船舶制造执行系统MES.doc

船舶制造执行系统MES 近年来，中国船舶制造业正处于一个快速发展的关键时期，造船产量迅速增长。同时，随着现代造船模式的推广实施和成组技术的应用，组立、分段、总段等船舶制造中间产品的生产过程的控制对缩短船舶制造周期，提高造船效率的作用日益明显，即车间正在取代船台成为船舶制造中新的物料和信息资源的集散地。因此，对造船企业车间层的管理就日益重要，MES 系统就是可以帮助企业有效管理其车间生产状况的信息化系统。制造执行系统（MES）是近年来企业信息化的又一个热门领域，它是适应产品的个性化和制造过程的敏捷化需求而产生的。MES 既是一种管理的概念，也是一套管理软件和技术，它是位于企业计划系统（ERP）和生产控制层（底层自动化系统）之间一套软件系统。其主要的功能包括工序详细调度、制造资源分配和状态管理、生产过程控制、工艺管理、质量管理、人力资源管理和数据采集等。MES 能够帮助企业缩短对市场的响应时间，快速生产出市场所需要的产品，更好地满足客户的需求，提高企业的敏捷化竞争力。MES 是对制造企业执行层进行全方位管理的信息系统，它在企业集成信息管理系统中，起着承上启下的桥梁作用。它可以帮助船舶企业解决企业资源计划与生产现场信息联系不紧密的问题，如生产过程计划的执行与生产现场的控制缺乏优化的调度与协调、企业生产能力难以得到合理评估、生产成本难以有效控制等问题，使企业信息管理系统能够及时、快速、有效地运行，从而提高船舶企业整体管理水平，适应敏捷制造模式对生产敏捷性的要求，适应精益生产模式对精益生产的要求。近年来，国内流程工业企业逐步认识到MES 的价值，进行了很多相关研究开发与工业应用，取得了可喜的成果，然而离散制造业对于MES 的应用还比较少，船舶企业中的应用就更为匮乏。船舶制造从古代采用简单的手工工具以及人的手工操作，到近代造船不同程度地使用各种机械替代繁重的体力劳动，再到现代造船向机械化、智能化、敏捷化发展，而这些发展的前提就是要准确控制船舶车间的制造实时信息，从而利用有限空间和机械尽可能满足更多工序要求，使船舶制造过程更大程度地流水作业化、集中化和高效化。由于船舶制造生产过程既有大量零部件的加工制造，又有繁杂的逐级装配，所以在其制造过程中涉及到很多的场地、机械和人员的安排，如果能把MES 有效地运用到船舶制造企业当中，船舶制造过程就能更好地利用时间、空间，提高企业效益和竞争力，这对于船舶企业而言将是一个重大突破。此外，近两年随着金融危机对全球航运业的巨大冲击，船舶制造业也略现疲软态势，这也大大加剧了船舶制造企业之间的竞争，船厂的计划往往赶不上变化，信息的快速、准确地传递变得越来越重要了。如何有效地管理车间，使信息在车间内能快速地传递，已成为信息管理的主要课题。由于MES 包含了管理车间生产的所有功能模块，所以将MES应用于车间中，可以实现对车间生产的管理与控制，实现信息的无缝集成。 随着经济全球化趋势的加剧，制造业的竞争也愈演愈烈，因而车间的生产环境也越来越充满更多的不确定性。生产车间在面对任何不能预知的外部变化和内部波动时，企业都希望车间能够自主地、高效地、低成本地、及时地做出调整，生产出满足客户全方位需求的产品以适应敏捷制造的要求。因此，制造执行系统的实时性、敏捷性、智能性和集成性已经成为MES 进一步发展的重要方向。（1）实时性：MES 可以将车间的生产调度计划、生产人员状态、设备运行状态、物料计划等精确地、实时地传递给上层的计划管理系统；MES 可以将订单的状态信息实时地向客户反映出来；MES 还可以实时地处理由于一些不确定因素比如设备发生故障、工作人员缺席等造成的产品作业计划车间内的小幅度调整。所以，MES 研究的一个很重要的方面就是保证处理车间问题的实时性。（2）敏捷性：企业的敏捷制造通常是指企业采用现代通信手段，通过高效配置各种资源（包括技术、管理和人员），以有效和协调的方式响应客户需求，从而实现制造的敏捷性。敏捷性是所有先进制造模式的核心，它是企业在不断变化、不可预测的经营环境中善于应变的能力，是企业在市场中生存和领先能力的综合体现，具体表现在产品的需求、设计和制造上具有敏捷性。车间资源的合理配置、生产优化调度和控制是实现敏捷化生产管理与运行的核心，传统的决策模型和算法越来越不适应车间充满不确定性的制造环境，甚至成为制约车间生产敏捷化的瓶颈。因此，如何实现车间制造的敏捷性也是MES 研究的一个不可或缺的领域。（3）智能性：MES 中存在着大量的决策执行问题，比如作业调度的执行、制造资源的分配、在制产品的控制等，因而制造车间的生产过程实际上就是完成一系列决策的过程。智能化MES 的核心目标是通过跟踪更精确的过程状态和记录更完整的数据以获取更多的数据来更便捷地进行生产和管理，它通过分布在设备中的智能来保证车间生产的自动化。智能化的MES 可以保证生产过程的适应性和自组织性。 (4) 集成性：一个庞大复杂的制造管理系统由许多不同的、零散的小功能模块组成，孤立的解决方案只能是解决车间生产问题的瓶颈，而针对制造系统的整体集成方案则可以帮助企业实现高效的运营管理。因此，ERP/MES/PCS 之间的有效集成对于现代制造企业的发展而言至关重要。此外，如何解决MES 内部应用子系统之间以及MES 与企业其它应用系统之间的信息交换与集成也是企业信息化需要重点解决的问题。 MES 本身也是各种生产管理的功能软件集合，MESA 通过其各成员的实践归纳了l1个主要的MES 功能模块，包括：工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。MES 的功能模型如图所示。实际的产品可能是包含其中一个或几个功能模块。各模块的功能简述如下： (1)工序详细调度：通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能。 (2)资源分配和状态管理：指导劳动者、机器、工具和物料如何协调的进行生产，并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工情况。 (3)生产单元分配：通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作。 (4)文档控制：管理和分发与产品、工艺规程、设计或工作令有关的信息，同时也收集与工作和环境有关的标准信息。(5)产品跟踪和产品清单管理：通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性。 (6)性能分析：将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的要求进行比较，其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高。 (7)人力资源管理：提供按分钟级更新的员工状态信息数据（工时、出勤等），基于人员资历、工作模式、业务需求的变化来指导人员的工作。 (8)维护管理：通过活动监控和指导保证机器和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执行目标。 (9)过程管理：基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程。这一模块的功能实际上也可由生产单元分配和质量管理来实现。这里是作为一个单独的系统来实现。 (10)质量管理：根据工程目标来实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的质量，以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题。 (11) 数据采集：监视、收集和组织来自人员、机器和底层控制操作数据以及工序、物料信息，这些数据可由车间手工录入或由各种自动方式获取。MES 的研究开发工作始于西方工业发达国家，目前已在很多行业实现了产业化，尤其是一些流程制造领域。在制造领域很多的大型企业也开始逐步重视MES 系统的应用，为企业的发展壮大做好充分的准备，它们通过调查分析不断发现MES 可以为企业创造巨大经济价值。根据MESA 调查显示，MES 已经在石油、化工、食品、汽车制造和通讯等行业得到了广泛应用，而且这些企业在使用MES 后，均不同程度地实现了可以降低制造成本、缩短生产周期、高效利用车间设备、合理进行车间调度、减少库存等，从而实现对产品的质量控制把关，节约企业的生产资源，实现企业的绿色制造战略等。在国外，MES 与ERP 已经同等程度地受到企业得重视，MES 也已经成为制造业中需求极大的、不可缺