MES-制造业信息化建设的关键-陈超武郭诚志梁宏伟马铭辰_图文

1、MES:制造业信息化建设的关键 陈超武郭诚志梁宏伟马铭辰通力有限公司MES:制造业信息化建设的关键陈超武郭诚志梁宏伟马铭辰通力有限公司摘 要:制造执行系统在企业计划管理和车间生产控制之间架起了一座信息沟通和管理的桥梁,强调制造计划的执行和产品制造过程的控制。结合制造企业车间的需求,介绍了制造执行系统的功能,提出了制造执行系统应用的网络模型和实现过程。应用结果表明,制造执行系统是制造企业信息化建设取得成功的关键,有利于提高制造企业的管理水平。关键词:制造执行系统 车间生产控制 生产计划 制造业信息化引 言制造业是国民经济的支柱产业和工业化的原动力。随着经济全球化趋势的加强,中国正在成为世界制造业

2、的中心,人们重新认识到制造业和制造技术的重要性。如何加速企业的信息化进程,迅速提高企业的核心竞争力,是制造企业实现自动化管理的关键。然而,纵观我国传统的制造企业,信息化建设重点普遍放在MRP、ERP等管理系统和现场自动化系统(如Shop Floor Control System,SFC两个方面。由于ERP系统处于计划层,服务对象是企业管理的上层,一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持;而现场自动化系统为控制层,主要在于现场数据采集和设备、工艺参数的监控。ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”,导致上层计划缺乏有效的实时信息支持,下层的控制缺乏优化调度与协调。制造执行系

3、统(Manufacturing Execution System,MES正是为了消除这一“断层”而设计的,处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层,已经成为企业信息化的重要组成部分,主要负责生产管理和调度执行。随着我国制造业信息化和工业自动化发展进程的不断推进,制造企业对MES的需求呈现递增的趋势,在兵器、航空航天、汽车、船舶等领域,特别是在离散制造企业的应用尤为突出。1 MES内涵和功能1.1 MES的内涵MES概念是美国管理界20世纪90年代提出的。美国先进制造研究机构(Advanced Manufacturing Research,AMR通过对大量企业的调查发现,现有的企业生产管理系统

4、普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件,以数据采集与监视控制系统(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA,人机界面(Human Machine Interface,HMI为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化,支持企业全面集成的MES软件群组成。根据调查结果,AMR于1992年提出了三层的企业集成模型,如图1所示。 图1 企业集成模型1、计划层。决策层使用的管理工具,主要应用系统是ERP、CRM、SCM等。2、执行层。企业中层使用的工具MES,在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁。3、控制层。一线操作人员使用的,以SCA

5、DA、HMI为代表的生产过程监控软件。国际制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association,MESA对MES 的定义是:MES能通过信息传递,对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里有实时事件发生时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。简言之,MES是位于上层计划管理系统与底层控制系统之间的面向车间生产过程的管理信息系统。1.2 MES功能模型为了规范和指导MES系统在企业的应用和发展,MESA在ISA-95标准中给出了MES 的11项功能模块的定义(实际的产品可能包含其中一项或多项功能

6、,主要的功能模块如图2所示。同时,MES系统和SCM、ERP、PLC、PLM等系统有良好的集成性。 图2 MES功能模型和与其他系统的关系2 MES在制造企业的应用2.1 车间管理需求制造企业多是以离散式生产为主,流程生产为辅,装配生产为重点。目前,车间生产管理仍是传统的生产管理方式,车间生产管理中存在很多不规范的地方,车间的管理仍是黑箱操作,无法满足反应敏捷的市场需求。车间生产管理主要存在问题包括:(1车间管理人员无法准确掌握在制品的数量及存贮位置;(2车间生产和管理状态不明晰,上级部门难以监管;(3对产品设计更改和工艺更改反应迟缓,产品质量缺乏有效监控;(4车间的信息传递和反馈仍以人工为主

7、,传递慢,而且易出差错;由于生产车间技术性强,精确度标准高,质量监控严,管理难度大,车间的生产管理方法在提高产品的质量、生产效率和降低成本、缩短制造周期方面起举足轻重的作用。现行的车间生产管理自动化水平急需提高,以适应未来发展的需要。2.2 制造企业MES网络模型目前,制造企业典型的MES网络拓扑结构模型如图3所示。 图3 MES网络结构ME网络模型基于统一的软硬件平台和稳定的Web架构,以MES数据库服务器为系统核心,进行实时数据存取和对比,实现生产信息的监视、控制和生产过程的管理。通过对各个生产单元的数据收集和反馈,组成覆盖全厂的、满足闭环生产管理需要的开放式以太网络。在制造企业内部,各功

8、能站通过局域网对MES服务器进行交互操作,同时其他各查询终端也通过局域网查询MES处理后提供的数据、报表和图形。在企业外部,通过Internet 可以连接到MES,在设定的权限内对系统进行信息发布或读取操作,做到实时信息共享。2.2 车间制造执行功能的实现制造企业关心三个问题:生产什么?生产多少?如何生产?MES就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”,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,来解决生产制造的问题,以提高制造竞争力,提供一种在集成在统一平台上系统的制造执行功能,如质量控制、文档管理、生产调度等,从而实现企业实时的生产制造执行管理。MES系统实现的主要功能

9、包括:1、详细计划与排产详细计划与排产模块的功能为,生产部计划人员以明确定义的生产资源为基础,在生产开始之前,合理地为各车间指定生产任务,并进一步为各车间提供可以直接用于生产执行的排程计划,以加强对生产资源的控制与合理调配。制定车间详细生产计划时,需要考虑设备、物料、人员、工具四种资源的有限性,能够通过模拟与预测功能在生产开始以前发现可能的问题,以提前采取措施,如图4所示。 图4 详细计划与排产2、车间生产调度在制定好详细生产计划后,生产部门需要将生产计划下达给各个车间的管理人员,以便在此计划基础上统计执行生产对物料、工种等生产资源的需求,进行生产的准备与安排。如图5所示。2007 UFC 中

10、国用户论文集 图 5 车间生产调度 3、文档管理 该模块控制、 管理并传递与生产单元有关的信息文档， 包括工作指令、 配方、 工程图纸、 标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及各种转换操作间的 通讯记录，如图 6 所示。 图 6 文档管理 4、质量管理 质量管理模块支持零组件质检计划的编制， 质检计划可与订单绑定， 随同订单一同下达 到车间现场。针对不合格品，系统可支持不合格品处理，按流程实现终检返工，包括终检报 告、 生成返工订单、 编制返工工艺、 返工计划编制等。 车间任务管理中将设置返工订单类别， 以跟踪、查询返工状态。如图 7 所示。 图 7 质量管理 -6-

11、 2007 UFC 中国用户论文集 5、车间数据采集 操作人员从数据采集终端上可以看到相关设备上的工序清单， 每次启动或者结束操作一 个工序时，及时通知数据采集终端，以便自动记录工序启动与完成的时间，如图 8 所示。 图 8 车间数据采集 MES 接近底层设备和控制系统，方便获取准确的实时信息，以制定详细的生产计划和 重排程。MES 在制造企业的实施不仅调整了生产全过程，而且使生产过程的各个生产单元 的布置和数据传递更加合理、有序。通过 MES 实施，制造企业减少了生产提前期，降低了 在制品库存，提高了产品质量，确保了信息快速准确的传递。同时，也实现了生产全过程的 实时可视化管理。 3 结论

12、MES 作为联接顶层计划管理系统与底层控制系统的纽带，是制造企业实施信息化不可 或缺的管理工具。MES 与其他信息系统的协同工作，构成了制造业企业全面的信息化应用 平台，实现了真正的企业信息互通、数据共享和运作自动化。MES 系统充分发挥了人与计 算机结合的整体优势，使生产现场的信息收集、传递、处理和反馈做到准确、及时、高效， 实现了生产过程的有序运作和资源优化，不断降低生产成本、提高产品质量，最终实现企业 生产制造信息化，大大提高企业生产制造执行管理的水平。 4 参考文献 1 王京辉 制造执行系统在航天产品制造车间的应用模型研究 航天制造技术， 2005 （2） ： 52-54. 2 丁伯慧，齐二石，杨作刚离散型制造企业 MES 系统架构的研究组合机床与自动化加 工技术，2006（9） ：104-106. 3 ISA-95.00.01-2000, Enterprise-Control System Integration Part1: Models and -7- 2007 UFC 中国用户论文集 Terminology. 4 ISA-95.00.02-2001, Ente