MES系统的设备管理模块构建

周卓蓉 1 ，熊先青 1* ，王军祥 2 ，潘雨婷 1

（1.南京林业大学家居与工业设计学院，南京 210037；2.索菲亚家居湖北有限公司，湖北黄冈 438000）

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 摘 要：对MES的内涵特点以及在定制家居企业中的应用现状进行研究，发现MES系统在定制家居企业的设备管理方面仍有欠缺，同时经过调研得出目前定制家居企业的设备管理存在设备信息更新同步慢、事后维修为主和备件管理欠缺三大问题。基于此，根据智能制造车间的设备布局和各工序故障时长的统计确认设备管控的重点是封边设备，并应用ABC分类法对备件进行分级管理；同时建立MES系统的设备管理子系统，由数据管理、点检管理、维修管理和备件管理4个模块构成，通过数据管理实现对设备静态数据和动态数据的管理，通过点检管理实现线上点检功能，通过维修管理实现故障上报、维修记录和结果与评价等功能，通过备件管理实现备件数据库的建立，并根据备件等级的不同实行定期存储或定量存储的管理方法。该系统可提高设备管理的信息化和智能化程度，完善设备管控方法，提升设备生产的连续性，同时为MES在定制家居企业中的深化应用和智能化开发提供参考。

 关键词：定制家居；MES；分级管理；设备管理；备件管理

在定制家居行业中，发展智能制造车间是企业提高自身竞争力的重要途径。其中，制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）作为实现智能制造的重要系统，已在各大定制家居企业的生产中获得应用，帮助企业连接计划层和执行层，并且打破车间设备、排产、质量、数据采集等各类软件的孤立情况，实现车间的数字化、信息化。但目前MES系统在定制家居行业内的应用与研究仍处于初级阶段。熊先青等提出构建MES系统的关键技术；韩静等提出MES系统的功能框架；袁莹莹等提出基于ERP与MES信息交互的揉单排产方案，实现排产效率的提高；方正对MES的质量管理系统进行研究，并建立了一套基于MES的质量管理系统。家具行业MES系统的应用和智能化进程中，学者已对MES的总体构建、揉单排产、质量管控等方面做出一定研究，在设备管理子系统的构建上仍有空缺。基于此，结合定制家居企业中设备管理的实际情况，构建了设备管理子系统，旨在为企业的设备管理方式提供新的解决方案，并为定制家居企业MES系统的智能化应用提供新方向。

 1、MES的内涵与应用 

1.1 MES的内涵与特点

MES的概念最早在20世纪90年代由美国先进制造技术研究中心明确提出，经过各行各业的生产应用，被不断验证与优化，目前已发展成一个涉及生产制造、业务运营乃至战略领域的信息系统，但其核心仍然围绕生产制造展开，在定制家居企业的应用也集中在生产制造方面。MES是一个连接上层计划管理系统和车间级控制系统的信息管控系统，将车间原本使用的排产、设备、质量、数控、数据采集等应用软件进行集成与整合，对车间内的各类信息进行实时采集与分析并做出优化建议，是实现智能制造的重要手段。

MES具有实时性和信息集成的特点，需要实时收集车间内的大量数据，将数据以图表形式展示给操作员与管理员，同时将数据进行分析处理，为生产决策提供建议；MES具有开放性的特点，由于各个行业中的不同企业的生产模式与管理模式都各有不同，所以不同企业中 MES 的构建与实施也有各自的特色，企业构建属于自己的MES系统时，需要经历大量的二次开发工作。

1.2 MES在定制家居企业中的应用

MES在定制家居企业中的基本框架已搭建完成，并且投入应用，企业正在应用中不断探索并深化MES的功能，提高生产过程的响应速度和智能化程度。根据实地调研发现，目前MES在车间的作用最主要体现在车间计划和订单的排产，逐渐取代了原有的排产和订单下发方式。另外，MES与仓库管理系统（Warehouse Management System，WMS）相结合，生产现场人员可以通过MES对生产所需物料和设备维护所需部件进行下单。仓储部门接收到订单后，根据需求进行配送，MES的应用也推动着无纸化办公在定制家居企业的实行，但同时发现MES在设备管理方面应用仍有欠缺。

 2、定制家居企业构建设备管理子系统的必要性 

2.1 定制家居企业设备管理存在的问题

（1）设备信息更新同步慢

在定制家居企业的生产车间中，设备点检采用纸质表单进行记录，设备维修情况通过电子表格或工作群聊的形式记录。除此之外，生产人员同时参与多个群聊进行不同信息的沟通与对接，数据未上传系统，利用数据之前须额外经历统计分析工作。

（2）事后维修为主

定制家居企业设备维修以事后维修为主，即设备出现故障或发现质量问题时，再进行计划外的停机维修，会打断生产节奏，影响生产效率。另外由于封边工序涉及热熔胶的加热熔化与冷却固化，所以突发性的停机对封边工序的生产效率影响更高，从而影响整条产线。

（3）备件管理欠缺

定制家居企业生产车间在备件管理上仍有欠缺，且在实际生产中对备件管理的重视程度不高，定制家居企业设备种类多、数量多，且有部分进口设备，所以企业的备件管理存在零部件种类与数量多、部分零部件采购周期长的现象，提高了企业备件管理难度。当备件库存不足时，会导致设备无法按期完成维修，从而影响产量和质量；当备件数量过多时，是对库房空间和企业资金的占用，限制了企业运行。

2.2 构建设备管理子系统的必要性

定制家居企业MES系统建立设备管理子系统，建立设备状态、点检、维修、数据库，实现设备信息的实时更新；应用数据分析，对设备状态进行监控，乃至对设备故障进行诊断，为事后维修转向计划性保全提供数据支持，与先进管理方法接轨，为先进设备管理方法的开展提供信息化条件；建立备件数据库，对不同备件实施定额存储和定期存储的管理办法，加强对备件的管理，使备件存储数量处于一个适当的区间。

 3、分级管理 

定制家居企业的生产车间中设备数量多、配件数量多，管理人员需要利用有限的精力对最重要的设备和配件进行管控，提高针对性，实现效益的最大化，所以首先需要对设备和配件进行分级管理。

3.1 设备的分级管理

在定制家居企业的智能制造车间中，采用滚筒传输机和皮带传输机将各工序连线进行生产，全程板件不落地，相比普通车间各工序之间采用人工转运的方式，设备之间的关联性更强，任何设备的故障停机对生产效率都有较大的影响。常见的智能制造车间包含开料、封边、钻孔、分拣、包装和质量检验六大工序，其中质量检验在开料、封边、钻孔各工序完成后分别进行，由于各工序设备生产特点和效率的不同，布局时一条生产线一般采用多台电子锯、一套封边机、多台分拣机械手和一台堆垛机、一台码垛机、一台裁纸机、一台封箱机的配置，如图1所示，在智能制造的生产过程中，封边设备和包装设备的故障可能造成整条生产线停产。

图1  定制家居智能制造车间的设备布局图

Fig. 1  Equipment layout diagram of the intelligent manufacturing workshop of customized household enterprises

对定制家居企业某智能制造车间2021年7 ~ 9月各工序故障总时间进行统计，计算各工序故障时间占比如表1所示。由表1可知，封边工序是故障时间最长的工序，所以在定制家居企业的设备管理中需对封边工序件进行重点管控。

表1  定制家居智能制造车间各工序故障时间占比

Table 1  Proportion of failure time of each process in intelligent manufacturing workshop

3.2 备件分级管理

首先对设备内的零部件和备件进行编号，实现零部件和编号一一对应，再应用ABC分类法根据备件是否可替代、使用寿命、采购周期、采购价格等因素将备件分为A类备件、B类备件、C类备件，如表2所示，分别采用重点、一般和简化的管控方式。

表2  备件的ABC分类法

Table 2  ABC classification of spare parts

 4、设备管理子系统的构建 

根据对定制家居企业设备管理功能需求的分析，对MES系统的设备管理子系统进行构建，如图2所示，主要包括数据管理、点检管理、维修管理和备件管理4个功能模块。

图2  定制家居企业MES设备管理子系统架构

Fig. 2  MES equipment management subsystem architecture diagram of customized household enterprises

4.1 设备数据管理

定制家居企业生产车间的设备数据包括静态数据和动态数据两类，静态数据主要指设备各项出厂数据和出厂配置电路图、装配图、使用说明、保养说明等技术资料，以及设备进厂日期和设备编号等信息；动态数据则是指设备的环境信息、运行状态、点检记录、保养记录、维修记录等信息。定制家居企业使用MES系统对设备数据进行管理，可以实现无纸化办公，并且通过各项数据分析设备的运行情况，为计划性保全和维修作业提供依据。

4.2 点检管理

目前定制家居企业生产车间中设备的点检使用纸质表单进行，生产人员在每日开机前，对照点检清单对设备进行检查，并在检查无误的项目后进行打钩确认，一般以1个月为1个周期进行记录，并更换点检记录表。每月结束后再以车间为单位收集记录表交至设备维修部进行留存。

将线下点检转为线上点检，在设备上张贴设备二维码，使用掌上电脑（Personal Digital Assistant，PDA）或移动手机终端扫码后可获取当前班次的日常检查表，完成点检后数据传送至MES平台，形成车间点检汇总表，车间管理人员通过日期、班次、机台号即可确认点检作业的完成情况，有效减少管理人员在现场巡回检查点检情况的时间，同时无需额外回收、存放纸质点检表。

4.3 维修管理

在定制家居企业中，每个车间都有相应的维修人员值班，当生产员工发现设备运行失常且无法处理时，第一时间联系维修人员进行检查维修，同时在工作群聊内进行报备，记录故障情况，包括故障发生的时间、部位和恢复生产的时间，特殊情况还会对故障处理的具体需求和实施进展进行汇报，若故障未完全解决，维修人员将本次故障留档，并每周对遗留的问题进行汇总与跟进。

在设备管理子系统中建立维修管理模块，实现故障上报、维修记录和结果评价3大功能。当生产人员发现设备故障时，在故障上报功能中选择故障机台、故障部位，简述故障现象及原因，系统自动记录填报时间并通知相应的维修人员到场维修。维修结束后，生产和维修人员共同完成维修记录，主要包括维修结束时间、维修方法，并对修理或更换的配件进行记录。通过对维修记录信息的分析与管理，可以帮助企业逐渐完成事后维修向事前预防的转变；同时，生产人员可以为本次维修的响应速度和维修结果进行评分，提高维修人员作业的积极性。

4.4 备件管理

建立备件数据库，对备件分级后，对 A 类备件和部分B类备件采用定量存储的方式进行管控，首先核查确认目前在库数量，根据以往更换记录确认零部件的平均使用寿命，并在生产中不断更新数据，根据使用周期和采购周期确定备件的最低存储量和最高储备量，当目前在库数量临近最低存储量时，系统自动提示管理人员，发出采购预警，管理人员核实后判断是否需要进行采购。同时，当某零部件使用时间与其他数据偏差较大时，系统进行报警，提示管理人员对原因进行分析，检查是否存在已损坏但未被发现的零部件。对B类备件和C类备件采用定期存储的方式进行管控，按照半年、一年等固定周期对备件在库数量进行确认和采购。

在生产和维护的过程中，不断完善备件数据库的信息，通过MES系统核查零部件作业时间，在设备点检和维护过程中对临近使用寿命的零部件进行检查，确认是否需要更换，如零部件已损耗严重，可在计划停机时间内进行更换，以预防零部件突然损坏带来的计划外停机。

 5、结 语 

MES系统是一个可以应用于生产全过程管理的系统，但是在定制家居企业中最主要用于生产的计划和排产、物料的发放和领用，其他功能的开发和利用尚有空缺。通过对定制家居企业设备管理存在的问题分析，对设备和备件进行分级管理，构建MES系统的设备管理子系统，实现设备信息的快速同步、为设备和备件状态的预测提供数据支持、强化对备件的管控，提高设备的可靠性和运行的连续性，从而提高车间的生产效率和产品质量。同时，深化MES系统在定制家居车间中的应用，完善智能决策功能，不仅可以加强智能制造车间的生产管控，也能推进普通车间的信息化和智能化进程。

中英文引文格式：

周卓蓉，熊先青，王军祥，等. MES系统的设备管理模块构建[J]. 家具，2023，44（2）：105-109.

ZHOU Zhuorong，XIONG Xianqing，WANG Junxiang，et al. Construction of Equipment Management Module Based on MES[J]. Furniture，2023，44（2）：105-109.