产品全生命周期
项目管理系统
配方管理系统
实验管理系统
电子实验记录本
研发成本管理
化工行业
MES系统条码技术
条码技术在制造业的应用是随着企业信息化的发展要求应运而生的，随着电子商务时代的到来，信息技术无疑已成为企业提高生产效率、增强产品市场竞争力的重要手段。因此，企业针
产品应用
条码技术在制造业的应用是随着企业信息化的发展要求应运而生的，随着电子商务时代的到来，信息技术无疑已成为企业提高生产效率、增强产品市场竞争力的重要手段。因此，企业针对产、供、销的各个环节，纷纷实施ERP、SCM、CRM等管理信息系统，以帮助企业提高运作效率及管理水平。使企业能从容应对瞬息万变的市场变化和激烈的市场竞争。但对于很多大规模的制造企业，上述的信息系统还远远不能完全满足实际要求。
ERP、SCM、CRM等系统主要针对的是企业计划层的管理，而这些企业不仅要根据市场的需求及企业的资源状况迅速作出最佳的生产、供应及销售计划，更需要高效的执行系统来对计划及生产作业,实际进行协调管理并及时跟踪、反馈计划的执行状况。这样，MES(Manufactuing Execution System，制造执行系统)、WMS(Warehouse Managtument system，仓库管理系统)等执行层后的管理信息系统便逐渐纳入这些企业的信息系统规划。MES、WMS为操作人员、管理人员提供计划的执行和跟踪以及资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状况，使得企业的信息得以在计划、执行、控制层之间有效、通畅地流动，是企业生产作业现场与管理者之间的桥梁。
1 制造执行系统主要具备以下功能：
·制订详细作业计划。根据生产任务的属性、特征等对任务进行分批、混批和优先级的确定，以制定详细作业计划，同时打印与计划相关的条形码标签。
·生产调度。管理在线的生产任务、订单、批次、工作令等，可以根据具体情况对调度单进行修改。
·条码数据采集。利用条码，提供生产操作过程中数据采集。
·质量控制。为操作人员／管理人员提供计划执行和跟踪(以及所有资源)当前状况质量管理，提供生产过程中的质量数据，提供对生产过程的质量统计过程控制SPC。
·生产过程管理。监控生产过程以及生产过程的内部操作，为操作者提供决策支持。
·产品挡案。利用条码采集，可以建立包括产品的制造过程、部件配置、质检数据等详细信息的完整产品挡案。
PBA—WMS
库管理信息系统能辅助仓库管理人员对仓库货物的入库、出库、移库、盘点等业务进行全面的控制和管理，其主要功能如下：
仓库管理系统实施目标
·货物编码，制作货物条码标签
·通过货物的条码数据采集，确保仓库出入货物的准确性
·通过货物的单件管理，确保货物的先进先出
·实现出入库货物的跟踪
·精确的仓库实物库存管理
·仓库货物的分级、分类管理
·实现多仓库、多库位的管理
·通过仓库出入车辆跟踪，实现运输管理
·仓储成本核算
总之，企业通过实施基于条码技术的制造执行及仓库管理系统可以使企业生产作业效率及管理水平得到极大提高，具体来说PBA可对企业起到以下作用：
·提高产品质量
产品质量是企业的生命，PBA全面跟踪采集零部件及成品的质量信息，能够及时发现质量问题并及时将信息反馈给物料供应商，产品设计，生产管理，质量管理及经营决策部门，帮助企业全面提高产品质量。
·客观评价供应商，降低成本
PBA对零部件的跟踪帮助企业客观地评价供应商的零部件产品质量，从而使企业能够选择最优的供应商，减低质量成本。PBA增强对供应商评价的准确性及透明度，从而避免企业人为的采购成本增加。
·制订合理市场及服务战略
PBA可帮助企业对销售商的分区、分级管理，保证了市场健康有序地发展。能有效地控制区域倒货，同时对销售商的跟踪评估，有利于企业正确选择销售伙伴，促进市场销售。
·提高经营决策的及时性
PBA给企业提供了及时准确的决策依据，使企业能够面对瞬息万变的激烈竞争做出及时正确的经营管理决策，争取竞争优势。
·向企业ERP、SCM及时提供产品数据
PBA能向企业的ERP、SCM提供完整准确的产品数据，并保证数据采集的及时性，使企业ERP、SCM等系统发挥更大的作用。
条码技术在发达国家的电子电器、机械、汽车、仪器等适合进行条码标识识别的大规模制造业的应用己相当成熟，而条码技术在国内制造业的应用还处于起步阶段，只是一些著名企业包括汽车、摩托车、家电、通讯、IT等行业的龙头企业随着企业ERP的实施，开始逐步将条码技术应用于制造执行及仓库管理系统中。
条码技术在国内制造业的推广应用目前还存在一些障碍问题。首先，制造企业目前大部分还处于信息化建设的初期，已实施ERP的企业数量并不多，企业对条码技术应用更是缺乏认识；其次，国内能够向企业真正提供完整条码应用解决方案并具备实施经验的服务商匮乏。有些企业往往认识到条码应用的作用，但寻找服务商时碰到的情况是传统信息系统服务商不了解条码应用，而条码设备的提供商基本上都不能深刻了解企业的应用需求。相信随着我国制造企业信息化程度的逐步提高今后越来越多的企业会认识到应用条码技术的重要性，条码技术应用也必然会成为制造业信息化的新热点。
2系统实现的关键技术
条形码自动识别技术是在计算机技术与信息技术基础上发展起来的一门集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新兴技术。其核心内容是利用光电扫描设备识读条码符号，从而实现机器的自动识别，并快速准确地将信息录入到计算机进行数据处理，以达到自动化管理的目的。利用条码技术有效地解决了数据录入和数据采集的瓶颈问题，可以帮助企业极大地提高生产作业效率和管理水平。
条码在在制品跟踪与管理上的应用主要包括以下优势：
(1)实时、精确地统计和查询生产数据，为生产调度等提供依据；
(2)快速、准确地跟踪和管理在制品的生产过程，并能在计算机上显示出来，能使我们找到生产中的瓶颈；
(3)减少了生产数据统计人员繁重的数据收集与统计工作；
(4)提供完整的品质跟踪手段，对检验中的不合格产品，能记录下是人为问题还是零件问题，提供实用的分析报告。
在目前文献和实际应用中也有使用RFID技术和触摸屏技术实现MES的现场数据采集的解决方案。但是，使用RFID技术用于现场在制品的标识有一定的局限性：首先，对于小尺寸零件来说，要选择合适的电子标签并将其嵌入到零件当中非常困难；其次，电子标签嵌入零件后，可能造成零件表面缺陷，改变零件的物理性质导致零件质量不合格。对于触摸屏技术而言，其局限性在于：车间油污和有机溶剂较多，容易污染触摸屏表面或损坏。与以上两种技术比较，条码扫描可以快速、简便、准确地实现数据采集。同时，条码可以标识诸如设备、在制零件、人员等各种不同性质的生产信息实体，所以，本系统选用条码识别技术作为实现生产数据快速采集的方法。
根据对车间生产信息和MES对生产信息需求的总体分析可以看出，生产现场每天产生的数据量巨大且相互关联。需要构建一个整体的数据采集系统，实现数据快速、完整的录入，并且系统要便于生产工人操作。只有及时准确地将人力资源、设备资源、物料与在制品信息完整的采集出来，才能保证MES计划调度指令和管理决策的及时和最优。因此，生产数据采集系统中要解决的关键问题是条码表示对象的选择、编码规则的制定，以及针对不同粒度的生产信息如何实现数据的便捷录入。
2．1 条码制作
a．条码标识实体的选择。
根据对数据采集信息的分析和现场加工实际情况，得出选择条码标识对象的原则：对象数量要尽量少，便于精简条码扫描流程；能表示尽量多的信息；条码标签容易粘贴。根据上述原则，本文对条码标识对象的选择如下：第一，可以选择工厂分配给每个员工作为人员惟一标识的代码作为编码代码，制成条码标签粘贴在每个工人每日必须佩戴的工卡上。第二，在生产中，在制品零件是以批次为基本单位进行加工和移动的，而每个零件批次的流水作业卡(或称为过程卡、FO)包含了该批次零件的基本信息、加工工序信息和加工数量且流水作业卡跟随本批零件的整个加工过程。所以选择流水作业卡作为标识零件的条码标识对象。针对每个批次印制能够惟一标识该批次的条码标签粘贴在流水作业卡上。第三，根据标识每台设备的设备编码印制设备条码标签供采集设备信息使用。
b．编码规则的制定。
从生产过程中实体标识代码的结构可以看出，实体代码的分配是完整的、严格的、系统化的。所以自行编制、统一分配使用实体代码应遵循惟一性、稳定性、无含义性原则。惟一性原则是条码编码的基本原则，也是最重要的原则。其要求一个条码惟一标识一个实体对象，即“一物一码”。稳定性则是指若条码一旦分配，只要被标识的实体对象的基本特征没有发生变化，就应保持不变。无含义性就是条码代码中的每一位数字不表示任何与被标识实体对象有关的特定信息。
对条码编码设计主要侧重于保证编码的惟一性和稳定性。这些编码规则都将被标识对象的某些特定信息赋予条码代码，这样做的目的，是为了保证数据录入人员能够仅凭条码编码规则，就可以了解条码代码所包含的信息。这样做的弊端是：首先，由于要赋予条码代码一定的含义，给系统自动生成条码代码造成了一定的困难，导致系统开发工作量增大且不易维护；第二，不利于企业信息保密，一旦条码代码被泄漏就会造成企业生产机密的泄漏。本文针对以上问题提出利用时间的不可逆性产生惟一的时间数字加特定字符前缀作为惟一标识零件生产批次的条码代码，由于时间信息与被标识实体对象没有必然联系，即使条码代码被单独泄漏也不会造成生产机密信息的泄漏。
2．2 基于班产的数据采集设计
车问现场的原始数据的采集主要依靠填写在制品流水作业卡和班产信息来完成。其中，在制品流水作业卡用于记录零件加工过程信息，班产信息用于记录工人加工信息。经过分析可以发现两者的信息相互重叠，这主要是由于传统的车间信息统计是以纸质报表为基础，相互信息不能共享所造成的。在实际生产中，工人加工的零件种类和总数量应该与现场在制品统计中的零件种类和总数量相符。
在数字化手段运用于生产信息管理之后，数据共享得以实现。所以本文以流水作业卡和班产完成情况统计报表为基础，将两者信息整合。将每天需要工人录入的信息分为工人每天工作状态信息、工人加工任务信息和工人完成任务信息3个部分，设计出基于班产统计的数据采集界面。实现了生产数据的快速采集和数据的一次录入多次使用。
在界面中，工人每天填写班产信息，其中大部分数据都可以通过扫描人员条码、批次流水作业卡条码、设备条码来匹配相应信息，需要录人的只有时间和数量这样的数字信息。这样不仅减少了工人手工录人生产信息的出错几率，同时也减少了工人使用键盘录人字符的范围，减少了数据信息所花费的时间。条码数据的信息入口只有一个，这样避免了工人操作数据进行光标定位的麻烦，系统则根据条码代码前不同的前缀进行不同条码信息的识别判断。
在录人数据之后，信息会实时显示在页面下方的表格里，可供工人及时发现错误信息并修改。对于数据的增、删、改操作的最后确认都只用点击“确认”按钮即可，系统则根据所录人的信息实时填写每个生产批次的流水作业卡以及统计在制品信息。根据实际操作测算，工人每天录人信息所花费的总时间5-10min，基本不会影响工人正常的生产加工工作。
可以看出，在“班产信息录人界面”中采集的数据已经囊括了生产现场人员、设备、在制品加工的所有信息。可以满足MES上层各功能模块对生产现场信息的需求。
3 结束语
本文针对目前MES普遍存在的数据采集难题，研究了离散性制造企业中MES对现场数据采集的需求，分析了生产现场多种数据信息、之间的相互关系。结合条码数据采集技术，设计出了基于条码技术的MES数据采集系统。与以前MES数据采集模块的设计相比，本系统数据采集手段更简单，速度更快，采集所得数据更为完备。针对目前离散加工企业存在的现场扰动大、人为干扰多、硬件设备投人不足等问题，需进一步研究容错能力更强、存储信息量更大的二维条码扫描技术与设备，优化信息采集流程，开发出更适合企业使用的数据采集系统。
ERP、SCM、CRM等系统主要针对的是企业计划层的管理，而这些企业不仅要根据市场的需求及企业的资源状况迅速作出最佳的生产、供应及销售计划，更需要高效的执行系统来对计划及生产作业,实际进行协调管理并及时跟踪、反馈计划的执行状况。这样，MES(Manufactuing Execution System，制造执行系统)、WMS(Warehouse Managtument system，仓库管理系统)等执行层后的管理信息系统便逐渐纳入这些企业的信息系统规划。MES、WMS为操作人员、管理人员提供计划的执行和跟踪以及资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状况，使得企业的信息得以在计划、执行、控制层之间有效、通畅地流动，是企业生产作业现场与管理者之间的桥梁。
1 制造执行系统主要具备以下功能：
·制订详细作业计划。根据生产任务的属性、特征等对任务进行分批、混批和优先级的确定，以制定详细作业计划，同时打印与计划相关的条形码标签。
·生产调度。管理在线的生产任务、订单、批次、工作令等，可以根据具体情况对调度单进行修改。
·条码数据采集。利用条码，提供生产操作过程中数据采集。
·质量控制。为操作人员／管理人员提供计划执行和跟踪(以及所有资源)当前状况质量管理，提供生产过程中的质量数据，提供对生产过程的质量统计过程控制SPC。
·生产过程管理。监控生产过程以及生产过程的内部操作，为操作者提供决策支持。
·产品挡案。利用条码采集，可以建立包括产品的制造过程、部件配置、质检数据等详细信息的完整产品挡案。
PBA—WMS
库管理信息系统能辅助仓库管理人员对仓库货物的入库、出库、移库、盘点等业务进行全面的控制和管理，其主要功能如下：
仓库管理系统实施目标
·货物编码，制作货物条码标签
·通过货物的条码数据采集，确保仓库出入货物的准确性
·通过货物的单件管理，确保货物的先进先出
·实现出入库货物的跟踪
·精确的仓库实物库存管理
·仓库货物的分级、分类管理
·实现多仓库、多库位的管理
·通过仓库出入车辆跟踪，实现运输管理
·仓储成本核算
总之，企业通过实施基于条码技术的制造执行及仓库管理系统可以使企业生产作业效率及管理水平得到极大提高，具体来说PBA可对企业起到以下作用：
·提高产品质量
产品质量是企业的生命，PBA全面跟踪采集零部件及成品的质量信息，能够及时发现质量问题并及时将信息反馈给物料供应商，产品设计，生产管理，质量管理及经营决策部门，帮助企业全面提高产品质量。
·客观评价供应商，降低成本
PBA对零部件的跟踪帮助企业客观地评价供应商的零部件产品质量，从而使企业能够选择最优的供应商，减低质量成本。PBA增强对供应商评价的准确性及透明度，从而避免企业人为的采购成本增加。
·制订合理市场及服务战略
PBA可帮助企业对销售商的分区、分级管理，保证了市场健康有序地发展。能有效地控制区域倒货，同时对销售商的跟踪评估，有利于企业正确选择销售伙伴，促进市场销售。
·提高经营决策的及时性
PBA给企业提供了及时准确的决策依据，使企业能够面对瞬息万变的激烈竞争做出及时正确的经营管理决策，争取竞争优势。
·向企业ERP、SCM及时提供产品数据
PBA能向企业的ERP、SCM提供完整准确的产品数据，并保证数据采集的及时性，使企业ERP、SCM等系统发挥更大的作用。
条码技术在发达国家的电子电器、机械、汽车、仪器等适合进行条码标识识别的大规模制造业的应用己相当成熟，而条码技术在国内制造业的应用还处于起步阶段，只是一些著名企业包括汽车、摩托车、家电、通讯、IT等行业的龙头企业随着企业ERP的实施，开始逐步将条码技术应用于制造执行及仓库管理系统中。
条码技术在国内制造业的推广应用目前还存在一些障碍问题。首先，制造企业目前大部分还处于信息化建设的初期，已实施ERP的企业数量并不多，企业对条码技术应用更是缺乏认识；其次，国内能够向企业真正提供完整条码应用解决方案并具备实施经验的服务商匮乏。有些企业往往认识到条码应用的作用，但寻找服务商时碰到的情况是传统信息系统服务商不了解条码应用，而条码设备的提供商基本上都不能深刻了解企业的应用需求。相信随着我国制造企业信息化程度的逐步提高今后越来越多的企业会认识到应用条码技术的重要性，条码技术应用也必然会成为制造业信息化的新热点。
2系统实现的关键技术
条形码自动识别技术是在计算机技术与信息技术基础上发展起来的一门集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新兴技术。其核心内容是利用光电扫描设备识读条码符号，从而实现机器的自动识别，并快速准确地将信息录入到计算机进行数据处理，以达到自动化管理的目的。利用条码技术有效地解决了数据录入和数据采集的瓶颈问题，可以帮助企业极大地提高生产作业效率和管理水平。
条码在在制品跟踪与管理上的应用主要包括以下优势：
(1)实时、精确地统计和查询生产数据，为生产调度等提供依据；
(2)快速、准确地跟踪和管理在制品的生产过程，并能在计算机上显示出来，能使我们找到生产中的瓶颈；
(3)减少了生产数据统计人员繁重的数据收集与统计工作；
(4)提供完整的品质跟踪手段，对检验中的不合格产品，能记录下是人为问题还是零件问题，提供实用的分析报告。
在目前文献和实际应用中也有使用RFID技术和触摸屏技术实现MES的现场数据采集的解决方案。但是，使用RFID技术用于现场在制品的标识有一定的局限性：首先，对于小尺寸零件来说，要选择合适的电子标签并将其嵌入到零件当中非常困难；其次，电子标签嵌入零件后，可能造成零件表面缺陷，改变零件的物理性质导致零件质量不合格。对于触摸屏技术而言，其局限性在于：车间油污和有机溶剂较多，容易污染触摸屏表面或损坏。与以上两种技术比较，条码扫描可以快速、简便、准确地实现数据采集。同时，条码可以标识诸如设备、在制零件、人员等各种不同性质的生产信息实体，所以，本系统选用条码识别技术作为实现生产数据快速采集的方法。
根据对车间生产信息和MES对生产信息需求的总体分析可以看出，生产现场每天产生的数据量巨大且相互关联。需要构建一个整体的数据采集系统，实现数据快速、完整的录入，并且系统要便于生产工人操作。只有及时准确地将人力资源、设备资源、物料与在制品信息完整的采集出来，才能保证MES计划调度指令和管理决策的及时和最优。因此，生产数据采集系统中要解决的关键问题是条码表示对象的选择、编码规则的制定，以及针对不同粒度的生产信息如何实现数据的便捷录入。
2．1 条码制作
a．条码标识实体的选择。
根据对数据采集信息的分析和现场加工实际情况，得出选择条码标识对象的原则：对象数量要尽量少，便于精简条码扫描流程；能表示尽量多的信息；条码标签容易粘贴。根据上述原则，本文对条码标识对象的选择如下：第一，可以选择工厂分配给每个员工作为人员惟一标识的代码作为编码代码，制成条码标签粘贴在每个工人每日必须佩戴的工卡上。第二，在生产中，在制品零件是以批次为基本单位进行加工和移动的，而每个零件批次的流水作业卡(或称为过程卡、FO)包含了该批次零件的基本信息、加工工序信息和加工数量且流水作业卡跟随本批零件的整个加工过程。所以选择流水作业卡作为标识零件的条码标识对象。针对每个批次印制能够惟一标识该批次的条码标签粘贴在流水作业卡上。第三，根据标识每台设备的设备编码印制设备条码标签供采集设备信息使用。
b．编码规则的制定。
从生产过程中实体标识代码的结构可以看出，实体代码的分配是完整的、严格的、系统化的。所以自行编制、统一分配使用实体代码应遵循惟一性、稳定性、无含义性原则。惟一性原则是条码编码的基本原则，也是最重要的原则。其要求一个条码惟一标识一个实体对象，即“一物一码”。稳定性则是指若条码一旦分配，只要被标识的实体对象的基本特征没有发生变化，就应保持不变。无含义性就是条码代码中的每一位数字不表示任何与被标识实体对象有关的特定信息。
对条码编码设计主要侧重于保证编码的惟一性和稳定性。这些编码规则都将被标识对象的某些特定信息赋予条码代码，这样做的目的，是为了保证数据录入人员能够仅凭条码编码规则，就可以了解条码代码所包含的信息。这样做的弊端是：首先，由于要赋予条码代码一定的含义，给系统自动生成条码代码造成了一定的困难，导致系统开发工作量增大且不易维护；第二，不利于企业信息保密，一旦条码代码被泄漏就会造成企业生产机密的泄漏。本文针对以上问题提出利用时间的不可逆性产生惟一的时间数字加特定字符前缀作为惟一标识零件生产批次的条码代码，由于时间信息与被标识实体对象没有必然联系，即使条码代码被单独泄漏也不会造成生产机密信息的泄漏。
2．2 基于班产的数据采集设计
车问现场的原始数据的采集主要依靠填写在制品流水作业卡和班产信息来完成。其中，在制品流水作业卡用于记录零件加工过程信息，班产信息用于记录工人加工信息。经过分析可以发现两者的信息相互重叠，这主要是由于传统的车间信息统计是以纸质报表为基础，相互信息不能共享所造成的。在实际生产中，工人加工的零件种类和总数量应该与现场在制品统计中的零件种类和总数量相符。
在数字化手段运用于生产信息管理之后，数据共享得以实现。所以本文以流水作业卡和班产完成情况统计报表为基础，将两者信息整合。将每天需要工人录入的信息分为工人每天工作状态信息、工人加工任务信息和工人完成任务信息3个部分，设计出基于班产统计的数据采集界面。实现了生产数据的快速采集和数据的一次录入多次使用。
在界面中，工人每天填写班产信息，其中大部分数据都可以通过扫描人员条码、批次流水作业卡条码、设备条码来匹配相应信息，需要录人的只有时间和数量这样的数字信息。这样不仅减少了工人手工录人生产信息的出错几率，同时也减少了工人使用键盘录人字符的范围，减少了数据信息所花费的时间。条码数据的信息入口只有一个，这样避免了工人操作数据进行光标定位的麻烦，系统则根据条码代码前不同的前缀进行不同条码信息的识别判断。
在录人数据之后，信息会实时显示在页面下方的表格里，可供工人及时发现错误信息并修改。对于数据的增、删、改操作的最后确认都只用点击“确认”按钮即可，系统则根据所录人的信息实时填写每个生产批次的流水作业卡以及统计在制品信息。根据实际操作测算，工人每天录人信息所花费的总时间5-10min，基本不会影响工人正常的生产加工工作。
可以看出，在“班产信息录人界面”中采集的数据已经囊括了生产现场人员、设备、在制品加工的所有信息。可以满足MES上层各功能模块对生产现场信息的需求。
3 结束语
本文针对目前MES普遍存在的数据采集难题，研究了离散性制造企业中MES对现场数据采集的需求，分析了生产现场多种数据信息、之间的相互关系。结合条码数据采集技术，设计出了基于条码技术的MES数据采集系统。与以前MES数据采集模块的设计相比，本系统数据采集手段更简单，速度更快，采集所得数据更为完备。针对目前离散加工企业存在的现场扰动大、人为干扰多、硬件设备投人不足等问题，需进一步研究容错能力更强、存储信息量更大的二维条码扫描技术与设备，优化信息采集流程，开发出更适合企业使用的数据采集系统。
