制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)主要用來解決整體優(yōu)化中，生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程有脫節(jié)問題，對生產(chǎn)各個重要環(huán)節(jié)相關(guān)數(shù)據(jù)，用終端硬件以一定的數(shù)據(jù)格式記錄下來，經(jīng)過系統(tǒng)歸類整理和分析后，轉(zhuǎn)化成有效的信息，提供給各個生產(chǎn)職能及管理部門使用。

    制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量和交貨期，有效的使用工廠資源：即人力、機械、設(shè)備原料等。MES直到1990年，才由AMR組織提出并使用。我國最早的MES是20世紀(jì)80年代寶鋼建設(shè)初期從Siemens公司引進的。20世紀(jì)70至80年代以工廠自動化為主，80至90年代以管理信息化為主，進入21世紀(jì)，主要通過MES來控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源，不單是面向生產(chǎn)現(xiàn)場的系統(tǒng)，是連接現(xiàn)場層和經(jīng)營層，改善生產(chǎn)經(jīng)營效益的系統(tǒng)。不是一個特定行業(yè)的概念產(chǎn)，而是應(yīng)用于各種制造業(yè)的重要信息系統(tǒng)。

1 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)

    實時數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展的一個分支，是實時系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，適用于處理不斷更新、快速變化的數(shù)據(jù)及具有時間限制的事務(wù)處理。利用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以解決實時系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理問題，同時也為實時數(shù)據(jù)庫提供時間驅(qū)動調(diào)度和資源分配算法。

圖1

    實時數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)場控制設(shè)備相連，是連接生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和ERP的橋梁，組成MES支撐平臺，使企業(yè)管理層及時得到來自生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管理控制一體化，使管理信息系統(tǒng)實時、高效運行。如現(xiàn)場控制系統(tǒng)對各種信息數(shù)據(jù)的響應(yīng)以秒計，則MES的響應(yīng)實效以分計，而上層計劃系統(tǒng)則是以天甚至周計。

    MES相對實時的反映生產(chǎn)過程中的情況。隨著工廠生產(chǎn)的自動化程度的提高、從生產(chǎn)控制系統(tǒng)層收集的信息也就顯著地增多。

    在制造系統(tǒng)中，物料被送到設(shè)備上等待加工，MES根據(jù)生產(chǎn)排程啟動設(shè)備，并提前給出命令初始化加工操作，實時響應(yīng)變得至關(guān)重要。質(zhì)量統(tǒng)計過程控制(SPC)是一個開環(huán)系統(tǒng)，通過對所取得的數(shù)據(jù)分析來監(jiān)測生產(chǎn)過程的狀態(tài)，對于精度高的產(chǎn)品，反饋時間不超過1s。

    完善的MES將獲取分析正確的實時的信息，監(jiān)控并指導(dǎo)工廠車間的每個活動，使得對每個活動在他們發(fā)生時就能及時響應(yīng)，獲得最佳的實時效果。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)功能模型

    制造執(zhí)行系統(tǒng)MES作為實現(xiàn)企業(yè)信息化和企業(yè)自動化的重要支撐技術(shù)，其本質(zhì)是介于企業(yè)資源計劃(ERP)和車間自動控制之間的面向制造過程的集成的車間生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)。因此，分析車間生產(chǎn)管理控制需求，建立面向制造過程集成的制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能模型是研究和開發(fā)制造執(zhí)行系統(tǒng)的重要工作。

圖2

    1)制造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，是車間制造過程管理運行的基礎(chǔ)，實現(xiàn)的功能包括零件主數(shù)據(jù)、工作中心、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工具(夾具、刀具等)、標(biāo)準(zhǔn)工序、工藝規(guī)劃、班次維護、工廠日歷和員工信息管理等。

    2)車間無紙化生產(chǎn)，實現(xiàn)的功能包括通過電子三維模型、電子二維圖紙和電子化的工藝文件、電子派工單等信息的管理、維護、下達(dá)和查詢，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量、進度、物料移動等信息的電子化采集。

    3)生產(chǎn)過程管理與監(jiān)控，根據(jù)企業(yè)ERP系統(tǒng)生產(chǎn)訂單，進行生產(chǎn)加工調(diào)度并以工序訂單的形式下發(fā)執(zhí)行，根據(jù)生產(chǎn)情況進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)進度跟蹤，具體功能包括生產(chǎn)訂單維護與下達(dá)、派工單創(chuàng)建、工序派工、生產(chǎn)進度采集、生產(chǎn)進度查詢、生產(chǎn)進度分析等。

    4)車間物料管理，實現(xiàn)對車間生產(chǎn)過程中相關(guān)物料的庫存臺帳和物料的移動管理，實現(xiàn)車間生產(chǎn)過程中物流與信息流的集成。

    5)在線質(zhì)量管理，根據(jù)質(zhì)量檢驗計劃采集生產(chǎn)過程中各檢驗工序的質(zhì)量數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理和分析，形成各種實時質(zhì)量圖形和在線質(zhì)量分析報告，必要時采取一定的質(zhì)量控制措施。

    6)制造資源管理，實現(xiàn)對車間生產(chǎn)所需要的制造資源基本信息的維護、制造資源的使用、制造資源庫及資源報廢等業(yè)務(wù)進行管理，并提供相關(guān)信息的查詢。

    7)綜合查詢與分析，根據(jù)車問韻生產(chǎn)管理要求，生成各類常規(guī)的生產(chǎn)匯總報表，同時能夠提供多種方式、靈活的、多角度的分析和查詢。

    8)系統(tǒng)管理，包括用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理和日志管理等功能。

3 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)軟件生命周期

    MES是一個復(fù)雜的人機系統(tǒng)，從系統(tǒng)的規(guī)劃、實施直至運行，構(gòu)成一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程建設(shè)項目。為使MES獲得更大的效益，系統(tǒng)建設(shè)必須著眼于系統(tǒng)的整個生命周期，嚴(yán)格按照系統(tǒng)工程的方法和步驟實施。MES軟件生命周期一般分為下述3個階段。

    1)總體設(shè)計階段，總體設(shè)是在“總體方案”所確定的建設(shè)范圍內(nèi)，對現(xiàn)行系統(tǒng)進行全面的調(diào)查分析，提出為實現(xiàn)總體規(guī)劃確定的系統(tǒng)功能所做的各種總體技術(shù)考慮和設(shè)計。

    總體設(shè)計的結(jié)果是“總體設(shè)計說明書”，其內(nèi)容包括計算機系統(tǒng)配置，應(yīng)用軟件的框架結(jié)構(gòu)，各系統(tǒng)的功能模型、信息模型和全局信息模型，系統(tǒng)數(shù)據(jù)表、體系結(jié)構(gòu)以及實施方案。

    2)系統(tǒng)開發(fā)階段，完成MES的設(shè)計開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)置、單元測試，對業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)進行整合測試。開發(fā)系統(tǒng)界面、報表、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等程度和相關(guān)接口，組織用戶做好數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、對系統(tǒng)培訓(xùn)環(huán)境進行核準(zhǔn)，安裝并創(chuàng)建測試環(huán)境，開發(fā)用戶培訓(xùn)手冊，修訂實施階段的切換計劃等基礎(chǔ)工作。

    3)系統(tǒng)實施階段，對計算機系統(tǒng)配置工作包括選型、購買、安裝、調(diào)試等，成功完成集成測試，獲得關(guān)鍵用戶對系統(tǒng)和流程的正式批準(zhǔn)，開展對最終用戶的培訓(xùn)，完成原有系統(tǒng)向MES的完全轉(zhuǎn)換。

    4)工程驗收階段，各個系統(tǒng)上線運行后，經(jīng)評價確認(rèn)滿足實際要求，整個MES項目即告竣工，這時必須對整個系統(tǒng)的建設(shè)進行總結(jié)，寫出“工程總結(jié)報告”，并對項目進行驗收。

4 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)實施策略

    企業(yè)應(yīng)用MES成敗或?qū)嵤┖笮б娴拇笮�，與企業(yè)具有的制造執(zhí)行能力密切相關(guān)。同時跟據(jù)離散制造企業(yè)與流程行業(yè)的特點，制定與之相適宜的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)實施策略。

4.1 MES數(shù)據(jù)采集

    MES的數(shù)據(jù)采集功能，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)的收集、整理工作，是進行物料跟蹤、生產(chǎn)計劃、產(chǎn)品歷史記錄維護以及其它生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)。

    離散制造企業(yè)的數(shù)據(jù)采集，以手工輸入為主，并可以結(jié)合條形碼采集等半自動信息采集技術(shù)進行工時、設(shè)備、物料、質(zhì)量等信息的采集。這種數(shù)據(jù)采集方式，時間間隔較大，容易受到人為因素的影響，要特別注意保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

    流程生產(chǎn)行業(yè)的自動化程度較高，設(shè)備控制大量采用DCS、PLC。在檢測驅(qū)動方面，各種智能儀表、數(shù)字傳感器已普遍應(yīng)用，這些自動化設(shè)備，能自動準(zhǔn)確記錄各種生產(chǎn)現(xiàn)場信息。對于MES而言，重點在于系統(tǒng)構(gòu)建時與這些自動化設(shè)備做好數(shù)據(jù)接口。

4.2 MES作業(yè)計劃調(diào)度

    離散制造企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)計劃調(diào)度，需要根據(jù)優(yōu)先級、工作中心能力、設(shè)備能力、均衡生產(chǎn)等方面對工序級、設(shè)備級的作業(yè)計劃進行調(diào)度。MES作業(yè)計劃調(diào)度要考慮生產(chǎn)中的交錯、重疊和并行操作來準(zhǔn)確地計算工序的開工時間、完工時間、準(zhǔn)備時間、排隊時間以及移動時間。通過良好的作業(yè)順序，可以明顯提高生產(chǎn)效率。

    流程生產(chǎn)行業(yè)的產(chǎn)品是以流水生產(chǎn)線方式組織、連續(xù)的生產(chǎn)方式，只存在連續(xù)的工藝流程。因此，MES作業(yè)計劃調(diào)度不需要精確到工序級別，而是以整個流水生產(chǎn)線為單元進行調(diào)度。

4.3 MES作業(yè)指令下達(dá)

    離散制造企業(yè)MES將作業(yè)計劃調(diào)度結(jié)果下達(dá)給操作人員的方式一般采用派工單、施工單等書面方式進行通知，或采用電子看板方式讓操作人員及時掌握相關(guān)工序的生產(chǎn)任務(wù)。作業(yè)計劃的內(nèi)容，包括該工序的開工、完工時間、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等方面。

    流程生產(chǎn)行業(yè)MES不僅要下達(dá)作業(yè)指令以及PDI(面板數(shù)據(jù)接口)數(shù)據(jù)，而且要將作業(yè)指令轉(zhuǎn)化為各個機器及設(shè)備的操作指令和各種基礎(chǔ)自動化設(shè)備的PID(控制參數(shù))，并下達(dá)給相應(yīng)的PCS(生產(chǎn)控制系統(tǒng))。

5 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)系統(tǒng)集成與應(yīng)用

    MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在采用面向?qū)ο蟮男畔⒎治龊驮O(shè)計的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Web Service技術(shù)，基于Windows 2003 Server和SQL Server 2003，系統(tǒng)由實時數(shù)據(jù)采集與信息交互層平臺、業(yè)務(wù)功能管理模塊、系統(tǒng)集成框架等部分構(gòu)成。

    MES主要采用客戶／HE務(wù)的體系構(gòu)架，主機對MES的計算、調(diào)用作出響應(yīng)，而用戶使用客戶端應(yīng)用程序得到指令及自動、半自動或手動地記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。為了保證MES系統(tǒng)得到實時信息，規(guī)劃良好的操作步驟和加強客戶端對于未連接的加工過程的信息更新是非常必須的。

    通過MES系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)車間無紙化生產(chǎn)，能夠較好地支持車間生產(chǎn)現(xiàn)場對任務(wù)的快速響應(yīng)和優(yōu)化組織，提高了生產(chǎn)效率；同時實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場加工狀態(tài)信息動態(tài)采集，為ERP和管理層提供生產(chǎn)進度狀況、生產(chǎn)質(zhì)量狀況、設(shè)備利用狀況等關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平和管理效率，實現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)管理的實時化和透明化。

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本文標(biāo)題：制造執(zhí)行系統(tǒng)MES/ERP企業(yè)實施與應(yīng)用淺析

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