智能工厂信息化系统（ERP、PLM、MES、WMS）架构设计与建设规划

本文介绍了智能工厂信息化建设规划的范围、总体架构和主要内容 , 详细描述了ERP、PLM、MES、WMS这4个业务系统的架构设计和功能目标。 

智能工厂信息化系统需要将现代管理理论、智能制造理论与最新信息化技术、 自动化技术、网络通信技术、信息物理系统、大数据技术、云计算技术深度融合，通过科学规划和全面集成企业设备单元、生产监控、制造执行、企业管理、设计研发等各类系统，最终构建由智能设计、智能经营、智能生产、智能决策组成的智能工厂。 

01规划范围 

基于智能工厂所需的主要业务系统进行规划建设，主要有：

NO.1ERP （企业资源计划系统）：它是企业信息化的核心系统，管理销售、生产、采购、仓库、质量、成本核算等.

NO.2PLM（产品生命周期管理系统）：它负责产品设计的图文档、设计过程、设计变更、工程配置的管理，为ERP系统提供最主要的数据源BOM表，同时为MES系统提供最主要的数据源工艺路线文件。

NO.3MES（制造执行系统）：它负责车间中生产过程的数字化管理，实现信息与设备的深度融合，为ERP系统提供完整、及时、准确的生产执行数据，是智能工厂的基础。

NO.4WMS（仓库管理系统）：它具备入库业务、出库业务、仓库调拨等功能，从ERP系统接受入出库物料清单和MES系统中接受入出库指令，协同AGV小车完成物料配送的自动化，实现立体仓库、平面库的统一仓储信息管理。 

02智能工厂信息化总体架构  

基于企业系列标准的支持和企业级别的信息安全要求，在信息物理融合 系统（CPS）的支持下，构建智能设计、智能产品、智能经营、智能服务、智能生产、智能决策六大系统。 

其中，通过服务网、物联网将企业设施、设备、组织、人互通互联， 集计算机、通信系统、感知系统一体化，实现对物理世界的安全可靠、实时、协调感知和控制；同时通过企业信息门户（EIP）实现与客户、供应商、合作伙伴的横向集成（如协同商务和信息共享），以及实现企业内部的纵向集成（如不同系统之间的业务协同）。 

构建的智能工厂总体框架如图1所示。 

（图1）智能化工厂的总体框架 

根据信息化系统规划范围及建设相关要求，本文参照智能化工厂的总体框架，构建符合企业业务特点的信息化系统架构，如图2所示。 

（图2）信息化系统架构 

通过分析智能工厂信息化关键技术，围绕智能工厂价值链的全生命周期，搭建了“现场层—管控层—企业层—平台层—协同层”的智能工厂信息化架构，每层分工不同，但紧密联系、上下交互，通过应用各类智能工厂信息化技术、标准与规范，实现智能工厂的全面信息化管理。智能工厂的全面信息化管理集中体现在人机料法环五个方面，“人”指制造产品的人员，“机”指制造产品所用的设备，“料”指制造产品所使用的材料，“法”指制造产品所使用的方法，“环”指产品制造过程中所处的环境。

 1）现场层。通过网络服务器、网络通信链路等基础设施实现车间网络布局，进而支持现场设备的通讯功能。现场工控设备与系统包含DCS（集散控制系统）、PLC（可编程逻辑控制器）、SCADA（数据采集与监视控制系统）、AGV（自动导引运输车）、传感器、数控机床、智能仪表、工业机器人等。现场数据采集与显示设备包含移动终端（手机、平板电脑等）、条码扫描枪、FRID采集机、电子看板（机台看板、产线看板、车间看板）、大屏监控中心等。 

2）管控层。利用MES（制造执行系统）、PLM（产品全生命周期管理）、WMS（仓储管理系统）等信息系统，加强对车间信息的智能管控，连接现场层和企业层两个层级，实现整体架构的互联互通。该层级主要包含工厂建模、生产物流管理和仓储管理等内容，其中，工厂建模包含流水线、流转卡、工序工步、设备机台、工艺参数、工装模具等信息；生产物流管理包含监控物流运行状况、规划运输路线、集货拣货等；仓储管理包含货位编码、精确定位、流转标签、储区规划、货品上架、货品出库等。 

3）企业层。整合企业信息管理系统，利用ERP（企业资源计划）、CRM（客户关系管理）、SCM（供应链管理）、CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）、CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺过程设计）、OA（办公自动化）等软件系统，加强对技术、采购、销售、人员、资金的管理，同时，实现企业各部门间的协同办公[2]。其中，技术管理包含对设计图纸、工艺文件、标准规范等方面的管理；采购管理包含供应链管理、制定采购计划、订货管理等；销售管理包含客户管理、制定销售计划、订单管理等；人员管理包含对人员资质、绩效考核、岗位职责等方面的管理；资金管理包含预算管理、应收应付账单管理、成本核算等；协同办公包含工作流引擎、流转审批、电子文控等。 

4）平台层。平台层主要指利用云计算、大数据等信息化技术，构建云平台、大数据分析平台、电子商务平台等网络平台，加强企业信息化管理的集中性、灵活性和同一性，提高企业整体运作效率，帮助企业快速掌握市场需求、加快产品更新速率，加强企业与用户之间的商业联系，提升企业创新能力和服务水平。 

5）协同层。打通供应商、客户、经销商、外协加工商、第三方物流公司间的信息化渠道，优化配置产业链中不同环节的资源要素，加强供应链协同、研发协同、生产协同和服务协同，在产业链中的上下游间形成提质、增效、降本的多赢局面。 

03信息化系统规划主要内容

3.1ERP系统 

3.1.1 功能和目标

ERP系统着重解决物料台账、合同、计划、采购、成本等相关管理目标，具体如下： 提升管理概念。由定性管理转变为定量管理；由单一的职能式管理转变为资源式管理。理顺管理流程。理顺和制定适应单件小批量加工装配型企业的生产管理 程流程，规范生产流程环节中的各类票据，根据岗位说明书制定相应的操作制度及条例。实现物料配送，建立缺件报警制度。将领料制仓库变成配送制仓库，在装配前做缺件分析，推行缺件报警制度。有效控制库存。提出配套库存的管理思想，努力降低库存中长短件的比例。降低成本。从限额发料、控制库存、缩短生产周期等方面降低生产成本。降低成本。从限额发料、控制库存、缩短生产周期等方面降低生产成本。缩短生产周期。通过提高设计及生产环节对工程变更的反应速度、提高装配中物料的齐套率、减少生产装配中停工待料的时间和缩短采购周期等措施，实现缩短成品的生产周期。建立生产的可预见性机制，包括销售预测、库存预测、缺件预测、生产过程预测、客户定单交货期预测、采购到货期预测、生产成本预测等。建立生产计划的控制和反馈机制体系，实现各类生产计划的闭环管理。建立价格管理和多层次成本控制体系。建立原材料基准价管理体系、零部件/外协件的定额成本价、合同的实际成本计算体系等，形成完善的销售报 价审计、采购合同价格审计、设计成本审计和完工审计制度。建立、高速、专业、准确的报价体系。最终实现公司生产、运营 、财务一体化管理。 

3.1.2 系统架构规划

ERP系统的架构规划如图3所示。 

（图3）ERP系统的架构规划 

3.2PLM系统 

3.2.1 功能和目标PLM系统着重解决工艺设计、图纸管理、设计变更等相关管理目标，具体如下： 建立统一、高效、规范的文控体系，实现企业资料的有效沉淀和有序管理。建立企业物料标准库，规范管理物料。搭建图文档管理平台和工艺信息管理平台，前端支持各类CAD数据的集成，包括常用的AutoCAD、SolidWorks等数据格式，实现对CAD数据的信息提取、在线浏览等。通过图文档管理系统平台，实现产品数据安全共享、产品结构化管理，在审批流程方面，实现电子审批。通过工艺信息管理平台，实现工艺卡片图文混排编制、工艺路线的编制，通过汇总报表BOM的输出，支撑生产。 

3.2.2 系统架构

PLM系统架构如图4所示。 

（图4）PLM系统架构 

3.3MES系统 

3.3.1 功能和目标

MES系统着重解决生产过程管控、防错防呆、产质量追溯、设备运行等相关管理目标，具体如下： 全面集成。承上启下，完成公司所有与MES系统链接的信息化系统 （如ERP、PLM等）、自动化控制系统（如钣金、铜排、二次裁线、产线等）和设备（如实验设备等）的无缝集成，通过MES系统整合上下游信息流、建立一个业务统一、流程顺畅、数据规范的生产管理平台。精益排程。结合ERP系统建立先进的计划体系，制定在产能和物资等资源约束条件下的详细排程计划，统一指挥控制物料、人员、流程指令和设备等工厂生产资源。自动化物流和物料管理。MES系统应覆盖部分WMS功能，并实现与自动化物流系统（如自动化立库、AGV小车等）一道完成生产物流管理，在数字化工厂内实现无人化自动物料流转，MES系统指挥和跟踪物料流动、管理物料消耗、编制物料投料计划等，同时采用工单、批次管理，实现对物料的跟踪和回馈。质量管理。质量管理以生产过程质量信息汇总和控制为核心，建立快速、高效全过程的质量反馈、质量处理、质量跟踪控制，MES系统自动生成各类质量报告和出厂试验报告等资料。生产过程管理。以全厂数据采集系统为基础，建立起综合控制系统，包括电子看板、SCADA系统集成、监控中心和Andon系统等，实时显示整个生产过程的各种现场数据，并按照预先设定的报条件，出现异常情况应及时报警提醒，并采取相应的调度措施。设备管理。对生产车间主要生产设备的使用频率、运行状况、工时、定额、能耗、产能等有关信息进行采集和分析，对设备进行全面的运筹管理，以达到保持设备完好率、充分发挥其效能的目的。统计分析。对实时数据进行统计分析 ，通过对大量数据的综合分析，可以对生产运行情况进行有效评价，为优化组织、提高产量质量、提高设备保障能力、降低生产成本提高强有力的手段 ，如员工绩效管理、核算计件工资、设备效率分等。移动化应用。支持手机、PDA等移动终端，实现移动端的派工报工、接料发料、数据录入、生产进度跟踪、实时统计分析展示等。 

3.3.2 系统架构

MES系统架构如图5所示。 

（图5）MES系统架构 

3.4WMS系统 

3.4.1 功能和目标

WMS系统着重解决实物仓储、出入库、物料质检、组盘等相关管理目标，具体如下：实现原材料、成品、备品备件的出入库、调拨、转换、质检、在库等过程的有效的全方位管控。实现ERP系统、WMS系统及库存实物信息交互的及时性和一致性。实现账务相符、物料流转及消耗的精准追踪、多样化盘点功能应用。底层技术应用，实现自动化调度。 

3.4.2 系统架构

WMS系统架构如图6所示。 

（图6）WMS系统架构

04总结 

企业信息化建设可采取“总体规划、分步实施”的原则，避免出现信息孤岛，ERP、PLM、MES和WMS系统是智能工厂信息化建设的重点，各系统的架构和功能设计以及系统间数据的接口设计是信化规划的关键，各系统应实现信息的无缝集成和数据交互，以实现企业“智能制造”的最终目标。