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基于MES系统的配电盘智能工厂建设方案与设计

2025-08-29 35 上传者：管理员

摘要：针对配电盘生产手工化、纸质化管理的现状，开展基于MES系统的配电盘智能工厂建设方案设计研究。该方案包括引入MES系统实现生产全流程跟踪，通过边缘数采实现云边协同，对接配电盘产线推动产品智能化升级。该方案实施后可提升配电盘产能、生产与质检效率，节约生产成本，提高质量管控和数字化覆盖率，为企业高质量发展提供支撑。

关键词：
MES系统
产线对接
智能工厂
质量管控
配电盘
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1、智能工厂建设现状

智能工厂以生产智能化为核心枢纽,覆盖工厂全业务链条,将生产管理､仓储管理､产品管理､设备管理等多维度业务无缝协同,融合到统一的产品化体系中,统一规划､设计､运营[1-2]｡目前智能工厂系统主要模块如下｡

(1)生产管理作为核心模块,支撑智能工厂实现精细化的生产过程管理､实时的生产数据采集和综合的决策支持分析,实现生产执行､管理､决策的一体化管理｡配合自动化产线,实现智能化生产作业和精细化生产管控,提高生产效率｡根据客户订单和产线能力制定和调整生产计划,及时应对客户需求变化｡

(2)仓储管理模块结合业务需求,采用全场景协同仓储管理替代纸质管理,通过实时统计仓储物料库存,集成生产系统实时获取物料需求,合理制定采购计划,降低库存成本,对物料进行全流程生命周期管理｡

(3)设备管理模块实现设备信息的可视化,通过监测设备有效利用时间,联动设备维修保养计划与生产计划,提升设备综合利用率和生产效率,提高设备自主维保能力,建立了工厂设备全生命周期管理体系,实现设备台账､维修､巡检､报废等全程可追溯｡

(4)产品管理模块集中､安全､有序地管理产品生命周期过程中产生的图纸､技术资料和产品数据,保存图纸历史版本,实现版本追溯和状态控制,实时联动生产执行过程,在多部门､多专业间实现知识共享､利用与协同｡

(5)销售管理模块实现销售订单精细化管理,与SAP､生产管理､仓储管理等系统联动形成销售与生产链路闭环,通过营销数据分析,实现销售预测,增强盈利能力｡

(6)供应链管理模块打通工厂､陆地物流､供应商､码头全流程,实现仓储､生产､物流多方联动,有效提高订单完成时效和质量,提高生产主动性和效率,降低周转和库存成本｡

(7)安全管理模块通过人员定位､电子作业许可､智能巡检等智能化技术手段,建立“物联感知､实时监测､快速预警､设备联动､智能分析”为一体的智能化安全管理新模式,提高工厂安全管理能力｡

(8)能碳管理模块通过对车间用能情况及重点设备耗能情况进行监测统计,建立对能耗数据的自动化采集､分析､核算和综合管理,形成碳感知､监测､预警､应急等能力,实时掌握能碳状况,降低企业成本｡

2、基于MES系统的配电盘智能化生产线建设方案

2.1配电盘智能化建设的意义

目前车间配电盘的生产仍以手工生产模式为主,在产品设计､生产制造､质量检验､设备管理､仓储物流等业务环节尚处在人工纸质化管理阶段,自动化､数字化应用尚未展开,数据价值和业务赋能有待进一步提升｡建设智能制造车间,已成为提升配电盘市场核心竞争力和高质量发展的迫切需要｡在既有智能工厂建设成果的基础上,建立配电盘智能化生产线,引入先进的自动化设备,实现配电盘生产过程的自动化,提高配电盘年产能｡建立基于数据驱动的生产管理系统,实现对配电盘生产的装配生产装置､调试生产装置､自动化设备参数的精确监控和管理｡依托配电盘智能化建设,实现产品可视化质量问题追溯,减少重复工种人员与附加值低的岗位,通过对生产过程､质量检验､成品试验､现场服务核心流程的业务数据采集､分析,实现业务数据化､可视化,辅助管理层进行决策判断｡

2.2MES系统的功能

在信息技术飞速发展的浪潮中,制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem,MES)应运而生,其对于推动制造业的智能化升级来说意义重大[3-4]｡对于制造企业来说,MES是衔接生产计划制定､执行到监控全流程的核心信息枢纽[5]｡MES的核心价值在于其信息中枢作用,其通过对制造环节复杂活动的精准指导､实时监控与有效控制,并依托强大的现场数据捕获能力,为企业构建起贯通完整制造链的数据中枢[6]｡该系统涵盖作业排程调度､全过程质量管理､设备运维管理､生产绩效评估以及物料流向追踪等多种功能,且相互之间协同运作,确保企业能够直观掌握实际生产动态[7]｡MES将生产运营与管理信息深度融合,运用先进的数据分析技术进行深度分析,预见性识别制程中的隐患,并提出切实可行的改善方案,从而保障生产流程的稳定高效运行,最终驱动生产效率与产品品质的提升[8]｡在制造业实践中,MES应用广泛,是打造数字化车间､实现制程可视化､透明化与全流程溯源的关键支撑｡随着工业4.0与智能制造的持续深化,MES正加速演进｡通过融合物联网感知等前沿技术,MES的数据处理效率与智能辅助决策能力将持续得到质的飞跃｡

2.3建设方案

基于MES系统的配电盘智能化生产线建设主要涉及三大业务模块,即MES引入､边缘数采以及配电盘产线对接｡其中MES能够通过信息化手段实现从生产订单创建､工单下发､工单执行到报工的整个生产过程跟踪,提高生产进度时效性和生产过程的透明度｡通过边缘数采模块建设,实现系统对接,实现云边协同｡通过配电盘产线对接,下发工单级任务到产线,上传产线相关生产信息到MES,实现配电盘产品从常规的配电盘柜向智能化盘柜方向的演变｡

2.3.1总体设计

从技术架构方面看,该技术架构构建了云-边协同的多层级体系,实现资源高效调度与业务灵活承载｡云端以集团云平台为依托,遵循智能工厂技术规范,开发多元微服务并集成基础支持微服务,通过统一界面风格,整合展示层组件,为上层应用功能提供支撑｡服务层涵盖KafkaStream､Flink等计算框架､SpringCloud等微服务架构,搭配Python､Java等开发语言,构建起功能丰富的服务生态,适配多样化业务场景需求｡数据层具备结构化与非结构化数据协同管理能力｡边缘侧服务器采用基于容器化的技术实现CPU､存储等资源的统一管理与利用,在边缘侧部署边云协同环境,按照智能工厂规划的边缘层架构顶层设计,搭建边缘基础层､边缘数据层､边缘处理层､边缘服务层等框架,满足智能工厂的数据接入､处理､传输和边缘计算需求,确保设备监控的及时性､准确性,实现边缘侧业务自主处理与云端全局调度的有机结合,助力智能工厂高效运行｡从网络架构方面看,智能工厂边缘端系统利用网闸和防火墙和产线系统隔离,智能工厂边缘端系统利用网闸和防火墙和内网进行连通｡从安全架构方面来看,构建统一的管控平台对工业网络中的防火墙､审计系统､主机防护等关键安全组件进行集中调度与管理,并对产生的日志与告警信息进行统一收集与研判,能够有效实现安全运维工作的规范化与流程化,显著优化整体网络安全管理的效能与水平｡

2.3.2智能产线建设

(1)配电盘智能化生产线可实现工序化生产､工人定人定岗,关键工序工艺的自动化｡在线束生产､产品检测数据等方面,用专业自动化设备或信息化设备,包括安全格栅､门禁指示系统､远程视频验收系统､多功能试验台､开关柜测试仪器及专用工具､电力线束加工装置等设备,实现自动化生产｡(2)工位优化建设｡相关工位通过配备助力设备或工装,包括RGV､桁架机械手､辅助吊装等设备,辅助生产作业,降低劳动强度｡工位位置规划以就近原则为优先,减少工人或物流转运距离｡(3)配电盘智能化生产线包括产线控制系统,该系统侧重生产执行功能,包括工单接受执行､实施过程数采､生产安灯､质量执行报工等｡

2.3.3构建MES系统

MES系统围绕制造企业的生产过程管理特点,应用多源动态信息采集､生产过程可视化､计划调度优化､制造资源快速响应及优化配置等关键技术,基于集成平台和支撑工具集构建平台化､可配置､可集成的精益制造执行系统,帮助企业快速搭建柔性精益的制造现场作业指挥和控制环境,协助企业更好地控制生产成本,提高生产效率｡MES系统的核心功能如下｡

(1)生产作业调度和生产跟踪｡通过车间作业计划下达和调度,提高生产运营效率｡MES模块根据项目合同､预算､生产周期､产品制造BOM组成关系,对供需进行匹配运算,从而计算净需求生成生产订单及采购需求单｡MES模块结合客户重要度､交期､设备能力等排产因素进行辅助排产,生成日计划,指导各工序安排生产,减少等待时间,提升生产效率｡MES模块根据作业任务,可生成质检任务,如果质检不合格,进行返工或作为不合格品进行处理｡MES模块记录所有的生产加工过程､对应质量､生产信息,实现核心过程追溯;通过跟踪看板,实时查看订单进度､日计划进度,提升了生产加工过程的实时性､透明性｡

(2)全程透明的生产报工｡通过MES模块和产线控制系统的高度集成,优化报工方式,提高报工便捷性,提升报工信息及时性与准确性,进而提高生产现场透明度,为产线孪生打下数据基础｡

(3)质量管理｡建设基于数据和流程驱动的过程质量的管理功能,实现检测任务､检测数据､检测结果的线上化管理,并协助企业对数据进行统计分析,找到问题的根本原因,并进行质量改进｡

(4)可视化质量问题追溯｡通过对产品的订单计划､设备､工序､质量和生产工单进行绑定关联,打通产品从订单到出货发运核心数据链的关系关联,实现按照时间､批次､序列号进行质量的正向､反向追溯｡

(5)看板｡利用数据抽取与展现技术,实现生产运营管理各系统的业务和数据集成,并提供基于角色的集中展示界面,提供现场过程多维度､多角度的生产数据和信息数据综合展示｡支持大屏展示,按照驾驶舱的风格进行企业生产管理的实时展示｡

(6)数据统计｡对质检结果信息､生产信息､人员工时和状态等信息进行多维度报表统计展示｡

(7)基础信息管理｡对车间､班组､人员､物料､产线等信息的维护｡

(8)成品管理｡自动生成成品信息,生产成品管理报表,进行成本发运管理,并生成成品发运记录｡

(9)工艺管理｡工艺管理是生产制造的基础,对产品､物料､设备台账､工装工具､工艺文件､工序､制造BOM､工艺路线等信息进行管理｡

(10)安灯｡对生产､检验､仓库进行安灯管理,记录所有触发安灯的全过程信息｡当生产线上出现故障､质量问题或其他异常情况时,产线系统会立即发出安灯警报,通知相关人员｡

2.3.4边缘数采及产线对接

图1集成方案示意图

边缘数采与生产线进行对接,从产线侧采集设备参数､设备运行信息､设备状态信息､质量数据,向产线发送生产工单信息,检验单信息,需和产线方共同明确对接范围和内容,以及明确对接方式｡遵循智能工厂建设目标,要构建形成基于工业互联网模式的统一平台,产线控制系统应侧重生产执行､产线控制以及对上数据传输｡产线控制系统保留既有功能并和MES实现接口对接｡考虑系统集成只涉及边缘数采与产线控制系统的集成,其接口采用标准MQTT协议｡具体集成方案见图1｡

3、结语

数字化浪潮中,智能工厂建设是企业高质量发展的必然选择｡开展基于MES系统的配电盘智能化生产线建设,是提升公司配电盘产能､品质和核心竞争力的重要路径｡智能工厂MES模块与产线对接投入生产后,预计投入5年后产量由现有的1200面增至2500面以上,产能得到有效提升｡在提高产品生产管理及质检效率方面,可在保持现有人员数量不变的前提下,提升生产管理及质检效率,节约人工成本约65万元/年,使效率提升33%,全面质量管控和数字化覆盖率提升｡此外配电盘产线建成后,生产工艺步骤数字化覆盖率有望在50%的基础上提升至80%,实现产品生产质量的全流程控制｡

参考文献:

[1]乔非,孔维畅,刘敏,等.面向智能制造的智能工厂运营管理[J].管理世界,2023,39(01):216-225.

[2]赵学良,贾梦达,王显鹏,等.石化智能工厂建设关键场景与技术[J].化工进展,2024,43(02):894-902.

[3]许樱华,王爱,郑月雪.MES系统产品生产过程数据归档研究[J].航天工业管理,2024(10):78-81.

[4]黄仕凰,黄锦栋,林婉玲,等.面向MES系统的数据可视化界面的设计与实现[J].自动化应用,2024,65(20):177-182.

[5]唐生,陈亮.MES系统在制造业数据应用的问题与对策[J].数字技术与应用,2024,42(01):85-87.

[6]赵建博.智能制造下企业MES系统的实现路径探索[J].中国科技纵横,2024(07):64-66.

[7]杜世举,郝晓娜,杜阳,等.基于FP-Growth算法的MES系统生产关联规则挖掘技术研究[J].电脑编程技巧与维护,2024(09):30-32.

[8]刘志强.基于多Agent的制造企业MES系统设计与应用[J].信息系统工程,2025(02):16-19.

文章来源:周宇,张占斌,梁强,等.基于MES系统的配电盘智能工厂建设方案与设计[J].中国宽带,2025,21(10):187-189.