生产系统学 制造执行系统

1、生产系统学第五章第五章 制造执行系统制造执行系统 本章主要内容本章主要内容 n生产计划调度(PPS)和企业资源计划（ERP）的薄弱环节n制造执行系统的功能n计划的方法n生产控制中心n实践和效果 未来的生产特点和要求未来的生产特点和要求特点：n由经典的生产工厂向现代的服务中心转变n产品增值不仅体现在产品上，更加体现在生产过程上。n竞争的重点从产品的竞争向生产过程的竞争转移。n一个企业的内在潜力的关键，更多的是看它的生产过程，而不是生产能力。n网络化、动态化和个性化对生产企业的运作产生了深远的影响，要求企业具有更大的柔性（可重组性）。 未来的生产趋势和要求未来的生产趋势和要求生产管理的目标n增加透

2、明度n加快反应能力n提高经济效益生产计划和调度的要求n响应时间短n详细计划循环的控制周期短透明度不是意味着了解生产历史信息的空白，并获得对未来的建议；而是指快速的可视化的现实，并能够立即采取行动。 传统的传统的ERP / MRPERP / MRP系统的弱点系统的弱点n计划的需求不确定（加工时间，机床利用率等）n计划不够细致，一般是周计划，最细才到每天计划。n计划没有同步更新负荷水平n对生产干扰、设备故障的反馈没有或迟钝n对急单和需求变化以及交货期的改变应对差n不考虑实际产能、负荷率 n不同的区域没有相应的独特的控制算法n车间可调度时间范围不足n员工的经验在很大程度上仍然被忽略计划和实际的符合程

3、度低，缺少对生产调度的辅助工具支持集中式生产集中式生产计划和计划和调度调度库存库存制造制造装配装配 传统的传统的ERP / MRPERP / MRP系统的弱点系统的弱点计划和调度周期要求越短，ERP/MRP对其帮助越少！ 生产调度的发展生产调度的发展计划表计划表1970198019821989手动调度台手动调度台图形化计划调度图形化计划调度制造过程制造过程生产指挥系统生产指挥系统车间调度车间调度制造执行系统制造执行系统2000制造执行系统的集成企业资源计划（ERP ）生产计划调度（PPS）制造执行系统（MES）工艺过程等级（Prozessebene）制造执行系统（MES）：制造执行系统补足了传

4、统的企业资源计划（ERP）和制造过程之间的缺口。包含了生产计划和调度需要的所有功能，是以工艺过程为导向量身定做的。制造执行系统（MES）的核心是一个APS-控制台 n APS ：高级计划系统（Advanced Planning System）n 生产数据采集（BDE）计划调度：计划调度是详细计划、任务控制、生产的执行和监控的一个工具。它完成从PPS获得的粗略计划数据的进一步处理。其规划的范围从一个班制到几天之间。制造执行系统的集成n什么是MES？MES的全称是“制造执行系统”，指的“位于上层的企业资源计划（ERP）与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”。订单的商业处理过程是在ERP进

5、行，而产品的生产过程是在车间层进行的。MES是两者之间联系的桥梁并实现对生产的控制。n为什么我们需要MES，它给企业带来哪些优势？企业必须对不同客户的各种需求做出不同的反应，具备生产的深度和广度，对目标能够灵活掌控。如今，订单守时是最重要的。未来的机床的负载率将变得更为重要。为了实现这些不同和变化的目标。就需要MES系统的支持！人们对MES的理解？样本容量 n=220 （可多选）210271311166284534812805101520253035404550其它继承者/ERP的替代/pps监控系统刀具管理系统质量管理系统订单管理系统物料管理系统人力资源管理系统机床监控系统/生产数据采集详细

6、计划主要产品项目规划跨国公司的价值链中央管理信息系统0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%维护成本单位成本库存成本库存范围高的资金流通故障的反应速度灵活性员工负荷机器负荷准时通过时间非常强烈很强烈一般很少几乎没有使用MES后，企业有哪方面的改善？ 样本容量n=1460%10%20%30%40%50%60%70%80%90% 100%性能测定员工时间跟追踪账单，需求和采购量的确定生产控制和成本计算绩效分析数量-计件机器状态的监控过程干扰评估工艺指标的制定物料需求的检测非常重要重要一般重要完全没必要控制相关功能的评估MES的模块生产计划生产计划 (ERP / PPS)制

7、造执行系统制造执行系统 (MES)制造模块刀具-资源管理计划调度床数据采集工况数据采集质量模块人员模块材料和生产物流MES的模块生产计划生产计划 (ERP / PPS)制造执行系统制造执行系统 (MES)制造模块货物签收过程数据处理测试设备管理统计过程控制质量模块人员模块投诉管理MES的模块生产计划生产计划 (ERP / PPS)制造执行系统制造执行系统 (MES)制造模块权限控制人力资源规划薪酬激励考勤质量模块人员模块从PSI公司的角度来看MES的分类PPS系统系统SAP R/3PSIPENTABaaNBrain 质量管理体系质量管理体系（QMS）供应链管理系统供应链管理系统（SCM）CAD

8、基础数据基础数据管理和管理和 加工任务加工任务排程排程 加工任务网的正向排程和逆向排程PSI 制造执行系统（MES）项目管理项目管理工序，资源和交货期的粗计划人员调配计划人员调配计划部门和员工的生产能力计划计划调度控制台计划调度控制台根据实时负荷计算各工位的详细计划，各种资源的详细计划；计划的执行和监控车间车间1 1车间车间n n工况数据采集工况数据采集/ /机床数据采集机床数据采集采集所有加工中重要的事件，订单进度或者成本核算都是必要的人员人员时间管理时间管理/ /访问权限控制访问权限控制采集和管理员工的出勤时间，包含处理所有和工资有关的重要数据。图形化的计划和调度Vorbereitung：

9、生产准备Fertigung1：工序1Fertigung2：工序2Fertigung3：工序3Kontrolle：检验Montage：装配加工任务视图负荷柱状图计划调度控制台的功能基本功能：n 数据管理 n 加工任务和工序的分配 n 计划措施（分批、并行加工.） n 工艺过程进度反馈（开始、部分完成，装夹完毕.） n 数据实时持续更新 n 更新整体计划划和调度 n 仿真（创建方案，替代方案.） n 实际数据的评价n 与PPS，PDA等外部系统的通信n 多用户能力 n 互联（一个通信服务器可以连接多达32个调度控制站） n 时间管理（有停机和加班功能的日历和班制计划） n 密码系统和用户分级管理

10、（权限访问）计划调度控制台的计划功能计划的方式：n人机对话式的计划 （手动）n拖放式的计划n自动计划 可以在计划调度控制台上对任务和工序进行：n纳入计划n更改计划n移出计划 在计划调度控制台上实现更多的计划操作：n联网协作分配调度n对瓶颈工位的调度n任务排程n任务或是工序的锁定和取消锁定n任务的暂停和继续n工序的分批和取消分批n工序的并行作业n工序的加工设备变更n任务的投放和回收ERP / PPS和MES之间的任务分工大批量100%中批量小批量单件= ERP/PPS10%功能性= MES计划和调度粗略计划分配和排程长期计划反馈变更调度细致计划和调度细致计划和调度零件数量计划调度控制台的分级功能

11、区功能区组织规模组织规模工艺参数的监测，工艺参数的监测，在生产过程中可直接在生产过程中可直接修改修改加工任务监控和短加工任务监控和短期调度。期调度。（调节回路）（调节回路）短期和中期计划短期和中期计划生产网络生产网络工厂工厂车间车间专用设备专用设备专门的组织单元专门的组织单元整体协调生产中各车间的控制台批量生产中协调各个产地的控制台控制台或控制室的可视化操作。独立制造岛的控制台短期生产调度和装配的控制台涡轮发动机柔性制造系统的控制台MES在车间调度室的功能n显示所有加工任务及机床的当前状况，以便快速掌握生产状态n简单的计划工具，用于加工顺序的排序和加工任务的重新计划 n员工的假期和缺工计划作为

12、人力资源规划的一部分n 员工考勤的实时概况n 加工任务及个人的班制安排记录n 机床和加工设备的停工待料分析 n 当前完工零件的质量概况MES在车间调度室的功能生产准备和生产调度：n协调各加工任务的生产进度控制n材料的准备和设备的加工前调整n基于图形化计划表的复杂详细计划工具n加工任务统计和项目统计（与之前的任务比较）n机床、刀具、人员和材料的可用性监测。影响功能的主要因素生产类型生产类型加工任务结构加工任务结构自主等级自主等级自动化程度自动化程度数量结构数量结构 车间生产车间生产 大量生产和流水线式生产大量生产和流水线式生产 单单件生产件生产 零件制造零件制造 装配装配 制造制造深度深度 任务

13、分配的时间跨度任务分配的时间跨度 授权范围授权范围 柔性制造系统柔性制造系统 普通机床普通机床 工位数工位数 辅助工具辅助工具 加工任务加工任务 工序工序 加工时间加工时间制造执行系统制造执行系统制造岛的信息流 分布式计划层分布式计划层 制造岛制造岛机床基础数据人员基础数据班制作息时间休息时间故障停机时间工夹量具数据任务进度故障员工工作分配表 生产指令中央计划层中央计划层ERP/PPS 系统CAD / CAP 系统 任务数据 工艺规程 交货期 变更数据 . 数据更改 任务进度 设备负荷 故障 预定占用 . 图纸 物料清单 检测计划 数控程序 .MES中央计划层：粗略计划AG1AG3AG2自主生

14、产区自主生产区M100M200M300M400SSTSSTSSTFSTFSTFSTFGSTTLTTSE天时间最早开工时间最迟完工时间任务分配的自由跨度任务分配的自由跨度排程计算方式排程计算方式中间固定排程（瓶颈工序）中间固定排程（瓶颈工序） 正向排程正向排程逆向排程逆向排程在控制台上通过仿真支持进行任务分配在控制台上通过仿真支持进行任务分配任务分配决策任务分配决策评价评价仿真模块仿真模块实时工况实时工况额定值与实额定值与实际值比较际值比较调节参数调节参数诊断诊断/合理性合理性What - if?“中心预先设定中心预先设定的参数的参数计划方法计划方法将一道工序排入某个工位-分批-并行加工-移出-

15、更改- .将一道工序排入最适合的工位使其尽早完工采用优化算法进行所有工序的计划- FIFO- KOZ- LOZ-调整时间最短-.采用专家系统进行计划须运用基于知识库的实际知识计划方法计划方法作业排序和机床占用分配的优化作业排序和机床占用分配的优化人工人工半自动化半自动化自动化自动化智能化智能化在工艺过程中的复杂度在工艺过程中的复杂度对于n个任务和m台机床的复杂度:例如：3个任务-6个排序方案在一台机床前任务的排序方案: n ! 种1: A,B,C2: A,C,B3: B,A,C4: B,C,A5: C,A,B6: C,B,A多工序加工中的方案数量: (单工序任务排序方案)m mn!复杂度 在车

16、间加工中工艺设计过程在车间加工中工艺设计过程例如：3个任务（A,B,C)通过3台不同的机床（M1，M2，M3)AM1M2M3BM3M2M1CM3M1M2工艺工艺任务任务M1M2M3123456AAABBBCCCM1M2M3123456AAABCBCCB2. 选择选择: A, C, B1. 选择选择: A, B, C50%负荷率负荷率60%负荷率负荷率任务投放的顺序加工任务加工任务切断工序切断工序工时工时（小时）（小时）车削工序车削工序工时工时（小时）（小时）采用采用FIFO规则规则总通过时间总通过时间(小时）小时）采用采用KOZ规则规则总通过时间（小时）总通过时间（小时）平均通平均通过时间过时

17、间FIFO （小时）（小时）平均通平均通过时间过时间KOZ （小时）（小时）Mller106Schmidt47Keller7943393120,3Meier22Schulte114Dirkes15简化的例子：简化的例子：分别有分别有2道工序的道工序的6个加工任务个加工任务不进行排序优化(FIFO)加工时间等待时间任务的通过时间任务的通过时间Mller 16 Std.Schmidt 23 Std.Keller 32 Std.Meier 34 Std.Schulte 38 Std.Dirkes 43 Std.186 Std. : 6 = 31 Std.DirkesSchulteMeierKelle

18、rSchmidtMllerDrehenDirkesSchulteMeierKellerSchmidtMllerSgen订单订单时间（时）时间（时）0510152025303540455043最短加工时间（KOZ）排序规则DirkesSchulteMeierKellerSchmidtMllerDrehenDirkesSchulteMeierKellerSchmidtMllerSgen订单订单时间（时）时间（时）0510152025303540455039订单的通过时间订单的通过时间Mller 30 Std.Schmidt 15 Std.Keller 24 Std.Meier 8 Std.Schu

19、lte 39 Std.Dirkes 6 Std.122 Std. : 6 = 20,3 Std.加工时间等待时间分布式计划调度控制台间的协调控制台控制台控制台控制台控制台控制台PPS系统系统通过PPS系统满足长期的任务协调通过控制台与控制台之间的横向交流实现短期协调控制台控制台控制台控制台控制台控制台PPS系统系统依靠PPS系统实现跨区域协调已商品化的制造执行系统资源视图零部件视图在制品视图 策略优化警报监控详细计划图详细计划图: l计划状态和资源计计划状态和资源计划展示在甘特图上划展示在甘特图上l可以按照一定的规可以按照一定的规则和限定手工更改则和限定手工更改任务或工序计划任务或工序计划l可

20、以根据详细计划可以根据详细计划优化器计算出的优优化器计算出的优化排序安排加工任化排序安排加工任务务计划表的精密计划计划人员制定生产计划表的工具警报监控警报监控 流水线分类流水线分类 叠加叠加 l树形导航树形导航 l分组方法：分组方法：l按位置按位置 l按计划者按计划者l按资源按资源 l按目标按目标 l按来源按来源 l计划功能计划功能: l启发式算法启发式算法l遗传算法遗传算法l灵活选择详细程度灵活选择详细程度l定期的产品图表定期的产品图表l定期的资源视图定期的资源视图l每个产品的加工任务视图每个产品的加工任务视图l每个资源的加工任务视图每个资源的加工任务视图l图形化的计划调度表图形化的计划调度

21、表(甘特图甘特图) l叠加图叠加图l警报监控警报监控l树形导航树形导航: l资源和产品的选择资源和产品的选择l警报显示警报显示l零件列表的显示零件列表的显示 树形导航树形导航生产计划调度生产计划调度 l 计划产品的生产数计划产品的生产数量量 l 规划生产线的工艺规划生产线的工艺规程规程 制造执行系统HYDRA nHYDRA 提供生产管理系统所有的功能模块以及在管理层和生产层之间建立理想的连接。n作为对生产加工、员工管理和质量管理模块结构化和集成的系统解决方案， HYDRA拥有加工控制所需要的广泛的计划、数据采集和信息功能，而这些功能PPS-/ERP系统不提供或仅仅部分提供。HYDRA-ADE：

22、加工任务数据采集HYDRA-MDE：机床数据采集 HYDRA-HLS：计划调度控制台HYDRA-PDV：工艺过程数据采集 HYDRA-MPL：材料物流和生产物流HYDRA-WRM：刀具管理和资源管理HYDRA-DNC：DNC运行n当生产中出现干扰而使得计划偏离理想状态时，HYDRA计划调度控制台提供的计划调度工具,能够比集中式PPS和ERP系统和人工计划插板更迅速和有效地做出计划变更。视图:产品控制中心产品机床和装备机床和装备 维护维护车辆的开发车辆的开发模型 ACAD模型批量车辆生产车辆生产车型车型A, B, C, .版本版本A1, A2, . AX组装组装油漆车间油漆车间车辆订单车辆订单客

23、户客户 1 销售销售ModelCModelBModelAxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxx xxxVersion A1生产计划冲压冲压车间车间车身车身运输运输客户客户1 最后检测最后检测计划计划客户客户2客户客户 3客户客户2客户客户 3机床状态机床状态生产的关键数据生产的关键数据材料的可利用性材料的可利用性任务特性任务特性车体车体油漆车间油漆车间组装组装结束结束供应链服务零部件供应商零部件供应商发动机车间发动机车间齿轮箱车间齿轮箱车间视图:产品控制中心机床状态机床状态生产的关键数据生产的关键数据库存水平模型库存水平模型材料的可用性材料的可用性任务的特性任务的特性车身车身喷漆车间喷漆车间组装组装结束结束连接到工人连接到工人(GSM, GPRS，3/4G)工厂控制中心工厂控制中心(背