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摘要 摘要 随着我国加入w t 0 和改革开放的进一步深入，我国进一步巩固了制造业 大国的地位，但我们必须认识到我国并不是制造业强国，在制造业的各个方 面与发达国家相比还存在着很大的差距。我国制造业在信息化建设方面的起 步比较晚，虽然在国家政策的大力支持下取得了令人瞩目的成就，但许多企 业在进行信息化建设时过于注重上层管理级和设备级的建设，而相对忽略了 车间生产制造层面的信息化。制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m ) 弥补了企业信息化的这一盲点，它专注于企业车间级的生产信息管 理，能够从生产现场的执行层对企业进行更直接、更有效的生产资源配置优 化，为企业迅速地提升产品的质量、降低各种资源的损耗，全面地提升企业 的综合竞争能力提供了一种必要而有效的手段。 本论文从制造执行系统的基本概念出发，探讨了制造执行系统的内涵， 在此基础上结合我国大量存在离散制造业的实际情况，并针对其现场加工计 划的复杂过程，运用先进的企业信息管理理念和计算机集成制造系统技术， 研究并设计了一个适合用于我国传统离散制造业的制造执行系统。该系统以 r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 技术作为系统数据的使用支点， 以适用为设计目的，对系统的数据采集、数据通信、生产计划排产、相关的 系统管理等方面作了比较详细的描述。 基于r f i d 的制造执行系统己经在广东的一家汽车配件制造企业中实施， 在实际的系统应用中系统得到了很好的改进和优化，并且取得了很好的使用 效果。该系统的实施案例能为m e s 在类似企业中的实施提供参考，同时，实 践证明，基于r f i d 的制造执行系统具有很高的实用价值，值得我们进一步研 究和推广。 关键词：r f i d 制造执行系统计划排产 耋童三些查兰三兰堡圭兰堡丝三 a b s t r a c t i nt h i st h e s i sw ei n t r o d u c et h ec o n c e p to fm e sa n dt h ed e v e l o p m e n to f m e sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n si no u rc o u n t ry m a n ye n t e r p r i s e si no u rc o u n t r y h a v em a d eg r e a td e v e l o p m e n t sb yi n f b m a t i o n i z a t i o n b ya l l a l y z i n g ，w eh a v e f o u n dm a tw h e nb u i l d i n gae n t e r p r i s ei n f b m a t i o ns y s t e m s ，al o to fe n t e r p r i s e s p a ym o r ea t t e n t i o nt o t h eu p p e rl a y e ra n dl o w e rl a y e ra n di g n o r et h e w o r k s h o p _ b a s e dl a y e r m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m f o c u so n w o r k s h o p b a s e dl a y e ri nm a n u f a c t u r i n gi n f o m a t i o nm a n a g e ，i tc a np r o v i d e s o l u t i o n sm o r ed i r e c t l ya n dm o r ee m c i e n c yt oi m p r o v et h ep r o d u c t sq u a l i t y r 印i d l ya n dd e c r c a s et h ec o n s u m eo fr e s o u r c e ss o t h a tae n t e r p r i s ec a n s t r e n g t h e ni t sw h o l ec o m p e t i t i v ea b i l i t y ak i n do fm e sw i t hh i g hp e 南m a n c ef o rd i s c r e t em a n u f a c t l l r i n gi s c o n s t r u c t e da n e fd i s c u s s i o n t h i sk i n do fm e si sb a s e do na d v a n c e d e n t e r p r i s ei n f o m a t i o nm a n a g ec o n c 印ta n dc i m s( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) t e c h n o l o g yi tc a nb ef i tf o ro u rc o u n t r y st r a d i t i o n a l d i s c r e t em a n u f h c t u r i n g i nt h i ss y s t e m ，w eu s er f i d ( r a d i of r e q u e n c y i d e n t i n c a t i o n ) t e c h n o l o g y a st a g st oa c q u i r es y s t e md a t a ，m a i n l ya i ma t p r a c t i c a b i l i t ya n dw ef o c u so ns y s t e m sd a t ac 0 1 l e c t i o n ，d a t ac o m m u n i c a t i o n ， p l a n n i n ga n ds y s t e mm a n a g e - r e l a t e d t h em o d e lo fm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e mb a s e do n r f i d t e c h n o l o g yh a sb e e np u ti n t op r a c t i c e i n趴a u t of i t t i n gc o n l p a ny b y i m p r o v e m e n ta n do p t i m i z a “o n i n p r a c t i c e ， r e s u l t sa r es a t i s f a c t o r y o u r s v s t e m ss u c c e s sc a nb eu s e da sr e f e r e ei no t h e re n t e r p r i s e p r a c t i c ea l s o p r o v e dt h a tt h em a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e mb a s e do nr f i di sv a l u a b l ei n p r a c t i c a b i l i t ya n dv a l u a b l ef o rf u r t h e rr e s e a r c ha n dp o p u l a r i z e k e yw o r d s ：r f i d ；m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ；p l a n n i n g l i 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论弟一早三；百1 = 匕 随着人类科学技术的不断进步，尤其是自二十世纪九十年代以来，经济 全球化的趋势日益增加，信息技术的发展极为迅速，人类不断创新的各种理 念使得全球经济行为产生了根本的改变，同时，市场环境也不断地发生变化。 在参与价值创造的各种要素中，顾客驱动已经成为市场的主要特征。从制造 业发展的过程来看，二十世纪七十年代前的竞争焦点是企业的生产规模和产 品的制造成本，进入八十年代，竞争的焦点丌始转向满足用户的需求和产品 的综合上市时间、品质、成本、环境和售后服务，即所谓的t 、o 、c 、e 、s 多指标的竞争，到了九十年代中后期，市场的需求变化明显加快，企业除了 在上述提到的各个方面竞争外，拥有多元化的产品发展方向和柔性化的生产 模式成为企业竞争的强大力量。 作为在我国国民经济中占据主导地位的制造业，尤其是传统制造业，要 想迅速地响应市场瞬息万变的需求，同时要尽可能地降低生产成本，并快速 地占领国内外市场的主导地位，进行信息化改造无疑是最佳的选择。 企业信息化能给企业带来的好处很多，它能够减少不确定性，使企业各 级管理者做到心中有数，进而对企业的各种资源做出各种优化策略，当今企 业问的竞争实际上是信息技术的应用及应用效果的竞争，而这种竞争又集中 地反映在企业信息化建设的各个方面。 无论企业做什么工作，其中心利益点最终会体现在产品这一载体上，上 面所提到的制造业“制造”的核心内容就必然是产品，我们使用各种手段来 优化企业的目的就是想把产品和过程有机地结合起来，相互协调、相互适应， 从而找到趋向于最优化的产品制造方法，并获取最大的利润率，同样，我们 做企业信息化的目的也必须最终以产品这一企业利益载体为中心，为最终实 现企业利润的最大化而服务。 1 2 企业信息化的发展和现状 1 2 1 信息化的背景 人类社会发生的三次技术革命都引起了制造业的巨大变革，促进了制造 业的巨大发展。第一次技术革命以纺织机械的革新为起点，以蒸汽机的发明 和广泛应用为标志，实现了从手工工具生产到机械化大生产的转变。在纺织 机械制造业、纺织制造业、蒸汽机制造业蓬勃发展的同时，也促进了机械、 冶金、采煤、化工等部门制造业的发展。第二次技术革命以电力技术为主导， 极大地推动了化工技术、钢铁技术、内燃机技术等相关技术的全面发展，使 汽车、船舶、机车、石油等一系列相关制造业迅速兴起，迎来了材料工业的 钢铁时代，有机合成化学工业开始发展。第三次技术革命又称现代技术革命， 开始于2 0 世纪4 0 年代，并正以迅猛的速度向前发展着，其主要标志是原子 能、空问技术和电子计算机技术的广泛应用促进了传统制造业的自动化与 大发展，产生了高新技术制造产业，如电子计算机、通信设备、生物医药等 一大批新兴制造业。 由于现代技术，尤其是信息技术的发展，世界发生了重大的变化，使企 业的全球化趋势不断加剧。全球化战略已成为指导各跨国制造公司抢占世界 市场的首选战略。 纵观各国企业信息化技术计划的制定和实施情况可以看到，企业信息化 技术的发展有其深刻的国际经济竞争背景。这些信息化技术计划提出时即以 提高本国企业的国际竞争能力、促进经济增长和提高国家综合实力为目标， 既注重技术的超前性，更重视来自产业界的实际需求；在关键技术的选择上 注重系统集成技术与工艺装备研究开发并重，通过系统技术、信息技术和自 动化技术的引入提高制造企业的竞争能力；同时也可以看到，各国在发展信 息化技术的过程中，政府通过若干计划的实施起到了关键的引导和调控作用， 并形成了一套有效的研究开发及推广应用的管理机制和创新机制。 第一章绪论 1 2 2 信息化的发展史 企业信息化是句外来语，在我国港澳和台湾地区俗称为”企业资讯化”。企 业信息化最初源于1 9 9 3 年美国率先提出”信息高速路计划”，此后日本、德国 等国纷纷仿效提出各自国家的信息化发展战略，当时它们提出的信息化泛指 整个社会的信息化，而企业信息化是其中最重要的组成部分。 企业信息化是企业不断应用信息技术、深入开发和应用信息资源的过程， 是传统企业管理的一次革命。从内容上看，企业信息化可以划分成生产信息 化、管理信息化、交易信息化和战略信息化：从业务领域上看主要划分为四 个领域，其i t 特征代表分别为企业资源计划系统( e r p ) 、供应链管理系统 ( s c m ) 、客户关系管理系统( c r m ) 和产品生命周期管理系统( p l m ) ；而 从发展阶段看，企业信息化可以划分成工具化、资源化和知识化三个历史时 期。一般而言，从一开始的财务电算化，到办公自动化、管理信息系统，再 到更为复杂的客户关系管理系统、企业资源规划系统等，企业信息化都经历 着由简单到复杂，由局部到整体，由低级到高级的发展过程。随着企业信息 化向高级方向发展，其与企业的生产、管理、组织的联系越趋密切，产生的 影响也越来越大，但同时指出，企业信息化的成功也越来越依赖企业良好的 运作经验和管理基础。企业信息化在减少管理层次，促进组织的扁平化，提 高企业的反应速度，提高组织的创新能力和服务水平方面的效果变得越来越 明显了。 国外发达国家的企业信息化程度已经达到了很高的程度，除了得益于其 企业本身的先进管理方式以及先进的科学技术外，与政府的大力推动是分不 开的，虽然我国的企业信息化起步较晚，但一直都得到政府的大力支持，十 五大之际我国把“以信息化带动工业化”定为5 0 年的长期发展战略，足以显 示国家大力推动企业信息化的决心。我国目前工业增长速度快，但是g d p 低， 经济效益低，关键生产技术落后，技术装备水平低，有的工业产值比重虽然 提高，但是相应的市场服务体系不健全，农村劳动力转移迟缓，城市劳动力 水平低。因此在经济和社会发展中必须大力发展高新技术，大力发展扶持信 息化技术，以信息化带动工业化的大发展更是迫在眉捷的一项要务。 虽然我们在企业化方而取得了一定的成就，也从中获得了巨大的好处， 广东工业人学t 学硕士学位论文 但我国企业问由于自身管理水平、行业差别、经济实力、组织方式等的差别 导致了我国目前各企业信息化发展水平的参差不齐，标准制定不完善，发展 过程没有一个很好的规划，跟风的情况还比较严重的现状，很多企业没有获 得信息化的预期效果，如何抓主企业自身的特点优化集成各种信息化系统和 实施信息化项目是目前以及未来几年我国企业信息化建设的一个重要任务。 1 2 3 存在的问题 随着我国经济的迅猛发展，目前，我国企业信息化建设，尤其是制造业 的企业信息化已经进入到了一个关键时期，但目前我国很多企业存在着许多 问题制约着其本身信息化的进一步展开，这些问题主要是： 1 )对信息化的认识存在误区，分不清具体实现技术与信息化内涵的联系与 区别，片面的把实现技术的更新换代等同于信息化系统的升级，导致认 为不使用最新的技术就是过时或淘汰产品。 2 )对企业管理对象的复杂性和自身的实际经营运作模式没有全面的认识， 认为同一个产品或实施方案在别的企业能够成功，在自己的企业就一定 能够成功，认为外国的品牌一定比国内的好。 3 )资源复用率低，没有充分的利用好企业已经具有的信息化基础，重复投 资开发的浪费现象比较突出，没有很好地考虑到自身企业信息化的重 点。 4 ) 在实施信息化项目时没有充分的认识到企业需求分析的重要性，没有认 识到软件系统只是工具，并不可能代替企业作出管理模式的选择，采用 什么样的业务流程，如何设置组织机构，如何定绩效考核指标等。 5 )没有认识到企业信息化是一个过程，就像企业管理没有终点一样。项目 上线不等于项目成功，各级管理者和员工一定要坚持使用系统来完成各 自的管理业务，并在使用中持续改进，系统要随着企业发展而发展和完 善，随创新而改变。 6 )本身员工素质有待提高。 第一章绪论 1 3 研究的目的和意义 1 3 1 研究的目的 随着我国企业信息化不断的向前发展，在工业企业中，尤其是制造业企 业中，出现了许多新的值得关注的现象。而制造业在我国国民经济中占有十 分重要的地位，同时，进入二十一世纪，中国成为了世界的制造业中心，没 有制造业的信息化可以说就没有中国企业的信息化。 目前许多制造业都迫切要求把自身的制造技术与信息技术、自动化技术、 现代管理技术和系统科学技术有机融合成为新一代的先进制造技术。当e r p 如雨后春笋般地在企业上马的今天，许多企业和开发商忽略了e r p 与生产现 场的断层，这种断层就是生产信息采集的实时性缺失。发达国家m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ) 。普及化迅速，并给工厂带来了巨大的 经济效益，目前国内还没有自主开发的很成熟的且得到广泛应用的m e s 软件， 国内大部分企业对m e s 认识不深，更不要说普及了。根据以往经验，由于m e s 的开发和实施成本惊人，目前国内只有少数的几家大企业能够使用上m e s ，而 这些企业都是生产自动化水平较高，且都是流水线程度很高的流程生产型企 业。我国目前还存在着大量的离散生产型企业，目前这些制造业信息化面临 的问题是缺乏对所生产产品的全生命周期追踪以及产品在生产过程中的各种 状态，即对在制品实时信息的获取上存在着缺失，这就可能导致了企业各种 生产决策存在滞后性，本文研究基于r f i d 的制造执行系统的目的就是弥补我 国传统离散制造业信息化中上层系统和下层自动化系统之间的断层，提高这 些企业信息化的质量，加速企业对生产信息的响应速度。 1 3 2 研究的意义 可开发出面向各种离散制造企业的，具有自主知识产权的、适合中国国 情的m e s 。有助于企业各种生产资源的合理利用，帮助企业生产决策者了解企 业生产的实时信息，大大的拉近了企业管理层和作业现场的距离，并且大大 地缩短了生产决策到生产执行的时延。改善工厂车间的生产环境，有利于企 广东工业大学工学硕士学位论文 业的5 s 或6 s 管理，推进企业生产和管理的标准化。结合最新的r f i d 技术， 使得车间在制品的跟踪以及成品的质量追溯清晰而有依据。能使企业信息技 术网络的投资迅速取得回报，并实现企业生产的无纸化操作，节省大量的人力 物力。能减少产品制造的周期，缩短生产数据的录入时间，减少半成品的数 量，减少为交班而准备的纸面工作，减少生产的引导时间，并能减少纸面工 作和设计蓝图所带来的损失，降低产品的缺陷率，最终降低企业的生产成本。 通过课题的研究，能够设计出适合我国目前大多数离散制造企业的m e s 实施方案，该实施方案费用低廉，技术先进，安全性好，扩展性好，执行效 率高，开发成本能被国内大多数企业所接受。 1 4 课题来源 本研究课题的课题来源于基于r f i d 的物料及在制品追踪管理系统， 2 0 0 4 年粤港关键领域重点突破项目，汽车配件有限公司生产管理系统，和广 东省科委科技攻关项目“非数控设备生产信息的自动采集与面向e r p 中间件 研发”。 1 5 本文的主要内容及结构安排 本文主要针对我国传统离散制造业，在现有m e s 理论的基础上，从我国 制造业现有的基础设施出发，尽可能充分地考虑企业管理和生产的实际情况， 如何构建一个适用、高效的制造执行系统，介绍如何利用r f i d 技术对车间的 在制品进行跟踪，实现将m e s 信息采集模块采集上来的生产数据与产品进行 绑定。分别从系统的数据采集、生产计划排产以及生产管理等三个部分进行 了详细的讨论，并做了总结，最后还给出了系统实施的一些情况和效果。 全文共分为七章，其主要内容和结构安排如下： 第一章：绪论，简要地介绍了企业信息化的发展历史和发展现状，阐 述了本论文的研究目的和意义，最后给出了本文的内容介绍 和结构安排。 第二章： 介绍制造执行系统的基本情况，包括定义、演化、功能、特 第一章绪论 第三章： 第四章： 第五章： 第六章 第七章 色、优点、应用领域以及发展方向和趋势。 简单介绍了r f i d 技术及应用情况，阐述了基于f r i d 的制造执 行系统的设计背景和总体架构，最后给出了本章的小结。 阐述了车间现场数据采集技术，同时对这些技术作了简要的比 较，然后论述了本系统中车间现场数据采集部分所采用的方案 和实现方法，最后给出了本章的小结。 介绍企业生产的现状以及生产计划排产理论，然后给出了本系 统中面向离散型制造业的生产计划排产部分的实现方法，最后 给出了本章的小结。 介绍了m e s 中生产管理模块部分的内容以及实现方法，然后讨 论了m e s 与其它信息系统的集成，最后给出本章的小结。 对本论文进行总结，指出存在的问题以及进一步的研究方向和 工作展望。 1 6 本文相关专有名词注释 a p i c s 一一a m c r i c a np r o d i 】c t b na 1 1 di n v e n t o r yc o n t m ls o c i e t y 美国生产于库存管理学 会： b o m 一一b i l lo f m a t e r i a l 物料清单； c a p p 一一c o m p u t e ra i d 。dp r o s sp l a i l n i l l g ；计算机辅助上艺规划； c r m 一一c u s t o m e r r e l a t i o n s h i p m a i l a g e m e n t 客户关系管理； d r p 一一d i s t 抽u t i o nr e q u i r 锄e i l tp l a 皿i n g 分销资源计划； e r p 一一e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a i l i l i i i g 企业资源计划； r f i d 一一r a d i of r e q u a l c yi d t i f i c a t i o n 无线射频识别； m e s 一一m a i l u f a c t i l d n ge x e c u t i o ns y s t 叫l 制造执行系统； m e s a 一一m a i l u f a c t i l r i n g e x e c u t i o n s y s i e m a s s o c i a t i o n 制造执行系统国际联合会； m r p 一m a n u f a c t l l r er e s o u r c ep i a i n g 制造资源计划； p c s 一一p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m 过程控制系统； p d m 一一p r o d u c td a t am a n a g e m e n t 产晶数据管理： p l m 一一p r o d u c i “f e c y c l em a n a g e m e n t 产品全生命周期管理； 广东t 业大学工学硕士学位论文 p s 一一p i h a s m gs y s t e m 采购系统： s c m 一一s l 聊l ya l a i nm a n a g 锄e n t 供应链管理； s f r s 一一s h 叩f l o o rr e p o n i n gs y s t e l l l 现场报表系统 w m 一一w o r k i n p r o g r e s s 在制品； 第二章制造执行系统( m e s ) 的概述 第二章制造执行系统( m e s ) 的概述 目前，我国制造业中的信息化层次的架构大多可以分为两个层次”1 ：第一 层为生产现场设备控制层，这一层是以采用自动化生产设备为主要特征的信 息化；第二层企业上层管理规划层，其主要以企业各管理部门或领导层业务 及决策的自动化、智能化为主要特征。通常这两层是独立的，即使有连接也 是多半采用人工处理的方式进行。这样做不但浪费时间，而且生产计划不能 根据现场状况及时的更新，通常会造成生产力降低，进而影响了企业的整体 竞争力。制造执行系统扮演了监督生产现场、承接企业上层的各种决策指令 并且协调、监控企业下层各种生产动作并且能迅速的获取生产现场的各种资 料并实现这些资料的全局共享。 2 1 制造执行系统的定义 对制造执行系统至今还没有一个完整的定义，到目前为止许多国际组织 和国家都在各自的理解的基础上对制造执行系统进行过定义，其中比较典型 和权威的有如下的定义。 m e s a ( m a n u f a c n 埘n g e x e c u t i o ns y s t e m a s s o c i a t i o n 制造执行系统国际联 合会) 所下的定义为：制造执行系统处理相关信息，使得从下单到完成产品 间的生产过程能够最佳化。生产活动在进行时，m e s 使用及时、准确的资料， 提供正确的引导、响应及报告。针对条件能立即作出快速反应，减少无附加 值的活动，从而达到更有效的生产作业及流程。m e s 改善了设备的回收率， 准时交货率、库存周转率、边际贡献、现金流量绩效。m e s 还提供企业与供 应商之间双向沟通所需要的生产信息“1 。 a p i c s ( a m 酬c a np r o d u c t i o na 1 1 di n v e i l t o r yc o n t r o ls o c i e t y 美国生产与库 存管理学会) 的定义：制造执行系统是将加工现场中的各种信息，如：物料、 半成品、设备、生产时间、各种成本等，以实时的方式进行采集、整理、并 追踪、管理目前进行中的各项制造作业的一种信息系统。制造执行系统还应 该负责规划与协调现场所有的生产活动，并且执行及监督山物料需求规划所 广东工业大学工学硕士学位论文 制定的制造活动，主要有实时监控追踪在制品、现场的库存、设备使用率、 操作工考核等资料，同时进行各项信息的统计分析，产生相关管理报表提供 给生产规划人员及现场生产人员”1 。 2 2 制造执行系统的产生和演进 从二十世纪六十年代的晚期到七十年代初期，由会计系统演变成为物料 需求规划系统( m r p ) ，该系统能够协助工厂做好物料需求规划。在七十年代 晚期到八十年代初期，得益于计算机技术的发展，m r p 演化成为m r p i i ，该系 统包含了现场报表系统( s f r s ) 、采购系统( p s ) 及其它相关功能系统。期间， 许多企业开始认为他们需要更多其它的系统来管理更多的事情，由于m r p i i 在预测、需求分配及现场管理等方面的功能非常的缺乏，为了弥补这些缺陷， 开始出现了所谓的预测、分配资源计划、m e s 及其它单一功能的相关系统，这 些系统最大的缺点是无法整合，因此信息的共享变得非常的困难了。到了八 十年代晚期到九十年代初期，这些系统开始通过扩大系统的功能来解决“信 息孤岛”的问题，于是m r p i i 演变成了e r p 、d r p 转变成了供应链管理，而现 场管理功能则变为整合性的m e s 。但到了九十年代后期和二十一世纪最初几 年，由于各系统的功能不断的扩大，使得传统的制造系统之间的界限开始变 圈2 1m e s 的发展过程示意 f i g i l r e2 1 av i e wo f m e s d e v e l o p m e n t 第二章制造执行系统( m e s ) 的概述 图2 1 反映了本小节所介绍的m e s 的发展过程。 3 制造执行系统的功能探讨 许多信息技术人员从一开始就对制造执行系统应该包括些什么功能存在 着模糊的认识，事实上制造执行系统所包括的功能与其它企业信息化系统也 没有一个明显的定界，甚至存在很多重叠的地方”“”。 早期的m e s 的功能主要包含以下功能： ( 1 ) 订单复合发放( o r d e rr e v i e h 恨d c a s e ) ； ( 2 ) 详细计划排程( d e “l c ds c h 。d u l i n 曲； ( 3 )资料搜集与监督( d a l ac o l l e c t i o n ) ； ( 4 ) 异常状态的控制与反馈( c o n 仃o l f e e d b a c k ) ； ( 5 ) 订单后处理( o r d e rd i s p o s i t i o n ) ； 这些功能比较偏重于控制层面，随着m e s 的进一步发展，现今的m e s 强调整合性，在以前的功能内容的基础上增加了与企业层连接的接口类功能。 目前的m e s 普遍被认为包括以下几个方面的功能： ( 1 ) 资源配置：主要管理生产作业所需要使用的资源，通常包括生产设备、劳 动力、原材料、相关生产文件等，确保资源分配符合排程最佳化的目标。 ( 2 ) 作业排程：即我们通常所说的生产计划排产。根据产品的交货期、属性、 特征等对生产作业计划进行排序。 ( 3 ) 派工生产顺序指令：以工作、订单、批量或工作顺序为单位，将该做的工 作派送至各生产单位。 ( 4 ) 生产文件管理：维护各生产单位的纪录及表格，包括：使用手册、标准作 业顺序、图、程序、工程变更等。 ( 5 ) 生产数据采集：制定标准的数据传输接口，以获得内部生产作业相关的表 格、纪录、或参数资料，再透过机器或人力，记录线上的资料。 ( 6 ) 劳力管理：这里主要指对生产操作工的管理。汇总员工的工作状态，包括： 工作时间、参与率、成果确认、非直接活动的追踪。 ( 7 ) 品质管理：实时分析所采集到的信息，若品质出问题时则立刻下指令修正 生产作业，或定义出必须注意的指针，以确保产出品质。 广东工业大学工学硕士学位论文 ( 8 ) 制造过程监管：监控生产、自动修正改善、或辅助作业人员修正改善进 行中的生产作业。 ( 9 ) 维护管理：追踪机台、设备、工具的保养情况，主导维护工作，以确保制 造设备能继续使用。此外，本功能亦可保存所有维修的资料，作为日后诊 断问题的参考。 ( 1 0 ) 产品追踪：随时提供产品生产状态；线上追踪归档后，可成为历史记录， 此记录往上可以追踪至材料组件，往下可追踪至终端成品。 ( 1 1 ) 绩效分析：提供实际分析结果与历史资料，或比较预期结果的实时绩效报 表：将这些结果绘制成图表后，可用书面的方式呈现，或直接在生产线上 展示，以进行实时绩效评估 一般根据企业的实际需要设计的m e s ，可能没有完全包含上述的所有功 能，但是也具有其中的大部分，或者是某些信息系统中已经具有了这些功能。 正如前面所提到的m e s 与其它企业信息系统可能存在着重叠的区域，如图2 2 所示。 图2 2m e s 各功能与其它信息系统的关系 f i g u 心2 - 2t h er 七l a t i o n s h i po f m e sa n do t l l e rh l f o r l a 6 0 ns y s t e i i l s 2 4 制造执行系统的特色和优点 企业的唯一目的是追求利润，为了达到这一目的企业在生产产品时都希 望能够缩短产品的生产时间、改善产品的品质、降低成本。由于m e s 能够提 供实时的监控以及将实时的信息与其它信息系统共享，使得企业某些潜在的 第二章制造执行系统( m e s ) 的概述 利益能够在工厂使用m e s 后浮现出来。根据m e s a 所提供的调查结果显示，企 业在使用m e s 后的确可以降低生产周期时自j 、减少在制品( w i p ) 、减少前置时 间以及改善产品品质等“。 强调实时性，是m e s 最突出的优点，如果说e r p 、m r p i i 等上层信息系统 的响应时延是l o o ，那么生产现场自动设备的时延是l ，m e s 的时延就是1 0 ，m e s 对生产信息的获取时延几乎可以精确到以秒为单位，并且这些数据将可以作 为企业生产决策之用“，图2 3 反映了 l e s 与其它系统间的数据流及时延对 比。 巫磋 生产设备 生产设备控制指令 上层信息系统 时间因子1 0 0 i 计划要生产什么 主 m e s l 时间冈子1 01 1 如何执行生产 土一 现场控制系统i 时间因子l o 数据采集及交换l _ j 图2 3m e s 数据流及时延 f i g u r e2 3 d a t an o wa dt i l i l ed c l a yo f m e s 现场控制层 企业使用m e s 的优点可以从三方面来描述，首先，从现场控制的效益方 面来看：能够减少设置时问，满足管理控制和品质承诺上的需求，消除和避 免纸上作业和因此而产生的相关错误，降低产品产出时间和设备设置时间， 使得企业对资料的分析更加容易，对现场的控制更加轻松，在生产过程中可 以使用条码等标签技术控制、分类、整合产品，更有利于上层人员对现场的 控制、沟通，更易于监控未来的加工作业和预测将要发生的问题，还可以方 便准确地产生报表，有利于特定的操作人员更容易地追踪不良品，还使得存 货控制、产品的可说明性及管理产能上更有效容易，提高对现场发生事件的 可见度，提高员工的工作热情，减少相关监督动作，由于m e s 的实时性特征， 使得计划的排产效果更佳，易于对整体加 ：信息的了解从而提高现场生产效 率和生产质量。从规划排产方面来看，m e s 能够弹性的反应顾客的需求，提供 敏捷的制造支持，在获取更高的销售量的同时而不必增加辅助成本，快速的 广东工业大学工学硕士学位论文 提供生产线中的插单和修改排产数据，也可以满足生产管理需求。从企业效 益上看，使得资金调度更有空间，改善边际效益，并能够取得相应的金融或 绩效上的利益“”“。 2 5 制造执行系统的应用领域 m e s 应用的范围非常广泛，离散型生产( d i s c r e t ep a r t ) 、重复式离散型 生产( r 印e t i t i v ed i s c r c t ep a n ) 、批量生产( b a t c hp r o c e s s ) 、连续式生产( c o n t i n u o u s p m c e s s ) 。都可以使用。虽然m e s 在每一个不同领域的应用上会有些许变化， 但是基本的观念是相同的。m e s 可应用领域非常的广，较为常见、或较具代 表性的产业包括：半导体产业、航天设备制造商、汽车、卡车制造商、啤酒、 饮料制造商、食品加工公司、计算机、通讯设备制造商、电子设备制造商、 医疗仪器制造商、农业机具制造商、家用设备制造商、家具制造商、大型印 刷厂、药品制造商、石油、化学产品生产商。 2 6 制造执行系统的发展方向和趋势 根据最近f o r r e s t e rr e s e a r c h 公司对全球5 0 制造业的调查，企业遇到 的最大问题依次为： 工厂运行的可见度一一3 8 ； 不准确的需求预测一一3 6 ； 缺乏信息交互一一2 4 ； 供应不足一一1 8 ： 用户满意度低一一8 ； 而排在首位的问题与企业执行层的管理和运作关系密切。另外，同期调查还 表明在企业信息化的投入方面，企业运营占2 6 ，e r p 、p d m 方面占3 4 ，c r m 占1 6 ，s c m 占1 9 ，而用在制造执行的投入却严重的偏低，仅占企业信息化 投入的5 ，这种制造企业投入与存在问题的关联分析表明未来m e s 在信息化 方面的重要性和紧迫性。 l e s 的内涵还会随着信息技术和企业生产理念的发展而不断的丰富，每一 4 第二章制造执行系统( m e s ) 的概述 个功能模块的功能都在不断的扩展，除了在系统构建技术上不断地使用最新 的构建工具外，丰富的系统接口和与其它企业信息化系统的集成、智能化、 跨平台和低成本高效率是m e s 未来一段时间内的发展方向和趋势，同时追求 适用性、可重构性和针对性也是未来m e s 实施中需要认真考虑的问题“6 1 “7 “”1 。 三查三兰尘兰三兰竺圭兰堡丝兰 第三章基于r f i d 的制造执行系统 由于m e s 在企业信息化中出在不可替代的地位，能够起沟通企业上层和 下层之问各种信息交流的桥梁作用，及其存在的许多优点，从一开始就受到 企业信息化人员的关注。目前，由于m e s 已经成为制造业信息化的热点，许 多跨国公司都投入巨资对m e s 的架构进行研究。掘权威统计，目前每年全世 界投入m e s 系统的资金超过数十亿美元，并且预测这个投入还将快速增长， 在亚洲，日本、台湾、韩国是亚洲最重视m e s 建设的国家和地区，典型的用 户有丰田、本田、三星、l g 、浦项、宏基、台积电等，目前m e s 在中国的 制造业中正处在快速的普及阶段。 3 1 典型的制造执行系统 m e s 是一个针对性很强的系统，不可能同一个系统都适合在所有的企业里 面应用，即使同一个行业里所使用的m e s 都不会相同。m e s 的应用必须要充分 地考虑到企业的具体情况，不强求使用的技术最先进、复杂，但是最适用是 企业实施m e s 的首要目标。 3 1 1 系统的层次定位 如图3 1 显示了a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 对m e s 在企业 信息化集成模型中所处的位置。 图3 1企业信息化集成模型 f i g u r e3 1i n t e g r a t e di n f o 肌a i i o nm o d e lo f e n t e r p r i s e m e s 的特殊定位使得企业级的各种指令能够迅速的通过生产级下发到生产现 场，而生产现场的各种基本信息通过m e s 反馈和传递到企业决策上层，以便 6 第三章基于r f i d 的制造执行系统 对生产过程作出实时的分析“”。 3 1 2 制造执行系统的典型划分 m e s 的应用，必须充分的考虑到企业的具体情况，通常对m e s 的划分可以 从几个角度来看，企业的生产方式：主要可以分为面向订单型的、面向库存 的，或者上述两者的结合；从生产类型上考虑：主要可以分为面向批量生产、 面向单件小批生产；而从产品的类型和生产的工艺组织方式上，主要可以分 为面向流程生产和面向离散制造“。 3 1 3 制造执行系统的典型方案和行业应用 目前m e s 被认为是综合自动化系统的核心技术，也是当今业界最为关注 的热点之一，经过近几年来的大力发展，m e s 已经应用到了我国制造业中的各 个领域，出现了许多有针对性的解决方案，为我国制造业的发展起到了积极 的作用2 ”“。 1 、石油化工行业 行业特点：石油化工企业的生产属于连续型的生产，生产线一级的自动 化程度通常较高，目前d c s 、p l c ( 可编程控制器) 和i p c ( 工业个人电脑) 系 统成为石化企业的主要控制手段。另外，该行业是一个多投入、多产出的过 程，即：每套装置的产出同时包含着各种不同的成品和半成品，其中半成品 进入下一套装置又会产生各种不同的产品，同时又存在着物料回流的现象。 管理模式：集中式管理模式和分布式管理模式。集中式管理模式指地区 公司不下设工厂，其生产管理相关的职能部门及管理活动集中在地区公司一 级进行。分布式生产管理模式则指地区公司下设工厂，工厂下设相关职能部 门，其生产管理分散在各工厂内部进行，地区公司仅负责协调监督工作。 比较典型的有，由中国石化信息管理部和炼油事业部牵头，石化盈科、 中控软件、中科院软件所联合组成炼化企业m e s 系统研发与实施项目组，以 大型石化、化工企业实旌综合自动化技术及重大示范应用为背景而开发成功 的s m e s 。该系统采用信息系统规划方法，确保m e s 的实用性和有效性；并 使用了比较先进成熟的技术，保证m e s 的可实现性：能够充分考虑到中国企 业计量现状，保证了m e s 可投资性和可推广性。 s m e s 的业务流程涵盖了石化企业生产管理个主要部门的业务内容，包 含了石化企业生产相关的主要功能模块：计划优化、调度优化、调合优化、 操作优化、物料平衡、公用工程信息管理、化工辅助管理。s m e s 包括数据 集成平台和应用集成平台，前者主要包括高度共享和统一的工厂数据模型、 供应链优化模型和炼化企业生产管理业务模型，以及实时数据库、实验室管 理信息系统和供应链优化系统，同时提供s m e s 系统数据访问服务；后者提 供统一的应用集成框架，完成统一的用户权限管理、记录业务操作监控日志。 目前s m e s 已经在中石化的下属的多家企业中使用，其突出的优点是使 资产、能源、材料、劳动力的费用最小化。 2 、冶金行业 行业特点：冶金行业的生产多属于混合型的生产( 同时存在连续性和离 散性) ，高能耗、高温度、高污染，每一个生产过程都伴随着许多的物理和化 学变化，生产过程比较依赖经验，生产设备比较多，设备自动化程度也比较 高。另外，通常还存在很多数据采集系统和检验化验系统。 如图3 2 是冶金行业常见的m e s 与企业整体信息模型的关系： 企业资源计划 商业智能 销售物料生产质量 财务成本设备数据挖掘 管理 管理 管理管理人事管理管理 生产排产、各种榆杏、收贷 生产现场 仓库管理和材料分发系统 生产与质晕管理 1 l ff 过程控制计算机层计量 能源 基础自动化系统 检化验设备设备管理 图3 2 冶金行业m e s 的跨度模型 f i g u r e3 2s p a nm o d e lo fm e s i i lm c t a l l u r g i c a li n d u s 仃y 冶金企业m e s 整体应用功能的设计，要以冶金企业的行业特色为背景， 要有先进的管理理念贯穿其中，贯彻以财务为中心、成本控制为核心的理念， 按合同组织生产、全面质量管理的理念，实现全过程的质量、计划、材料管 第三章基于r f i d 的制造执行系统 理以及整个合同生命周期的动态跟踪管理，以缩短成品出厂周期以及生产周 期，加快货款回收，提高产品质量和档次。 比较典型的应用有宝信冶金企业m e s ( b s m e sw a f e ) ，该m e s 面向冶 金行业中的钢铁冶炼企业，包括：订单管理，生产管理，质量管理，作业计 划管理，物料跟踪与实绩管理，工器具与轧辊管理，仓库管理，发货管理， 历史数据管理等9 个模块；该m e s 具有较强的一体化计划编制功能和实时动 态优化功能，能与e r p 及p c s 系统集成，