（计算机软件与理论专业论文）中小型企业生产管理系统的研发.pdf

摘- i t - 论文题目：中小型企业生产管理系统的研发 学科专业：计算机软件与理论 研究生：程纪元 指导教师：张毅坤教授 摘要 签名： 签名： 随着企业之间竞争的加剧，信息快速、准确的传递变得越来越重要了。车间的管理在 企业中占据了越来越重要的地位。如何有效地管理车间，使信息能快速有效的传递，已成 为信息管理的主要课题，因此本文在应用实践的基础上提出了基于制造执行系统( m e s ) 生产控制模块的生产管理系统。 本文首先分析了生产管理系统发展的历史、现状以及出现的新问题，进而引出了生产 制造行业在生产管理技术上的新需求；详细阐述了生产管理系统的内容；同时介绍了制造 执行系统的定位及功能模型。 针对某企业的生产管理现状，以及传统靠经验对车间生产控制的不彻底、不完善的情 况，设计出了一套适合于该企业的基于m e s 的生产管控系统方案，包括软件架构、硬件 架构、以及系统的总体结构，同时提出了系统实施以及运行流程。 按照软件工程视点，对项目依次进行需求分析、概要设计、详细设计以及测试。本文 分别对各个阶段的工作，以及采用的关键技术( 包括构件技术、关系数据库、过程数据库 以及a s p 技术) 进行了详细地描述，最终以b s 模式实现。 最后，在优化生产过程控制方面，提出了将决策支持系统( d s s ) 技术引入到生产计 划模块当中的想法。此方法将帮助决策者更为科学的对生产计划进行制定及实施。该技术 的难点在于d s s 三库系统中规则库的设计，其核心即为生产进度模型的建立。因为生产 过程控制是以单个加工为基本元素，利用p e t r i 网数学工具对生产过程进行描述可以将单 个加工描述成库所与变迁的形式，从而方便的对其协作关系进行描述。故，基于p e t r i 网 的生产进度决策系统将作为日后对系统进行升级研究主要方向。 关键词：制造执行系统( m e s ) ；生产管理；管理信息系统 a b s t r a e t y t i t l e ：r & df o rp m s0 fm e d l u m s i z e de n t e r p r i s e m a j o r ：c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y n a m e ：j i y u a nc h e n g s i g n a t u r e ： s u p e r v i s o r ：p r o f y i k u nz h a n g a b s t r a c t s i g n a t u a l o n g w i t ha g g r a v a t i n gc o m p e t i t i o na m o n ge n t e r p r i s e s ，t h ei n f o r m a t i o nf a s t , t h ea c c u r a t e t r a n s m i s s i o nb e c a m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t h o wt om a n a g e st h ew o r k s h o pe f f e c t i v e l y , e n a b l e st h ei n f o r m a t i o nt h ef a s te f f e c t i v et r a n s m i s s i o n ，h a sb e c o m et h ei n f o r m a t i o n m a n a g e m e n tt h em a i nt o p i c , t h e r e f o r et h i sa r t i c l ep r o p o s e d i nt h ea p p l i c a t i o np r a c t i c e f o u n d a t i o nb a s e do nt h em a n u f a c t u r ee x e c u t i o ns y s t e m ( m e s ) p r o d u c t i o nc o n t r o lm o d u l e p r o d u o d o nm a n a g e m e n ts y s t e m t h i sa r t i c l eh a sf i r s ta n a l y z e dt h en e wq u e s t i o nw h i c ht h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m d e v e l o p m e n th i s t o r y , t h ep r e s e n ts i t u a t i o n a sw e l la s a p p e a r , t h e nh a s d r a w no u tt h e m a n u f a c t u r i n gp r o f e s s i o ni nt h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yn c wd e m a n d ；i nd e t a i l e l a b o r a t e dt h ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mc o n t e n t ；s i m u l t a n e o u s l yi n t r o d u c e dt h e m a n u f a c t u r ee x e c u t i o ns y s t e ml o c a l i z a t i o na n dt h ef u n c t i o nm o d e l b a s e do nt h ep r o j e c ti nv i e wo fe n t e r p r i s e sp r o d u c t i o nm a n a g e m e n tp r e s e n ts i t u a t i o n 船 w e l la st h et r a d i t i o nd e p e n d so nt h ee x p e r i e n c en o tt h o r o u g h l yt ot h ew o r k s h o pp r o d u c t i o n c o n t r o l ，t h ei m p e r f e c ts i t u a t i o n ，d e s i g n e das e tt os u i ti nt h i se n t e r p r i s ec o n t r o l st h es y s t e mp l a n b a s e do i lt h em e sp r o d u c t i o nt u b e ，i n c l u d i n gt h es o f t w a r ec o n s t r u c t i o n , t h eh a r d w a r e c o n s t r u c t i o n , a sw e l la st h es y s t e mo v e r a l ls t r u c t u r e ，s i m u l t a n e o u s l yp r o p o s e dt h es y s t e m i m p l e m e n t a t i o na sw e l la st h em o v e m e n tf l o w a c c o r d i n gt ot h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gv i e w p o i n t , c a r r i e so nt h ed e m a n da n a l y s i s ，t h e o u t l i n ed e s i g n t h ed e t a i l e dd e s i g n 雒w e l la st h et e s tt ot h ep r o j e c t t h i sa r t i c l eh a ss e p a r a t e l y c a r r i e do nt h ed e t a i l e dd e s c r i p t i o nt oe a c hs t a g ew o r k 1 1 l ep r o j e c td e v e l o p m e n tu s e sk e y t e c h n o l o g i e si n c l u d i n gc o m p o n e n tt e c h n o l o g y , r e l a t i o n a ld a t a b a s ea sw e l la sa s pt e c h n o l o g y , a n db yb sp a t t e r nr e a l i z a t i o ns y s t e m f i n a l l y , i nt h ea s p e c to fo p t i m i z a t i o ni n d u s t r i a lc o n t r o l ，i tp r o p o s e dm a k ed e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m ( d s s ) i n t ot h ep r o d u c t i v ep l a nm o d u l et h ei d e a t k sm e t h o dw i l lh e l pt h ep o l i c y m a k e r t ob em o r es c i e n t i f i cc a r r i e so nt h ef o r m u l a t i o na n dt h ei m p l e m e n t a t i o nt ot h ep r o d u c t i v ep l a n 弛t e c h n i c a ld i f f i c u l 哆l i e si nt h ed s s3 - b a s e ss y s t e mt h er e g u l a rs t o r e h o u s ed e s i g n ，i t sc o r e 3 西安理工大学硕士学位论文 n a m e l yf o rp r o d u c t i o np r o g r e s sm o d e le s t a b l i s h m e n t t h ep r o d u c t i o np r o g r e s sc o n t r o li st a k e t h ei n d i v i d u a l l yp r o c e s s i n ga st h ef u n d a m e n t a le l e m e n t ，f a v o rb a s e do nt h ep e t r in e tp r o d u c t i o n p r o c e s sm o d e l i n gm e t h o di n d i v i d u a l l yp r o c e s s e sd e s c r i b e s t h es t o r e h o u s ei n s t i t u t ea n dt h e v i c i s s i t u d ef o r m a n dw i l lb ea b l et od e s c r i b ei t sc o o p e r a t i o nr e l a t i o n s t h e r e f o r e ，b a s e do nt h e p e t r in e tp r o d u c t i o np r o g r e s sd e c i s i o ns y s t e mt o o kw i l lc a r r yo nt h ep r o m o t i o nr e s e a r c hm a i n d i r e c t i o ni nt h ef u t u r et ot h es y s t e m k e yw o r d s ：m a n u f a c t u r ee x e c u t i o ns y s t e m ( m e s ) ；p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t ；m i s 4 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：经迸y 孵3 月2 z 日 学位论文使用授权声明 本人匀! 墅丝玉在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、测览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：越导师签名：亟签鱼窑乙方岁月五细 绪论 1 绪论 1 1 课题背景及意义 全球化进程所加剧的市场竞争、生产自动化水平提升所形成的高速运作、企业规模扩 大和分工细化所导致的复杂企业内部关系、企业问协作形成的动态供应链等诸多因素对企 业管理提出了更高的要求。 从整个信息化建设来看，我国企业信息化建设已经取得了阶段性的成果。企业信息化 建设向纵深发展。一方面，企业对信息化建设的重视程度正在提高，9 0 以上的企业成立 了信息化建设的专门机构，踟以上的企业设立了主管信息工作的副总裁或副总经理；另 一方面，企业资源计划( e r p ) ，客户关系管理( c r m ) ，m e s ，网络化办公环境等综合 性管理信息系统，正成为制造型企业的建设重点。企业信息化应用正从基础系统向综合 应用过渡。 随着国内企业信息化应用水平的不断提高，企业逐渐认识到实现企业计划层与车间执 行层的双向信息流交互，通过连续信息流来实现企业信息全集成，是提高企业敏捷性的一 个重要因素。因此，通过m e s 来实现企业信息的全集成，形成实时化的e r p 、m e s 、车 间控制s f c ( s h o pf l o o rc o n t r 0 1 ) 是提高企业整体管理水平的关键，这对制造企业整体信 息化水平的提升具有重要意义。 制造企业信息化的三层标准结构为：计划层、执行层和控制层“1 。e r p 强调制造企 业的计划性，它以客户订单和市场需求为计划源头，充分利用企业内的各种资源，降低库 存，提高企业效益；m e s 强调计划地执行，通过m e s 可以把e r p 与制造企业的现场控 制有机的结合起来；s f c 强调设备的控制，包括p l c 、数据采集器、条形码、各种计量 及检测仪器、机械等的控制。m e s 在e r p 计划管理层和s f c 底层控制层之间架起了一座 桥梁，填补了两者之间的空隙。它通过控制，包括物料、设备、人员、流程指令和设施在 内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统的在同一平台上集成诸如质量控 制、文档管理、生产调度等功能的方式，从而实现企业一体化的e l 冲m e s 幅f c 系统。 由于m e s 强调控制和协调，使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能 使计划落实到实处。企业认识到只有将数据信息从产品级提出、穿过操作控制级、送达管 理级、并通过连续信息流来实现企业信息权集成才能使企业在日益激烈的竞争中立于不败 之地。 制造业信息化是信息化战略的重要组成部分。从某种意义上说，企业信息化就是制造 信息化。在我国，有着相当数量的中小型制造企业，这些企业的管理信息化水平参差不齐。 提高中小型企业的信息化水平对我国经济发展非常重要。 西安理工大擘硕士学位论文 1 2 生产管理系统的发展概况 车间的生产管理和控制的核心就是根据产品的制造工艺特点，考虑到车间内有限的资 源( 包括人员、设备、物料等) ，合理地调度生产。保证按时生产出质量合格的产品。从 面向过程的观点来看，车间是产品的转换器，是制造过程集成的组合。 生产管理系统的功能包括：生产统计、生产调度、质量管理、设备管理等。 ( 1 )生产统计是实现将生产记录和库存记录存入数据库，并根据生产类别、任务 单号、批次实现生产线的生产数据统计，为生产调度提供数据基础。 ( 2 )生产调度是制定每月的生产计划，按照工艺组及技术科下发生产任务和工艺 参数，生产调度需要管理系统和车间计算机室密切配合。 ( 3 )质量管理包括质量报表、检验科的质量分析( 合格率、部门合格率、检验考 核、回用情况、考核超标及个人) ( 4 )设备管理包括台账管理、维修计划管理、设备精度管理以及设备运转情况统 计。 在发展m e s 技术之前，车间管理控制工作一般由车间作业计划、工序调度、操作管 理、库存控制等软件分别完成，近年来一些m r m r p i i e r p 软件试图将其计划与控制功 能向车间层扩展( 如美国e m s 公司的m r p i i 软件t c m ) ，或者试图将两者进行集成( 如 p p c p r o d u c t i o np l a n n i n g & c o n t r 0 1 ) ，但由于缺乏足够的车间控制信息而无法做到与车间 环境的紧密相连，因而无法有效指导车间生产计划的执行“”。 目前，国外开发m e s 的思路主要有两类m ”“：一种是专用解决方案( p o i n t s o l u t i o n ) ， 另一种为集成解决方案( i n t e g r a t e dm e s ) 。所谓专用解决方案是指针对某个单一的生产问 题( 如制造周期缺乏竞争力、在制品库存过大，产品质量得不到保证、设备利用率低、缺 乏过程控制等) 提供相应的软件系统加以解决；而集成解决方案则提供一套集成的应用软 件以同时解决多个不同生产问题”显然专用解决方案针对特定功能( 如工序调度) 能提供 最恰当的( b e s t i n c l a s s ) 解决问题的能力且易于实现，但不利于信息的集成与共享，该 方案一般用于较早期的m e s 中。集成解决方案由于具有丰富的应用功能、统一的逻辑数 据库、单一的车间产品及过程模型等优点而成为m e s 产品的主流，但该类系统依赖特定 的车间环境，整体性强，模块化、开放性和可重构性差，缺乏柔性，不易修改、扩充，难 以适应敏捷制造环境的需求，因而阻碍了m e s 技术的进一步推广应用。因此，必须综合 两种方案的优点以寻求更好的解决办法。为解决上述问题，国内外学者和有关研究机构进 行了一些探索。如有学者提出可集成的m e s 概念”1 8 1 ( i n t e g r a t a b l em e s ) 。即每个应用 程序既是一个完整的专用解决方案。同时又可以集成为一套大的m e s 产品。可集成的 m e s 一般采用基于c o r b a 规范的分布式对象技术建立m e s 系统框架，基于该框架开发 的m f _ , s 具有开放性、模块化、分布式、可配置性和可扩充性等特点。最近还有人提出智 能第二代m e s 解决方案( m e s i i ) “1 ，其核心目标是通过更精确的过程状态跟踪和更完整 2 绪论 的数据记录以获取更多的数据来更方便地进行生产管理，它通过分布在设备中的智能来保 证车间生产的自动化。我国对m e s 的研究起步较晚，目前主要停留在对m e s 内涵及有 关单一技术( 如工序调度) 研究方面。近年来，北京航空航天大学、东南大学、南京理工 大学等单位在国家8 6 3 计划资助下在m e s 开发应用方面也做了一定的工作n ”。 从2 0 世纪7 0 年代后半期开始，出现了解决个别问题的单一功能的m e s 系统，如设 备状态监控系统、质量管理系统、包括生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。 也就是说，在未实施整体解决方案或信息系统以前，各企业引入的只是单功能的软件产品 和个别系统“”。 中国最早的m e s 是2 0 世纪8 0 年代宝钢建设初期从s i e m e n s 公司引进的。 以计算机被大规模的应用到生产管理领域为界，可把生产管理与控制的研究分为两个 阶段：计算机大规模应用到生产管理领域之前的一传统生产管理理论；计算机大规模应用 到生产管理之后的现代生产管理理论。 目前，在生产管理系统领域，过程自动化与管理信息系统之间存在数字鸿沟：当前制 造企业的大多数自动化系统都是以单元生产设备为核心，进行控制与检测的。同时，在进 度管理、物料管理、仓库管理等方面，大量的依靠人工经验进行决策。这样，就会由于管 理水平低下而导致生产设备不能充分利用，从而大大影响企业的生产能力。无法实现车间 内部与企业其他部门间的信息交流。现代制造企业迫切需要完善的车间生产管理理论和控 制技术，m e s 理论的出现及时地解决了车间内部、车间与部门间管理的各种问题。 1 3 论文研究的主要内容 本文根据以上提出的当前生产管理系统所暴露出的弊端以及不足，提出了e r p 与 巳s 上层结合的解决方案，使得各部门之间尽可能的消除信息鸿沟，生产过程更加清晰 可控。同时列举了过程数据库的结构特征，使得m e s 与s f c 的联系更为紧密。 本论文主要完成以下工作： ( 1 ) 以某生产企业为背景，分析当前制造企业的生产管理系统的现状。 ( 2 ) 分析制造执行系统的特点及其应用于车间生产管理的可行性、必要性。 ( 3 ) 结合企业的实际情况，提出基于m e s 的生产管理控制系统的模型，并进行方案设 计。 ( 4 ) 依据方案和生产流程进行软件架构设计、数据库设计以及代码实现。 ( 5 ) 对生产控制优化技术进行了深入探讨。 1 4 论文结构 本论文共分为五章，其中： 第一章：绪论，介绍了课题背景以及对生产管理系统的研究意义，详细介绍了该技术 3 西安理工大学硕士擘g - 仑丈 的发展现历史及现状，分析了存在问题并提出解决方法。 第二章：介绍了基于m e s 生产管理系统的概念、产生的原因以及研究内容，为论文 的展开奠定了理论基础。 第三章：分析了某企业的实际情况，并对基于m e s 生产管理系统在该企业的应用进 行了可行性分析并得出结论。同时，对系统结构以及软件结构的设计方案进行了详细的描 述，并对所采用的关键技术做了简要的说明。 第四章：系统的实现，该章对系统的运行环境( 数据库环境、硬软件环境) 做了简 要的介绍。之后，根据生产流程实例并结合系统运行界面对系统的运行过程进行了说明。 第五章：总结了论文所完成的工作，并分析了目前系统存在的不足。针对这些不足， 提出了将d s s 技术引入到生产计划控制模块的思想，为将来的进一步研究奠定了基础。 4 基于m e s 的生产管理系统 2 基于m e s 的生产管理系统 2 1 制造执行系统m e s 传统的车间生产管理与控制系统并不能实现信息的全集成，在车间内部，只是采用了 某些管理软件或是人工来实现某一方面的功能。不能完全的将计算机软件与生产制造设备 有机的连接起来。由此就产生了基于m e s 的生产管理系统，下文将对m e s 进行详细的 介绍。 2 1 1 制造执行系统的定义 m e s 定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理 信息系统“门”它是实现车间生产管理与控制功能的各种软硬件的集合。它为操作人员与 管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人、设备、物料、客户需求) 的当前状态。 美国调查咨询公司a r m 于2 0 世纪9 0 年代提出了由计划层、执行层和控制层组成的 三层企业模型结构，清楚地描述了m e s 在企业管理中的位置。m e s 是处于计划层和控制 层之间的执行层( 如图2 1 ) ，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的m e s 系统可以在同一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报 表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络连接可以同时为生产部门、质检部门、工艺 部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业 实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的e r p m e s ，s f c 信息系统。 图2 - 1a m r 的三层企业模型 f i 9 2 13 - l a y e re n t e q r i s em o d e lo f a m r 计划层( 面向客户) 执行层( 面向车间生产控制) 控制层( 面向生产作业现场) 基于m e s 的生产管理系统能利用当前精确的信息，报告和指导制造单元发生实际的 活动，快速响应变化条件，驱动有效的运行过程，减少非增值活动。该系统作为一个整体 将顾客需求转换成制造计划，并决定专用资源。将辅助于成本计算、批量控制、库存统计 5 西安理工大学硕士学位论文 等车间信息送到管理层。同时控制层也能实现与该系统的双向通讯。将控制参数传递给加 工设备，接受加工状态的反馈，根据关键制造过程的实时状态，对生产进行调度。 总之，基于m e s 的生产管理系统实现了传统的生产系统不能实现的功能，它是一种 继承生产计划系统和车间控制系统的新思想，它为企业的整体信息化打下了良好的基础。 2 1 2 制造执行系统产生的原因及模型 企业的需求是i v i e s 研究的出发点。企业需要从整体的高度制定计划，进行统筹管理， 在宏观上使企业运行处于最优状态。正因为如此，以企业战略管理和资源计划为核心的 e r p 赢得了越来越多企业的认可，获得了巨大的市场成功。如s a p 、o r a c l e 、b a a n 、 p e o p l e s o f t 和j d e d w a r d s 等主要的e r p 系统软件公司 1 2 1 0 过去几年每年总的e r p 系统 销售额达几十亿美元。但随着e r p 应用的深入，企业发现两方面新问题。一方面，e r p 以利润最大化为目标，从全局高度制定计划和进行管理时，主要是基于工厂层的统计信息， 如订单进度、物料利用情况、设备使用情况等，都是工厂层为e r p 提供的重要信息。因 此，许多公司计划制定者发现，为了从供应链计划和e r p 应用中获得最大的利益，需要 实时了解工厂信息和实际性能。另一方面，e r p 的计划层在计划制定时不可能把生产和 市场的不确定性及未来的变化趋势等未知因素准确地考虑在内，因此e r p 下达的计划在 执行过程中需要根据条件的变化人为地修改和调整，这些成为企业竞争力的进一步提高的 瓶颈“”。但由于内在特性的限制，e r p 系统和控制系统都不能解决上述两方面问题。 由于e r p 是管理层信息系统，抽象程度较高，相对底层而言属于静态的管理。特别 是企业规模的大型化和企业生产的国际化，使得由e r p 直接实现对成千上万的任务和复 杂多样的设备的实时管理是不可想象的。数据的绝对量和复杂性以及现代自动化工厂所要 求的对异常条件的响应能力是摆在传统的管理层信息系统模型面前的主要问题 1 4 1 。 从上述情况看出，企业信息系统在工厂层出现了一定程度的间断，这阻碍着企业信息 的集成和企业素质的提高，而e r p 系统和控制系统由于内在的局限性无法实现工厂信息 系统应具有的功能，因此作为工厂层面向执行层的信息系统m e s 应运而生1 1 5 | 。 图2 2 中的阴影部分主要位于m e s 层，是生产信息化管理方案的核心，即车间监控 调度系统。它通过对制造过程的实时监控和动态调度，根据e r p 下达的生产计划，利用 车间的各种生产资源、生产方法和丰富的实时现场信息，快速、低成本地制造出高质量的 产品。 6 基于腮s 的生产管理系统 囤囤 l i 缝计数据孵臻 h 一以本鹕( e t h e r n e t 卜_ ；缎 ，守，b ， l ll 3 萼劐唑幽骘剑 i l 蜜酣数粼库l ，、，v ， ，聱，j 。 l 】霓场惑线i i i ( f i e l d b u s ) ( 吵蚓幽 图2 - 2 基于m e s 的生产信息管理系统架构示意图 f i 9 2 2m e 8 b a s e da r c h i t e c t u r eo fp r o d u c ti n f o r m a t i o ns y s t e m 肛s a ( m e s 协会) 定义了当前m e s 系统的技术模型，如图2 3 所示。 p l 一 _ 一 p | _ 一 _ 一 p f m e s 功能壁辫 教姑模飙 象措硒俯 图2 - 3 s 系统技术模型 f i 9 2 - 3 t c c h - m o d e lo f m e s 2 1 3 制造执行系统的研究内容 固臣囹 卫臣豳 团臣囹 因臣圈 鬣 9 r 萌祗 制造执行系统研究的内容很多，但核心是车间级的计划调度编制与优化，概括起来 主要有1 1 伽1 ： ( 1 ) 开发与m p i i l i e r p 的信息接口( 如：接受订单、图纸、工艺、生产计划、返回设 备状况、加工进度等) ； ( 2 ) 开发生产单元作业计划编制与优化，以及生产调度系统； ( 3 ) 开发数据的自动采集技术和工况数据的实时采集系统； ( 4 ) 开发工具管理和经济核算系统； ( 5 )将上述系统进行集成。实现信息供共享，初步建成从e r p 到p i c 之间的桥梁； 7 虽 西安理工大学硕士学位论文 2 1 4 制造执行系统的功能模型 制造执行系统在工厂综合自动化系统中起着承上启下的作用，它在e r p 生产的计划 指导下，收集底层控制系统与生产相关的实时数据，安排短期生产的计划调度、监控、资 源调配和生产过程的优化工作。企业制造执行系统的功能如图2 - 4 所示： 图2 4 m e s 的功能模型 f i 9 2 4f u n c t i o nm o d e lo fm e s ( 1 ) 作业计划 制造企业生产过程中，生产计划阶段和作业计划阶段都以产品订单为对象，两者的区 分主要在于计划期间的长短和计划内容的详细程度。因此，制造企业m e s 的作业计划系 统应该以产品订单为主线，包括生产订单的转换与分解、产品与设备的指派、作业计划的 制定等功能。作业计划系统的作用是基于工厂内的详细状况，综合考虑产品的交货期、工 艺约束条件以及设备的可用性，平衡能力和物流、优化生产顺序和时间顺序，协调从订单 投入到产品完成的整个生产过程。 ( 2 ) 生产调度 根据来自物料跟踪系统提供的实时信息，以自动或人机交互的方式执行或修正生产作 业计划。生产调度系统的作用是依据调度规则或操作人员的判断，针对生产过程中的扰动 因素和动态事件及时调整作业计划，更新并下发生产指令。 ( 3 ) 物料跟踪 由于制造行业环境的动态性，操作人员需要及时把握生产的状况。物料跟踪系统以可 8 基于? , i e s 的生产管理系统 视化的方式，监测设备运行中的参数、跟踪生产线上的物流，当出现异常情况时发出报警。 物料跟踪系统的作用是使生产可视化，并为生产调度系统提供用以把握扰动因素和动态事 件的生产实际数据。 ( 4 ) 设备管理 由于设备维护具有重要地位，企业通常采用通用的设备管理系统。在这种情况下， m e s 的主要作用是在已有的设备管理系统所具有的设备维护管理、维修管理等功能的基 础上，对关键设备进行基于状态的预防性设备维护，并实现设备管理与作业计划管理的同 步与协调。 ( 5 ) 数据采集 监视、收集和组织来自人员、机器、底层控制操作数据、工序、物料等信息，这些数 据可由车间手工录入或通过各种自动方式获取。为其他功能模块提供现场基础数据。 ( 6 ) 质量管理 根据工程目标来实时记录、跟踪、分析产品和加工过程的质量，以保证控制产品的质 量和确定生产中需要注意的问题。 ( 7 ) 工艺管理 包括工艺路线、工艺约柬、设备能力和性能参数。这些不同于生产过程的业务处理数 据，具有相对的稳定性。m e s 中的工艺管理系统为其他功能系统提供基础数据。 ( 8 ) 库存管理 库存管理包括对成品库存和部件库存的管理。制造企业成品的特点具有笨重、体积大 的特点，对在制品库存需要考虑到产品在库存空间中的定位、库存空间的限制、合理库存 量等方面的问题。还要考虑对客户订单信息、产品信息和质量信息的匹配与核对，以及运 送方式和配货方式的管理。 ( 9 ) 数据管理 s f c 层的控制系统可以采集到各种详细生产数据，但是这些数据通常是以数据文件 的形式分散保存在各个系统中，保存时间很短。数据管理功能通过m e s 的中心数据库， 对生产数据进行汇总并长期保存。m e s 的中心数据库是m e s 运行的基础 ( 1 0 ) 数据分析 在上述m e s 的每一个功能中都要进行数据的统计分析，都要制作统一的报表。数据 分析系统可以为其他功能系统提供支撑服务。此外数据分析系统还可以计算绩效指标、进 行趋势分析、发现数据中的规律等深层次的数据利用。 2 2 基于m e s 生产管理系统的研究意义 对于流程企业，即化工，炼油材料加工、制造行业而言，生产计划系统模块集成中遇 到的最大难题是怎样应对单个订单中的大量不同产品的生产和交付；生产计划的各种平 9 西安理工大学硕士学位论文 衡；前后工序的计划同步；最终达到降低成本，缩短生产周期，增加企业效益和市场竞争 力的目的。因此，建立适应企业生产过程的m e , s 生产管理系统，对于提高流程制造企业 的现代化管理水平、降低企业生产成本、增强企业竞争力是至关重要的n ”。 当前环境下，大多数企业认为e r p 可以很好的解决企业各层次之间的资源调配。但 是，目前的e r p 商品软件大多数只能做到零件级生产计划，而没有做到工序级生产计划， 个别商品软件虽然能够做到工序级生产计划，但由于系统的生产日历是以天为最小时段， 其计划的精度达不到更高的水平，生产计划还是比较粗糙，实际应用中，难以充分利用企 业的所有资源和能力1 1 9 。 为了解决这样的问题，结合美国先进制造机构( a m r ) 提出的制造执行系统( m e s ) 概念，我们得出了新的思路：将e r p 与m e s 整合起来，不仅能充分发挥它们各自的优势， 同时可以使m e s 系统的生产管理更加合理，使e r p 系统的数据更改及时有效。e r p 向 m e s 提供企业级生产计划并驱动其运作，同时m e s 也将来自m e s 系统的生产管理信息 化。 e r p 与m e s 系统集成解决了生产计划的适应性，增加了底层生产过程的信息流动， 并提高了生产管理的实时性和灵活性。 2 3 本章小结 本章介绍了制造执行系统( m e s ) 的产生、定义、内容及其功能模型。结合目前制 造企业状况，提出了在m e s 基础上进行生产管理系统研究的意义。 某企业m e s 的方案设计 3 某企业m e s 的设计方案 3 1 系统基本思想 系统在进行分析及设计之前，针对企业的实际情况，即大部分需要人工参与、各部门 形成信息孤岛，造成信息传递不及时、不准确因而形成了企业内部各层之间的信息断层。 本系统以集成系统模型为基础，来设计生产管理系统。 此系统由围绕以数据库为中心的7 组功能组成( 如图3 1 ) 。 图3 - 1 集成系统模型 f i 9 3 - 1i n t e g r a t i v em o d e lo fs y s t e m ( 1 ) 工厂综合管理 包括系统管理和办公管理，该模块可以对使用系统的人员权限进行管理以及将数据分 析的结果传递至决策层并接受反馈信息。系统管理员可以通过该功能对系统进行多项功能 设置，包括系统用户管理、部门管理、权限管理、系统备份管理以及公共信息管理。可以 方便、动态的按照企业的需求设置系统的各项功能。为企业决策层提供全面、畅通的信息 平台，通过桌面办公系统可以迅速查询企业的生产情况、财务状况、人员信息、设备状况 等信息，根据需求给出各种统计报表，以便迅速进行决策，提高管理效益。 ( 2 ) 合同管理 1 l 西安理工大学硕士擘位论丈 对于经营科签订的销售合同进行管理，提供跟踪合同的执行情况、合同的归档管理、 合同的查询、统计等功能。 ( 3 ) 生产计划管理 根据工艺组提供信息，对生产计划进行生成、编辑、分发、查询、归档等功能，并通 过信息系统监控生产计划的落实情况，并上报生产副厂长。 ( 4 ) 生产调度管理 生产调度是生产指挥系统的一个核心子系统。生产调度机构是传达厂长指令，集中统 一指挥企业生产的职能机构，在生产指挥活动中，生产调度机构作为一个指挥和指令中心， 它不断获取生产过程产生的各种信息，并经常将这些信息与既定的生产作业计划和其他标 准，定额进行比较；一旦发现偏差或异常情况，就及时发出调度指令进行调节，以保证整 个生产过程按计划和标准正常进行。生产调度机构采用三级配置，厂设置总调度室，总调 度长负责传达厂长指令，负责日常生产活动的组织，指挥和协调工作，车间设置调度室， 由主任领导，主要负责组织和协调本车间生产活动，执行厂总调度室命令，对各工段下达 调度指令。各工段的工段长负责本工段的调度工作 a 制定作业计划及在制品定额：其主要功能是根据工厂所制定的生产计划，在时问 和空间上进一步对生产任务进行层层分解，落实到车间，班组及每个工段。以确 保计划任务的实现。此模块的另一个功能，就是根据作业计划及各个工段的人力 物力资源合理的确定各种在制品定额。 b 收集生产数据：其主要功能是收集各个工段的生产、设备、能耗、产品质量等情 况以便调度随时掌握生产情况，指挥并协调生产 c 生产指挥与协调；此功能模块主要完成以下3 个任务。第一，当生产情况正常 时，提前3 天下达各工段每旬的生产计划并协调各工段的生产工作。第二，当 发生异常情况时，进行指挥并及时向上级反映。第三对生产调度知识库进行维护， 及时补充知识与规划( 例如当天发生什么异常现象，如何进行了处理，效果怎样以 及运用m r p 模型随时调整作业计划等1 ， 以适应生产调度需要。 d 报表生成：主要生成生产班报、日报、月报、年报等报表以供班组、车间、总 厂等部门查询。 ( 5 ) 库存管理 库存管理：做储备定额管理、保管保养、盘库( 由器材调整单、调价单、报损单、盈 亏单修改库存) ；其内容包括：储备定额、保管保养( 保养记录、巡回检查记录、物资保 管、库房储备定额管理执行情况登记、物资事故记录、有限期物资存放记录、物资进出库 计量台帐) 和器材盘库记录的数据维护，以及开盘库单据( 器材调价单、器材调整单、器 材报损单和器材盈亏单) 。 稽核管理：盘库单据的审核及正常的库存稽核： 主任审核：估价入库单和盘库单据的审核； 莱企业s 的方案设计 ( 6 ) 销售管理 包括市场分析，产品定位，促销策略，客户管理、销售成本核算等。 ( 7 ) 设备管理 对于企业所有生产设备进行管理，包括设备台帐、维修记录管理等。设备管理为企 业领导及有关部门了解企业生产设备的运行状况、运行效率提供手段。 通过此系统，可以充分利用车间的各种生产资源、生产方法和丰富的实时现场信息， 快速、低成本的制造出高质量的产品。它将优化从订单派发到产品的生成活动过程的相关 环节。此系统的集成性、柔性、开放性、自组织、自适应和可重构能力可实现对车间制造 过程的优化。可以与上层管理平台和下层控制模块连通实现数据的无缝连接与共享”1 。 3 2 生产过程的静态抽象 按照面向对象的分析方法，制造系统，可以理解为是由制造实体对象、信息对象和控 制对象三类对象组成的。 制造实体对象用以描述各类设备； 信息对象用以描述控制系统用到的各类静态和动态信息，这些信息常放于数据库中； 控制对象执行系统的各类控制任务如调度、诊断和控制等。 在用面向对象的方法设计控制软件时，控制软件中与物理资源相对应的对象可以理解 为虚拟资源对象，如图3 2 所示为生产过程模型。决策控制器中各对象之间有一个客户 服务关系，通过消息传递互相完成控制活动。决策控制对象决定做什么并给底层的物理对 象执行任务的命令，要执行控制器的计划、调度和控制功能，还必须包括状态优化和死锁 处理( 对于死锁，可以通过添加缓冲库所和变迁来解决) 。该控制模型的控制系统的结构 与物理结构一一对应；因为对象即使更换、重新设置和在系统中增加或减少数量，也不会 使控制系统发生大的变化，以适应柔性制造系统( f m s ) 的特征；在模型中我们只需考 虑一个个相独立的复杂的任务，即虚拟资源的生产规则。例如：运输、装配或制造一个零 件，而不用考虑所有物理实体的任务细节，例如：数控机床程序、机床技术指标等等“圩 【3 西安理工大学硕士学位论文 曩百亭亘1 4 - 。一卜信息流 - 卜控翎消息 图3 - 2 生产过程模型 f i 9 3 2p r o d u c tp r o c e s sm o d e l 由以上模型得出，决策控制对象通过消息机制与各个虚拟单元进行交互，从各个虚拟 单元的状态来决策应该做什么并发出消息指令。 3 3 需求分析及结论 企业有1 1 个职能科室，其中生产科、外协科、车间以及检验科均参与实际生产环节， 其他科室为生产提供有效保障，各个科室均由各副厂长直接管理，分别向其提交内部报表。 企业组织结构如图3 3 所示； 1 4 一虚拟资源一 一；j 莱企业m e $ 的方案设计 厂长 常务副厂长il 生产副厂长i