219524947_智能制造教学工厂的ERP-MES_智能化研究*

2023年第13期

ScienceandTechnology&Innovation

┃

科技与创新

2095-6835

（

2023

）

13-0077-04

文章编号：

智能制造教学工厂的ERP-MES智能化研究

李汾娟

（苏州工业园区职业技术学院智能制造学院，江苏苏州215000）

摘

＊

要：智能制造教学工厂的智能化是以ERP（EnterpriseResourcePlanning，网络公关系统）与MES（Manufacturing

ExecutionSystem

，制造企业生产过程执行系统）集成（

ERP-MES

）作为信息化手段的实训管控系统，满足工程实训教学

的需求，符合当前实训教学管理的新思路。为提高学生在实训中发现问题并主动寻求解决方法，创建了信息集成数据查

询实训平台，此平台为培养教师信息化实训管理提供了方向，对高职院校教学工厂的智能化改造具有现实意义与实用价值。

关键词：教学工厂；实训管控；

ERP-MES

；智能化

中图分类号：

TP271

；

G434

文献标志码：

A

DOI

：

10.15913/.2023.13.021

高职教育教学质量的核心就是实践教学质量

[1]

。教

学工厂承担着重要的实践教学任务，是企业真实生产

和教学有效融合的实践教学模式。近年来，随着智能

制造技术的发展，工业4.0智能制造教学工厂建设得到

了业界重视

[2-4]

。以德国智能工厂技术创新协会、亚琛

大学等为代表的高校及科研机构，纷纷推出工业4.0

概念教学工厂

[3-8]

。文献[9]定义了智能制造教学工厂概

念模型，然而多维度的智能制造等级人才培养目标并

不符合高职的人才培养需求，不能简单效仿。

高职院校尝试建设智能制造教学工厂，大多以智

能制造生产单元建设为主，侧重于设备的自动化和产

品的智能化，往往忽略了实训生产的智能管控。文献[9]

提出了ERP-MES功能层次的信息集成等多层次的智

能生产管控信息化手段，笔者将在苏州工业园区职业

技术学院智能制造学院（以下简称“我院”）教学工

厂的ERP-MES智能化设计中尝试。

造废品率很高，库存数据无法查询，导致仓库物料极

易出现短料，这给实训教师带来很大困扰。建立

ERP-MES库存管理，物料统一货位管理，原料可追溯，

以原料为源头，控制实训成本。

教学工厂实训计划管控。每个学期教学工厂都需

要开展综合实训项目，班级多、实训任务重。然而，

合作企业设备的使用是与企业生产订单紧密相关的，

如何做到实训与生产不冲突，做好校企资源共享，这

对ERP-MES实训计划管控提出了要求。建立

ERP-MES设备台账，查询企业生产资源需求，根据人

才培养进度要求，制订学生实训计划，尽可能实现教

学工厂资源利用率的最大化。

教学工厂实训过程管控。实训的过程管控主要包

括学生实时监管、实训进度控制和制造工艺规范控制。

建立ERP-MES实训执行管理，对实训进度、学生在岗

情况、设备使用情况等信息进行在线实时查询与跟踪，

提高学生实训效率与效果。

教学工厂实训数据分析。实训数据主要包括设备

利用率、学生出勤、废品率、实训进度控制、实训成

品质量、物料使用率等信息。通过ERP-MES系统查询

与分析，及时了解实训效果、物料需求及制造异常等

信息。

1教学工厂的ERP-MES智能化设计思路

我院的教学工厂属于生产导向性教学工厂

[10]

，是

具有实践教学功能的生产企业。本质是企业，功能定

位是以生产为主，教学为辅

[11]

。真实的生产氛围、完

整的生产制造流程，让学生能在教学工厂中真实地了

解岗位任务和职责，有针对性地培养学生职业技能与

技术。结合我院教学工厂现状，笔者提出了以

ERP-MES生产管控信息化手段为主的教学工厂智能

化设计要求，具体如下。

教学工厂实训库存管理。学生实训以小组为单位

领料，由于学生实训经验不足，物料随领随用，且制

——————————————————————————

2教学工厂的ERP-MES智能化组成域模型

教学工厂的ERP-MES智能化主要包含2个方面，

即资源域与组织域。资源域包括实体资源域和虚拟资

源域。实体资源域主要指机器、物料等；虚拟资源域

主要指知识、功能、信息等。组织域主要指ERP-MES

＊［基金项目］江苏省高校哲学社会科学研究一般项目（编号：2019SJA1341）；江苏省高等职业教育产教融合

集成平台（编号：2019-11）

·77·

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功能层次的信息集成与交互。教学工厂ERP-MES智能

化设计组成域模型如图1所示。

如设备信息、班组信息、实训进度等。采用PDA

（PersonalDigitalAssistant，掌上电脑）扫码器，读取

条形码所包含的信息，通过无线网、服务器等送达云

端处理。搭建云端数据库服务器，让系统应用和维护

及实训实时数据监控可以在任何有网络环境中进行。

ERP-MES

工序3…

、

看板

3

…

图3智能化系统配置

3.2

图1教学工厂ERP-MES智能化设计组成域模型

虚拟资源域

虚拟资源域主要包括基础数据库和全生命周期数

据库2方面。

3.2.1基础数据库

基础数据库源于实体资源域，是实体资源域在

ERP-MES系统中的映射。将实体资源域的信息数字

化，以可识别的数据资源导入到ERP-MES系统中得到

基础数据库。如实训物料信息，对物料分类管理，按

原材料、配件、半成品和成品划分，依据ERP-MES

系统的编码规则，将物料信息进行编码并导入，如

图4所示。

3教学工厂的ERP-MES智能化设计

3.1实体资源域

实体资源域主要包括实训项目资源和硬件设备2

方面。

3.1.1实训项目资源

按生产方法和工艺流程的性质，我院教学工厂实

训项目可分为流程性生产实训项目与组装性生产实训

项目。每个实训项目均包含实训规程、实训标准、工

艺规程、设备台账及相关图纸等，如图2所示。

…

…

图2实训项目资源

3.1.2硬件设备

硬件设备主要包括机械设备与智能装置、看板、

图4ERP-MES系统基础数据编码

数据采集和服务器等。其中机械设备与智能装置可根

据实训内容需要单独采购；看板、数据采集与服务器

是ERP-MES信息化管控的重要硬件（如图3所示），

需根据ERP-MES系统配置要求采购。

看板管理方法是在同一道工序或者前后工序之间

进行物流或信息流的传递

[12]

。一道工序向下一道工序

传递信息，载体就是看板。看板是实时控制实训的重

要工具之一，通过看板及时了解实训任务、投料计划、

实训进度等实时数据。学生实训过程中需要采集数据，

·78·

3.2.2全生命周期数据库

数据的全生命周期主要可分为采集、存储、整合、

呈现与使用、分析与应用、归档和销毁

[13]

。随着时间

的推移，全生命周期的数据库不断增大，针对数据生

命周期各个阶段的特点采取不同的控制手段，挖掘有

效的数据价值

[14]

。

3.3组织域

组织域是ERP-MES功能层次的信息集成与交互，

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主要包括信息数据的综合管理和安全管理2方面。

3.3.1信息数据的综合管理

物料清单（BillofMaterial，BOM）是定义产品结

构的技术文件

[15]

，作为描述产品结构和数据的主要形

式，是教学工厂实训项目ERP-MES信息化设计的基

础，BOM的好坏，直接影响到系统的处理性能和使用

效果。

ERP-MES系统中的BOM主要为制造BOM，即

（ManufacturingBillofMaterial，MBOM），是企业信

息化过程中的核心数据

[9]

。实训时，教师和学生需要根

据BOM中的信息数据来决定实训项目的制造过程，以

及制造该实训产品所需要的物料信息；通过BOM，教

师在指定主实训生产项目计划时确定物料的动态需求

量，从中了解哪些零件需要自制、哪些零部件需要外

购，可以知道生产制造中的实际用料等信息。

以“简单装配体的制作”实训项目中“偏心机构

的制作”为例，该实训项目为组装性生产实训项目，

根据设计装配图，分析组件信息。手轮、滑棒、连杆

3.3.1.1创建BOM清单

等8个零件为自制件，螺钉为外购件；自制件的加工

属于流程性生产，需搭建流程性生产BOM，如图5所

示。流程性生产BOM搭建完毕后，再根据装配指导书

搭建组装性生产BOM，如图6所示。

图5创建BOM流程图

图6“偏心轮的制作”BOM清单

3.3.1.2表单的实时查询

以往学生实训时，教师与学生的沟通效率非常低。

实训教师讲解时，学生能听懂，但实际操作时，学生

往往就忘记了实训的具体过程，如：毛坯尺寸是什么，

工艺过程是什么，这步完成后下一步该做什么，用什

么机床刀具等。表单查询功能可以让学生实时了解实

训信息，缩短询问教师与翻阅查找实训指导书的时间，

提高实训效率，保证实训产品质量。

3.3.1.3实训项目实时管控

实训项目的实时管控主要包括2个方面：①实训

现场的实时管控。学生通过系统查询BOM实施实训操

作，每操作一步，都需要通过PDA数据采集，而后传

送到服务器；实训教师只需看板，实时管控学生的实

训进程，对实训进度太慢或停滞的小组，及时督促整

·79·

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改。②远程的实时管控。一方面通过云端，远程登录服

务器，实训教师实现移动办公；另一方面，系部督导可

登录系统，随时查看实训情况，对教师实训进行监督。

3.3.1.4大数据的综合分析

学生实训的相关数据刚取得时，可能杂乱无章，

但随着系统的不断运行，通过大数据可以探索规律性

的可能形式。例如通过物料库存的大数据分析，可以

预估出每学期实训项目物料需求的最低库存量，即安

全库存；在保证机器能正常运转的前提下，通过生产

制程完成情况的大数据分析，寻找容易加工异常或报

废的生产环节，便于后续工艺分析与改进。

3.3.2信息数据的安全管理

设置数据管理权限，主要划分为3个层次：第一

个层次是ERP-MES系统的管理员，主要指教学工厂的

负责部门，由部门分配给专业实训教师权限；第二个

层次是班级，班级的实训项目不同，分配班级不同权

限；第三个层次是针对学生，根据学生的操作界面，

分配不同的控制权限，如图7所示。

ERP-MES

时响应，有效避免实训异常，保障实训安全。智能化

设计充分考虑了系统的延展性。教学工厂以智能制造单

元为核心，机械设备与智能装置的升级改造对ERP-MES

的实训管控系统配置影响较小，系统延展性良好。

5系统预期的效果与展望

教学工厂智能化系统按以上方式设计与实施后，

将从有形和无形2个方面给生产实训带来如下预期效

果：从有形绩效指标来看，实训物料积压比例会降低

20%，学生实训废品率会显著提升，实训效率提升

30%，设备利用率提升30%以上；从无形效益来看，

智能化设计以ERP-MES作为生产管控信息化手段，为

智能制造工厂的智能装备实训项目提供了可持续发展

的信息化智能平台，此外，该设计思路也为其他高职

院校提供了较好的参考示范。

3.3.2.1数据权限管理

6结束语

智能制造教学工厂的智能化设计搭建了以

ERP-MES作为信息化手段的实训管控系统，满足工程

实训教学的需求。为在教学工厂开设的“自动化综合

实训”“逆向与３D打印”“模具制造实训”“智能

制造装备调试实训”等10余门实训课程提供实训管控

信息化服务平台。

ERP-MES信息化手段实训管控，是真实的工程环

境实践生产管理方法，符合当前实训教学管理的新思

路。为提高学生在实训中发现问题并主动寻求解决方

法的能力，创建了信息集成数据查询实训平台，此平

台为培养教师信息化实训管理提供了方向，对高职院

校教学工厂的智能化改造具有现实意义与实用价值。

…

…

图7数据权限管理

3.3.2.2数据的保存与备份

系统的数据都保存在服务器中。通过ERP-MES

系统设置，保存记录每天的实训数据；对于重要的实

训数据，可以采用数据备份功能，备份到实训项目结

束为止，一旦出现实训异常，可以将实训进程记录备

份，便于后期追踪。

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54

：

89-94.

4系统特点与优势

以ERP-MES生产管控信息化手段为主的教学工

厂的智能化，将体现集成化、信息化、实时性和延展

性的特点。

智能化设计要求资源整合与信息集成。整合实训

项目资源与典型工业案例，将原有的实训内容与实训

过程规范化，并进行数字化处理；信息集成有助于实

训课程的信息化建设与实训项目的规范化管理。

ERP-MES生产管控信息化手段在教学工厂中的应用，

大大提高了实训各个环节的信息化能力水平。实时性

在教学工厂智能化设计中得到了重要体现。实时查询

可以帮助学生及时查找实训信息，规范实训操作，提

高实训效率；实时过程管控能帮助教师全程跟踪、及

·80·

（下转第83页）

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冻融循环次数从20次提高至28次，而纳米SiO

2

未能

提高混凝土的冻融循环次数。

[8]

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BARBERENA-FERNáNDEZAM，BLANCO-VARELAM

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）：

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作者简介：

宫光明（1969—），男，硕士，副高职称，

2级高级主管。

（编辑：严丽琴）

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（上接第80页）

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作者简介：李汾娟（1983—），女，山西太原人，硕

士，副教授，高级工程师，研究方向为高职制造类专

业中的ERP的教学与实践，主要从事机械制造及自动

化专业相关领域的教学与科研工作。

（编辑：丁琳）

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