车间生产过程监控系统发展现状

车间生产过程监控系统发展现状乍间生产管理是为车间生产系统从一的谷类生产动作进行组织、指挥、计划、协调及控制等相应的管理工作，车间生产是企业经营计划实施最重要的工作之一,年间生.产监控系统作为乍同管理的正要幺］［成部分叫对制造企、|上的运行至关页要监控系统包括机台生产数据和产品质量数据的采集、处理、传输和存储等，这些都是年间管理的基础,所以说车间生产监控系统的优劣,「［接关系到车间生产的正常运作，伴随着企业生产自动化、信息化的高速发展，企业管理技术也得到了长足的进步，而这其中车间生产过程监控系统是企业管理技术和信息技术的快速发展的重点，在早期，车间生产过程监控技术受制于技术和条件下限制，没有办法整合整个车间的资源，各类资源的管理只是相对独立的管理，各车间由于缺乏有效的信息沟通,解决:U杂生产任务的能力较弱,从而造成生产计划的滞同时资源也会被极大浪费，一个制造型的企业，其车间的加工流程越多，要求的协作也就越紧密。而如果某一调度出现问题，或者某个坏节拖了工期，很容易会致使整个生产计划被打乱，甚至可能出现产品不能按期交付的局面，目前的制造型企业，为了提升企业竞争力，很注重人才的培养和选拔，不遗余力的引进国外先诳的管理技术，但对「乍间生产的实时监控管理,还没仃较完善的解决方案,很多企业还是呆取车间操作人员手•-「-抄荥数据等传统车间管理方式,当企业花费大H资金引进了一•些高科技生产机合利ERP系统之后，却无法将生产管理系统和ERP生合和集成在一起,MES的概念定义最早由美国先进制造研究机构AMR(AdvancedManufacturingResearch)提出。1990年11月，美国先进制造研究机构AMR,将MES概念定义为“位「底层工业控制系统与上层计划管理系统之间的面向车间层管理信息系统”|8,o定义明确了：MES是一个管理信息系统，面向的是车间执行层，起着将工业控制层和计划管理层有机的结金起来的桥梁的作用。制造执行系统协会(ManufacturingEnterpriseSolutionsAssociation*MESA)对MES的定义做出了详细的说明，并从三个方面进行了论述例：MES的目的是对整个生产车间的生产系统的优化，并非为了着眼丁•企业单一问题而被提出来的系统；MES实现企业信息融合集成是通过建立企业的强大信息流，所以MES首先要与计划管理层以及生产控制层有着及时准确的信息交互；为了达到MES对整个生产链的实时调度，必须有实时的生产过程数据收集系统，并能对这些数据做出有效地存储和传送。MES的模型2.2.1MES的定位企业集成体系结构模型，即企业内部信息系统的组成结构以及相互之间的关系，是企业实施信息集成的基础。上世纪8()年代，美国管理界提出了广为接受的三层结构的集成体系结构模型。在当时，美国咨询调查公司(AdvancedManufacturingResearch,AMR)对当时的大;穴企业做了详细的调查发现在企业中占主导地位的是企业管理软件，这其中以ERP/MRPI1为代表。同时，生产过程监控软件以及数据采集监控软件在企业中也占有一席之地，分别以用户界面(HumanMachineInterface,HM1)和数据采集与监控系统(SupervisoryControlandDataAcquisitioibSCADA)为代表；而MES当时还是一个在部分公司中用于实现一些单一功能的管理系统，所谓的单一功能即只用于解决个别问题，如：监控设备状态、进度跟踪、质量参数统计管理等。在这种背景卜.，AMR构建了企业集成体系的三层模型，如图2-1所示。计划层：企业资源计划(ERP)

财务、采购、订货入库、顾客服务、物料管理执行层：制造执行系统(MES)生产调度、过程管理、电子批记录、管理J贵量、物料跟踪控制层：控制系统(Controlsystems)

过程控制、机器控制、安全系统、传感控制图2-1MES的系统框架三层企业集成模型具体如卜.：ERP层：企业的管理决策层，承担着企业的全面管理的工作。关注客户、原材料以及成本等企业各类元素。为企业的运行制定详细的计划。MES层：企业生产的执行层，负贲企业生产调度。掌控车间运行的各种数据,如质量参数、生产进度等；监督生产工序；有效的将生产博况反应至管理层。Control层：车间生产的控制层，落实生产计划，X'J生产的流程做有效及时的监督和控制。三层系统分二明确，又有机结合，因而被许多研究机构认同。但各研究机构对MES定位的描述却不尽相同。ARM对MES的定义为：MES系统是面向生产过程的信息管理系统。连接企业生产控制系统和生产计划系统。有效的融合车间的人员、设备、流程以及生产任务等多种信息和数据，并进行及时的处理。MES协会定义为：MES4以快速精确的获取生产的信息，有效做出任务安排及生产调度等工作。把握生产的整个流程，包括原料的消耗及人员的调度等工作。MES在核心的三个方面是相通的：首先，MES是ERP和车fiiJZfnJ的数据传输渠道，是二者信息沟通的纽带，在企业信息集成的系统中，有不可或缺的重要性。其次，MES的要求很高，无论是数据采集还是产品跟踪，它都要求及时的、准确的数据，从订货到产品仍出，这些大虽的数据都是MES关注的焦点。最后，MES对企业的重要性不言而喻的，其重要性主要体现在它能给厂家带来管理上的优化、经济上巨大收益以及调度上的计划和町控性，在MES的平台上企业可以更好的管理公司，提高企业竞争力。综上所述，不能单纯的认为MES是为了实现单一功能的而被创造出来的一套软件，它是一个集成的系统。订货、生产、物料管理、质量参数等等所有这些生产要素都是MES关注的重点，并将这些要素融合在一起，达到了信息的集成廿叫MES功能模型自MES产生以来，经历了迅速的发展，其功能模型也从初级阶段发展到成熟模型。最初，在1993年AMR对MES的功能模型进行构造时提出了四种功能模块:工艺管理、车间管理、过程管理利质量管理I⑵。后来，各企业结合自身需求分别有所增加，但此时的MES并不具备适合各企业和不同行业通用的框架模型。直到1997年，MESA针对当时不同公司的MES功能模型进行融合，提出了11个功能模型这才提供了标准化的技术框架，以及町以被广泛采纳的信息结构和功能结构。MES的功能模型如图2-2所示。功能模型的具体说明如卜.：1）数据采集：该功能采集数据包括产品系数、安全系数、设备的丁作数据以及产品维护情况，数据能及时更新和保存。2）生产调度管理：企业效益的好坏，调度起着至关重要的作用，根据计划、订单、工作流程等因素，管理者应做出实时的、合理的调度，调度的对象包括：人员、物料、设备等等。3）人力资源管理：包括人员的工作状态、休假情况，正确的对每个人员近期工作出合理的评价，在人员分配上合理使用。4）工序详细调度：在规划生产计划时，以优先级的形式设计每一步工序，掌握每一步工序，这样能最大化的减少准备时间，提高工作效率。5）产品跟踪：详细备份产品在生产过程中的各类数据，包括物料来源、产品流通过程中的操作人员、加工的设备以及产品的性能参数等数据。6）资源分配：批最管理资源，对废品、剩余物料、闲置工作人员进行分批处理，避免资源的浪费。而资源的合理分配既能提高效率，提高生产力，又能避免浪费，节约成本。7）质量管理：收到订单后，分析产品需求，采购符合要求的材料，在生产过程中严格监督质危参数，控制残品率，对不合格的产品能及时剔除，一旦出现产品质虽问题，分析原因，做最快的调整，将损失控制到最低。8）过程管理：以手工或自动输入的形式记录生产过程的每一个环节，并及时反馈到管理层，以便管理层及时的调度和修正。9）绩效分析：定期向上汇报近期的工作情况，产品的残缺率、生产的进度、计划的执行情况等等，管理层应随时掌握生产依效率、人员的调整、设备的工作异常等信息，并以报告的形式卜•发到生产层。10）人员管理：这里强调管理，即在人员管理时制定详细的规范制度。在人员调度时，分配好交接工作。11）计划管理：计划制定时应根据已有的资源、人员以及交付时间合理规划，当计划的某一环节没有按时执行，应及时做出调整。MES在生产过程中关注每一步环节，一旦出现异常，与以往的管理系统相比,能及时有效的做出调整，避免更大的损失。因调整得当，能更快的提高效率。增强企业的市场竞争力。MES定位模型对J'MES在企业系统中的定位，现卜大家公认的是MESA提出的MES的定位模型如图2-3所示,该定位模型较为形象地展示了MES在企业与其他系统间的有机联系，这些系统包括：上层计划管理（ERP）、产品及I：艺管理（Product&ProcessEngineering,P/PE）、销售与客户服务管理（SalesandServiceManagement,SSM）、低层控制管理（Control）以及财务和成本管理等管理系统I叫。这些系统与MES系统均有关联关系，由图町看出，MES与它们有部分功能重叠，但是这些部分在不同的系统中被应用的侧重点各不相同。MES与各系统之间的关系如卜.：（1）MES与ERP：MES会及时向ERP反应当前车间生产的具体情况，包括:预计完成时间、当前产出状况、各类产品参数、当前库存情况等等。（2）MES与P/PE：产品及工艺管理根据MES采集的产品质量数据和产量数据进行产品设计的改进以及工艺的优化。（3）MES与SSM：销仍不光要关注市场和客户，同时也要通过MES获得当前的产品工艺、成本、完成进度等，以便向客户提出合理的报价以及准确的供货时间o（4）MES与Control：低层控制模块需要MES提供必要的生产指导和技术文档，以便更好更快的生产控制。（5）MES与财务成本管理系统：MES会及时向财务管理部门提供当前的物料消耗最利存货危，并提供生产过程中的实时数据、预产出时间等等，方便财务

成本管理部门及时供货，并做出成本预算。而MES也需要从成本财务部门获得成本预算，以调整生产。总体来说MES与各系统间相互通信，相互取得各自需要的数据，这样才能在一个统一共享的平台上快速高效的工作。MES应用特点随着我国制造业二十多年的高速发展，数控机床(Computernumbercontrol,CNC)和数字控制(NumericalControl,NC)等先进技犬已经普遍应用「制造行业中。企业选择这些先进的技术和设备，就是因为它们能较有效地提高生产效率、增强企业在同类行业中的竞争力。但先进的设备、先进的生产技术同时会要求先进的管理技术与之配套，企业在使用较高的自动化设备同时，高效的调度方法的设计、合理的生产流程管理变得非常复杂。企业不能再单纯的依•靠手工记录、现场指挥、II述传达等以往的传统管理模式，同时这些传统模式也不再适应当下增强企业竞争力的要求。基J"MES的计算机控制管理系统提供了合理的解决方案。生产计划物料信K生产调度过程管理电子批记录质量管理厂控制参数

j生产指令J在制品状态物料信息订单状况质量统计生产计划物料信K厂控制参数

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