企业对MES系统的功能需求

1、企业对MES系统的功能需求第一节 MES系统特点分析e-works Research认为，MES系统具有以下特性：    *实时性：MES实时收集生产过程中的数据和信息，并做出相应的分析处理和快速响应。    *信息中枢：MES通过双向通讯，提供横跨企业整个供应链的有关车间生产活动的信息。    *软硬一体：MES是一个集成的计算机化的系统（包括硬件和软件），它是用来完成车间生产任务的各种方法和手段的集合。    *个性化差异大：MES是负责车间生产管理的系统，由于不同行业甚

2、至同一行业的不同企业生产管理模式都不同，因此MES的个性化差异明显。*二次开发较多：由于MES的个性化差异明显，导致MES系统实施时，往往二次开发较多。第二节 MES系统需要具备的基本性能    e-works Research认为，一套MES系统应该具有：可配置性、可扩展性、可靠性、实时性和可视性等基础要求，具体要求如下：    *可配置性：系统自带流程建模工具（配置性工具），可以在系统内根据企业的生产特点，灵活设置生产工作流程，并根据不同权限进行流程驱动，与系统消息机制绑定，驱动预警管理机制（如备料的预警、缺料的预警、单据审批超期

3、限的预警等），按照用户指定的通知方式发送预警信息，如短信、邮件等。    *可扩展性：系统应具有良好的开放性和可扩展性，便于企业未来的发展需要进行功能扩展。同时可提供可柔性组合定制的用户界面、业务模块，以及简易的二次开发功能满足企业的个性化应用。    *可靠性：系统必须具有完善的授权体系、成熟可靠的数据备份方法。在安全方面，系统必须具有统一的权限管理中心，能够对每一个角色、每一个字段、每一个动作、每一类型的业务、每一个模块等设置不同的权限。    *实时性：系统应具备良好的实时环境和实时响应的功能。系统

4、要利用实时数据实现生产过程、产品质量的在线监控，提高快速反应能力，促进生产管理由被动指挥型向以预防为主、在线控制的主动实时指挥型管理体系发展。    *可视性：系统应具备以数据采集为基础的生产、消耗、质量、设备等信息统计分析并提供可视化的图示方式。第三节 MES系统涉及的基础数据    *企业的组织结构：一个企业包括一个或者多个工厂，工厂又细化分割为不同的部门组织，组织则被定义为拥有不同工作职能的业务实体。    *人员及角色：人员是生产制程过程中重要的基础性单元，根据员工的角色规划不同的系统权限，根据参

5、数设定区分员工的角色和能力，可根据信息制定完善的人员分配和调度计划。    *设备资源：设备资源是企业进行生产的主要物质技术基础，企业的生产率、产品质量、生产成本都与设备的技术水平直接相关。根据企业生产实际情况以及业务流程规划每一个工作中心的设备资源分配，包括产量、生产节奏、维护计划、状态监控规则、故障诊断机制、设备数据采集与分析方法等。    *工作流、操作规范：根据业务实际对产品生产的流程进行定义，即用来定义制造产品的步骤顺序，作为一个标准化的指导。并根据工作流中的每一个工作中心或者工作站的工序标准和要求制定统一化的操作流程，形成

6、唯一的规范。    *产品、产品谱系：定义工厂内部的产品属性：零件、组装件、配件等。并归集同系列的产品成产品组，形成不同的产品谱系信息。    *制造BOM、工艺路线：根据产品搭建产品BOM架构，并根据产品设计配合工作流定义和物理模型的设备定义，合理设计产品的工艺路线。规划定义的范围包括：数据记录、变更、版本追溯、工艺监控、纠错、报警机制等。*在制品状态：定义范围包含在制品数量、产线位置、生产时间、状态等。第四节 MES系统需要实现的核心功能MESA定义MES的各功能模型与企业其它信息化系统的关系如图1所示。 图1 MES功

7、能模型    MESA通过其各成员的实践归纳了十一个主要的MES功能模块，包括：    1. 资源分配和状态管理（Resource Allocation and Status）    管理机床、工具、人员、物料、其它设备以及其它生产实体（例如进行加工必须准备的工艺文件、数控加工程序等文档资料），用以保证生产的正常进行。它还要提供资源使用情况的历史记录，确保设备能够正确安装和运转，以提供实时的状态信息。对这些资源的管理，还包括为满足作业排程计划目标对其所作的预定和调度。   

8、2. 运作/详细调度（Operations/Detail Scheduling）    在具体生产单元的操作中，根据相关的优先级（Priorities）、属性（Attributes）、特征（Characteristics）以及配方（Recipes），提供作业排程功能。例如，当根据形状和其他特征对颜色顺序进行合理排序时，可最大限度减少生产过程中的准备时间。这个调度功能的能力有限，主要是通过识别替代性、重叠性或并行性操作来准确计算出时间、设备上下料，以做出相应调整来适应变化。    3. 生产单元分配（Dispatching Produc

9、tion Units）    以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理生产单元间工作的流动。分配信息用于作业顺序的定制以及车间有事件发生时的实时变更。生产单元分配功能具有变更车间已制定的生产计划的能力，对返修品和废品进行处理，用缓冲区管理的方法控制任意位置的在制品数量。    4. 文档管理（Document Control）    管理生产单元有关的记录和表格，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、工程更改通知以及班次间的通讯记录，并提供了按计划编辑信息的功能。

10、它将各种指令下达给操作层，包括向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产配方。此外它还包括对环境、健康和安全制度信息、以及ISO信息的管理与完整性维护，例如纠正措施控制程序。当然，还有存储历史信息功能。    5. 数据采集（Data Collection/Acquisition）    能通过数据采集接口来获取生产单元的记录和表格上填写的各种作业生产数据和参数。这些数据可以从车间以手工方式录入或自动从设备上获取按分钟级实时更新的数据。    6. 劳务管理（Labor Management） 

11、   提供按分钟级更新的内部人员状态，作为作业成本核算的基础。包括出勤报告、人员的认证跟踪、以及追踪人员的辅助业务能力，如物料准备或工具间工作情况。劳务管理与资源分配功能相互作用，共同确定最佳分配。    7. 质量管理（Quality Management）    对生产制造过程中获得的测量值进行实时分析，以保证产品质量得到良好控制，质量问题得到确切关注。该功能还可针对质量问题推荐相关纠正措施，包括对症状、行为和结果进行关联以确定问题原因。质量管理还包括对统计过程控制（SPC）和统计质量控制（SQC）的跟踪，实验

12、室信息管理系统（LIMS）的线下检修操作和分析管理。    8. 过程管理（Process Management）    监控生产过程、自动纠错或向用户提供决策支持以纠正和改进制造过程活动。这些活动具有内操作性，主要集中在被监控的机器和设备上，同时具有互操作性，跟踪从一项到另外一项作业流程。过程管理还包括报警功能，使车间人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的过程更改。通过数据采集接口，过程管理可以实现智能设备与制造执行系统之间的数据交换。    9. 维护管理（Maintenance Management

13、）    跟踪和指导作业活动，维护设备和工具以确保它们能正常运转并安排进行定期检修，以及对突发问题能够即刻响应或报警。它还能保留以往的维护管理历史记录和问题，帮助进行问题诊断。    10. 产品跟踪和系谱（Product Tracking and Genealogy）    提供工件在任一时刻的位置和状态信息。其状态信息可包括：进行该工作的人员信息；按供应商划分的组成物料、产品批号、序列号、当前生产情况、警告、返工或与产品相关的其它异常信息。其在线跟踪功能也可创建一个历史记录，使得零件和每个末端产品的使

14、用具有追溯性。    11. 性能分析(Performance Analysis)    提供按分钟级更新的实际生产运行结果的报告信息，对过去记录和预想结果进行比较。运行性能结果包括资源利用率、资源可获取性、产品单位周期、与排程表的一致性、与标准的一致性等指标的测量值。性能分析包含SPC/SQC。该功能从度量操作参数的不同功能提取信息，当前性能的评估结果以报告或在线公布的形式呈现。第五节 MES系统数据采集业务需求1. 概述    制造型企业广泛应用了DCS和PLC控制系统。但是，这些控制系统由多家厂商提

15、供，相互独立且信息各自封闭，造成在实现了生产自动化的同时却不能共享数据，各工区、分厂和部门的生产信息无法及时交流，极大地阻碍了企业生产信息化的建设进程。实现生产管理信息的现场采集，实时存储，统一管理，科学的统计分析是制造企业生产信息化建设的迫切需要。    MES最大的价值就是数据和信息的转换。如果把MES比喻为人，那么生产数据就相当于人的血液系统。数据采集和通讯功能保证了信息集成化的实施。MES不单是面向生产现场的系统，而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，连结现场层和经营层，通过实时数据库传输基本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供企业计划系统与

16、过程控制系统之间的通信功能，是应用于企业的重要信息系统。离开生产数据采集，生产管理部门不能及时、准确地得到工件生产数量；不能准确分析设备利用率等瓶颈问题；无法准确、科学地制定生产计划；无法实现生产管理协同。可见，只有有效地实现生产数据的采集，才能使得MES系统从根本上解决车间管理中计划跟踪迟滞、设备利用率低、产品质量难以提升等问题。    2. 制造企业MES中的生产数据采集的特点    由于流程型制造与离散型制造在设备、物料和产品特点的差异，导致了两种类型的企业在制造管理中存在诸多差异，进而决定了MES应用的不同。相比流程制造业，离

17、散制造业中MES的生产数据采集更加复杂与困难：    (1)随着企业竞争加剧，越来越多的离散制造企业实现多品种小批量订单生产方式。如航天制造企业，产品品种多达上千种，每种产品的批量较小，这给企业的生产数据采集带来挑战。    (2)离散制造企业多品种、多型号的机床并存，导致难以预先设定较为准确的设备产能。许多企业员工的能力参差不齐，缺乏一批稳定的技工。生产计划在各种因素的影响下，插单现象频繁（如大型发动机制造），突发事件多，这加剧了生产数据采集的复杂性。    (3)相对流程制造企业，离散型制造企业设备功

18、能冗余度大，往往拥有大量的机床和数控设备。这些机床和数控设备种类多、品牌杂、新老并存。设备的协议与接口种类差别很大，通讯接口之间兼容性差，因此数据采集难度大。    (4)由于每个操作可能涉及不同的物料、设备、工具及文档等资源，这些资源离散地分布在企业中。因此在异步、并发的离散流程中，需要采集的生产数据种类多，彼此之间关联性高。    (5)许多离散制造企业产品零部件的加工工艺复杂、质量要求高。如机械类产品，质检工作是生产的重要组成部分，需要对质量过程进行全面管理。质量数据采集是数踞采集的重要组成部分。  

19、0; 因此，离散制造企业的生产数据采集实施不同于一般的信息化软件系统的实施，它是一件工程实践性很强的工作。它不仅与MES应用模块需要的数据类型相关，还与车间设备配置、产品类型、实施成本等因素相关。此外，在实施过程中，还需要涉及设备选型、布线、安装调试、整合PLC控制设备、连接电子看板等诸多细节。    3. 制造企业MES中数据采集内容    MES的数据采集功能是通过数据采集接口来获取并更新与生产管理功能相关的各种数据和参数，包括产品跟踪、维护产品历史记录以及其它参数；带有时标的生产过程数据；带有时标的报警、消息、生产事件信息；手工

20、实验数据（如果各种理化检测指标）；计量数据（如称重数据）；批次信息（如批次号码，批次执行状态等）。概括起来包括连续数据的采集和离散的数据采集。    4. 制造企业MES中典型的离散数据采集方式    现场数据，可以从车间手工方式录入或由各种自动方式获取。具体的数据采集方式如下：    *DNC网卡方式。可采集到机床各类实时信息，包括：操作信息、设备运行状态、故障报告、数控设备的开机时间、机床使用效率、零件加工工时等所需要的各类机床信息。    *PLC通信方式。利用PLC通

21、过RS232/485与机床通信，可以用从PLC直接读取机床加工日志文件的形式，采集各种所需的机床数据及其机床参数。然后再通过PLC的以太网络接口转换信息给数据库。    *PLC采集方式。利用PLC直接采集机床的I/O点，然后将信息传递给数据库。这种方法信息集成的内容非常有限。    *RFID采集方式。利用射频自动识别技术(RFlD)采集手工实验数据、计量数据、物料批次数据等。    *手工方式。操作员或编程员在控制面板上，输入特定的触发程序，经DNC服务器的自动翻译，就可得到机床端的任意信息，从而实现

22、机床的监控。    *手持终端方式。利用专用的手持终端，根据机床运行以及生产的状态利用该终端输入信息，并通过以太网络传递给数据库，该种方式可以用在没有数控系统的老旧的设备上。    *条码扫描方式。将常用的信息（操作员、产品种类、设备起停等）打印在信息卡上，现场的操作工需要输入信息时候，利用条码扫描器就可以直接读取。 图2 离散制造企业数据采集应用方案第六节 MES系统与其他系统的集成分析1. 概述    MES系统必须与ERP、MES、CAPP、质量管理管理、人力资源管理、设备管理系统等管理信

23、息系统以及底层自动化设备等做集成接口，使企业在相关系统中基础数据和动态数据保持一致，避免数据的重复录入和不一致，数据充分共享。 图3 MES与各系统之间的关系    2. 信息集成需求分析    （1）MES与ERP的集成    从生产计划的角度看，ERP在生产计划的前端，MES在生产计划的后端，MES需要得到ERP生成的“粗”计划作为其计划的源头和基础；车间任务开工前，MES需要根据现场任务的进度安排到ERP系统中领料；车间任务完成后，MES需要将完工信息反馈给ERP进行入库登记，ERP自动关

24、联到相应订单并进行完工处理，从而实现计划的闭环控制管理。    因此，车间工作订单信息、配套加工领料单信息、物料编码基本信息、物资库存质量信息、配套单据及配套结果信息等基础信息都存储在ERP中；车间领料信息、在制品信息、车间完工反馈信息等在生产车间的信息都存储在MES中。    ERP系统与MES系统集成主要包括如下几部分功能：    *ERP系统向MES系统提供车间生产任务数据，作为MES排产计划来源；    *MES系统向ERP系统提供限额领料需求，以实现系统自动领料；&

25、#160;   *ERP系统向MES系统提供零件限额领料的详细信息，使车间及时了解生产准备情况；    *通过MES系统向ERP系统提交完工入库信息，以实现系统自动入库；    *ERP系统接收MES系统提供的零部件完工信息后自动勾兑生产计划，使生产管理人员及时掌握车间任务进度。    （2）MES与APS的集成    APS（高级排程系统）通常被用来制订车间作业计划，是一套基于优化生产原理的生产排产软件。对于高级排程功能，最重要就是基础数据的准确以及有明

26、确的业务管理需求。    APS需要的基础数据有：表1 APS需要的基础数据     APS需要输入信息包括：    *生产任务：MES向APS提供车间的生产任务信息。    *加工工艺：由MES或者其他系统向APS提供工艺规程上要求的内容，至少包括加工工序，各工序所需要的工装工具及其他物料、各工艺加工工时所需工种，所需加工设备组（工作中心）；还有一些辅助性的内容，包括图纸、加工说明等。    *库存数据：由MES或者其他系统向APS提

27、供包括制定计划时的物资库存、可用工装工具刀具库存，近期计划可用入库等信息。    *设备信息：由MES或者设备管理系统向APS提供可用设备能力、时间模型，设备所属设备组（工作中心）等内容。    *工人信息：由MES或者人力资源管理系统向APS提供各工人加工技能、时间模型及所属班组等信息。    APS向MES输出的信息包括：    *排程仿真及结果对比分析：由于APS引擎内置大量的排程策略，采用不同的排程策略将得到不同的排程结果。因此，要将得到的不同排程结果进行对比分析，最

28、终得到需要的结果。    *排程结果：准备下达给班组的指导工人加工的排程方案。可细化到某时某工人在某设备上加工某工序，同时需要配备何种工装工具及刀具、准备哪些物资辅料，比较好的排程结果还会包括该工序的详细制造指令(FO)，信息更为详备。    （3）MES与质量管理系统的集成    质量管理系统是为生产提供质量标准，并进行质量标准及其相关内容的管理与质量检查，质量管理系统的精度是产品以及车间关键点的检查；而MES则是对车间生产的每个工位、工序进行质量的跟踪及管理，MES 质量管理的精度则是每个工位、工序的质量管理。    （4）MES与CAPP、PDM的集成    CAPP中保存结构化工艺文件数据，PDM用于工艺文件的管理和归档。三者之间的集成包括：  &#