《制造执行系统应用》课件-2.MES系统集成

制造执行系统应用ZHIZAOZHIXINGXITONGYINGYONG智

能

制

造

工

程

技

术

专

业2.2

MES系统集成技术MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技术专业2.2

MES系统集成技术MES在运行中需要多方系统集成，达到资源调度。如MES 与 ERP系统集成、 MES 与高级计划与排程(APS)系统集成、MES与PLM系统集成、MES与质量管理系统(QMS)集成等。本节主要介绍MES系统集成需求、集成方式和数据集成平台。2.2.1

MES系统集成需求MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技术专业1、MES与ERP系统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。ERP的生产计划以订单为对象制定的产能计划，MES以执行为导向，生成以生产物料和生产设备为对象的生产排程。MES

需要得到ERP生成的"粗"计划作为其计划的源头和基础。(1)

MES与ERP工作流过程车间任务开工前，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。(2)

ERP系统与MES集成包括的功能(1)ERP系统向MES提供车间生产任务数据，作为MES排程计划的依据。(2)MES向ERP系统提供领料需求及领料请求,以实现系统自动领料。(3)ERP系统向MES提供零件领料的详细信息,使车间及时了解生产准备情况。(4)

ERP系统与MES集成包括的功能MES向ERP系统提交完工信息、半成品／成品入库信息，以实现自动入库。ERP系统接收MES提供的零部件完工信息后自动反馈到生产计划,使生产管理人员及时掌握车间任务进度。3.1

MES与APS系统集成APS通常被用来制定车间作业计划，是一套基于优化生产原理的生产排程软件。对于高级计划与排程功能，最重要的是基础数据的准确及业务管理需求的明确。3.2

APS系统需要的基础数据物料信息，包括生产提前期、采购提前期、最大／最小库存量、现存量等。BOM,包括BOM版本、材料消耗定额、替代件等。工艺信息，包括工艺路线、替代工序、工序优先级、工序制约关系、工序加工等。工作中心信息，包括设备能力、设备效率、替代设备、瓶颈设备等3.3

APS向MES输出的信息(1）排程仿真及结果对比分析。APS系统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。(2)排程结果。准备下达给车间的排程方案可细化到何时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，准备何种物资辅料。2.2.2

MES系统与其他系统集成MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEMGAISHU智能制造工程技术专业4.MES与PLM系统集成PLM是管理产品数据和产品研发过程的工具。PLM 系统保存了结构化工艺文件数据。PLM系统和MES的集成，需要保障MES按照产品BOM结构和总生产任务的要求展开工艺级别的生产计划。4.1PLM向MES提供信息PLM系统向MES提供的信息包括产品的加工图样、产品的工艺信息等。MES收集生产现场各类数据，为后期产品的生产工艺、产品装配指导等进行优化改型和设计变更。5.1

MES与QMS(ERP质量管理模块)集成MES虽然包括部分质量管理功能，但与QMS的侧重点有所不同。QMS是为生产提供质量标准，并进行质量标准的管理，其精度是针对产品及车间关键点的检查。而MES是对各个工位、工序进行质量追踪，实时性更高。5.2

QMS向MES提供的信息QMS向MES提供质量标准信息，以实时呈现工位、工序的质量检验结果及合格状况。MES向QMS提供关键点的质量检测结果。6.1

MES与EMS集成MES包括部分设备管理功能，但EMS的功能更全面。EMS存储设备的基础信息和各类计划信息。设备基础信息主要包括设备台账信息，设备操作、日检、保养、维修等；计划信息主要包括各类保养计划、维修计划、润滑计划等。6.2

MES向EMS提供的信息主要有作业实施信息、生产调度信息、设备状态信息和设备运行信息。通过对这些信息的统计分析，可以获取设备管理的决策信息，如设备故障频率、设备能力数据等。7.1

MES与WMS集成WMS向MES传递物料供应商信息、准确精细的仓库库存信息，用以指导

MES

的生产计划及其执行。MES向WMS传递生产计划和作业调度，并向 WMS 及时反馈物料耗用及成品下线状况。8.1

MES与PCS集成MES向PCS提供执行指令，PCS向MES反馈执行结果和实时采集的工艺参数、设备性能参数等。PCS或SCADA系统将设备编号、设备状态、设备运行参数、任务单号等生产过程信息反馈给MES。2.3.1

MES系统集成方式MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技术专业2.3

MES系统集成方式MES的集成方式决定了系统的响应速度和安全性。主要有API函数调用、基于中间件技术以及基于XML的信息集成，这些集成方式主要适用于MES于其他软件系统的集成。1.1、封装的作用封装是将对象的属性和操作方法同时封装在定义对象中。模块外部设有接口，接口作用于对象的操作集上是对象唯一可见的部分，用户无需关心对象的内部结构，通过调用的方式来使用对象。封装以后通过接口调用就可以有效实现系统的集成。1.2 API的函数调用典型的调用方法是基于API的函数调用方法，如JDBC(Java 数据库连接API目前在系统集成中使用非常普遍，软件自身具有 API 接口。两个系统中的数据交互通过设在其间的接口进行传输，实现集成。该方法适合异构系统之间的信息集成。1.3 基于API的MES系统集成模型该图为基于API的MES系统集成模型，它通过API接口、数据传输与通信实现了MES信息集成。2.1、中间件集成模式中间件集成模式主要通过中间文件、中间数据库、

XML数据流以及消息中间件等来实现各种系统与

MES

系统的集成。2.2、中间件集成的三种模式模式一

通过中间文件的集成模型可以把MES系统需求的其他系统文档，做成适合MES

系统数据格式的或者统一格式的文件，通过访问中间文件库实现系统的集成。2.2、中间件集成的三种模式模式二

通过中间数据库的集成模式建立中间数据库实现共享数据格式统一定义。通过访问中间数据库抽取数据实现其他系统与

MES

系统的信息集成。这种集成模式的关键是多数据库集成技术的应用，比较适合完整的

ERP

/

MES

系统的自行开发和实施2.2、中间件集成的三种模式模式三

通过消息中间件的集成模式利用高效的消息传递机制进行与平台的数据交流，并基于数据通信来进行分布式系统的集成常见的消息中间件产品有IBM的

MQSeries

等。消息中间件适用于任何需要进行网络通信的系统，负责建立网络通信通道，进行数据或文件发送。2.3、基于对象请求代理的MES模型案例

基于对象请求代理的MES模型美国政府资助的NIIIP-SMART联盟提出的基于对象请求代理的MES系统集成参考模型。通过ORB，客户可以便捷使用服务器对象，而不论服务器是在同一机器上还是通过网络访问。更加方便高效。2.3.2

XML的信息集成方式MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技术专业1、XML技术的定义可扩展标记语言(extensible markup language , XML)是一种用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言。该技术出现之前，将某一数据源的数据转换到各个不同的目标数据源中，只能在每个应用系统中都实现一次数据分析处理。2

XML技术的作用XML的关键特点是作为不同应用数据交换的通用格式。作为一种对数据格式进行描述的通用元语言标准，目前是跨平台数据集成的最佳解决方案。MES与ERP等系统的集成中，采用XML能够使不同数据库的数据通过

XML数据流进行集成。3

XML在MES中的应用Web Service 为一个应用程序，它向外界暴露出一个能够通过Web进行调用的API ，而 XML正是Web Services 平台中表示数据的基本格式。图中ERP

、计算机辅助工艺规划和分布式数控等系统各有不同的数据存储和表现格式。图1

基于Web

Ser

vices的MES系统集成架构4

XML在MES中的应用Web Services 是完全与MES平台无关，它定义应用程序在Web上的互相通信，从而屏蔽了不同系统的底层实现细节。不同的系统对外提供统一的调用接口，MES与各系统集成的底层接口可分别封装成 Web Services ，彼此相互调用。基于XML的Web Services技术架构模式为Web的MES提供最佳理想方案5

其他技术在MES中的应用除XML外，

JSON作为一种轻量级的数据交换格式，由于它采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，使其成为一种理想的数据交换语言。相比于XML

,

JSON具有易于阅读和编写，同时更易于机器解析和生成，并能够更有效地提升网络传输效率的优点。6

其他技术在MES中的应用ESB及面向服务的体系结构已经逐渐成为IT集成的主流技术。ESB将传统中间件技术与XML、 Web服务等技术相结合，为网络提供最基本的连结中枢，实现了复杂 IT 系统环境的应用集成。国内外对 ESB 的研究都比较活跃， IBM 的 ISV 、开源的Mule等2.4

数据集成平台DataIntegration

Platform智能制造工程技术专业1.MES数据平台的意义MES系统作为制造车间集成化生产管理的最佳解决方案，为生产管理信息化的实现提供了统一的、平台化的数据集成(data

integration,DI）平台。同时MES数据集成平台也为MES系统集成化的高效车间生产管理提供了强大的支撑,特别是对于流程工业的MES/PCS数据集成,提供了最佳的解决办法2

MES数据集成平台的产生MES的核心是优化生产过程，需收集并处理生产中大量实时数据，但这些数据来自生产、检测等底层设备，来源多样（如PLC、DCS）且协议格式不同。若不统一数据格式，会导致MES依赖PCS层环境、开放性差，还难解决异构集成问题，影响运行效率。因此诞生了MES数据集成平台，其通过统一数据访问接口与存储格式，成为解决该问题的最佳方案。3

MES数据集成平台的结构MES数据集成平台通过采用RTDB实时数据库,使得MES系统能够实现对生产现场数据的实时采集、整理、分析、报警生成、事件记录、时间同步、历史归档管理与维护,实现覆盖全工厂的集成化生产管理。3

MES数据集成平台的功能功能一

数据通信功能MES数据集成平台集成了

OPC、DDE、ODBC等数据集成接口,使MES系统能够轻松地将底层自动化工业控制系统、监控软件、应用程序和各种数据库中的生产数据集成到MES数据集成平台上，同时也能将上层生产指令快速及时地下达至底层（2）MES数据集成平台的主要功能功能二

数据录入与输出：MES

系统可处理进出其数据集成平台的各类数据、信息与指令，具备数据统计、格式及量程转换、报警设定、历史数据归档等功能。（2）MES数据集成平台的主要功能功能三

网络监控与重连：为保障数据正常传输，MES数据集成平台借助

RTDB实时数据库，实现对生产信息网络和控制网络的实时监控与自动重连，网络故障时可提示或报警，恢复后能检测并自动重连。（2）