工廠信息化系統(tǒng)（ERP、PLM、MES、WMS）架構設計與建設規(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、 自動化技術、網絡通信技術、信息物理系統(tǒng)、大數(shù)據技術、云計算技術深度融合，通過科學規(guī)劃和全面集成企業(yè)設備單元、生產監(jiān)控、制造執(zhí)行、企業(yè)管理、設計研發(fā)等各類系統(tǒng)，最終構建由智能設計、智能經營、智能生產、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)務系統(tǒng)進行規(guī)劃建設，主要有：

（1）ERP （企業(yè)資源計劃系統(tǒng)）：它是企業(yè)信息化的核心系統(tǒng)，管理銷售、生產、采購、倉庫、質量、成本核算等.

（2）PLM（產品生命周期管理系統(tǒng)）：它負責產品設計的圖文檔、設計過程、設計變更、工程配置的管理，為ERP系統(tǒng)提供最主要的數(shù)據源BOM表，同時為MES系統(tǒng)提供最主要的數(shù)據源工藝路線文件。

（3）MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）：它負責車間中生產過程的數(shù)字化管理，實現(xiàn)信息與設備的深度融合，為ERP系統(tǒng)提供完整、及時、準確的生產執(zhí)行數(shù)據 ，是智能工廠的基礎。

（4）WMS（倉庫管理系統(tǒng)）：它具備入庫業(yè)務、出庫業(yè)務、倉庫調撥等功

能，從ERP系統(tǒng)接受入出庫物料清單和MES系統(tǒng)中接受入出庫指令，協(xié)同AGV小車完成物料配送的自動化， 實現(xiàn)立體倉庫、平面庫的統(tǒng)一倉儲信息管理。

2 智能工廠信息化總體架構

基于企業(yè)系列標準的支持和企業(yè)級別的信息安全要求，在信息物理融合 系統(tǒng)（CPS）的支持下，構建智能設計、智能產品、智能經營、智能服務、智能生產、智能決策六大系統(tǒng)。其中，通過服務網、物聯(lián)網將企業(yè)設施、設備、組織、人互通互聯(lián)， 集計算機、通信系統(tǒng)、感知系統(tǒng)一體化，實現(xiàn)對物理世界的安全可靠、實時、協(xié)調感知和控制；同時通過企業(yè)信息門戶（EIP）實現(xiàn)與客戶、供應商、合作伙伴的橫向集成（如協(xié)同商務和信息共享），以及實現(xiàn)企業(yè)內部的縱向集成（如不同系統(tǒng)之間的業(yè)務協(xié)同）。構建的智能工廠總體框架如圖1所示。根據信息化系統(tǒng)規(guī)劃范圍及建設相關要求，本文參照智能化工廠的總體框架，構建符合企業(yè)業(yè)務特點的信息化系統(tǒng)架構，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

3 信息化系統(tǒng)規(guī)劃的主要內容

3.1 ERP系統(tǒng)

3.1.1功能和目標

ERP系統(tǒng)著重解決物料臺賬、合同、計劃、采購、成本等相關管理目標，具體如下：

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

（2）理順管理流程。理順和制定適應單件小批量加工裝配型企業(yè)的生產管理 程流程，規(guī)范生產流程環(huán)節(jié)中的各類票據，根據崗位說明書制定相應的操作制度及條例。

（3）實現(xiàn)物料配送，建立缺件報警制度。將領料制倉庫變成配送制倉庫，在裝配前做缺件分析，推行缺件報警制度。

（4）有效控制庫存。提出配套庫存的管理思想，努力降低庫存中長短件的比例。

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

（6）縮短生產周期。通過提高設計及生產環(huán)節(jié)對工程變更的反應速度、提高裝配中物料的齊套率、減少生產裝配中停工待料的時間和縮短采購周期等措施，實現(xiàn)縮短成品的生產周期。

（7）建立生產的可預見性機制，包括銷售預測、庫存預測、缺件預測、生產過程預測、客戶定單交貨期預測、采購到貨期預測、生產成本預測等。

（8）建立生產計劃的控制和反饋機制體系，實現(xiàn)各類生產計劃的閉環(huán)管理。

（9）建立價格管理和多層次成本控制體系。建立原材料基準價管理體系、零部件/外協(xié)件的定額成本價、合同的實際成本計算體系等，形成完善的銷售報 價審計、采購合同價格審計、設計成本審計和完工審計制度。

（10）建立、高速、專業(yè)、準確的報價體系。

（11）最終實現(xiàn)公司生產、運營 、財務一體化管理。

3.1.2 系統(tǒng)架構規(guī)劃

ERP系統(tǒng)的架構規(guī)劃如圖3所示。

圖3 ERP系統(tǒng)的架構規(guī)劃

3.2 PLM系統(tǒng)

3.2.1 功能和目標

PLM系統(tǒng)著重解決工藝設計、圖紙管理、設計變更等相關管理目標，具體如下：

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

（2）建立企業(yè)物料標準庫，規(guī)范管理物料。

（3）搭建圖文檔管理平臺和工藝信息管理平臺，前端支持各類CAD數(shù)據的集成，包括常用的AutoCAD、SolidWorks等數(shù)據格式，實現(xiàn)對CAD數(shù)據的信息提取、在線瀏覽等。

（4）通過圖文檔管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)產品數(shù)據安全共享、產品結構化管理，在審批流程方面，實現(xiàn)電子審批。

（5）通過工藝信息管理平臺，實現(xiàn)工藝卡片圖文混排編制、工藝路線的編制，通過匯總報表BOM的輸出，支撐生產。

3.2.2系統(tǒng)架構

PLM系統(tǒng)架構如圖4所示。

圖4 PLM系統(tǒng)架構

3.3 MES系統(tǒng)

3.3.1 功能和目標

MES系統(tǒng)著重解決生產過程管控、防錯防呆、產質量追溯、設備運行等相關管理目標，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）、自動化控制系統(tǒng)（如鈑金、銅排、二次裁線、產線等）和設備（如實驗設備等）的無縫集成，通過MES系統(tǒng)整合上下游信息流、建立一個業(yè)務統(tǒng)一、流程順暢、數(shù)據規(guī)范的生產管理平臺。

（2）精益排程。結合ERP系統(tǒng)建立先進的計劃體系，制定在產能和物資等資源約束條件下的詳細排程計劃，統(tǒng)一指揮控制物料、人員、流程指令和設備等工廠生產資源。

（3）自動化物流和物料管理。MES系統(tǒng)應覆蓋部分WMS功能，并實現(xiàn)與自動化物流系統(tǒng)（如自動化立庫、AGV小車等）一道完成生產物流管理，在數(shù)字化工廠內實現(xiàn)無人化自動物料流轉，MES系統(tǒng)指揮和跟蹤物料流動、管理物料消耗、編制物料投料計劃等，同時采用工單、批次管理，實現(xiàn)對物料的跟蹤和回饋。

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

控制，MES系統(tǒng)自動生成各類質量報告和出廠試驗報告等資料。

（5）生產過程管理。以全廠數(shù)據采集系統(tǒng)為基礎，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，實時顯示整個生產過程的各種現(xiàn)場數(shù)據，并按照預先設定的報條件，出現(xiàn)異常情況應及時報警提醒，并采

取相應的調度措施。

（6）設備管理。對生產車間主要生產設備的使用頻率、運行狀況、工時、定額、能耗、產能等有關信息進行采集和分析，對設備進行全面的運籌管理，以達到保持設備完好率、充分發(fā)揮其效能的目的。

（7）統(tǒng)計分析。對實時數(shù)據進行統(tǒng)計分析 ，通過對大量數(shù)據的綜合分析，可以對生產運行情況進行有效評價，為優(yōu)化組織、提高產量質量、提高設備保障能力、降低生產成本提高強有力的手段，如員工績效管理、核算計件工資、設備效率分等。

（8）移動化應用。支持手機、PDA等移動終端，實現(xiàn)移動端的派工報工、接料發(fā)料、數(shù)據錄入、生產進度跟蹤、實時統(tǒng)計分析展示等。

3.3.2 系統(tǒng)架構

MES系統(tǒng)架構如圖5所示。

圖5 MES系統(tǒng)架構

3.4WMS系統(tǒng)

3.4.1功能和目標

WMS系統(tǒng)著重解決實物倉儲、出入庫、物料質檢、組盤等相關管理目標，具體如下：

（1） 實現(xiàn)原材料、成品、備品備件的出入庫、調撥、轉換、質檢、在庫等過程的有效的全方位管控。

（2） 實現(xiàn)ERP系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)及庫存實物信息交互的及時性和一致性。

（3） 實現(xiàn)賬務相符、物料流轉及消耗的精準追蹤、多樣化盤點功能應用。

（4） 底層技術應用，實現(xiàn)自動化調度。

3.4.2 系統(tǒng)架構

WMS系統(tǒng)架構如圖6所示。

圖6 WMS系統(tǒng)架構

4 結語

企業(yè)信息化建設可采取“總體規(guī)劃、分步實施”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的重點，各系統(tǒng)的架構和功能設計以及系統(tǒng)間數(shù)據的接口設計是信化規(guī)劃的關鍵，各系統(tǒng)應實現(xiàn)信息的無縫集成和數(shù)據交互，以實現(xiàn)企業(yè)“智能制造”的最終目標。