80,90后將成為消費的主力軍，更加追求個性化。對于他們來說，家居不僅是一種實用品，更代表了一種生活的態(tài)度。

板式定制家具企業(yè)實施信息化改造，以企業(yè)資源計劃（enterprise resourceplanning，ERP）為首的資源計劃管理系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于板式定制家具企業(yè)，實現(xiàn)了銷售、設(shè)計、拆單、財務(wù)、人力資源等業(yè)務(wù)的信息化管理。數(shù)字控制（numLerical control，NC）、計算機數(shù)字控制機床（computer numerical conrtol，CNC） 和可編程邏輯控制器（programmable logic controller ，PLC）等先進的過程控制系統(tǒng)（process control system，PCS） 在板式定制家具企業(yè)成功運用，基本實現(xiàn)數(shù)字化。

仍存在一些不足與問題

但制造執(zhí)行領(lǐng)域存在嚴重不足，即ERP無法觸及底層PCS，而底層PCS也無法向ERP反饋，導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)據(jù)在兩者間傳遞中斷，進而帶來了生產(chǎn)不透明、質(zhì)量難控制、訂單無法跟蹤、突發(fā)狀況無法及時調(diào)度等問題。

為解決這個問題，美國先進制造研究機構(gòu)（advanced manufacturing research，AMR）提出了制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，MES）的概念，把企業(yè)級的計劃系統(tǒng)與工廠底層的控制系統(tǒng)之間的各種工廠管理系統(tǒng)的集合稱為MES。MES解決了企業(yè)資源計劃和底層生產(chǎn)控制之間的信息斷層。

南京林業(yè)大學(xué)韓靜，吳智慧等通過對板式定制家具企業(yè)生產(chǎn)流程的分析，以及與其他行業(yè)MES的比較，得出了板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)特性，建立了板式定制家具企業(yè)MES功能模塊，同時從系統(tǒng)層次以及硬件架構(gòu)方面對MES系統(tǒng)的功能實現(xiàn)進行了詳細介紹。

1　板式定制家具企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1　板式定制家具企業(yè)存在的生產(chǎn)問題板式定制家具產(chǎn)品種類繁多、訂單批量極小、產(chǎn)線多而復(fù)雜，典型生產(chǎn)流程如圖1所示，前端以ERP為核心，完成銷售、設(shè)計、拆單、采購等業(yè)務(wù)，基本已經(jīng)實現(xiàn)信息化管理，而后端生產(chǎn)領(lǐng)域仍處于人工管理階段。板式定制家具企業(yè)目前存在以下生產(chǎn)問題：

１）訂單排產(chǎn)難度大。個性化、多樣化訂單數(shù)量大，導(dǎo)致計劃排產(chǎn)難度較大，易出現(xiàn)漏單和重單問題。

２）重要生產(chǎn)信息傳遞方式落后。生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)任務(wù)通過紙質(zhì)文件傳遞到車間，效率低下，易遺漏、混淆，人工跟進出錯率高，進而導(dǎo)致加工錯誤率高。

３）生產(chǎn)計劃與調(diào)度不足。生產(chǎn)計劃細化程度不夠，生產(chǎn)車間無明確生產(chǎn)指令，出現(xiàn)突發(fā)狀況，如緊急插單、補單，生產(chǎn)計劃無法及時調(diào)整。

４）生產(chǎn)狀態(tài)反饋性較差。現(xiàn)場生產(chǎn)狀況無法向ERP反饋，計劃人員無法得知生產(chǎn)現(xiàn)場狀況，導(dǎo)致產(chǎn)能過?；虿蛔?，同時生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)任務(wù)、訂單進度等信息無法準確跟蹤。這些問題存在的根本在于板式定制家具企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行層的缺乏，運用MES系統(tǒng)對車間生產(chǎn)執(zhí)行進行控制，對板式定制家具企業(yè)提高生產(chǎn)效率具有重要作用。

1.2　板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)特性分析

MES系統(tǒng)在其他制造行業(yè)運用已經(jīng)較為成熟，如汽車制造行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、石油行業(yè)等，但在板式定制家具行業(yè)尚處起步階段。通過對板式定制家具企業(yè)生產(chǎn)問題的分析，可以看出板式定制家具企業(yè)的經(jīng)營模式和生產(chǎn)模式與其他行業(yè)相比具有較大差異，導(dǎo)致其他行業(yè)成熟的MES系統(tǒng)在板式定制家具行業(yè)得不到很好的運用。板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)的獨特性如下：

１）產(chǎn)品與部件差異化。板式定制家具面向終端消費者，強調(diào)滿足用戶的個性化與多樣化需求，導(dǎo)致產(chǎn)品和部件多種類、少批量，進而給MES系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)。其他行業(yè)MES多是解決批量或一定批量模式下的生產(chǎn)執(zhí)行問題，以批量產(chǎn)品為生產(chǎn)單元制定生產(chǎn)計劃以及生產(chǎn)進度的跟蹤和反饋。而板式定制家具企業(yè)MES則直接面向部件，將眾多不同部件分派到合適的加工產(chǎn)線和設(shè)備上加工，同時需要采集與跟蹤每個部件的生產(chǎn)狀態(tài)，匯總成產(chǎn)品以及訂單的生產(chǎn)進度，呈現(xiàn)出更多的復(fù)雜性。

２）生產(chǎn)驅(qū)動數(shù)字化。板式定制家具企業(yè)的關(guān)鍵工序均由數(shù)控設(shè)備加工，需要數(shù)字化的加工程序進行驅(qū)動，如何將眾多不同的生產(chǎn)數(shù)據(jù)準確無誤地傳遞到指定設(shè)備，成為板式定制家具企業(yè)MES需要解決的關(guān)鍵問題。與其他行業(yè)MES相比，其數(shù)字化驅(qū)動更加明顯。３）生產(chǎn)信息集成化。板式定制家具企業(yè)生產(chǎn)信息逐漸呈現(xiàn)集成化特征，分為縱向信息集成與橫向信息集成，將前端設(shè)計信息、加工制造信息及生產(chǎn)狀態(tài)信息之間進行縱向集成，同時將生產(chǎn)計劃信息、生產(chǎn)采集信息以及物料狀態(tài)信息進行橫向集成。與其他行業(yè)MES相比，其信息集成化要求程度更高。板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)的獨特性，決定了在其他行業(yè)成熟的MES系統(tǒng)不能在該行業(yè)直接運用，需要重新構(gòu)建以滿足板式定制家具企業(yè)生產(chǎn)需要。

２　板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)功能

板式定制家具企業(yè)個性化定制、多品種小批量的生產(chǎn)模式，決定了板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)的行業(yè)特性。結(jié)合對現(xiàn)存生產(chǎn)問題的分析，可以將板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)計劃管理、物料管理、生產(chǎn)過程管理等模塊，如圖2所示。

2.1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊

板式定制家具企業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜、工序多、原輔材料多以及多產(chǎn)線混合生產(chǎn)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有效管理是有序生產(chǎn)的重要保證。根據(jù)板式定制家具企業(yè)生產(chǎn)運營特征，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊主要分為5個子模塊：人員數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、物料數(shù)據(jù)管理、設(shè)備數(shù)據(jù)管理以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理。

2.2　生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集模塊

MES從生產(chǎn)車間采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過加工和處理，形成人員狀態(tài)數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)和訂單進度數(shù)據(jù)等，構(gòu)成MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集平臺，如圖3所示。

板式定制家具企業(yè)數(shù)據(jù)采集方式分為3種：基于人機界面（human machine interface，HMI）的手工錄入方式， 基于條形碼技術(shù)的手持終端(personal digital assistant，PDA)、條碼槍的手工輔助采集方式，以及基于感應(yīng)式條碼技術(shù)、射頻識別技術(shù)（radio frequency identication，RFID）與用于過程控制的對象連接與嵌入技術(shù)（object linking and embedding for process control，OPC）的自動采集方式。目前使用PDA與條碼槍掃描條形碼或二維碼成為板式定制家具企業(yè)的主流采集方式，感應(yīng)式條碼、RFID芯片以及OPC技術(shù)也在逐漸得到運用。

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2.3　生產(chǎn)計劃管理模塊

生產(chǎn)計劃管理模塊分為3個子模塊：生產(chǎn)計劃制定、生產(chǎn)計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)計劃調(diào)度。生產(chǎn)計劃制定子模塊綜合考慮訂單屬性、車間在制品、車間產(chǎn)能、人員產(chǎn)能等各種因素，計算訂單的投產(chǎn)日期，做到產(chǎn)能均衡，較為充分發(fā)揮生產(chǎn)要素的生產(chǎn)能力。生產(chǎn)計劃排產(chǎn)子模塊將生產(chǎn)訂單拆解為生產(chǎn)任務(wù)、作業(yè)計劃和操作指令，下達到車間特定人員特定設(shè)備，指導(dǎo)車間有序高效生產(chǎn)。當(dāng)遇到緊急插單、加工延遲、機器停工等不確定因素時，生產(chǎn)計劃調(diào)度子模塊綜合分析車間總體生產(chǎn)現(xiàn)狀和設(shè)備產(chǎn)能負荷，對生產(chǎn)計劃進行重新調(diào)度，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和持續(xù)性。

2.4　 物料管理模塊

板式定制家具生產(chǎn)物料種類多、領(lǐng)料退料頻繁、線邊物料堆積多以及余料剩余多，需要MES進行有序管理，因而物料管理模塊分為生產(chǎn)領(lǐng)料、生產(chǎn)退料、線邊物料管理、余料管理。

2.5　生產(chǎn)過程管理模塊

生產(chǎn)過程管理功能是板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)的核心功能，實現(xiàn)生產(chǎn)跟蹤、產(chǎn)品質(zhì)量管理、設(shè)備狀態(tài)管理以及生產(chǎn)統(tǒng)計分析等功能。MES生產(chǎn)跟蹤子模塊解決了多訂單、多零部件混合生產(chǎn)難以跟蹤的問題，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，完成零部件的報完工。MES產(chǎn)品質(zhì)量管理子模塊通過對生產(chǎn)過程中質(zhì)量問題的反饋和追溯，保證板式定制家具零部件質(zhì)量。MES系統(tǒng)采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過對狀態(tài)數(shù)據(jù)的計算和分析，事先發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，及時采取措施解決。生產(chǎn)統(tǒng)計分析子模塊聚焦于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理和分析，通過縱向時間和橫向時間的比較，發(fā)掘生產(chǎn)潛力和問題，幫助管理層決策分析，逐步提高生產(chǎn)效率。

3　板式定制家具企業(yè)MES 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1　板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1.1　ERP/MES/PCS 33層結(jié)構(gòu)

基于AMR提出的MES 3層集成模型結(jié)構(gòu)，結(jié)合板式定制家具企業(yè)現(xiàn)狀，提出了板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

位于上層的計劃層（ERP）面向整個企業(yè)，以研發(fā)設(shè)計、產(chǎn)品銷售、原材料采購、財務(wù)管理、人力資源管理為核心，以月、周為單位，負責(zé)處理訂單管理、交期制定、成本控制、成品發(fā)貨等。位于中間的執(zhí)行層（MES）面向整個生產(chǎn)過程，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、物料管理、生產(chǎn)計劃管理和生產(chǎn)過程管理為核心，重點關(guān)注車間生產(chǎn)資源的有效配置與平衡，以日、時為單位，完成批次、任務(wù)單、訂單、零部件的生產(chǎn)執(zhí)行與跟蹤。底部的控制層（PCS）則面向生產(chǎn)設(shè)備控制領(lǐng)域，以分、秒為單位指揮調(diào)配設(shè)備進行零部件特定工序的精準加工。在3層集成結(jié)構(gòu)中，MES起到了在計劃層和控制層之間相互傳遞信息的作用，很好解決了板式定制家具企業(yè)計劃層與控制層之間的信息斷層問題，使經(jīng)營管理層也能把握生產(chǎn)現(xiàn)場，做出更加科學(xué)合理的決策。

3.1.2　 ERP/MES/PCS間的信息傳遞

MES從ERP獲取訂單信息、設(shè)計圖紙、工藝文件、物料清單（bill of material，BOM）、倉儲信息、人員信息等，計算處理成批次單、任務(wù)單、作業(yè)計劃、工作指令、控制參數(shù)、人員分配計劃、包件倉位等信息，并傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場，從而實現(xiàn)訂單有效排產(chǎn)、人員統(tǒng)一調(diào)度、倉位自動計算等功能。同時，MES從生產(chǎn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，將訂單進度、任務(wù)進度、作業(yè)進度、零部件進度以及人員績效、出入庫數(shù)據(jù)反饋給ERP，供管理層分析和決策，指導(dǎo)生產(chǎn)計劃調(diào)度、績效統(tǒng)計和精準采購等。

3.2　板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)功能層次模型

根據(jù)板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)功能以及信息傳遞特征，建立MES系統(tǒng)功能層次模型，將MES系統(tǒng)功能分為數(shù)據(jù)采集層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)功能層和表示層5個層次（圖5）：

１）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層位于系統(tǒng)底層，負責(zé)從生產(chǎn)現(xiàn)場采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，是MES 的數(shù)據(jù)源頭和功能基礎(chǔ)。借助于條形碼技術(shù)、二維碼技術(shù)、RFID以及OPC技術(shù)，將部件加工狀況、物料使用狀況、設(shè)備運行情況、訂單進度等數(shù)據(jù)及時傳遞到數(shù)據(jù)庫，進行存儲，為生產(chǎn)決策人員提供數(shù)據(jù)源。

２）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層負責(zé)數(shù)據(jù)庫管理，包括MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的定義。車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括兩種基本類型：帶定時限制的數(shù)據(jù)（實時數(shù)據(jù)）和不帶定時限制的數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)是指生產(chǎn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，在一定時間內(nèi)有效，稍后被其他數(shù)據(jù)覆蓋，隨外部環(huán)境變化，通常用實時數(shù)據(jù)庫存儲。不帶定時限制的數(shù)據(jù)是指MES系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)、生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)、還有一些其他數(shù)據(jù)，存儲于關(guān)系數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)的加工和處理，也可轉(zhuǎn)變?yōu)闅v史數(shù)據(jù)，存儲到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

３）數(shù)據(jù)訪問層。數(shù)據(jù)訪問層為業(yè)務(wù)層和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層之間傳輸數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)訪問接口。數(shù)據(jù)訪問層收到業(yè)務(wù)層請求命令，根據(jù)命令要求從數(shù)據(jù)庫調(diào)取需求數(shù)據(jù)。如業(yè)務(wù)層產(chǎn)品質(zhì)量模塊需要產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)訪問層根據(jù)要求從關(guān)系數(shù)據(jù)庫調(diào)取產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，傳輸給業(yè)務(wù)層；而生產(chǎn)跟蹤模塊需要某板件的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)訪問層根據(jù)要求從實時數(shù)據(jù)庫調(diào)取某板件當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)。

４）業(yè)務(wù)功能層。業(yè)務(wù)功能層是MES系統(tǒng)的核心層，解決用戶具體的功能需求。MES系統(tǒng)在板式定制家具企業(yè)的運用，其主體業(yè)務(wù)功能分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)過程管理和物料管理等，以此實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制、生產(chǎn)跟蹤、設(shè)備管理、統(tǒng)計與分析等功能。

５）表示層。表示層位于MES層次模型頂端，面向系統(tǒng)的終端用戶，是MES系統(tǒng)的用戶接口，主要負責(zé)將業(yè)務(wù)功能和生產(chǎn)數(shù)據(jù)以人機交互的形式展現(xiàn)給用戶。MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出有ERP、打印機、電子看板、瀏覽器等方式。ERP從MES系統(tǒng)獲取生產(chǎn)實績數(shù)據(jù)，如訂單進度、實績物料消耗、人員工時等信息。在板式定制家具生產(chǎn)中，隨時需要打印標(biāo)簽，開料調(diào)取零件標(biāo)簽信息，包裝打印包裝清單，入庫打印入庫清單。開料、封邊、打孔、分揀、試裝、包裝的實時任務(wù)完成情況通過電子看板實時反映，向車間工人展示。此外，系統(tǒng)的主要功能采用B/S(browser/server，瀏覽器/服務(wù)器) 的方式，遠程用戶通過瀏覽器發(fā)送請求，WEB服務(wù)器（網(wǎng)站服務(wù)器）響應(yīng)，從MES系統(tǒng)調(diào)取數(shù)據(jù)，傳輸?shù)綖g覽器，以此實現(xiàn)訪問MES系統(tǒng)和完成相應(yīng)業(yè)務(wù)功能的需要。

3.3　板式定制家具企業(yè)MES硬件架構(gòu)

根據(jù)板式定制家具企業(yè)的生產(chǎn)流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，考慮了各個工序節(jié)點與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的硬件方式，設(shè)計了板式定制家具企業(yè)MES系統(tǒng)的硬件架構(gòu)（圖6）。車間內(nèi)所有的硬件設(shè)備通過車間總線進行連接，遠程用戶通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽數(shù)據(jù)，PDA通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳和調(diào)取數(shù)據(jù)，同時為條碼槍和打印機提供了客戶端計算機。開料、封邊、打孔工序配置OPC服務(wù)器，用于從設(shè)備采集數(shù)據(jù)，同時OPC服務(wù)器充當(dāng)了條碼槍和打印機的上位機，進行封邊、打孔狀態(tài)跟蹤及板件標(biāo)簽打?。环謷褂肞DA，通過無線網(wǎng)絡(luò)與MES服務(wù)器連接，完成訂單齊套檢驗；包裝工序安裝有客戶端，通過條碼槍掃描板件條碼，生成包裝清單，打印機輸出打印；倉儲應(yīng)用客戶端和條碼槍，向系統(tǒng)輸入訂單入庫數(shù)據(jù)，輸出入庫清單并打印。在車間各工序配置電子看板，通過總線與MES服務(wù)器連接，實時展現(xiàn)任務(wù)和訂單完成情況，實現(xiàn)透明化管理。本地用戶通過客戶端/服務(wù)器模式查看MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)，遠程用戶通過瀏覽器/服務(wù)器模式完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)操作。

該文發(fā)表于《林業(yè)工程學(xué)報》2018年第6期。引文格式：韓靜,吳智慧.板式定制家具企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用[J].林業(yè)工程學(xué)報,2018,3(6):149-155.HAN J,WU Z H.Construction and application of manufacturing execution system for panel customized furniture enterprises[J].Journal of Forestry Engineering,2018,3(6):149-155.