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制造执行系统ManufacturingExecutionSystem,张洁,上海交通大学计算机集成制造研究所,zhangjie,内容,zhangjie,CADCAE,CAPP,MES,企业信息化的分工,ERP,PDM,zhangjie,信息化管理系统概念,企业信息化管理系统是企业在实施业务流程优化，基于信息技术应用，采用先进管理思想，实现信息流、物流、资金流、工作流和价值流的整合，实现企业人、财、物等资源优化配置，实现信息化管理过程中所使用的想相关系统工具和平台。,zhangjie,信息化管理系统特征,基于信息技术应用，涉及信息收集、加工、处理和表现，提高信息的及时性、充分性、可靠性和准确性为内容；以企业供需链（商业流程、制造平台、过程控制）的流程优化，以提高信息共享和信息集成程度为宗旨；以企业资源的合理配置和管理，企业战略目标实现，企业管理决策的科学性，提供充分的信息支持为目标；以“把握真实需求，快速组织供应”，持续满足客户需求，为客户创造增值价值为长远战略。,zhangjie,信息化管理系统内容,企业经营管理系统过程管理系统过程控制系统,依据信息化管理目标不同，企业信息化系统的内容差异较大，一般地，企业信息化系统由以下三个主要层次组成，各层次中包含有用途各异、功能各异的业务处理子系统或功能组件。,zhangjie,信息化管理系统内容,企业经营管理系统用途：面向“供需链”的管理和优化。通过对“五流”的整合，以财务控制为核心，实现企业业务的协同和增值。内容：包括企业资源规划管理系统（ERP）、客户关系管理系统（CRM）、供应链管理系统（SCM)、高级计划系统（APS)、在线联机分析系统（OLAP)、业务信息智能系统（BI)、电子商务（B2C/B2B)等等。,zhangjie,信息化管理系统内容,过程管理系统用途：面向生产制造平台的管理和优化。以对过程任务分配、业绩进行监视、统计、跟踪和分析等手段，实现过程的持续改进。内容：数据采集、效率评估、历史数据分析、物料跟踪、质量跟踪与分析、设备管理、计划分解等业务子系统或功能组件。制造执行系统（MES）,zhangjie,1.2信息化管理系统内容,过程控制系统用途：面向企业生产工艺和动作过程的控制，以供以工艺调节和逻辑控制为手段，保证过程输出达到预期的目标。内容：包括过程控制系统（DCS)、顺序控制系统(PLC)、传动控制等自动化系统或装置。,zhangjie,信息化管理系统范围,zhangjie,信息化系统组成,zhangjie,ISA-95的应用范围,Level4,Level1,Level2,Level3,业务计划与后勤支持系统,制造运作管理,离散控制,批量控制,流程控制,过程设备,自动化功能,MES功能,ERP功能,zhangjie,制造企业关心三个问题“生产什么？，生产多少？如何生产？”ERP回答的是前两个问题。“如何生产”(可以生产什么?在什么时间生产什么?在什么时间已生产什么?质量如何？效益如何？)由生产现场的过程控制系统“掌握”。对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快速反映给“计划”，在计划与生产之间需要有一个“实时的信息通道”，MES（制造执行系统）就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。只有在MES提供了详尽的生产状况反馈后，ERP才能有效地运作计划的职能。,zhangjie,制造执行系统概念,MES是美国制造研究和生产管理界于20世纪90年代提出的关于生产组织和管理的新概念。按MESA国际联合(MESAInternational)的定义，“MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对进行相应的指导和处理”。,zhangjie,制造执行系统如何工作？,zhangjie,供应链管理,ERP,销售和服务管理,产品和过程工程管理,控制,生产操作管理系统,人/纸,习惯/实行,PLC/SoftLogic,设备驱动、机器马达继电器,数据收集采集,手工处理控制,DCS/OCS,自动操作、工具、设备,在MES实施之前,车间的业务重整必须同时或者优先于MES系统的实施。,MES的主要特点,zhangjie,生产管理人员在进行产品生产时，希望了解的是：“在什么时间、生产什么样的产品，所需种物料在什么时间、有多少数量可以交付？”；生产计划完成状况如何?生产班组、生产车间日/月绩效如何?包括：产量、质量、消耗、工艺操作水平如何？发生了什么问题？问题的原因是什么?等等；,zhangjie,“生产管理”的例子,设备的运作效率如何?包括：期间（班、日、月）效率如何？工艺参数控制与目标值偏差如何？目标值或额定值如何建立？偏差的可能原因是那些？关键或更多的原因是什么？过程有什么样的趋势？统计的结果是什么？等等；过程现状如何?过程产能是否可以提高？过程消耗能否降低？过程质量是否可以提高？改进方向或重点在那里？等等更深入的问题。,zhangjie,能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息？同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？能否及时纠正？目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？,生产中的典型问题,zhangjie,“生产管理”的例子,以上这些问题的解决，在现有的过程管理条件下，靠手工管理手段是难于奏效的，真正是“心有余而力不足”，必须在对生产过程现场进行数据收集、加工、处理的基础上，在建立了MES的基础上才能实现。,黑箱,zhangjie,供应链管理,ERP,销售和服务管理,产品和过程工程管理,控制,生产操作管理系统,人/纸,习惯/实行,PLC/SoftLogic,设备驱动、机器马达继电器,数据收集采集,手工处理控制,DCS/OCS,自动操作、工具、设备,在MES实施之前,MES实施完成,车间的业务重整必须同时或者优先于MES系统的实施。,MES的主要特点,zhangjie,MES是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁，计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。-生产与管理的桥梁MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在于优化管理活动,对随时可能发生变化的生产状况作出快速反应。它强调是精确的实时数据。-精确的实时数据MES改善设备投资回报率，以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。-改善工厂运作,总结MES,zhangjie,内容,zhangjie,MES组成,MES功能模块管理或控制的范围如下图所示：,zhangjie,MES功能模型(ISA-95),zhangjie,按“料、法、机”的思路安排MES功能,成功的生产线MES工程，在生产管理上按“料、法、机”的思路去安排功能。所谓“料”，就是：生产日程安排、生产计划制定、生产批次跟踪、关键工序管理、原辅料管理和生产统计分析。所谓“法”，就是：质量检验数据采集、过程分析、SPC。所谓“机”，就是：设备状态监控、设备基本信息管理、设备故障分析、设备任务管理、设备统计分析和SPC。,zhangjie,MES组成,MES的组成及其与其它系统的关系如下图所示。,zhangjie,MES功能,MES系统是多种生产过程控制和管理功能的软件集合，MESA（MES国际联合会）通过对其成员的大量实践进行了总结，归纳了十一个主要的功能模块，其中包括，,1)工序详细排程。以资源和能力有限为前提条件，通过相应的作业排序和作业调度来优化车间作业计划，最大限度地减少生产过程中的准备时间，提高生产过程的作业效率和作业性能。,zhangjie,FISDISPO,createasequence生成生产序列,Weekly/Daily,Program日计划,IO-sequence,正常生产序列,Lockedsequence,回收生产序列,FISDISPO,orderrelease发放生产订单,PrintingIDLabe打印产品标签l,Fastsequence,加快生产序列,lockedorders回收订单,requestofnextorder索取下一个订单,开始装配,Step1第一步,Step2第二步,sequence,Criterions排序准则,订单接收及生产线日计划,zhangjie,MES功能,2)资源分配与资源状态管理。根据作业任务，分配人员、设备、工具和物料协调地进行生产，以保证生产的正常进行，并提供资源使用情况的历史记录，同时跟踪其现在的工作状态和完工情况。,zhangjie,MES功能,3)生产单元分配。通过生产指令（以作业、订单、批量、工作单等形式）将物料或加工命令送到某一加工单元开始加工操作。4)文档管理。管理、分发与产品标准、工艺规程或工作指令有关的信息，同时，对活动的过程、结果和环境等进行符合规定要求的信息收集，并予以记录。5）过程管理。监控生产过程，自动纠正生产中的错误，并向用户提供决策支持，以提高生产效率。过程管理还应包括报警功能。,zhangjie,MES功能,6)产品跟踪和清单管理。经过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每个产品或组件所经历的加工工序、加工结果的数据记录，以此为据，向用户提供每个产品组件或最终产品的可追溯性记录。7)性能分析。将产品实际制造过程中测定的结果与过去的历史记录、企业的目标或客户的要求进行相关的比较，在线显示或者输出相应的报告，辅助管理者进行性能的改进和提高。,zhangjie,MES功能,8)作业人员管理。提供作业人员的状态和相关数据（工时，出勤等），基于人员资历，工作模式，业务需求等相关信息，辅助管理者对作业人员的安排进行指导。9)设备维护管理。通过对设备的状态监控，数据收集和维护指导等相关措施，保证机器设备和相关资产的正常运转，以实现企业的相关目标要求。,zhangjie,MES功能,10)质量管理。通过在线的质量检验和离线的实验室分析数据等质量信息记录，跟踪和分析产品在加工及装配过程中各工序的质量状况，以保证产品质量在控制范围之内，并向相关人员提供质量改进的有关建议。11)过程数据采集。通过对过程进行相应的数据采集，收集来自人员，机器、设备、操作、工序，物料等方面的现场数据，形成过程当前的状况信息，以便其它相关系统和人员进一步使用。,zhangjie,实施MES行业特点,JIT,物料拉动管理过程监控,zhangjie,实施MES行业特点,zhangjie,内容,zhangjie,3案例介绍,1Gestamp2Valeo3汽车整车厂4江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,案例1Gestamp,客户背景Gestamp是西班牙第一的汽车冲压和焊接钢板制造的供应商，这是一家全球性的企业，在欧洲有23个工厂，5个在Mercosur地区（巴西、阿根廷、巴拉圭和乌拉圭），两个在墨西哥。Gestamp要求一个从生产定义，流程设计到JIT供应到生产线的全球性的解决方案。业务挑战通过加强工作中心的业绩，集中优势解决主要的低效率。MES可以从车间获得详细的第一手的数据来帮助达到以上的目标。通过获得设备应用率上质量数据，生产时间，生产数量和生产率来优化生产能力。提供一个简单的能被普通供人使用的工具，该工具集成了车间和ERP系统。,zhangjie,案例1Gestamp,解决方案制造执行系统（MES）的实施可以做到：*从车间获得和监控生产线的数据（和机器控制系统集成）*通过ERP（主要是生产计划和报表）集成了生产活动实现了与ERP的连接来提供人工和机器的操作和运行时间来计算实际的生产成本。连接到设备维护系统来触发预防性的设备维护。基于工人实际的生产数量和劳动时间建立工人奖励机制计算模型。工人业绩和机器性能报表。项目成果MES根据每个工作中心的生产力，生产效率和表现提供了一个全球性的工厂的景象。机器设备运行和停止的质量信息在工厂里帮助检查和预防问题。从机器和工人获得的生产线的第一手数据提供了一个非常好的管理工具来做一些生产和相关的分析和决定：真实成本计算，生产收益分析，工作中心收益率，劳动强度评估，等等,zhangjie,案例2Valeo,客户背景Valeo是一家专注于汽车和卡车设备、零件和集成系统的产业集团。Valeo在全世界组成了11个工业执行集团来为客户进行更好的服务，每个集团都专注于自己的产品和系统线。业务挑战从收货到发货的整个流程，管理所有的物料活动。管理生产活动和生产的拉料。一个完整的MES解决方案。,zhangjie,案例2Valeo,解决方案埃森哲通过采用实施Apriso的FlexNet的MES解决方案对生产和物料的活动进行管理。实施的模块包括：-收货模块-质量管理模块-仓库管理模块-运输模块-生产模块-Kanban模块项目成果埃森哲和Apriso提供了一个使用FlexNet系统的管理整个生产和物料活动的完整的MES的解决方案。为Valeo的55个设施实施了该系统，并且建立了统一的物料管理的优化的模式。目前该项目还在推广中，将要推广到80个设施。,zhangjie,案例3汽车整车厂MES,zhangjie,案例4江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,江铃发动机厂MES初步方案,发动机厂MES功能模块,发动机厂MES,生产过程监控,辅助管理,过程数据采集,质量追溯与分析统计,计划排产,拉动式物料配送,zhangjie,江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,物料拉动系统流程,江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,从设备中读取的典型数据,zhangjie,江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,江铃发动机厂MES初步方案,zhangjie,动力总成厂计算机系统基本架构,办公区域,*AllcommunicationprotocolsareTCP/IPunlessotherwisenoted,生产现场,PLCs,应用/文件服务器物料拉动系统生产控制监视系统/暗灯/刀具检测系统文件管理系统,数据库ORACLEqs-STATPRIMSSQLServerPM&C,EPSPAS,邮件服务器,产品测试站,检具,物料呼叫按钮,按钮/拉线,机床自动站,滚道,Profibus,Peer2peer,etc.,PCBasedControlsPASdataatLoadStations,产品测试单元服务器,qs-STAT,工控机操作面板,暗灯板,无线存储单元,客户端AllApplication/FileServerappsAutoCADqs-STATPAS,信息终端,计算机室,工程中心AutoCAD,RFUnit,物料拉动系统的无线设备,SAP,zhangjie,内容,zhangjie,从表相看MES作用,当生产订单发生变化时当生产设备发生故障时当发现原材料有缺陷时当发现出厂产品存在质量缺陷时当出厂产品发生质量投诉时,zhangjie,当生产订单发生变化时,在制造过程中有客户插单，需要对原来的生产计划进行改动。对于制造过程比较复杂的情况，每台机器在什么时间由什么人完成什么制造工序都已经安排好了，物料也都准备妥当，要插单相当困难。通过MES系统，即时排程成为可能。系统可以根据新下达的生产计划，在指定的管理条件（例如：准时发货、设备使用率、生产成本等）下，迅速完成生产排程，并将制造任务下达到每个制造岗位。提高制造现场的调度效率，适应变化的市场需要盒苛刻的客户要求。,zhangjie,当生产设备发生故障时,在制造过程中有设备发生故障，尤其时关键设备发生故障，无法正常工作，影响了制造现场的整体计划。通过MES系统，可以立刻将情况反应给生产计划部门，提请是否修改生产订单。并根据生产计划部门的意见，重新对现场的制造资源进行排除，并将制造任务下达给每个制造岗位。即时地与生产计划部门沟通，提供生产整体的效率。对制造现场进行有些地组织，提高制造效率，减少故障带来的损失。,zhangjie,当发现原材料有缺陷时,产品在质量检验的时候，但发现质量缺陷。经分析，该缺陷时由于采用了某批存在质量问题的原材料。因此，使用该批原材料的全部产品都要报废和重新检验。通过MES系统，可以方便地提起采用该批原材料的全部产品清单，包括产成品和半产品。因此，这些产成品和半产品在拣选出来进行特殊的处理。避免了可能有缺陷的产品出厂后带来召回费用，可能有缺陷的半成品加工成不良产成品带来的制造成本盒费用，从而减少了原材料缺陷带来的损失。,zhangjie,当发现出厂产品存在质量缺陷时,产品出厂因质量问题发生顾客投诉，经过分析发行产品的工艺设计存在缺陷。该缺陷可能带来产品的快速磨损，导致客户退货或赔偿。通过MES系统，可以方便地找到采用该工艺的全部产品批号清单，对于已经交付经销商或客户使用的产品，进行召回。产品召回避免了因客户使用存在该工艺缺陷的产品造成后果的赔偿邀请，降低经营风险。,zhangjie,当出厂产品发生质量投诉时,产品出厂应质量问题发生顾客投诉。质量部门通过MES系统，提取制造该产品的全部制造资料并进行分析，发现该质量缺陷是由于采用了某批存在问题质量隐患的原材料。从而启动原材料不合格的质量处理流程。完整的制造资料可以为质量分析提供第一手资料，帮助质量管理部门快速准确地对出厂产品的质量问题进行分析。,zhangjie,MES的功能作用,MES是通过对企业生产组织和管理的实践进行总结后发展起来的应用系统，因此，从本质上讲，它并不是什么高深的理论，带有很强的可操作性。实践的经验证明，MES对企业生产制造平台的优化确有许多明显帮助和指导作用。主要表现在：,zhangjie,MES的功能作用,a)由于MES对过程实时事件具有比ERP更高的响应能力，并具有对过程的实时状况向ERP报告的功能，使用其中的工序详细调度功能，通过相应的作业排序或作业调度程序来优化作业计划，MES能帮助ERP将企业的实际生产作业计划制定得更细致、定义得更精确，同时也更具有更高的可操作性，可以极大地提高生产过程的作业效率和作业性能。,zhangjie,MES的功能作用,b)由于MES反映了作业人员、机器、设备、物料和工具等资源的使用状态的实时信息，并就刚刚完工的作业活动向ERP和有关人员报告。因此，使用其中的资源状态管理功能，MES除能及时提供更详实的资源可用量信息，以便于向ERP进行更可行的资源计划，同时，也使有关人员不仅可及时了解到作业效率，资源效率等实际状况，还可以对作业中隐藏的问题，运作效率改善等进行及时的处理和更正。,zhangjie,MES的功能作用,c)通过生产单元分配功能的使用，MES能将生产产品的原物料连同作业指令一起送达相应的加工单元，以指令开始一个工序或工步的操作，极大地提高了生产流程的协同性，减少了“工作中心”的待料时间，提高了“工作中心”的利用效率。,zhangjie,MES的功能作用,d)通过文档管理和标准控制功能的使用，MES能将产品的加工所需的产品数据、产品标准、工艺规程或相关信息连同作业指令一起送达相应的加工单元，并对活动的过程、结果和环境等进行符合规定要求的信息收集和记录。这不仅改善了流程的协同性，改善了产品标准、产品数据、工艺规程等控制的有效程度，也改善了产品生产过程中文档管理符合规定要求的程度。,zhangjie,MES的功能作用,e)通过产品跟踪和清单管理功能的使用，MES能监视工件在任意时刻的位置和状态，收集和记录产品或组件加工工序、加工结果的数据，形成每个组件或产品可追溯性记录，以便在必要时，企业向客户证实产品的质量、追溯问题的根源或评估问题的严重程度等。,zhangjie,MES的功能作用,f)通过性能分析功能的使用，MES能将在产品制造过程中实际测定的结果与过去历史记录、企业的目标或客户的要求进行相关的比较，在线显示或者输出相应的报告，辅助管理者进行对产品性能、过程运作进行改进和提高。,zhangjie,MES的功能作用,g)通过作业人员管理功能的使用，MES能及时提供作业人员的状态和相关的信息（工时，出勤等），并基于人员资历，工作模式，业务需求等相关信息，辅助管理者对作业人员进行有效的安排。这不仅有助理与作业人员的有效安排，同时，这项功能的重大意义在