基于ASP.NET WEB API 2的插件式数据访
问接口（API ）服务，不仅可以方便的为其它系统提供
数据，还可以让系统灵活地使用不同的前台框架（HTML 、
Winform 、WPF 、IOS 、Andorid 等），应对不同操作环境需求。4）基于ASP.NET MVC 5的插件式框架，可以灵活实现移除过时的业务功能及增加所需的新的业务功能。5）基于微软成熟的.NET Framework 4.5、ASP.NET MVC 5及ASP.NET WEB API 2框架技术，支持大用户量并发使用（在普通服务器下支持2000-5000并发）。
6）框架提供完整的错误日志记录，遇到问题能通过日志快速定位和解决。
7）插件式框架轻松应对系统部署和升级，
在应用服务器上把框架部署完成后，只需要将实现业务
功能的插件文件拷贝到框架的插件文件夹下，就可以立即使用新的业务功能；如果需要移除业务功能，只需移除对应的业务插件文件即可。
电力拖动方案是电气控制原理图设计及电器元
件选择的依据。本设计作为实训装置，主要促进企业新员工掌握电动机常用的控制电路，使企业新员工增加感性认识，因而不考虑进行电力拖动方面的实训，达到培训演示效果即可。4M E S 系统功能框架
根据公司信息化整体规划，结合发动机装配公
司的实际业务，
本阶段引入MES 系统的主要功能，功能包含基础数据、产品电子档案、
质量过程控制、工位管理、暗灯系统、物料配送、效率管理、设备管理相关内容。4.1基础数据
基础数据是MES 系统运行的基础。
1）产品基础数据：包括产品系列、
产品状态、产品代码、工艺路线主要模块。
2）物料基础数据：包括物料类型、BOM 、供应商
信息的管理。
3）质量基础数据：定义各种质量指标、
检测项目以及对于检查数据数据的边界值。
4）设备基础数据：设备台账管理。
5）基础数据还包括：车间生产线及工位、
班次和工作时间、员工和部门以及权限管理等功能。4.2产品电子档案管理系统
MES 系统对产品信息采集、分析处理，为每一台
发动机建立电子档案，提供便捷的查询等功能，满足
图4M E S 系统软件系统架构图
ASP.NET MVC 5Folin Web Framework View
Plugin-1
Unit Tests for Controller
Controller Plugin-1
Logger Unit Tests for
Web API Service （ Web API Plugins+IOC （Ninject ））Plugin-1Plugin-2Plugin-N
Unit Tests for
Data Access
IOC （Nin ject ）+Business Logic
Models IOC （Nin ject ）+Data Access Interface
Database
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生产作业、产品追溯等业务需求。
（1）档案内容：根据生产及追溯业务需求，设计产品电子档案包含主要内容及信息来源如下表1所列。
（2）数据采集
数据采集方式选择原则：
准确、方便、快捷。MES 平台优先选择自动采集的方式，减少手工录入环节，降低出错几率，提高效率及数据实时性。
主要的数据采集方式有：
1）数据库接口（自动采集）；2）文件传输接口（自动采集）
；3）设备OPC 接口（自动采集）；4）RFID 自动识别（自动采集）
；5）条码（一维、二维）
扫描录入；6）手工录入。
现场数据采集见如图5所示。
现场操作PC 通过网络与应用服务器、数据库服务器相连，扫描/录入质检信息、追溯物料信息等，连同对应的发动机状态号、操作员、
工位、操作时间等信息经过处理后保存到数据库服务器，供查询、分析、追溯用。
现场服务器运行着OPC 服务，现场服务器通过
OPC 接口与RFID 识别系统等PLC 控制的自动化设备相连，实时获取PLC 信息，并保存到数据库服务器。如图6，当托盘经过RFID 读写单元的感应区域时，托盘RFID 中存储的状态号被自动识别，该状态识别号以及读写头单元地址通过PLC 传送到OPC 服务器。OPC 服务将读写单元地址转化成对应的工位编号，连同读取的时间保存到数据库服务器。工位是操作PC 从数据库服务器获取到发动机相关信息，实时显示出来。
热测试台等测试、测量设备完成操作后，测试测量结果保存到现场服务器，MES 系统则可以通过数据库接口获取上述测试测量数据，保存到产品档案记录供查询、分析、
追溯。（3）产品档案报表
软件具备模块查询功能，
分精确追溯零件、批次追溯零件、拧紧设备、测量设备、热试磨合、发动机返修、总成查询等7大模块进行布置，可按发动机号、零件号、工位号、工位名称、操作者、生产时间等单条件或多条件查询，可按查询内升序或降序进行排序；
电子档案以Excel 表格、PDF 等格式保存，并可自动实时打印。
电子档案数据与公司内网连接，可分权限查询和打印。
产品电子档案数据库结构开放式，便于二次开发。
4.3质量过程控制系统
质量管理信息系统构建全面基于整个质量管理图5M E S 数据采集服务器架构
应用服务器
数据服务器
主干网络
现场服务器工业以太网
工业以太网
上/下线扫描跟踪精确追溯件装配确认人工质检信息录入批追溯件扫描录入RFID
识别跟踪
测量设备热试台
冷试台
拧紧机表1产品电子档案内容
序
号档案内容数据来源
1产品基础信息发动机的生产系列号、型号、状态号、指令编码、配置信息等。来源于关联的产品
基础数据
2
产品生产信息
1、对应的订单号，状态号、指令编码、排产时间、班次、生产线等
2、上线、下线时间、工位操作时间、操作工人等1、关联的计划信息2、现场操作PC 扫描记录/FRID 自动采集
3
产品测量数据
曲轴回转力矩值、曲轴轴向间隙值、整机泄漏测试值、缸盖泄漏测试值、冷试测试值、气门锁夹检漏数据、气门试漏值、气门间隙测量值、曲轴后油封压装压力等通过测量设备数据接口自动获取
4拧紧力矩
主轴承盖螺栓、连杆盖螺栓、缸盖螺栓、飞轮螺栓、离合器盖螺栓、曲轴下体连接螺栓、凸轮轴轴承盖螺栓、机油盘螺栓、前罩壳螺栓、火花塞、VVT 总成螺栓、曲轴皮带轮螺栓等拧紧力矩，包括缸盖螺栓返修、主轴承盖返修、连杆盖螺栓等返修拧紧力矩通过拧紧机设备数
据接口自动获取
5选配组别主轴瓦、连杆瓦、挺柱选配组别
现场操作PC 扫描录入
6
零部件信息
物料编码及名称、供应商编码及
名称、生产序列号（或生产批次），包括精确追溯物料和批量追溯物料。追溯物料清单可灵活配置，增加或减少。
现场操作PC 扫描物料条码或物料批次条码录入7
发动机热磨合测试信息
发动机热磨合测试分析结果（OK /NOK ）、测试数据（详细工况）、机油齿轮油加注量、故障信息、发动机总成维修，测试时间，测试台编号等信息等；
通过热测试台数据
接口自动获取
8返修记录
1、返工合格零件的记录（在哪个工位发现的不合格，返工合格后重新上线的时间，如是自动工位发现不合格则还有不合格项目）
2、经返修站或总成返修更换后的零件信息
现场操作PC 扫描录入
9质量检查信息在项目深度调研阶段确定具体检查信息，包括检查信息明细、检查结果、检查人员、检查时间等。
现场操作PC 中录入
10装配结果发动机总成装配结果（OK/NOK ），包括：发动机状态号、装配结果、记录人、记录时间等。现场操作PC 录入11
其他
其他装配所需记录追溯的数据，双方在项目深度调研阶段确定具体数据。
根据具体数据确定数据采集方式
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业务系统如图6所示。质量管理业务体系包含质量系统管理、早期集成设计、精益制造工程、制造程序认证、质量标准、质量信息、过程质量管理、质量改善等几个核心模块。
制造过程过程控制模块包含预防、检测和遏制三个层次，遵循PDCA 管理循环，本期信息系统构的业务内容包含检验数据采集接口、质量实时监控
SPC 、响应与返修、质量改善清单、
质量自働、质量追溯、质量查询、质量报告体系。业务模型如图7所示。
质量过程管理基于以上业务逻辑，设计本期的
IT 架构，
如图8所示。包含数据采集、质量信息统计分析与存储、质量过程遏制、质量追溯、
过程改进、质量决策报表和质量查询七个功能模块。
4.4工位管理系统
工位管理主要包括工位的生产派工功能、操作标准化SOS 和物料索取，在工位操作PC 上的系统界面，可以灵活切换这三个功能。同时工位管理系统还
支持扩展其他管理功能，
如设备点检、工位5S 标准、工位安全人等。4.5暗灯系统
暗灯（Andon ）系统是当生产线出现问题需要其他
人员支持解决时，将生产线停下来，等到将问题解决
后再重新启动生产线的一套装置。
这样可以使问题不往后流动，有效地提高了过程质量。
同时，它也大大促进了团队合作、问题解决。暗灯系统主要作用：
1）贯彻“不接受、不制造、
不传递缺陷”的三不原则，不让缺陷流到下工序；
2）拉动管理人员快速响应现场，
贯彻现场、现物、现实的三现主义；
3）促进团队合作与高效问题解决；
4）记录暗灯事件信息、统计、
分析，为问题改善提供决策依据。4.6物料配送系统
MES 的物料配送功能：主要实现从仓库到物料配送区、仓库到生产线、物料派送区到生产线的物料
配送管理，支持物料索取、
电子拉动、排序送料多种配送方式，同时可以与WMS （仓储管理系统）对接，实现仓储数字化管理。
本阶段MES 项目主要应用到物料索取的配送方
式，通过工位的物料索取系统，
操作工人向配送区域发出物料需求信息，传送到物料配送计算机，
并在电子看板上显示，同时打印配送单，
指导送料。如9图所示，物料配送系统可以支持多个工位索取功能，满足增条生产线的物料索取-配送需求。物料索取信息经服务器处理后，形成完成的物料需求信息，传输到物料配送电脑。
图6质量管理系统业务模型图
质量组织与职责质量资源分布供应商质量管理ISO9000TS16949
预防检测遏制
质量信息前馈/反馈质量信息拉动系统质量报告
产品质量标准质量检验SOS 边界样本
过程质量管理
精益制造工程
质量信息
制造程序认证
质量标准
早期设计集成
质量改进
质量系统管理
质量课题改善QCC 8D/6siegma
设计面向制造质量先期策划
柔性物流人机工程
工程参数认证工位制造认证工序能力认证
图7业务模型
过程质量管理业务模型
日报体系
遏制
过程控制
查询决策
运营管理质量KPI 管理/质量BPE
质量查询
月报体系
周报体系实时监控SPC 首件
响应返修初物管理断点管理互检全检巡检
受控发运早期质量遏制改善清单质量
追朔质量自働班组长3*3*3一分钟检验
质量
巡查质量确认站检测
过程检验
预防P
研发/工程质量
质量标准质量控制计划（制造过程控制模块）FLOW CHAT
作业指导书边界样本产品特性标准
FMEA
SOS/JES
量测系统BOM
过程能力基
础输入
产品
过程A
D
C
图8质量过程控制I T 架构简图
6.质量决策报表
7.质量查询
质量部
生产部其他管理者
及、高层
质量电子看板3.质量过程遏制
批量锁定质量自働返修控制出货控制参数监控质量暗灯
4.质量追溯
5.过程质量改进
2.质量信息统计分析与存储
1.质量信息采集工序
1
工序2
工序-工序n
柳州五菱256
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