制造执行系统(MES)的研究与开发-

1、UDC 学校代码 10500 硕士学位论文题目:制造执行系统(MES的研究与开发英文题目:Research and Development for Manufacturing Execution System学位申请人姓名:陈中瑾申请学位学科专业:机械制造及自动化指导教师姓名:吴斌方二九年二月UDC 学校代码 10500 硕士学位论文题 目 制造执行系统(MES的研究与开发英文题目Research and Development for Manufacturing Execution System研究生姓名(签名 陈 中 瑾指导教师姓名(签名 吴斌方 职 称 副教授申请学位学科名称 08020

2、1 学科代码 10500论文答辩日期 2008-5-15 学位授予日期学院负责人(签名评阅人姓名评阅人姓名年 月 日 学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文

3、被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名:陈中瑾指导教师签名:吴斌方日期:2009年5月27日日期:2009年5月27日摘要中国加入WTO以及全球化市场的形成,使得国内的各行业面临着巨大的挑战,特别是现在金融危机的爆发,使得全球的市场都开始转向中国。为了能在日趋激烈的竞争环境中,有自己的立足之地,各行业在引进先进技术、设备以及高素质人才的同时,还必须在管理上下功夫。只有管理跟得上,才能高效地运用各行业的资源,产生更大的经济效益。制造车间作为企业信息流、物料流与控制流的汇集点

4、,是企业效益的源头,因而成为企业管理的重点。制造执行系统(Manufacturing Execution System,简称MES是制造管理系统中的一项重要技术。它是协调企业上层ERP决策与底层车间制造现场的一种管理系统,主要是加强计划管理层与底层控制之间的信息流通,解决企业信息“鸿沟”问题,起到一个很好的衔接的作用。该论文以五岳科技公司的信息化为背景,分析了五岳科技公司以及类似的中小企业的需求功能状况。通过全面分析MES的基本原理、MES在国内外发展及现状,结合我国现行制造企业的特点、实践过程中存在的一些问题,指出了应用MES 技术的必要性,并针对MES生产调度复杂、底层数据采集困难和可集成

5、性差等关键技术提出了解决方案。最后通过对MES各主要功能模块的分析,参考国内外MES软件产品的特点,联系五岳科技公司的需求,分析了MES系统的体系结构模型,并利用VC作为开发工具编程实现系统前端,SQL Server为数据库初步实现了MES的系统功能。关键词:企业管理;制造执行系统;生产调度;数据采集;企业资源计划AbstractChina joins WTO as well as the globalized market formation, causes Chinese various professions to face the huge challenge, specially n

6、ow financial crisis's eruption, caused the whole world to aim at the Chinese market。For can in the keen competition environment, have own foothold day by day, various professions during introduction vanguard technology, equipment as well as high quality talented person's, but must work hard

7、in the management. Only then manages can follow, can utilize various professions highly effective the resources, has a greater economic efficiency. Makes the workshop to take the enterprise information flow, the material class and the control class collection spot, is the performance of enterprises

8、source, thus becomes the business management the key point.The manufacturing execution system makes in a management system management system's important technology. It is linking up enterprise upper formation ERP and the first floor workshop produces the scene the management system management sy

9、stem, strengthens the project management level and between the first floor control communication, the solution enterprise information “the gap” the question, plays role which links the preceding with the following.This paper is based on the project of wu yue technology Corporation informatization, a

10、nalysis the function requirement of similar small and middle sized companied as wu yue technology Corporation.Through the overall analysis MES basic principle, MES in the domestic and foreign development and the present situation, unifies some questions which in our country present Manufacturing fir

11、m's characteristic, the practice process exists, had pointed out applies the MES technology the necessity, and aims at the MES production scheduling to be complex, the first floor data acquisition difficulty and might the integration inferior key technologies propose the solution. Finally throug

12、h to the MES each major function module's analysis, refers tothe domestic and foreign MES software product the characteristic, relates our country Manufacturing firm's demand, has analyzed the MES system's architecture model, realizes front end the system using VC as the development kit

13、programming, SQL Server was the database has realized the MES system function initially.Keywords:Enterprise management,Manufacturing Execution System,Production scheduling,Data Collection,Enterprise Resources Planning目 录摘要.I ABSTRACT.II 第一章 引 言 (11.1概述 (11.2 MES产生及其发展 (21.3 论文研究的意义及主要内容 (8第二章 MES在中小

14、企业中的定位 (112.1中小制造企业信息化系统调研 (112.2MES在中小制造企业实施中存在的问题 (122.3MES的发展趋势 (142.4 本章小结 (15第三章 MES系统的框架模型建立 (163.1MES系统功能模块分析 (163.2 五岳科技公司需求分析 (193.3MES系统实现的功能要点 (213.4MES系统总体逻辑方案 (223.5本章小结 (23第四章 制造执行系统关键技术研究 (244.1基于MES的生产调度 (244.2MES与现有系统的信息集成 (274.3 本章小结 (30第五章MES系统的设计与实现 (315.1系统开发方法 (315.2MES体系结构选择 (

15、345.3数据库的选择 (375.4制造执行系统实现 (40第六章 结论与展望 (506.1 全文总结 (506.2 工作展望 (50参考文献 (52作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文 (54致 谢 (55第一章 引 言1.1概述近年来,制造业得到了比较快的发展,我国作为一个制造业大国,虽然其产值已经超过了GDP的三分之一,成为全球第四大制造产业大国,但是我国的人均劳动生产率却处于比较低的水平,仅为美国的1/25、为日本的1/261;而且我国是世界拥有机床量最多的国家,但我国的数控化率仅达到1.9%,这与西方工业国家一般的20%的差距太大,这些数据都可以表明我国单单只是制造业大国而并非强国。

16、而针对我国制造企业的大多数的现状,加强企业管理成为首当其冲的问题。随着科学技术的飞速发展,以计算机、自动化、网络化及现代管理思想为核心的现代化技术彻底的改变了传统制造业。.现代企业若想在目前强烈竞争的环境下中生存和发展,信息化是必然的选择。因而现在许多企业都通过信息系统的建设来加强管理,从而提高企业的竞争力。一个制造型企业是否能保证生产运行状况良好2,首要的问题就是看上层ERP 决策与底层生产控制间要能很好的、及时的进行沟通和协调,以方便管理人员能准确了解现场状况的瞬息变化,并在短时间内做出准确、快速的判断和给出应对方案,以保证生产计划能按期、有效的完成。虽然目前企业资源计划(ERP和底层过程

17、控制系统已经发展到了相当成熟的阶段,但是由于ERP是企业管理的上层决策,不能对车间现场的数据及时了解从而做出决策;而现场自动化系统是对现场设备和工艺参数的监控,而并对车间制造进行管理。所以,这样就导致了ERP 系统和底层过程控制系统之间出现了衔接的“管理信息断层”,对于企业车间现场的调度和计划管理方面它们就显得比较无能为力了。因此对企业制造车间现场的数据采集、调度管理和生产组织提出了挑战,而制造执行系统(Manufacturing Execution System, MES正好弥补了这一缺陷,在计划管理和底层控制之间架起了一座桥梁,是最终实现制造企业信息集成的纽带。车间制造现场是企业关键信息、

18、物料、技术合操作人员等资源最为密集的地方,是企业效益至关重要的地方,因而成为企业管理的重中之重。MES3主要功能在于将生产计划细化到工序级、对车间加工现场进行指挥和实时调度、及时了解制品库存情况以准确的按期出货等等。最近几年来,各行各业都对MES的给予了很大的关注和重视,使得很多专业的软件研发商都全力的加入到制造执行系统的开发中来,而且很多大型的企业也都开始研发适合自己的MES。2008年全球制造业在管理软件方面的投资,MES居第二位,仅次于ERP,在国内外很多制造行业中MES和ERP都可以相提并论。1.2 MES产生及其发展MES的全称是制造执行系统(Manufacturing Execut

19、ion System,主要是针对车间的全部生产过程并指导生产管理。MESA对MES给出了这样的定义:“制造执行系统是一些能够指导并完成车间级生产管理及优化的硬件和软件的集合,车间的生产活动包括从生产任务下到车间直至成品生产完成并质检入库的一系列过程。它主要靠收集车间现场实时准确的与加工相联系的所有信息来安排、指导生产活动,并向企业上层管理者反馈现场作业情况、提供车间生产状况的任务评价信息4。”随着在全球加工业中生产制造的自动化水平的逐渐上升,特别是在离散型、流程型以及混合型制造企业制造自动化的需求越来越强烈,而且企业资源计划(ERP系统进行整体决策时也需要有企业实时的制造信息作为辅助,所以企业

20、需要一种管理系统既满足与上层ERP系统进行沟通同时能满足目前制造车间的复杂状况:将生产的产品工序级的排产联系起来,尽量减少产品在转移过程中的等待时间,从而缩短其生产周期节约成本。但来自过程控制的车间生产状态信息和产品加工信息并不足以准确的反映出车间的制造进度以及产品质量、车间现在生产力等实时状态信息。因而也就产生了制造执行系统(MES的概念:为企业上层企业资源计划(ERP系统和车间底层过程控制系统之间提供一个信息沟通的桥梁,如图1.1所示5。制造执行系统可以采集大量的实时准确的数据信息,为从任务下发至车间到产品完成的整个生产活动的优化提供有力的支撑,通过收集到得实时信息,快速反应对车间的生产活

21、动做出及时指导,增强制造企业运行和管理效果6。 图1.1 管控一体化结构随着现在市场竞争越来越强烈,很多企业都开发重视到管理上存在的问题,因此ERP等管理系统也得以大量实施到了企业中间,同时也为企业的生产管理提供了很大的帮助。但是,企业资源计划(ERP强调的是企业的整体计划,现场自动化系统则只是对现场设备和工艺参数的监控。因此,在车间现场的生产管理和调度等实时管理问题上这类软件系统就显得功能薄弱了。为了很好的解决这个问题,制造执行系统的理念就随之而产生了。20世纪70年代,生产管理技术等到了相当的重视和发展,但是车间的生产管理还只处理初步阶段。不过很多企业开始研发或引进功能比较单一的车间管理系

22、统:质量管理系统、设备状态控制系统等,这些管理系统都只能算是制造执行系统的一个功能模块子系统。到了20世纪80年代后期,在竞争激烈的市场经济的推动下,企业上层决策受市场支配的力度越来越大,企业的领导者开始清晰地认识到生产计划不能继续只以企业内部生产状况来拟定,应该充分考虑客户的要求,而且当产品改型或者订单有变更时能做出及时的生产调整。因而生产计划的适应性受到了严重的考验,解决生产计划的实时性、灵活性以及增加底层生产过程的信息交互,提高企业领导决策的正确、高效性,就成为了当时企业管理的重要研究方向。为了使这类问题得到快速的解决,1990年11月美国先进制造研究协会(AMR第一次正式的提出7,8制

23、造执行系统的系统管理理念,一年多以后又在美国成立了MES国际联合会(MESA International9-12旨在宣传制造执行系统的思想和推广其相关产品的贸易联合会,短时间内就取得了良好的效果。根据1992年美国先进制造研究协会提出的企业集成的三层框架模型(如图1.2所示,制造执行系统处于企业管理的中间层,它有机地将企业资源计划管理和底层过程控制的信息集成起来 13,为计划层和控制层之间架起了信息交互的桥梁,初步实现了企业内部所有信息的集成。计划层:以企业资源计划系统为主体,它强调企业整体的计划性。执行层(MES:强调详细计划的具体实施和现场调度控制。通过MES实现企业资源计划与底层过程控制

24、信息的交互,制造执行系统主要负责车间现场的生产管理和实时的调度执行。控制层(Control:它是面向生产作业现场的设备控制。 图1.2 AMR的三层企业集成模型1997年,美国制造执行系统协会一共发布了七份关于MES的白皮书。在这些资料中他们对MES做出了详细的定义和功能上的细分、分析了MES与企业内部系统之间的信息数据交流流程、给出了通过调查后的企业应用MES的效益结果、MES的功能选择以及MES的发展趋势若干关键问题做了比较详细的表述9-12。美国制造执行系统协会的白皮书将MES分为11项功能模块14 15,如图1.3所示。图1.3 MESA MES 功能模型图(1资源管理:收集车间的基本

25、资源状况信息,为车间的生产计划制定等提供数据支持;(2详细计划:车间管理人员根据系统所采集到得基本信息生成合理的工段详细的生产计划,并对其进行优化,掌握车间的整体生产安排。(3生产调度:系统需要对车间现场的所有生产信息:工段生产计划、设备状况、人员状况进行有效管理,通过反馈回来的现场实时制造信息或者企业上层计划的调整,进行车间实时的作业调度安排。(4文档管理:记录与生产车间相关的所有基础材料、人员、设备等各方面基础数据信息。(5现场数据采集:系统需要能采集到制造现场与加工有关的所有数据,包括设备加工和运行情况、员工工作信息、在制品加工状态等,为其它功能模块提供有力的现场数据,保证其它模块的高效

26、运行。(6人力资源管理:对车间所有员工的基本信息进行记录,对员工进行阶段性的考核,实现人力资源的最大限度利用,力争达到人尽其才的效果。(7质量管理:为车间生产提供相应的工序级的质量管理方案,对车间所生产的产品进行检验,并生成相应分析报表,为生产改进提供信息。(8过程管理:对车间现场的全部生产过程进行全程的监控,将信息反馈到系详细计划性能分析生产跟踪资源管理文档管理过程管理设备管理人力资源 现场数据采集质量管理生产调度统,提高系统现场调度的决策支持。(9设备管理:记录了设备的基本信息、设备维护信息以及当前状态下各设备的负荷状况信息,为生产计划制定和调度管理做支撑。(10生产跟踪:记录工件在任何时

27、间的位置信息和加工情况,以方便产品质量追溯等管理活动。(11性能分析:系统可根据安排的任务和人员、设备、工具、工装以及时间的实际情况进行能力平衡计算,达到合理资源配置,提高生产效率。进入21世纪以来,MES技术已经深入到广大制造企业,技术也已经相当的成熟,为了满足市场旺盛的需求制造执行系统开发进行统一标准的规划和设计以及一些关键技术的研究。MES这种面向车间现场的生产管理技术与实时调度系统是从上世纪90年代后期开始迅速发展起来的,它是实施企业先进制造技术和管理手段的基本技术。在许多工业比较发达国家的实践证明:包括机械、电子、医药、化工、通讯等制造行业领域都成为了MES的受益者,而且能得到很高的

28、回报。美国于1992年成立了MES贸易联合组织MESA,该组织主要是为了推广制造执行系统的思想以及其相关的产品。制造执行系统在国外尤其是美国和日本得到了广泛而深入的研究和应用。MES国际联合会针对“实施MES能给企业带来的好处”这一方向分别于1993年和1996年两次对实施MES系统的企业进行了问卷调查12,其调查结果显示:MES缩短制造周期45%左右,降低在制品25%或更多,缩短生产提前期35%左右,等等。目前人们都清醒的认识到了制造执行系统在企业生产管理中的特殊作用,因而国际上许多著名的软件开发商和一些大型企业也都加入MES国际联合会,并推出了自己的MES产品。例如,国际上著名的ERP软件

29、供应商SAP公司就将MES 功能整合到了SAP-R/3系统中。现在市场上流行的国外MES软件开发商大致可以分为三类:一、系统集成商,如 Wonder ware 公司;二、专门为一个或少数几个行业开发的系统软件,如Aspen Technology;三、开发中间组件技术的厂家等。此外,典型产品还包括西门子Simatic IT、Wonderware IAS、Kratzer-Automation intra FACTORY等等。虽然我国一直在大力的发展企业信息化技术研究,但车间自动化一直是一个薄弱环节,而MES的有效实施将会彻底的改善这一局面,因此MES在我国具有广阔的发展空间和应用前景。MES作为流

30、程工业综合自动化系统中的关键技术,自上世纪80年代末,宝钢就从西门子公司引进了中国第一套MES系统,到现在为止MES已经在我国使用和研究了近30年,为MES在我国的全面推广打下的良好坚实的基础。随着企业对管理系统的逐步认识,MES在我国正飞速的发展着。目前,在国内就钢铁行业正在建设MES的企业就超过30家,致使很多专业软件开发商、高等院校已经科研院所也都对MES加速的进行研发。如图表1.4,我国的MES软件开发商主要有:表1.4 国内主要MES应用软件软件名称使用行业软件厂商天为MES 机械制造大连理工大学&大连华铁海新兴科技公司MES 机械制造南京比邻软件有限公司O-MES 制造业翰

31、科科技发展有限公司深圳东洋网蓝软件服务有限公司孔明生产计划系统中小型生产制造企业myCIM 半导体制造上扬软件(上海有限公司MES制造运行系统电子行业羽冠计算机科技股份有限公司(中国台湾 Today MES 机械制造广州今朝科技有限公司BT MES 机械制造普天系统集成有限公司BR-MES 机械制造南京航空航天大学&倍锐科技有限公司从2006年开始,MES在国内受到了行业的普遍关注和重视。2006年,虽然国内MES市场规模为9.1亿元,但是在我国MES应用仍处在初始阶段,并没有得到广泛的应用。如图1.517不难看出: 图1.5 国内市场MES软件占有率1. 西门子、宝信、UGS、明基逐

32、鹿和Apriso是目前中国MES市场上占有率最高的五家厂商。2. 目前,中国MES的市场潜力还是比较大,但是基本都是国外品牌占主导,国内软件开发商的水平很国际还有一定差距。我国对车间层、单元层的研究大都偏重控制模型的研究,很少从MES角度研究开发面向制造过程的集成化管理和控制软件。在MES 技术研究上,国内外差别并不是很大,但在应用上大多还停留在制造设备的集成、状态监督和控制阶段,MES 产品开发和应用还处于起步阶段。不过我国十五期间开展了大量的MES研究与应用开发工作,上海宝信、浙大中控、上海交通大学、大连理工大学等高等学府和科研院所,结合钢铁、化工、医疗、通讯等行业的实际应用要求,开发了适

33、合流程工业、冶金工业等的MES产品。1.3 论文研究的意义及主要内容随着计算机技术的快速发展,信息技术已经成为生产系统管理的重要手段,现在已经迎来的是在管理模式和管理方法上的重大变革。怎样将信息化技术结合ERP、MES、SCM等一些先进的管理理念应用到现代企业生产管理之中,提高企业管理水平和增强企业市场竞争力,已经成为了当前现代企业管理所重点关注的话题18,19,20。尽管自上世纪80年代末,宝钢就从西门子公司引进了中国第一套MES系统,到现在MES在我国的具体应用和研究已经达到20多年了,但总体来说,与西方发达国家相比,我国无论是在MES技术深度与应用广度上都存在较大差距。毕英杰教授指出,由

34、于MES具有较强的行业性特征,各个行业制造过程具有较大的差异性,因此,当前MES的核心问题是缺少统一的MES集成策略与标准,目前市场上流行的制造执行系统架构不一、功能各异,存在着诸如产品质量、实施能力、服务水平,选型、价格等一系列问题。根据e制造调查的数据17显示:国内18.8%的大型企业用户已经应用了制造执行系统(MES;中小型企业MES应用情况相对较差,13.6%的中型企业应用了MES,但是却只有5.3%的小型企业应用了MES。因此,在我国MES市场处于启动阶段,国内对MES的需求还有很大的市场潜力,而且MES还将从大型企业逐步扩散到中小型企业。鉴于MES对企业车间现场生产管理的重要性,我

35、国也将其列为“十一五”期间信息化方向重点研究的技术之一,联合了国内的MES研发和实施相关技术方面的人力、物力,重点研讨和解决MES核心技术问题,以期望形成适合我国国内制造业状况、有自主MES软件应用能力的制造执行系统。本课题主要来源于湖北五岳科技公司的车间信息化建设项目,主要进行制造执行系统的规划、架构设计以及相关技术的研究以及模型的研制。根据对五岳科技公司车间的实地调查以及国内一些类似的中小型企业的调研显示,信息化水平落后,管理手段低劣严重制约着中小制造企业的快速、良好的发展;而且引进MES 技术的成功率也是很低的。要想改变中小企业的信息化现状,推进MES系统的实施成功,本人觉得必须从根本上

36、解决MES设计思路,不仅要使其具有好的实用、经济以及可重构性和可配置性,而且要有更强的集成化能力。该设计以湖北五岳科技公司车间制造执行系统为背景,实现了对制造车间的生产管理的开发,本文主要对制造执行系统的一下几个方面进行了研究:1. 分析了MES的定义、发展历程及其在国内外目前的研究和应用状况,介绍了本论文的意义和研究内容;2. 通过对我国目前中小企业进行大量调查研究的基础上分析了它们目前自身存在的特点以及实施MES的中存在的问题,弄清了MES的发展趋势,很好的为MES在中小企业的实施做出了定位;3. 分析了MES的各个模块的具体功能,针对企业的需求列出了急需解决的功能要点,最后提出了系统实施

37、的框架模型;4. 并针对MES生产调度复杂、底层数据采集困难和可集成性差等关键技术做深入分析,并提出可行的解决方案;5. 介绍系统的开发方法、数据库的总体设计,并最终采用VC作为开发平台实现了制造执行系统。第二章 MES在中小企业中的定位2.1中小制造企业信息化系统调研通过对国内一些相关中小制造业的调查研究、大量的相关文献的阅读,本人对中小企业在信息化过程中突出的特点做了以下几个方面的总结:1. 资金少和设备差22:由于近几年来我国制造业的快速发展,使得我国出现了一大批代工、小电器、零部件一类的中小型企业。这类企业投入少、发展慢,因而生产规模比较小、资本的积累也十分有限,这样就导致企业的设备更

38、新缓慢,设备的新旧参差不齐。2. 人才缺乏:由于投资的规模小,中小企业管理和技术人才都极其缺乏。管理人才、技术人才一直是中小制造业奇缺的资源23,而且这类企业管理形式单一,竞争力比较弱;技术人才的缺乏导致技术缺少创新,因而难于发展。3. 依附生存,抗风险能力差:由于其技术落后、市场竞争力小、顾客有限,而且往往依附某几个大企业而生存,失去一个大客户后可能会对企业造成致命打击。因而企业希望改进管理方法以及创新技术,提高产品质量、降低生产成本、塑造企业整体形象,从而使企业拥有较强的独立性,增强市场的竞争力。4. 产品形式多样:由于投资小,没有独立的高技术,产品多是模仿生产或者来料加工,因而一般都是小

39、批量多品种生产。但是同时也可以很快适应市场变化,生产可以快速转型,易于生存。5. 生产混乱24:由于市场瞬息万变,造成了多品种小批量生产是大多数中小企业的主要生产模式,这样就导致了:生产计划制定困难、设备管理技术落后、产品质量和交货期得不到保证、资源综合利用率低等生产混乱不堪的状况出现。通过上面对我国中小企业以及目标企业的整体现状特征调研分析,可以明显的知道中小企业要想快速稳步的发展,除了一方面要改善硬件制造设备和引进人才外,还有一个重要的方面就是企业急需加强自身的管理水平和效率,这样才能提高企业的整体竞争能力从而保持企业健康稳步的发展。而MES技术作为一种针对这类多品种小批量生产的离散制造企

40、业的管理技术,它可以从很多方面满足我国现行中小企业的这类关键需求:1. 降低制造成本:从生产活动整体而言,制造执行系统通过对现场数据及异常情况的信息采集,能实时的对生产任务进行指导和调度调整,从而保证车间生产继续进行、缩短产品制造周期;其次,系统还能对设备实时负荷进行监控,可充分的利用设备资源;同时MES能实时监控制品信息、预测完工时间,从而进行及时的调度减少产品库存量。2. 提高产品质量:制造执行系统在数据采集上能实现对在制品的实时监控,通过反馈的信息对每个生产环节的质量监控,这样可以有效的保证产品的质量;还可以找出造成质量问题的根源,及时的对现场加工进行调整从而提高产品质量。当然制造执行系

41、统的作用远不止于此25:主要还有:规范业务流程、细化作业计划、提供企业内部信息共享等等方面。而且中小企业规模较小,业务流程一般相对简单,因此需要的MES技术要求并不是很高,所以制造系统的实施周期不会太长,见效也会相当的明显。综合上述的观点我们可以很明显的看出:我国中小企业需要实施制造执行系统,因为MES能很好解决企业决策层和生产车间过程控制之间的信息交互问题,满足企业对车间现场制造管理的功能所需,很大程度上改善了企业对车间生产的控制力度和效果,大幅度增强了企业的市场竞争力。2.2 MES在中小制造企业实施中存在的问题MES技术虽然在我国有着近30年的研究、发展和应用,但是以前一直局限于石油化工

42、和钢铁等大型工业企业。近几年,随着我国制造业的飞速发展,中小型企业才逐渐认识到MES的作用并开始建设MES,因而在实施过程中存在的问题有很多,无法完全体现出MES技术对于车间生产管理提升的真正价值。这些问题主要表现在以下几个方面:1.企业MES实施基本条件不够很多中小型企业管理者不顾自身的现状而盲目的跟上潮流建立MES等多种管理软件,但是却没有对企业足够的认识。因为MES的实施成功与否还有很多制约条件的:(1对资金的投入没有准备:制造执行系统的建立不仅只包含初期MES的开发或引进这部分费用,在软件的实施过程中还包括配套设施的建设费、操作人员的培训费、系统日常维护费以及在长期使用中的二次开发费用

43、等;虽然这部分资金比较少,但是对自身资金紧张的中小企业来说也是一个不小的负担。(2硬件条件:企业现行设备的层次、企业内部的网络建设和已有硬件基础设施等等,这都可能会制约MES实施的周期及效果;(3企业自身素质:它要求目标企业有着较好的管理基础以及从事企业生产管理的员工素质比较高,最好企业本身就建立了比较完善基础信息。很多时候企业在开始引进制造执行系统之处对于这些小问题都没引起足够的关注,导致制造执行系统在引进后被企业闲置或者功能没有完全发挥,而企业的管理者还认为是中管理方法和手段不适用,最终对MES失去信心,而使企业的管理手段得不到真正意义上的增强。当然,实施MES的基本条件起点并不高,一般比

44、较强的小型企业都有这方面的条件,但是我们在实施前要做好这方面的准备,予以重视,以免出现进退两难的尴尬局面。2.多种不同层次的制造设备并存由于很多中小型制造企业经过多年的发展,但是自身的资金投入又很有限,所以在其制造车间里一般存在在多种不同层次的生产设备。这样就导致对相关设备的采集非常繁琐和困难,但是制造执行系统本身又强调的是实时的数据采集,这样就导致系统设计时要考虑比较周全,工作量也会相应增加。3. 关键技术有待进一步完善目前由于经济危机的加剧,企业越发的重视自身的管理水平,所以制造执行系统得到了广泛的重视和发展,而且MES技术也已经相当成熟,但是在一些关键技术问题上还需要进一步的完善 26,

45、27,如:(1 MES体系还不完整(2 缺乏MES技术标准(3 集成性还没有完全解决(4 通用性和可配置性较差(5 实时性不是很强4. 开发者对用户企业需求了解不足虽然MES将从大型企业逐步扩散到中小型企业这是一个必然的趋势28,为了满足市场需求MES技术也在逐渐的走向标准化,但是MES系统一般需要厂商根据用户的特定需求来进行量身定制,类似ERP那样标准化的产品几乎不存在。根据调查显示,在实施MES的用户企业中对厂商最不满意的地方(如图2.1所示就是他们对用户的需求了解不够透彻,这也在成了现在很多制造企业开始自行开发MES软件。 图2.1 客户不满意问题比例图因为一般中小企业的资金和人力资源有

46、限,因而MES软件的开发和实施一定要建立在对需求企业制造现场相当了解的基础上,这样才能保证MES的“实用、可靠、先进、经济、完整”。2.3 MES的发展趋势MES技术正向一个更为成熟化、人性化的方向健康的发展着,根据2000年美国国家标准协会(ANSI致力于MES标准化工作(ANSI/ISA-95,发布的SP-95系列标准为基准看来,今后制造执行系统发展的主要特点就是:有良好的可集成性;易于变更,易于使用;面向对象和动态WEB技术等等。主要表现为以下几各方面:1.更强的实时性:根据制造执行系统本身的管理思想上分析,MES需要更为细致精确地现场生产状态跟踪和更完善的数据采集模块功能,以实时的获取

47、和处理更多的底层数据信息,为系统及时、准确的进行生产安排和调度提供更有力的信息。2.支持网络化协同制造:由于现在通讯技术的发展,很多中小企业都有各自的协作企业,以整合企业间的优势,增强企业的市场竞争力。因而制造执行的发展必须满足企业间的网络化协作功能29。3.更好的集成化:制造执行系统它处于企业信息化管理的中间层,担负着企业资源计划系统和底层过程控制系统的信息交流任务。因此在以后的MES技术研发上要研究开发更为方便的信息交互环境,以便企业所以信息的及时更新和反馈。4.MES全新的体系结构:以后的制造执行系统应该具有较高的柔性,可以根据目标企业业务流程进行很大范围的变更,进行系统的重构和快速配置

48、以快速满足用户需求。目前,随着MES的应用越来越为广泛,对它的研究也越来越受到国际上一致的重视,随着MES标准化进程的发展,它将对MES技术的发展起到巨大的推动作用,引导着MES的研究走向规划化方向迈进。现行国际上很多主流供应商(如: Siemens,Rockwell,Honeywell,SAP,GE等就都采用ISA-95标准。2.4 本章小结本章首先对目标企业以及一些相类似的中小型制造企业做了实地调研,然后结合大量的文献知识对这类企业现在自身的特点和管理手段做了总结,从而佐证了中小企业实施MES的必要性;接着在此基础上又分析得出了他们在实施MES 过程中存在的问题以及MES的发展趋势。第三章

49、 MES系统的框架模型建立3.1 MES系统功能模块分析根据对目标企业五月科技公司的调查分析,结合企业的急切需求,本论文设计了九个常用的功能模块:系统管理、文档管理、现场数据采集、生产计划管理、生产物资管理、成本管理、设备管理以及质量管理,具体如图3.1所示 图3.1MES系统功能模块1 系统管理制造执行系统(MES的系统管理子主要负责设置所登陆用户的密码/账号管理,根据各用户的工作部门的职权范围设置其相应的登陆权限,同时还要对整个系统的数据进行日常维护,为整个MES的运行提供安全保障。它是企业车间制造信息的集中地,因而也成为企业车间信息机密的门户。2 设备管理车间生产设备作为企业的生产工具,

50、是企业效益的源头,也是MES中的重要资源之一。它工作地正常与否直接关系着企业的生产作业,与企业的生产计划完成质量、经济效益等紧密相关30。该子系统的管理基本内容可以大致分为31:设备的技术状况管理、设备润滑管理、设备的缺陷处理和设备运行管理四大块。设备技术状况管理反映了设备目前能加工的精度标准、加工能力等方面的实际技术参数;设备润滑管理是正对设备的日常维护所设置的,它是设备使用寿命的基本保障;设备缺陷处理是对已经出现异常状况的设备进行维修和维护,以及根据情况及时记录并逐级上报;设备运行管理包括对设备的例行检查,依据设备运行的情况制定相应的措施,特别是设备的薄弱环节要做好预警,以便及时维修避免耽

51、误工期。3现场数据采集众所周知制造车间的现场状况非常复杂,而制造执行系统(MES的数据采集需要大量且分散与加工相关的各方面数据32,它所采集的信息包括从生产决策下达到车间、原材料入库、现场加工、设备监控、质量检测到成品最后入库的整个车间生产业务流程。数据采集模块主要是为其它模块提供信息支持,是制造执行系统的核心模块之一。数据采集模块为车间生产管理提供的实时数据,能够让企业各相关部门管理人员及时掌握整个生产过程的实时动态;为生产调度提供现场加工实时数据,对现场的突发事件做出临时调度安排,调整生产以保证按期出货;还能为事后的生产追踪和对加工方案的改善提供强有力的依据。4 生产调度车间生产调度33,

52、是制造执行系统(MES的一个关键模块,它能很大程度上体现出这个系统的性能,它主要是通过结合目前车间的生产状况对加工作业的顺序进行计算,从而合理的安排组织生产。生产调度模块通过对制造执行系统(MES的生产计划的具体执行,完成生产调度、生产监督等功能,而且针对员工临时请假或设备异常等突发时间做处理,从而保证车间的生产,使得车间的生产能按期有效地具体执行。5 文档管理文档管理是负责记录下整个车间所有公共信息,然后对其进行集中的处理、整,为其它部门提供基础信息支撑,也可以避免子部门的信息重复储存造成的资源浪费。文档管理一方面登记车间员工的基本情况,记录车间日常状况、车间所有设备的基本参数等等,为车间制

53、定工序级的生产计划提供基础数据;其次还包括每个员工的工时和工作量、设备使用情况和维修、更换记录,从而为车间的成本预算和核算提供具体依据;而且文档管理还包括管理一些与生产相关的信息:包括产品图纸、加工工艺文件、生产地变更等方面的记录、单据。这样对基础数据进行统一管理也很大程度上方便了用户进行查找和信息的准备工作。当然该部分还完成包括对存储的与生产相关的历史数据进行维护操作。6 计划管理由于制造执行系统(MES的特殊性,它强调与上下层管理系统的衔接,因而它对上层任务的具体分配就显得尤为重要。计划管理34就是对企业上层的车间计划任务的具体划分,一直细化到生成工序级的作业计划。它需要给出对于某一生产相

54、关的优先级、数量、加工设备、加工方法等具体的作业参数。它的主要作用就是采用最好最优的加工方法安排一个合理的加工顺序,从而达到最大限度地压缩生产过程的目的。7 生产物质库存管理对于车间来说,生产物质的库存管理主要包括两个大的方面:材料库存管理和工具库存管理。材料管理:需要真实、准确、实时的反映原材料、半成品、成品等物料的库存数量以及在制品状况,以便于库管人员对库存物料进行全面有效的控制和管理,也为生产计划的制定提供基础信息。这样就能有效加强库存分析和控制,减少这方面的资金投入,以达到降低材料库存,有效利用资金,避免材料积压或短缺的目的。工具管理:针对生产过程中刀具、夹具、量具、低值易耗等工具实行

55、统一管理和分配。根据车间的生产计划,相应的分析工具库存信息、然后上报工具的采购、复制需求计划,以保证生产的顺利进行。8 生产成本管理MES的成本管理需要统计包括生产中涉及到的原材料、加工工时、工具、能耗等各种生产要素信息,它是通过车间专门的核算技术人员完成对生产的成本进行预算和事后的核算工作,然后提交给上层的管理者,为企业经营者提供决策上的支持,同时这样也避免了将大量的成本相关数据传输到ERP等系统的大量交换和流通过程,能就地准确、及时的处理。9 质量管理质量管理子它是一个企业能否满足客户要求从而占有市场的关键之一。它首先设定质量方案,对车间从原材料、半成品到产品的整个过程的质检把关,而且收集

56、用户质量反馈,在必要的时候对生产过程提出修改意见,从而提高产品的质量并降低损耗及成本,使企业长期处于不败之地。3.2 五岳科技公司需求分析根据本人对五岳公司的实地调研,对五岳科技公司做了如下分析:1. 该公司基本情况五岳科技公司主要是生产卫生用品滚切刀的制造企业,该公司为上海强生、花王、雅妮娜、武汉丝宝、沈阳东联、重庆丝爽、荆州平云等众多公司设计并生产产品。公司的创始人和主要负责人都具有研究生以上比较高的学历,但是一般的管理人员和普通的员工普遍学历较低。公司所生产的滚切刀主要可以分为滚切刀和滚刀轴两部分,主要的原材料都是根据客户的质量要求而进行采购。主要的原料采购商有:瑞典一胜佰、武汉江岸车辆厂、武汉全生材料公司等。一般滚切刀和滚刀轴的外圆车削、滚刀内外圆的磨削、最后组装的热镶等大部分工艺都在公司内部完成,对于滚刀直径在200mm以上的大件车削时则在合作企业武汉建桥完成加工以及刀具的热处理工艺则在武汉精恒热处理厂完成。2. 该公司主要的特点(1 客户层次不齐:客户基本包括了这一行业需求的高、中、低三种不同的档次,所以公司需要针对不同的客户进行不同的安排:从原料的采购到生产工艺的安排都需要针对不同客户作出相应的调整。(2 产品形式多样:公司的订单一般都是多品种小批量的生产,而且很多时候还会根据客户的要求进行设计以后单件后