工廠信息化系統(tǒng)（ERP、PLM、MES、WMS）架構(gòu)設(shè)計(jì)與建設(shè)規(guī)劃

0 引言

智能工廠信息化系統(tǒng)需要將現(xiàn)代管理理論、智能制造理論與最新信息化技術(shù)、 自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息物理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)深度融合，通過(guò)科學(xué)規(guī)劃和全面集成企業(yè)設(shè)備單元、生產(chǎn)監(jiān)控、制造執(zhí)行、企業(yè)管理、設(shè)計(jì)研發(fā)等各類(lèi)系統(tǒng)，最終構(gòu)建由智能設(shè)計(jì)、智能經(jīng)營(yíng)、智能生產(chǎn)、智能決策組成的智能工廠。

1 規(guī)劃范圍

基于智能工廠所需的主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，主要有：

（1）ERP （企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)）：它是企業(yè)信息化的核心系統(tǒng)，管理銷(xiāo)售、生產(chǎn)、采購(gòu)、倉(cāng)庫(kù)、質(zhì)量、成本核算等.

（2）PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）：它負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的圖文檔、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)變更、工程配置的管理，為ERP系統(tǒng)提供最主要的數(shù)據(jù)源BOM表，同時(shí)為MES系統(tǒng)提供最主要的數(shù)據(jù)源工藝路線文件。

（3）MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）：它負(fù)責(zé)車(chē)間中生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)信息與設(shè)備的深度融合，為ERP系統(tǒng)提供完整、及時(shí)、準(zhǔn)確的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù) ，是智能工廠的基礎(chǔ)。

（4）WMS（倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)）：它具備入庫(kù)業(yè)務(wù)、出庫(kù)業(yè)務(wù)、倉(cāng)庫(kù)調(diào)撥等功

能，從ERP系統(tǒng)接受入出庫(kù)物料清單和MES系統(tǒng)中接受入出庫(kù)指令，協(xié)同AGV小車(chē)完成物料配送的自動(dòng)化， 實(shí)現(xiàn)立體倉(cāng)庫(kù)、平面庫(kù)的統(tǒng)一倉(cāng)儲(chǔ)信息管理。

2 智能工廠信息化總體架構(gòu)

基于企業(yè)系列標(biāo)準(zhǔn)的支持和企業(yè)級(jí)別的信息安全要求，在信息物理融合 系統(tǒng)（CPS）的支持下，構(gòu)建智能設(shè)計(jì)、智能產(chǎn)品、智能經(jīng)營(yíng)、智能服務(wù)、智能生產(chǎn)、智能決策六大系統(tǒng)。其中，通過(guò)服務(wù)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)設(shè)施、設(shè)備、組織、人互通互聯(lián)， 集計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)、感知系統(tǒng)一體化，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的安全可靠、實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)感知和控制；同時(shí)通過(guò)企業(yè)信息門(mén)戶（EIP）實(shí)現(xiàn)與客戶、供應(yīng)商、合作伙伴的橫向集成（如協(xié)同商務(wù)和信息共享），以及實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的縱向集成（如不同系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)協(xié)同）。構(gòu)建的智能工廠總體框架如圖1所示。根據(jù)信息化系統(tǒng)規(guī)劃范圍及建設(shè)相關(guān)要求，本文參照智能化工廠的總體框架，構(gòu)建符合企業(yè)業(yè)務(wù)特點(diǎn)的信息化系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。

圖1智能化工廠的總體框架

圖2 信息化系統(tǒng)架構(gòu)

3 信息化系統(tǒng)規(guī)劃的主要內(nèi)容

3.1 ERP系統(tǒng)

3.1.1功能和目標(biāo)

ERP系統(tǒng)著重解決物料臺(tái)賬、合同、計(jì)劃、采購(gòu)、成本等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：

（1）提升管理概念。由定性管理轉(zhuǎn)變?yōu)槎抗芾?；由單一的職能式管理轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源式管理。

（2）理順管理流程。理順和制定適應(yīng)單件小批量加工裝配型企業(yè)的生產(chǎn)管理 程流程，規(guī)范生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)中的各類(lèi)票據(jù)，根據(jù)崗位說(shuō)明書(shū)制定相應(yīng)的操作制度及條例。

（3）實(shí)現(xiàn)物料配送，建立缺件報(bào)警制度。將領(lǐng)料制倉(cāng)庫(kù)變成配送制倉(cāng)庫(kù)，在裝配前做缺件分析，推行缺件報(bào)警制度。

（4）有效控制庫(kù)存。提出配套庫(kù)存的管理思想，努力降低庫(kù)存中長(zhǎng)短件的比例。

（5）降低成本。從限額發(fā)料、控制庫(kù)存、縮短生產(chǎn)周期等方面降低生產(chǎn)成本。

（6）縮短生產(chǎn)周期。通過(guò)提高設(shè)計(jì)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)工程變更的反應(yīng)速度、提高裝配中物料的齊套率、減少生產(chǎn)裝配中停工待料的時(shí)間和縮短采購(gòu)周期等措施，實(shí)現(xiàn)縮短成品的生產(chǎn)周期。

（7）建立生產(chǎn)的可預(yù)見(jiàn)性機(jī)制，包括銷(xiāo)售預(yù)測(cè)、庫(kù)存預(yù)測(cè)、缺件預(yù)測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程預(yù)測(cè)、客戶定單交貨期預(yù)測(cè)、采購(gòu)到貨期預(yù)測(cè)、生產(chǎn)成本預(yù)測(cè)等。

（8）建立生產(chǎn)計(jì)劃的控制和反饋機(jī)制體系，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)生產(chǎn)計(jì)劃的閉環(huán)管理。

（9）建立價(jià)格管理和多層次成本控制體系。建立原材料基準(zhǔn)價(jià)管理體系、零部件/外協(xié)件的定額成本價(jià)、合同的實(shí)際成本計(jì)算體系等，形成完善的銷(xiāo)售報(bào) 價(jià)審計(jì)、采購(gòu)合同價(jià)格審計(jì)、設(shè)計(jì)成本審計(jì)和完工審計(jì)制度。

（10）建立、高速、專(zhuān)業(yè)、準(zhǔn)確的報(bào)價(jià)體系。

（11）最終實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng) 、財(cái)務(wù)一體化管理。

3.1.2 系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃

ERP系統(tǒng)的架構(gòu)規(guī)劃如圖3所示。

圖3 ERP系統(tǒng)的架構(gòu)規(guī)劃

3.2 PLM系統(tǒng)

3.2.1 功能和目標(biāo)

PLM系統(tǒng)著重解決工藝設(shè)計(jì)、圖紙管理、設(shè)計(jì)變更等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：

（1）建立統(tǒng)一、高效、規(guī)范的文控體系，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資料的有效沉淀和有序管理。

（2）建立企業(yè)物料標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，規(guī)范管理物料。

（3）搭建圖文檔管理平臺(tái)和工藝信息管理平臺(tái)，前端支持各類(lèi)CAD數(shù)據(jù)的集成，包括常用的AutoCAD、SolidWorks等數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)對(duì)CAD數(shù)據(jù)的信息提取、在線瀏覽等。

（4）通過(guò)圖文檔管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)安全共享、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化管理，在審批流程方面，實(shí)現(xiàn)電子審批。

（5）通過(guò)工藝信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工藝卡片圖文混排編制、工藝路線的編制，通過(guò)匯總報(bào)表BOM的輸出，支撐生產(chǎn)。

3.2.2系統(tǒng)架構(gòu)

PLM系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 PLM系統(tǒng)架構(gòu)

3.3 MES系統(tǒng)

3.3.1 功能和目標(biāo)

MES系統(tǒng)著重解決生產(chǎn)過(guò)程管控、防錯(cuò)防呆、產(chǎn)質(zhì)量追溯、設(shè)備運(yùn)行等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：

（1）全面集成。承上啟下，完成公司所有與MES系統(tǒng)鏈接的信息化系統(tǒng)（如ERP、PLM等）、自動(dòng)化控制系統(tǒng)（如鈑金、銅排、二次裁線、產(chǎn)線等）和設(shè)備（如實(shí)驗(yàn)設(shè)備等）的無(wú)縫集成，通過(guò)MES系統(tǒng)整合上下游信息流、建立一個(gè)業(yè)務(wù)統(tǒng)一、流程順暢、數(shù)據(jù)規(guī)范的生產(chǎn)管理平臺(tái)。

（2）精益排程。結(jié)合ERP系統(tǒng)建立先進(jìn)的計(jì)劃體系，制定在產(chǎn)能和物資等資源約束條件下的詳細(xì)排程計(jì)劃，統(tǒng)一指揮控制物料、人員、流程指令和設(shè)備等工廠生產(chǎn)資源。

（3）自動(dòng)化物流和物料管理。MES系統(tǒng)應(yīng)覆蓋部分WMS功能，并實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化物流系統(tǒng)（如自動(dòng)化立庫(kù)、AGV小車(chē)等）一道完成生產(chǎn)物流管理，在數(shù)字化工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化自動(dòng)物料流轉(zhuǎn)，MES系統(tǒng)指揮和跟蹤物料流動(dòng)、管理物料消耗、編制物料投料計(jì)劃等，同時(shí)采用工單、批次管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的跟蹤和回饋。

（4）質(zhì)量管理。質(zhì)量管理以生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量信息匯總和控制為核心，建立快速、高效全過(guò)程的質(zhì)量反饋、質(zhì)量處理、質(zhì)量跟蹤

控制，MES系統(tǒng)自動(dòng)生成各類(lèi)質(zhì)量報(bào)告和出廠試驗(yàn)報(bào)告等資料。

（5）生產(chǎn)過(guò)程管理。以全廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立起綜合控制系統(tǒng)，包括電子看板、SCADA系統(tǒng)集成、監(jiān)控中心和Andon系統(tǒng)等，實(shí)時(shí)顯示整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并按照預(yù)先設(shè)定的報(bào)條件，出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)報(bào)警提醒，并采

取相應(yīng)的調(diào)度措施。

（6）設(shè)備管理。對(duì)生產(chǎn)車(chē)間主要生產(chǎn)設(shè)備的使用頻率、運(yùn)行狀況、工時(shí)、定額、能耗、產(chǎn)能等有關(guān)信息進(jìn)行采集和分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的運(yùn)籌管理，以達(dá)到保持設(shè)備完好率、充分發(fā)揮其效能的目的。

（7）統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 ，通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的綜合分析，可以對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，為優(yōu)化組織、提高產(chǎn)量質(zhì)量、提高設(shè)備保障能力、降低生產(chǎn)成本提高強(qiáng)有力的手段，如員工績(jī)效管理、核算計(jì)件工資、設(shè)備效率分等。

（8）移動(dòng)化應(yīng)用。支持手機(jī)、PDA等移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端的派工報(bào)工、接料發(fā)料、數(shù)據(jù)錄入、生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析展示等。

3.3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

MES系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 MES系統(tǒng)架構(gòu)

3.4WMS系統(tǒng)

3.4.1功能和目標(biāo)

WMS系統(tǒng)著重解決實(shí)物倉(cāng)儲(chǔ)、出入庫(kù)、物料質(zhì)檢、組盤(pán)等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：

（1） 實(shí)現(xiàn)原材料、成品、備品備件的出入庫(kù)、調(diào)撥、轉(zhuǎn)換、質(zhì)檢、在庫(kù)等過(guò)程的有效的全方位管控。

（2） 實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)及庫(kù)存實(shí)物信息交互的及時(shí)性和一致性。

（3） 實(shí)現(xiàn)賬務(wù)相符、物料流轉(zhuǎn)及消耗的精準(zhǔn)追蹤、多樣化盤(pán)點(diǎn)功能應(yīng)用。

（4） 底層技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)度。

3.4.2 系統(tǒng)架構(gòu)

WMS系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 WMS系統(tǒng)架構(gòu)

4 結(jié)語(yǔ)

企業(yè)信息化建設(shè)可采取“總體規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，避免出現(xiàn)信息孤島，ERP、PLM、MES和WMS系統(tǒng)是智能工廠信息化建設(shè)的重點(diǎn)，各系統(tǒng)的架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的接口設(shè)計(jì)是信化規(guī)劃的關(guān)鍵，各系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫集成和數(shù)據(jù)交互，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)“智能制造”的最終目標(biāo)。