《制造执行系统实施与应用》 课件 2.2 MES的信息集成

制造执行系统(MES)实施与应用MES是生产管理软件，能实现生产计划、过程控制、数据采集和质量管理等功能。但它不能覆盖所有业务需求，如财务和人力资源管理。企业需用多种专业软件来满足不同业务需求，这些软件间的信息交互对实现数据和流程协同至关重要。通过MES集成，企业能构建灵活、高效的生产管理环境，优化资源分配，提升运营效率和竞争力。2.2.1信息集成的概念与意义2.2.1信息集成的概念与意义在软件开发与应用中，信息集成（InformationIntegration）是指将来自不同来源、不同格式、不同结构的数据或信息，通过一定的技术和方法整合到一起，形成一个统一的、协调的、易于访问和使用的信息资源的过程。信息集成的目标是提高数据的一致性、可用性和互操作性，以便用户和应用程序能够更有效地使用这些数据。1.信息集成的概念2.2.1信息集成的概念与意义MES的信息集成主要是为了实现生产过程的高效管理和优化，是现代制造企业高效、精准、灵活生产的重要手段。其意义体现在如下方面：2.信息集成的意义(1)提升生产效率与响应速度通过MES与ERP、仓库管理等系统的集成，企业可实时获取生产计划、物料需求和库存状态，精准调配资源，减少浪费。同时，集成后的MES能快速响应市场变化和客户需求，灵活调整生产计划，缩短产品上市时间。2.2.1信息集成的概念与意义(2)确保数据一致性与准确性信息集成可避免数据孤岛。MES与ERP、仓库管理等系统集成后，数据实时共享同步，消除重复录入和不一致问题，且系统自动校验修正数据，减少人为错误，提升数据准确性和可靠性。(3)加强质量控制与追溯信息集成优化了全程质量控制。MES与质量管理系统集成后，从原材料到成品的每个环节都得到有效监控，确保产品质量。同时，系统记录生产批次、日期和人员等信息，增强追溯能力，便于快速定位质量问题。2.2.1信息集成的概念与意义(4)促进跨部门协作与信息共享信息集成打破部门壁垒，实现人力资源、销售、生产等部门信息无缝对接与共享，提升决策效率。系统实时提供生产、成本、质量等数据，为管理层提供全面准确的决策支持。(5)推动智能制造与数字化转型信息集成是实现生产自动化和智能化的关键。MES与PLC、机器人等自动化设备集成，可自动下发生产指令、实时收集和分析数据，推动生产自动化与智能化。同时，信息集成也是企业数字化转型的核心，助力企业构建数字化、网络化、智能化的生产体系，增强竞争力。2.2.2MES信息集成的内容企业资源计划（ERP）是制造公司数字化经营的核心，负责决策任务和整个管理方案及物资分配的计算。ERP系统的主要优势在于其集成性，能将企业的各部门和功能领域（如财务、人力资源、供应链、生产、销售等）整合在一个统一平台上。1.与MES进行信息集成的软件(1)软件介绍图2-8企业资源计划（ERP）软件2.2.2MES信息集成的内容产品生命周期管理（PLM）系统管理产品从设计到维护的所有数据，如CAD图纸、物料清单（BOM）和变更记录。这些数据对产品开发、生产和维护至关重要，PLM确保数据的准确性、一致性和可追溯性。PLM提供一个集中平台，让不同部门和地区的团队能够实时共享和访问产品数据，涵盖设计、工程、制造、采购、销售和售后服务等。1.与MES进行信息集成的软件图2-9产品生命周期管理（PLM）软件2.2.2MES信息集成的内容仓库管理系统（WarehouseManagementSystem，WMS）是一种专门用于优化仓库或配送中心运营的软件应用，如图2-10所示。WMS通过精确控制和监控仓库内的操作流程，帮助企业提高仓库管理的效率和准确性。1.与MES进行信息集成的软件图2-10仓库管理系统（WMS）软件2.2.2MES信息集成的内容质量管理系统（QMS）是组织内部用于管理和控制质量活动的体系，目的是确保产品或服务满足既定标准和客户需求。QMS包括文件、程序和流程，规范质量管理活动，确保质量的一致性、可追溯性和持续改进。1.与MES进行信息集成的软件图2-11质量管理系统（QMS）软件2.2.2MES信息集成的内容高级计划与排程系统（APS）是一种基于优化的生产排产软件，用于制定车间作业计划。它利用智能算法和优化技术自动生成详细的生产计划和设备排程，帮助企业优化生产资源配置。1.与MES进行信息集成的软件图2-12称高级计划与排程系统（APS）软件2.2.2MES信息集成的内容人力资源管理系统，MES与其集成以统计人力资源的分配和绩效管理。1.与MES进行信息集成的软件2.2.2MES信息集成的内容通过学习“与MES集成的软件”，我们了解了ERP、PLM、WMS、QMS等软件的基本功能。现在思考一下，MES与这些软件在生产管理中是否有功能相似或重叠的地方？答案是ERP、WMS、QMS、APS这些软件与MES各有分工，功能互补。接下来将介绍MES与这些软件在生产管理中的特征区别。1.与MES进行信息集成的软件(2)各个软件与MES在生产管理活动中的区别企业引入ERP和MES系统的顺序因需求而异：先引入ERP：很多企业先引入ERP系统，用于管理财务、人力资源、供应链和库存等核心业务流程。当需要进一步优化生产过程时，再引入MES系统。先引入MES：在一些对生产过程控制要求较高的制造型企业，可能会先引入MES系统，专注于生产车间的实时管理（如生产调度、工艺管理、设备监控、质量控制等）。随着企业规模扩大和业务多元化，再引入ERP系统以实现更广泛的资源管理和企业运营。以下整理了ERP与MES在生产管理活动中的区别，见表2-1。1)ERP与MES在生产管理活动中的区别2.2.2MES信息集成的内容1)ERP与MES在生产管理活动中的区别维度ERPMES功能定位面向计划层面，进行企业的整体运营和资源调度，观测订单总量、库存水平、财务报表等，是MES的上游面向制造企业车间执行层，解决生产资源的协调以及生产过程中的问题用户群体服务于企业的中高层服务于生产现场的管理人员、设备操作员流程驱动方式由销售订单驱动业务流程由在制品状态和位置来驱动生产流程生产计划视角宏观角度，关注较长的时间尺度，如年度计划或月度计划微观角度，详细到每个工序、每台机器的详细计划进度管理侧重于成品的进度，即最终产品的生产和交付计划侧重于追踪特定工序、设备或操作员的工作进度和效率表2-1ERP与MES的区别2.2.2MES信息集成的内容表中区别的内容解析如下：a.流程驱动方式：ERP系统通过销售订单、采购订单和库存记录来规划企业资源，驱动计划和运营流程。它根据销售订单生成主生产计划（MPS），进而产生物料需求计划（MRP），详细规划生产的产品种类、数量和时间，并计算所需原材料和部件。MES系统则跟踪在制品的状态和位置，专注于生产工序和流转过程，实时监控和调整生产进度，确保工序顺利进行。1)ERP与MES在生产管理活动中的区别2.2.2MES信息集成的内容b.生产计划视角：ERP系统从宏观角度制定生产计划，关注年度或月度等较长时间尺度，计划主要按时间轴安排，排程细化到周计划时，会考虑产品、生产线等因素，属于二维安排，用于分配任务和监控进度。MES系统则关注微观层面的日常生产活动，日计划详细到每个工序、每台机器或工作中心，并实时跟踪生产过程，确保工序按时完成，监控设备使用情况。1)ERP与MES在生产管理活动中的区别2.2.2MES信息集成的内容c.进度管理：ERP系统管理产品全生命周期的成品进度，侧重于宏观的生产和交付计划。MES系统则聚焦于生产执行，详细监控车间作业，跟踪每个步骤，确保按时完成并符合质量标准，具体到机器、人员等。两者互补，ERP提供宏观计划和监控，MES提供微观执行和控制，帮助企业协调生产、优化资源分配、提高响应速度。1)ERP与MES在生产管理活动中的区别2.2.2MES信息集成的内容MES包含仓库管理功能，用于管理生产物料的存储和流转，并能监控物料从出库到工位的全过程。但其功能不如专业WMS系统强大，WMS提供更全面、精细的仓库和物流管理。以下是WMS与MES在生产管理活动中的区别，见表2-2。2)WMS系统与MES在生产管理活动中的区别2.2.2MES信息集成的内容维度WMSMES功能定位提高整个仓库运营效率，降低库存成本与生产密切相关的物料临时存储和流转应用范围适用于仓库内物流运作和优化适用于车间的生产过程的物料管理、运作用户群体仓库管理员生产现场的管理人员数据处理处理仓库内的物流数据和库存数据采集生产线上的各种数据，对数据进行实时分析和反馈系统集成与运输管理系统（TMS）等其他供应链系统集成与PLM（产品生命周期管理）、企业资源规划（ERP）等程序等集成表2-2WMS与MES的区别2.2.2MES信息集成的内容MES和QMS功能不同：MES管理生产过程，记录质量事件，用于追溯，但分析功能弱；QMS负责质量数据收集、分析和改进，提供详细记录和追溯，确保产品符合客户和国家标准。以下是QMS与MES在生产管理活动中的区别，见表2-3。3)QMS系统与MES在生产管理活动中的区别2.2.2MES信息集成的内容表2-3QMS与MES的区别维度QMSMES功能定位制定、实施、维护和持续改进质量目标；生产执行过程中的质量控制和质量数据的实时监控应用范围适用于已经销售的产品的质量记录和追溯制造过程中的在制品质量追溯，用户群体质量管理员生产现场的管理人员质量分析具备六西格玛功能，输出详细的质量分析报告，预测未来的质量趋势和风险分析短时内的生产批次的质量，输出简易的质量报告，2.2.2MES信息集成的内容MES包含基础生产排产功能，如简单作业计划和人员、设备派工，但不如专业的APS系统强大。APS具有灵活动态的调度能力，用于优化生产流程和资源分配。在大型制造企业中，MES和APS通常分开使用：MES专注于生产执行，提供实时监控和管理（如订单、物料、工艺、质量、设备维护等）；APS专注于宏观的生产计划和排程。以下是APS与MES在生产管理活动中的区别，见表2-4。4)APS系统与MES在生产管理活动中的区别2.2.2MES信息集成的内容表2-4APS与MES的区别维度APSMES功能定位APS作为独立的生产计划模块，成为ERP的补充；专注于生产计划的优化和排程,解决多工序、多资源的优化调度问题进行排产，但不如APS系统那样专注于优化，更多是执行和监控排产计划应用范围适合于生产规模较大、产品种类繁多、生产流程复杂的业务从小型到大型的各种规模的生产设施，关键在于提供生产过程的透明度和控制能力用户群体服务于生产计划人员，APS系统通常在生产计划阶段介入服务于生产线工人、生产管理人员等数据处理关注的是中长期的生产计划和资源调度，而不是生产过程中的实时监控实时性是其核心特征之一，它通过实时数采集据，对数据进行实时分析和反馈系统集成主要与MES系统集成，接收MES提供的实时生产数据，进行排程优化可以接收APS制定的详细生产计划，并在车间层面执行这些计划2.2.2MES信息集成的内容2.2.2MES信息集成的内容MES的信息集成主要涉及以下几个方面：1.数据共享：MES与ERP通过接口实时共享数据，MES接收ERP的生产计划并反馈进度。2.生产计划协同：MES根据ERP订单信息生成工单，监控进度并调整计划。3.供应链协同：MES与SCM集成，根据供应商信息安排生产和物料准备，确保生产连续性。4.产品设计与生产协同优化：MES与PLM集成，获取设计数据和变更信息，反馈生产数据以优化设计和生产。2.信息集成的内容(1)信息集成与协同优化2.2.2MES信息集成的内容5.质量管理优化：MES与QMS集成，实现质量数据的实时采集和分析，提升产品质量。6.生产设备维护管理优化：MES与维护管理系统集成，协同计划设备维护，减少停机时间。总结，MES的信息与ERP、产品生命周期管理系统(PLM)、质量管理系统(QMS)、仓库管理系统(WMS)以及PLC等进行交互，让基础数据和动态数据保持致，实现数据充分共享，如图2-13所示。2.信息集成的内容(1)信息集成与协同优化图2-13MES与其他软件的信息集成与协同优化2.2.2MES信息集成的内容ERP与MES的信息集成对生产管理至关重要。ERP系统提供总体生产计划给MES，MES监控生产步骤并反馈实际状况给ERP，以便实时调整和优化。这种集成还能精确计算生产成本，包括材料、人工和制造费用，帮助企业控制成本和提升效益。具体集成内容详见下表。2.信息集成的内容(2)ERP系统与MES的信息集成发送方接受方信息内容ERPMES主生产计划、物料信息MESERP生产进度信息、生产用料、出入库信息2.2.2MES信息集成的内容2.2.2MES信息集成的内容ERP系统制定年度或月度宏观生产计划并推送给MES系统。MES根据计划进行微观任务分解和排产，详细到每个工序和机器。MES实时更新生产进度并反馈给ERP，帮助ERP更准确地管理订单交付时间和数量。1)生产计划与进度信息2.2.2MES信息集成的内容2)物料信息ERP系统中的物料信息（编码、名称、规格、属性）同步到MES系统，确保信息一致。MES实时更新物料使用和库存状态并反馈给ERP，ERP据此调整采购和库存策略，降低库存成本，避免短缺。2.2.2MES信息集成的内容MES系统接收到入库指令时，将入库信息传递给ERP系统进行库存增加和财务记账；出库动作在MES系统中执行后，同步至ERP系统以更新库存并触发财务处理。集成两者可以减少库存成本和避免物料短缺。3)出入库信息2.2.2MES信息集成的内容4)生产用料MES系统监控生产线上物料的消耗情况，记录用料数据，并将实时数据传递至ERP系统，ERP系统据此更新物料成本并核算在制品成本。(3)PLM系统与MES的信息集成MES与PLM系统集成可以协同优化产品设计和生产过程。PLM向MES发送设计数据和变更信息，MES将变更执行结果反馈给PLM，确保设计数据准确且最新。MES通过收集和分析生产现场数据，提出工艺改进建议，反馈给PLM，帮助持续改进产品设计和制造过程。PLM系统与MES信息集成内容见表2-6。发送方接受方信息内容PLMMES工艺路线、工艺参数、产品图纸、物料清单、作业指导书、文件变更通知MESPLM工程变更执行结果、工艺改进的建议表2-6PLM与MES信息交互内容2.2.2MES信息集成的内容2.2.2MES信息集成的内容产品信息包括产品图纸和物料清单等，这些是生产制造过程中确保产品规格和材料需求准确无误的基础文档。1)产品信息2)工艺信息及文件变更通知工艺路线是生产流程的蓝图，工艺参数是保障质量和效率的关键指标，作业指导书是操作人员的任务指南。车间通常以纸质或电子形式下达，文件更新需及时通知相关部门和人员。2.2.2MES信息集成的内容工程变更（EngineeringChange）是在产品设计、开发或制造过程中，对产品或生产过程的修改、改进或更新，通常由研发部门向生产或质量部门提出。它可能涉及产品规格、材料、设计、制造工艺、测试方法、质量标准等。工程变更执行结果（EngineeringChangeOrder,ECO）是指实施工程变更后，对产品或生产过程产生的具体影响和结果。3)工程变更执行结果(4)WMS系统与MES的信息集成MES与WMS集成能确保生产物料及时供应和库存实时跟踪，帮助企业避免物料短缺或过剩，减少生产中断和库存积压。具体集成内容详见表2-7。表2-7WMS与MES信息交互内容发送方接受方信息内容WMSMES库存数据、物料出库与入库信息MESWMS生产计划与物料需求双向物料追溯与批次管理、物料异常与预警信息2.2.2MES信息集成的内容2.2.2MES信息集成的内容WMS系统实时更新库存数据（如物料种类、数量、位置、状态等）并发送给MES系统，MES系统据此调整生产计划，确保物料供应。1)库存数据MES系统根据生产订单和产能制定生产计划及物料需求计划，并将这些信息发送给WMS系统。WMS系统据此提前准备和调度库存，确保物料及时供应。2)生产计划与物料需求2.2.2MES信息集成的内容WMS和MES系统协同支持物料追溯和批次管理。MES系统记录生产过程中的物料使用和批次信息，WMS系统记录物料出入库批次信息，通过集成实现物料全程追溯，保障产品质量和合规性。3)物料追溯与批次管理MES系统发现物料短缺或质量问题会通知WMS系统，WMS系统调整库存策略或预警；WMS系统发现库存异常（如过期、损坏）也会通知MES系统，以便生产部门采取措施。4)生产计划与物料需求(5)QMS系统与MES的信息集成QMS与MES的信息集成是双向的，涵盖质量标准、检验计划、数据和反馈。这种集成实现了生产过程的全面监控和质量控制。具体交互内容详见表2-8。表2-8QMS与MES信息交互内容发送方接受方信息内容QMSMES质量标准和检验计划、质量反馈和调整指令MESQMS追溯信息2.2.2MES信息集成的内容2.2.2MES信息集成的内容QMS系统制定质量标准和检验计划并发送给MES系统，MES系统在生产前导入并遵循这些标准和计划。1)质量标准和检验计划QMS和MES系统协同支持产品追溯，可快速定位质量问题源头、追踪问题批次并采取措施。2)追溯信息与问题追踪2.2.2MES信息集成的内容当QMS系统发现客户投诉或潜在风险时，会生成报告和调整指令发给MES。MES根据这些信息调整生产计划，可能包括停产或优化排程，以确保产品质量。3)质量反馈与调整指令(6)APS系统与MES的信息交互APS系统与MES之间的信息交互是制造业中提升生产效率、优化资源配置的关键环节。APS需要的基础数据，这些数据来自于MES、EPR或PLM见表1-7所示。APS系统与MES交互内容，见表2-9:表2-9APS与MES信息交互内容发送方接受方信息内容APSMES排程结果、排程仿真及结果对比分析MESAPS生产资源（作业人员信息、设备信息、库存数据、加工工艺）与产能信息、生产任务信息、2.2.2MES信息集成的内容2.2.2MES信息集成的内容MES输人到APS的信息包括:1)生产任务:MES向APS提供车间的生产任务信息。2)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3)工序、各工序所需要的工装工具及其他物料、各工艺加工工时和所需工种、所需加工设备组(工作中心)，以及图样、加工说明等辅助性内容。4)库存数据:由MES或者其他系统向APS提供包括制订计划时的物料库存、可用工装5)工具刀具库存、近期计划可用入库等信息。6)设备信息:由MES或者设备管理系统向APS提供可用设备能力、时间型、设备所属设备组(工作中心)等内容。7)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。2.2.2MES信息集成的内容APS向MES输出的信息包括:1)排程结果:准备下达给车间的排程方案，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道具，准备哪些物资辅料。比较好的排程结果还包括该工序的详细制造指令。2)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。最后将得到的不同排程结果进行对比分析，取最优的结果。2.2.3MES信息集成的方式为了实现与其他软件系统的数据共享和协同工作，不同的集成方式应运而生。MES系统与其他系统的常见集成模式，包括封装接口调用模式、以及XML的信息集成模式和其他方式等。本小节重点介绍封装接口调用方式和XML格式集成方式。3.MES信息集成的方式封装接口是将功能封装到模块或对象中，通过公共接口与外界交互，隐藏内部实现细节，外部代码只需通过接口操作。API是预定义的函数集合，用于构建软件，允许开发者调用现成功能，避免重复编写代码。API在系统集成中广泛应用，许多软件都提供API接口。通过适配器接口，不同系统间的数据可以传输，实现集成，尤其适合