MES-流程工業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)

1、大連中科海德自動(dòng)化有限公司M E S-流程工業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)一、MES的定義和由來 國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)MESA對(duì)MES的定義是，MES提供為優(yōu)化從訂單投人到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動(dòng)所需的信息口MES運(yùn)用及時(shí)、準(zhǔn)確的信息，指導(dǎo)、啟動(dòng)、響應(yīng)并記錄工廠活動(dòng)，從而能夠?qū)l件做出迅速的響應(yīng)，減少非增值活動(dòng)，提高工廠運(yùn)作過程的效率。MES不但可以改善設(shè)備投資回報(bào)率，而且有助于及時(shí)交貨、加快庫存周轉(zhuǎn)、提高收益和現(xiàn)金流的績(jī)效。MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間.以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)信息口美國(guó)的調(diào)查咨詢公司AMR把企業(yè)級(jí)的計(jì)劃系統(tǒng)與工廠底層的控制系統(tǒng)之間的各種工廠管理系統(tǒng)的集合稱作MES。生產(chǎn)方式的演變和IT技術(shù)的

2、進(jìn)步是促進(jìn)制造業(yè)信息化發(fā)展的兩個(gè)基本動(dòng)因。在制造業(yè)信息化的早期階段，受到當(dāng)時(shí)的環(huán)境限制，工廠業(yè)務(wù)管理的信息化與生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化通常被作為兩個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)域而分別進(jìn)行，由不同部門.基于不同看法而建成的一系列單一功能的信息系統(tǒng)，產(chǎn)生了以下兩個(gè)長(zhǎng)期存在的信息阻斷問題。信息孤島。工廠內(nèi)的生產(chǎn)調(diào)度、工藝管理、質(zhì)量管理、設(shè)備維護(hù)、物料管理過程控制等系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，缺乏數(shù)據(jù)共享，從而導(dǎo)致功能重疊、數(shù)據(jù)矛盾等一系列問題。信息孤島造成了工廠中制造信息在水平方向的阻斷。所帶來的問題嚴(yán)重地制約著工廠內(nèi)各種系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)，阻礙了系統(tǒng)的發(fā)展，降低了制造領(lǐng)域信息化的整體作用。信息斷層。公司級(jí)的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)無法得到及時(shí)準(zhǔn)確的生

3、產(chǎn)實(shí)績(jī)信息，無法把握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人員也得不到切實(shí)可行的生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)指示。信息斷層造成了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息在垂直方向的阻斷，成為阻礙公司級(jí)的.業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與工廠級(jí)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的根本原因。 從20世紀(jì)70年代后半期開始，出現(xiàn)了解決個(gè)別問題的單一功能的制造管理系統(tǒng)，如設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)，包括生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。也就是說，在未實(shí)施整體解決方案或信息系統(tǒng)以前. 各企業(yè)引人的只是單功能的軟件產(chǎn)品和個(gè)別系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代中期以后，伴隨著消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的需求愈加多樣化，制造業(yè)的生產(chǎn)方式開始由大批量的剛性生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多品種少量的柔性生產(chǎn)，伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

4、和大型數(shù)據(jù)庫等IT技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)的信息系統(tǒng)也開始從局部的事后處理系統(tǒng)方式轉(zhuǎn)向全局的、實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)方式。在制造管理領(lǐng)域出現(xiàn)了準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)(JTT)、約束理論(TOC)等新的理念和方法;在管理系統(tǒng)軟件領(lǐng)域IIRPII系統(tǒng)迅速普及，EIF'系統(tǒng)嶄露頭角;在過程控制領(lǐng)域PLC, DCS得到大量應(yīng)用。盡管企業(yè)信息化的各個(gè)領(lǐng)域都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是在工廠以及企業(yè)范圍信息集成的實(shí)踐過程中，仍然難以解決信息孤島和信息斷層所帶來的各種問題。例如，在計(jì)劃過程中無法準(zhǔn)確及時(shí)地把握生產(chǎn)實(shí)際狀況，在生產(chǎn)過程中得不到切實(shí)可行的作業(yè)計(jì)劃，工廠管理人員和操作人員難以跟蹤產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，不能有效地控制在制品庫存，用戶無法

5、了解訂單的執(zhí)行狀況。產(chǎn)生這些問題的主要原因仍然在于生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的相互分離，計(jì)劃系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)之間的界限模糊，缺乏緊密的聯(lián)系。2O世紀(jì)80年代中期，為了解決這兩個(gè)課題，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息系統(tǒng)開始發(fā)展，生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤信息系統(tǒng)、質(zhì)量信息系統(tǒng)、績(jī)效信息系統(tǒng)、設(shè)備信息系統(tǒng)及其整合已形成共識(shí)。與此同時(shí)。原來底層的過程控制系統(tǒng)和上層的生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)也得到發(fā)展，這時(shí)，產(chǎn)生了MES原型，即傳統(tǒng)的MES(Traditronal MES,一TMES)，主要是POP(生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理，Point of Production)和SFC(車間級(jí)控制系統(tǒng)，Shop Floor Control)。制造執(zhí)行系統(tǒng)M

6、ES(Manufacturing Execution Sastern)直到1990年才由美國(guó)的咨詢調(diào)查公司ARM(Adrvanced Manufacturting Reserach)提出并使用，為解決企業(yè)信息集成間題提供了一個(gè)被廣為接受的思想。MES從一開始就是一個(gè)特定集合的總稱，用來表示一些特定功能的集合以及實(shí)現(xiàn)這些特定功能的產(chǎn)品。二、MES發(fā)展 最初，MES并沒有一個(gè)非常明確的定義，它幾乎涵蓋了所有那些無法準(zhǔn)確地分配給其他層的應(yīng)用程序或產(chǎn)品。大多數(shù)這樣的產(chǎn)品都是由一些定制的應(yīng)用程序逐漸演化而來的，而這些應(yīng)用程序基本上都是由系統(tǒng)集成商針對(duì)某類特定用戶進(jìn)行開發(fā)的，并且通常都是針對(duì)某個(gè)特定領(lǐng)域的

7、(如排產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室、質(zhì)量、產(chǎn)品跟蹤等)。此后，在國(guó)際上，各相關(guān)組織都開始意識(shí)到要對(duì)MES進(jìn)行更加明確的定義。MESA(Manufacturing Execution System Association In-ternational), ISA都相繼開發(fā)了相關(guān)的模型對(duì)MSS加以描述，并試圖通過模型使其標(biāo)準(zhǔn)化。位于美國(guó)的MESA成立于1992年，是繼AMR組織之后促進(jìn)MES普及和標(biāo)準(zhǔn)化的團(tuán)體，經(jīng)常發(fā)布關(guān)于MES白皮書，還有用戶使用MES后的效果調(diào)查報(bào)告。AMR于1992年提出了3層企業(yè)集成模型，如圖1-所示。該模型揭示了過程控制與MRP/ERP系統(tǒng)間的明顯的斷層，并將各種廠家提供的位于中間執(zhí)行層的

8、系統(tǒng)稱作制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES )。圖中各個(gè)層次的概要如下。位于底層的控制層PCS，包括DCS(分布式控制系統(tǒng))、DNC(分布式數(shù)控系統(tǒng))、PLC,SCADA等系統(tǒng)，其作用是生產(chǎn)過程和設(shè)備的控制。 位于頂層的計(jì)劃通常是MRP或ERP等系統(tǒng)，其作用是管理企業(yè)中的各種資源，管理銷售和服務(wù)制定生產(chǎn)計(jì)劃等。位于中間層的制造執(zhí)行層則是介于計(jì)劃層和控制層之間。面向制造工廠管理的生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、質(zhì)量管理物料跟蹤等系統(tǒng)。MES在企業(yè)系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)中起著承上啟下，填補(bǔ)計(jì)劃層和控制層之間的空白的作用，計(jì)劃層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)生成的生產(chǎn)計(jì)劃(計(jì)劃要做什么)通過MES傳遞給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，來自控制層的生產(chǎn)實(shí)際狀態(tài)(實(shí)際做了什么)

9、通過MES報(bào)告給計(jì)劃層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。AMR于1993年提出了制造執(zhí)行系統(tǒng)的集成系統(tǒng)模型，如圖1-所示。它由圍繞關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的4組功能構(gòu)成。工廠管理(plant management是生產(chǎn)管理的核心部分，包括資源管理、計(jì)劃管理和維護(hù)管理等功能。工藝管理(plant engineering)主要指工廠級(jí)的生產(chǎn)工藝管理，包括各種文檔管理和過程優(yōu)化等功能。質(zhì)量管理(quality management以制造執(zhí)行層的質(zhì)量管理為核心，包括統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)等。過程管理(process rnanaetnent包括狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制、數(shù)據(jù)采集等功能。整個(gè)系統(tǒng)向上與公司級(jí)的系統(tǒng)(ERP)相連

10、，向下與過程控制層的系統(tǒng)相連。模型中的各個(gè)功能組通過位于模型核心位置的關(guān)系數(shù)據(jù)庫共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫確保與過程控制系統(tǒng)的同步。MESA在1 9 97年公布的MES白皮書中提出了MES的外部環(huán)境模型，如圖1-4所示。從圖中可以看到，企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理(SCM)系統(tǒng)、銷售和服務(wù)管理(S SM)系統(tǒng)、產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)(P&PE)、過程控制(PCS)系統(tǒng)以及制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是面向制造企業(yè)的6種主流信息系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)都有各自的定位和功能。企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)包括財(cái)務(wù)、訂單管理、生產(chǎn)和物料計(jì)劃和相關(guān)功能。供應(yīng)鏈管理(SCM)包括預(yù)測(cè)、發(fā)送和后勤、運(yùn)輸管理、電子

11、商務(wù)和先進(jìn)計(jì)劃系統(tǒng)。銷售和服務(wù)管理(SSM)包括銷售力自動(dòng)化、產(chǎn)品組態(tài)、服務(wù)報(bào)價(jià)、產(chǎn)品召回等。產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)(P&PE)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造(CAD/C AM)工藝建模、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)。過程控制(PCS)包括DCS、PLC、DNC、SCADA等設(shè)備控制以及產(chǎn)品制造的過程控制。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)包括車間范圍的信息系統(tǒng)和有效執(zhí)行操作功能以滿足企業(yè)目標(biāo)。MES與其他幾種類型的信息系統(tǒng)都緊密相連，這使得它在企業(yè)的整體信息基礎(chǔ)中處于重要的地位。從信息巢成的角度來看，MES在企業(yè)范圍的SCM、SSM、ERP等系統(tǒng)與面向工廠底層設(shè)備的控制系統(tǒng)之間承上啟下，起著垂直信息集成的作用。同時(shí)

12、MES連接SCM,SSM、ERP、P&PE等系統(tǒng)，起著橫向信息集成的作用。MES與其他5個(gè)子系統(tǒng)的有機(jī)集成不僅對(duì)MES本身，而且對(duì)其他5個(gè)子系統(tǒng)取得完滿效益非常關(guān)鍵。特別對(duì)于流程工業(yè)，流程工藝的生產(chǎn)過程具有大量豐富而又十分復(fù)雜的信息，這些信息對(duì)于控制、優(yōu)化、故障診斷、調(diào)度、管理、決策等都具有重要的作用，MES能處理流程工業(yè)CIMS中原本難以處理的具有生產(chǎn)與管理雙重性的信息，而且能起到將生產(chǎn)過程產(chǎn)生的信息和經(jīng)營(yíng)管理的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、加工、傳遞的作用，是面向過程的生產(chǎn)活動(dòng)與經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的橋梁和紐帶，是實(shí)現(xiàn)三級(jí)結(jié)構(gòu)流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵。作為核心生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，MES為其他子系統(tǒng)提供以下

13、信息:ERP依賴MES獲取生產(chǎn)實(shí)績(jī)，如成本、循環(huán)時(shí)間、生產(chǎn)量以及生產(chǎn)性能數(shù)據(jù);SCM從MES取得實(shí)際訂單狀態(tài)、生產(chǎn)能力和容量、排班限制等數(shù)據(jù);SSM應(yīng)用必須與MES連接，因?yàn)閳?bào)價(jià)和發(fā)貨都與給定時(shí)間內(nèi)制造車間發(fā)生的事情有關(guān);P&PE的精調(diào)要基于MES的生產(chǎn)率和質(zhì)量測(cè)量結(jié)果;控制可從MES得到料單和指令以優(yōu)化車間范圍的運(yùn)行。MES也要從其他子系統(tǒng)得到數(shù)據(jù):ERP的計(jì)劃為MES工作分配提供依據(jù);SCM的主計(jì)劃和調(diào)度驅(qū)動(dòng)工廠內(nèi)活動(dòng)的時(shí)間選擇;SSM產(chǎn)品組織和報(bào)價(jià)提供生產(chǎn)訂單信息的基準(zhǔn)，P&PE驅(qū)動(dòng)工作指令、料單和運(yùn)行參數(shù);從控制來的數(shù)據(jù)用于測(cè)量實(shí)際性能和自動(dòng)化過程變化的運(yùn)行情況。MES

14、與其他子系統(tǒng)也有交叉。例如，ERP或MES可給車間分配工作;SCM和M ES包括詳細(xì)的調(diào)度;工藝計(jì)劃和文檔可來自P&PE或MES;控制和MES都包括數(shù)據(jù)收集功能。但是沒有其他子系統(tǒng)可代替MES功能，雖然在ERP和控制中有些聽起來類似M ES的功能，但MES通常更關(guān)注與廠級(jí)生產(chǎn)性能，并致力于廠級(jí)運(yùn)行優(yōu)化。MES功能的服務(wù)對(duì)象主要是運(yùn)行人員，從工廠管理者到物流、維護(hù)、質(zhì)量、調(diào)度管理者，到操作者和技術(shù)人員，這些都是關(guān)注制造生產(chǎn)率的人員。而其他子系統(tǒng)也有各自的用戶，如ERP的廠級(jí)控制卞要是收集財(cái)務(wù)和物流控制所需信息。MES提供同樣數(shù)據(jù)，但支持對(duì)廠級(jí)性能測(cè)量的分析。控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和收集一般用

15、于獨(dú)自過程的控制，而MES更關(guān)注各個(gè)過程對(duì)全廠性能的貢獻(xiàn)。除改進(jìn)工廠運(yùn)行外，MES還可以使企業(yè)在其他子系統(tǒng)投資效益得到放大。MES的角色是從全廠角度對(duì)狀態(tài)和過程運(yùn)行、物流、人力資源、設(shè)備和工具等總體把握。本質(zhì)上說，生產(chǎn)知識(shí)、實(shí)際發(fā)生的和應(yīng)該發(fā)生的都在MES掌握范圍內(nèi)，由此指導(dǎo)和測(cè)量一個(gè)工廠總體的運(yùn)行效果，并為企業(yè)提供關(guān)于成本、物流和改進(jìn)計(jì)劃的數(shù)據(jù)流。20世紀(jì)90年代中期，又提出了MES標(biāo)準(zhǔn)化和功能組件化、模塊化的思路。這時(shí)，許多MES軟件實(shí)現(xiàn)了組件化，也方便了集成和整合，這樣用戶根據(jù)需要就可以靈活快速地構(gòu)建自己的MES。MESA于1997年提出了MES的11個(gè)功能模塊功能組件和集成模型，如圖1

16、-5所示。MES的11個(gè)功能主要如下。(1)資源配置和狀態(tài)跟蹤對(duì)所有的生產(chǎn)資料進(jìn)行管理，包括機(jī)器、工具、勞工技能、材料等，使其井然有序，隨時(shí)可以投人運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)記錄資源的各種歷史信息，以保證生產(chǎn)設(shè)備的配置，并對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息進(jìn)行跟蹤。(2)工序/細(xì)節(jié)調(diào)度根據(jù)生產(chǎn)單元的優(yōu)先級(jí)、屬性、特征，對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行優(yōu)化，使生產(chǎn)資源配置的變化降到最低。(3)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度制定生產(chǎn)計(jì)劃，并以任務(wù)、工單、批次、訂單等形式下發(fā)給各生產(chǎn)單元?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)績(jī)實(shí)時(shí)調(diào)整原始計(jì)劃，產(chǎn)生新的調(diào)度信息。(4)文檔控制對(duì)所有與生產(chǎn)單元有關(guān)的資料進(jìn)行管理，包括工作指令、圖紙、配方、標(biāo)準(zhǔn)操作流程、設(shè)計(jì)變更、產(chǎn)品記錄以及150信息等

17、，并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。(5)數(shù)據(jù)采集和獲取實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，記錄生產(chǎn)單元的各種參數(shù)，并保存在相應(yīng)的表格和記錄中。數(shù)據(jù)可以由人工錄入和從設(shè)備中自動(dòng)采集。該功能需向外提供一個(gè)接口，以便其他應(yīng)用可以通過它獲得生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。(6)人力資源管理記錄員工的考勤以及專業(yè)技能，提供員工的實(shí)時(shí)狀況記錄，同時(shí)與資源配置功能交互，以產(chǎn)生最優(yōu)配置。(7)質(zhì)量管理提供生產(chǎn)的實(shí)時(shí)分析，保證嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量控制。能夠發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問題，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行診斷、分析，并提出改進(jìn)方法，包括SPC/SQC的在線跟蹤和離線分析功能。(8)過程管理對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視，自動(dòng)糾正或提示操作人員糾正生產(chǎn)中的紙漏。提供報(bào)警管理以及MES系

18、統(tǒng)與智能設(shè)備的接口。(9)維護(hù)管理跟蹤并指導(dǎo)生產(chǎn)，以維護(hù)設(shè)備和工具。對(duì)突發(fā)問題作出快速響應(yīng)。建立歷史事件和故障記錄數(shù)據(jù)庫，協(xié)助完成故障診斷。(10)產(chǎn)品跟蹤和記錄提供可視化的跟蹤手段，監(jiān)視產(chǎn)品的狀態(tài)及用途。跟蹤信息包括加工者、原料供應(yīng)者、批號(hào)、序列號(hào)、當(dāng)前產(chǎn)品狀態(tài)、報(bào)警信息、返工及異常情況。通過跟蹤信息可以追溯生產(chǎn)歷史以及產(chǎn)品最終用途。(11)性能分析對(duì)生產(chǎn)實(shí)績(jī)和歷史信息進(jìn)行分析，以得到現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)狀況的效果，并與預(yù)計(jì)的效果進(jìn)行比較。1998年，AMR公司發(fā)表REPAC模型，即包括準(zhǔn)備、執(zhí)行、處理、分析、協(xié)調(diào)5個(gè)階段組成的過程周期，如圖1一6所示。REPAC模型不只是針對(duì)MES三層模型的中間層，而

19、是與相應(yīng)系統(tǒng)一起連接在經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)的閉環(huán)回路中。除了早期的AMR3層模型中的概念以外，REPAC模型中增加了近年來成為制造工廠競(jìng)爭(zhēng)力新基礎(chǔ)的一些業(yè)務(wù)過程。模型中的5個(gè)過程元素分別如下。 (l)準(zhǔn)備(Ready)隨著產(chǎn)品生命周期的不斷縮短，工廠必須加快使新產(chǎn)品達(dá)到產(chǎn)量的速度，新產(chǎn)品引進(jìn)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的管理，是準(zhǔn)備過程的重點(diǎn)。(2)執(zhí)行(Execution與早期的MES以及物料跟蹤系統(tǒng)緊密相關(guān)，它以產(chǎn)品和訂單的執(zhí)行為重點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于MES中的事務(wù)處理過程部分，主要作用是追蹤產(chǎn)品并記錄包括質(zhì)量和異常信息在內(nèi)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。 (3)處理(Process)與工廠中現(xiàn)存的過程管理和控制基礎(chǔ)設(shè)施緊密相關(guān)

20、，它對(duì)應(yīng)于工廠系統(tǒng)的過程和控制部分，包括MMT/SCADA, PLC, DCS以及與控制有關(guān)的設(shè)備。(4)分析(Analyze)與制造過程緊密相連的MES中存在著大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)通常難以直接用于決策支持和業(yè)務(wù)分析，在分析過程中，借助于在線分析處理(DLAP)和數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，可以進(jìn)行質(zhì)量和生產(chǎn)改進(jìn)、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)的計(jì)算和整理及提供信息等有關(guān)工廠和產(chǎn)品績(jī)效的分析。(5)協(xié)調(diào)(Coordinate)與計(jì)劃系統(tǒng)密切相關(guān)，以工廠內(nèi)部生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)以及與供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)為重點(diǎn)，協(xié)調(diào)過程不斷地更新工廠的作業(yè)計(jì)劃，通過來自執(zhí)行過程的生產(chǎn)狀態(tài)信息和來自分析過程的績(jī)效信息，優(yōu)化工廠中的所有活動(dòng)。REPAC模

21、型中的5個(gè)元素構(gòu)成了現(xiàn)代工廠制造業(yè)務(wù)循環(huán)的完整過程。工廠模型通過過程制造環(huán)節(jié)與企業(yè)供應(yīng)鏈中的供貨環(huán)節(jié)(source、計(jì)劃環(huán)節(jié)(plan)、交付環(huán)節(jié)(deliver)的相互協(xié)調(diào)，從而形成供應(yīng)鏈范圍的全局性優(yōu)化體系。從上述各種模型的側(cè)重點(diǎn)來看，可以認(rèn)為圖1-2所示的3層結(jié)構(gòu)模型體現(xiàn)了制造企業(yè)信息系統(tǒng)的層次觀點(diǎn)，圖1-3所示的集成系統(tǒng)模型體現(xiàn)了制造執(zhí)行系統(tǒng)的集成觀點(diǎn);圖1-4和圖1-5所示的外部環(huán)境模型與功能模型體現(xiàn)了MES的功能結(jié)構(gòu)觀點(diǎn);圖1-6所示的REPAC體現(xiàn)了制造執(zhí)行系統(tǒng)的過程觀點(diǎn)。從層次的觀點(diǎn)來看，不同層次的系統(tǒng)具有獨(dú)自的特征?？刂茖又械南到y(tǒng)關(guān)注生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行領(lǐng)域。以秒為單位對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的

22、狀況和生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控的范圍通常是某個(gè)特定的工序，計(jì)劃層中的系統(tǒng)關(guān)注生產(chǎn)計(jì)劃領(lǐng)域，計(jì)劃的范圍通常是整個(gè)公司，位于執(zhí)行層的MES則關(guān)注產(chǎn)品的制造領(lǐng)域，對(duì)產(chǎn)品的制造過程進(jìn)行管理和跟蹤管理的范圍通常是整個(gè)工廠或整條生產(chǎn)線，層次觀點(diǎn)對(duì)定位和界定MES起著重要的作用。從集成的觀點(diǎn)來看，通過信息集成可以避免信息孤島的形成。從而獲得系統(tǒng)的整體效果。MES集成的關(guān)鍵是信息共享，而信息共享的關(guān)鍵則是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，但是在實(shí)踐過程中制造執(zhí)行層的一些產(chǎn)品通常是由來自不同廠家的DCS，SCADA等系統(tǒng)的擴(kuò)展和延伸，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)口這些產(chǎn)品的代理商通常不具備進(jìn)行實(shí)施工廠范圍系統(tǒng)的能力.這些都為

23、MES的實(shí)施帶來了困難。集成觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在MES系統(tǒng)集成中的作用口從功能結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來看，MES與企業(yè)資源計(jì)劃供應(yīng)鏈管理銷售和服務(wù)管理、生產(chǎn)工藝過程控制等5種系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。MES不但與相關(guān)外部系統(tǒng)相連，而且存在功能上的重疊。這表明MES是多種業(yè)務(wù)功能的集合體。這些業(yè)務(wù)功能應(yīng)側(cè)重于執(zhí)行層的需求，不但應(yīng)該保持內(nèi)部的完整性和一致性甲還要與外部環(huán)境中的相關(guān)系統(tǒng)取得統(tǒng)一。取得企業(yè)信息化整體效果的關(guān)鍵，既不僅在于MES本身，也不僅在于其他某個(gè)系統(tǒng)，而在于MES.與另外5種系統(tǒng)的集成，功能結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)為構(gòu)筑基于組件技術(shù)的MES提供了功能結(jié)構(gòu)和技術(shù)框架。從過程的觀點(diǎn)來看，制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)該能夠支持一個(gè)包括準(zhǔn)備過

24、程、執(zhí)行過程、處理過程、績(jī)效分析和協(xié)調(diào)過程在內(nèi)的完整的制造業(yè)務(wù)循環(huán)過程，而這個(gè)制造業(yè)務(wù)過程與外部的供應(yīng)過程、計(jì)劃過程和交付過程一同形成完整的供應(yīng)鏈過程，其中以生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度為主要內(nèi)容的協(xié)同過程，無論是在制造業(yè)務(wù)內(nèi)部各過程之間的組織，還是在與外部的相關(guān)過程的協(xié)調(diào)中都起著核心作用。過程觀點(diǎn)明確了制造.業(yè)務(wù)過程循環(huán)的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度是貫穿MES內(nèi)部過程，并將MES與外部系統(tǒng)連接在一起的主線。三、流程工業(yè)MES特點(diǎn) 流程行業(yè)的生產(chǎn)過程與離散制造業(yè)不同，一般為批量連續(xù)生產(chǎn)對(duì)原料的混合、反應(yīng)、值。根據(jù)工藝流程特點(diǎn)分離、粉碎、加熱等物理或化學(xué)處理過程，主要通過，使原料增值。根據(jù)工藝流程特點(diǎn)

25、，流程行業(yè)可以劃分為連續(xù)型、間歇型(亦稱為半連續(xù)型)、混合型三類。以石油化工企業(yè)為例，其生產(chǎn)工藝流程是確定的，主要生產(chǎn)過程包括原料儲(chǔ)運(yùn)、加工處理、中間產(chǎn)品及產(chǎn)成品儲(chǔ)運(yùn)等，屬于典型的、連續(xù)型長(zhǎng)流程制造企業(yè)，而鋼鐵企業(yè)則屬于混合型流程制造企業(yè) 流程行業(yè)生產(chǎn)工藝流程的基本特征概括如下。流程企業(yè)是能耗高、服務(wù)面廣、配套性強(qiáng)、資金及技術(shù)密集的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)部門、生產(chǎn)批量大、生產(chǎn)周期短，新產(chǎn)品研制開發(fā)周期長(zhǎng)、投資大。產(chǎn)品是均一性物料，而非物品，從原料供應(yīng)到產(chǎn)品輸出，是一個(gè)穩(wěn)定的、連續(xù)的加工過程，各個(gè)中間環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)、相互制約，而原料在生產(chǎn)加工過程中通常起著極為重要的作用。生產(chǎn)品種依賴工藝流程與設(shè)備，主要原料

26、品種單一且相對(duì)穩(wěn)定，而產(chǎn)品種類數(shù)量多，屬于典型的V型企業(yè)。生產(chǎn)過程的柔性及動(dòng)態(tài)優(yōu)化是通過改變生產(chǎn)裝置的物流分配來實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)計(jì)劃確定后，主要生產(chǎn)任務(wù)是控制、調(diào)整工藝參數(shù)，降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量.生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與裝備一次性投資大，多數(shù)運(yùn)行在高溫高壓、易燃易爆、有毒有害的環(huán)境下，在生產(chǎn)中有廢棄物生成，存在環(huán)境保護(hù)問題，安全與故障診斷要求高。以安全、穩(wěn)定、低耗、柔性、質(zhì)量、收率等為生產(chǎn)管理與控制的重點(diǎn)優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)過程自動(dòng)化和管理信息化水平要求較高。與離散制造業(yè)相比，流程工業(yè)MES具有以下特點(diǎn)。流程工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境苛刻，生產(chǎn)過程包含復(fù)雜的物理、化學(xué)過程及各種突變和不確定性因素。對(duì)應(yīng)急處理和例外處理的動(dòng)態(tài)

27、響應(yīng)要求苛刻。流程工業(yè)CIMS不僅要集成信息流和物料流，還包括能源供應(yīng)流。因此。流程CIMS中MES的調(diào)度決策功能需要對(duì)物料和能量提供最佳控制策略，同時(shí)決策不僅以提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本為目標(biāo)，還應(yīng)將節(jié)省能源、減少污染等目標(biāo)考慮在內(nèi)。流程工業(yè)中MES的決策具有混雜性，不僅包括連續(xù)過程變量，而且包含離散過程變量。為了對(duì)生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制，必須建立反映連續(xù)過程主要物理、化學(xué)變化過程的過程模擬模型，并將過程模型與優(yōu)化模型結(jié)合起來。原料在制品、產(chǎn)品之間的標(biāo)識(shí)不一一對(duì)應(yīng)，化學(xué)性能、物理性能的變化要求產(chǎn)品屬性動(dòng)態(tài)配置。生產(chǎn)單元少，但生產(chǎn)單元本身可變因素多。如原料成分、溫度的波動(dòng)，制造流程中各生產(chǎn)

28、單元的輸出的質(zhì)量隨機(jī)改變，生產(chǎn)時(shí)間的不確定。一般沒有替換路徑，而且由于生產(chǎn)過程的中間產(chǎn)品或在制品呈高溫狀態(tài)，前后生產(chǎn)相互影響。特別是短流程或CSP生產(chǎn)線，沒有緩沖或中間庫對(duì)生產(chǎn)順行的要求非常高。四、流程工業(yè)MES主要功能 前面介紹了MESA給出的MES一般功能模塊，應(yīng)當(dāng)注意的是，目前市面上沒有哪一個(gè)MES產(chǎn)品完全具備上述功能。事實(shí)上，不同特點(diǎn)的制造過程，不同的商業(yè)運(yùn)作模式，所需的MES功能和側(cè)重點(diǎn)也不同.例如煉油工業(yè)和化工業(yè)，雖然相似，但煉油MES中有油品輸轉(zhuǎn)調(diào)和功能模塊，而化工則不需要。至于冶金、輕工甚至其他行業(yè)，差異就更大了。因此，目前形成了煉油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、

29、化纖紡織工業(yè)、半導(dǎo)體制造業(yè)等不同行業(yè)和領(lǐng)域的流程工業(yè)MES。根據(jù)MES基本事務(wù)處理功能，結(jié)合流程工業(yè)特點(diǎn)，流程工業(yè)MES一般應(yīng)具備以下功能模塊。 (1)生產(chǎn)管理，包括生產(chǎn)計(jì)劃管理和生產(chǎn)調(diào)度管理 生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和調(diào)度功能是MES的核心功能，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來說，它是管理生產(chǎn)的基礎(chǔ)。該模塊可以將生產(chǎn)計(jì)劃分解為多個(gè)作業(yè)任務(wù)，分配給每個(gè)工作中心，并為每個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)生調(diào)度報(bào)表。系統(tǒng)可以對(duì)全流程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，分析生產(chǎn)瓶頸，解決生產(chǎn)過程中的瓶頸環(huán)節(jié)，尤其在若于環(huán)節(jié)故障精況下，提供重組調(diào)度的能力。具體功能可細(xì)分為下列三點(diǎn)。 生產(chǎn)計(jì)劃制定:根據(jù)ERP給出的生產(chǎn)計(jì)劃有效地編制、管理、分發(fā)工序作業(yè)計(jì)劃;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求和

30、專家知識(shí)，快速調(diào)整作業(yè)計(jì)劃;根據(jù)各工序參數(shù)、生產(chǎn)順序計(jì)劃及各工序的生產(chǎn)時(shí)間和等待時(shí)間，進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化。 生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度:根據(jù)相應(yīng)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行各工序的生產(chǎn)組織調(diào)度;先進(jìn)的多準(zhǔn)則調(diào)度，在多種工藝路線情況下，通過人機(jī)交互，動(dòng)態(tài)地完成生產(chǎn)調(diào)度;在某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生故障的情況下，提供作業(yè)計(jì)劃的重組。生產(chǎn)狀況跟蹤:對(duì)作業(yè)計(jì)劃的完成情況進(jìn)行跟蹤;管理者可以隨時(shí)察看處于各種狀態(tài)的作業(yè)計(jì)劃。 (2)物流管理，包括料場(chǎng)管理、物流跟蹤和庫存管理 提供基于窗口的、可擴(kuò)展和即時(shí)的方式來監(jiān)視、管理、跟蹤和提高生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，允許企業(yè)管理者建模和跟蹤工廠的關(guān)鍵資源，包括原材料、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品規(guī)格、設(shè)備和過程的數(shù)據(jù)，管理成品庫以及

31、中間產(chǎn)品庫。具體功能可細(xì)分為以下五個(gè)方面。 物料信息配置:配置車間所需物料類型;可根據(jù)用戶需求配置物料的自定義屬性。 物料跟蹤:實(shí)時(shí)跟蹤物料信息，如位置，消耗狀況，是否轉(zhuǎn)化為新的物料，分組情況。 物料狀況查詢:物料信息實(shí)時(shí)查詢(位里，數(shù)量，狀態(tài)等)，物料去向查詢(查詢某一最終產(chǎn)品消耗了哪些以及多少原料和中問產(chǎn)品，或者反向查詢)。 出入庫管理:產(chǎn)品出庫人庫時(shí)間、種類、型號(hào)記錄;產(chǎn)品存放位置優(yōu)化。 庫存信息查詢:庫存產(chǎn)品型號(hào)、時(shí)間、數(shù)量查詢。 (3)質(zhì)量管理質(zhì)量管理是MES功能中的一個(gè)重要組成部分。該功能直接面對(duì)企業(yè)日常生產(chǎn)過程中的具體質(zhì)量管理業(yè)務(wù)，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集錄入、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理、工藝規(guī)范管理、圖形分析、質(zhì)量預(yù)報(bào)和判斷以及報(bào)告輸出等主要功能。模塊遵循ISO 9000質(zhì)量管理的原則，使得產(chǎn)品工程師能夠根據(jù)用戶的需求，在整個(gè)生產(chǎn)工序中對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理、分析和控制。具體功能可細(xì)分為以下五個(gè)方面。 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理:自動(dòng)生成產(chǎn)品所執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的各種檢驗(yàn)表格，并可自定義檢驗(yàn)項(xiàng);產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并與標(biāo)準(zhǔn)定義值進(jìn)行比較，對(duì)不合格