制造業(yè)車間級(jí)管理系統(tǒng)(MES)及其典型結(jié)構(gòu)

制造業(yè)車間級(jí)治理系統(tǒng)〔MES〕及其典型構(gòu)造1制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，在其次產(chǎn)業(yè)中占據(jù)中心地位。伴隨中國(guó)參與WTO和經(jīng)濟(jì)全球化，中國(guó)正在成為世界制造業(yè)的中心。中國(guó)的制造業(yè)企業(yè)面臨日益猛烈的國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)，如何快速提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，很重要的一點(diǎn)，就是以信息化帶開工業(yè)化，加快信息化進(jìn)程，走型工業(yè)化道路，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式進(jìn)展?？v觀我國(guó)制造業(yè)信息化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，建設(shè)的重點(diǎn)普遍放在ERP治理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)〔ShopFloorControlSystem,SFC〕兩個(gè)方面。但是，由于產(chǎn)品德銷在這一、二十年間從生產(chǎn)導(dǎo)向快速地演化成市場(chǎng)導(dǎo)向、競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)向，因而也對(duì)制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的治理和組織提出了挑戰(zhàn)，僅僅依靠ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)往往無(wú)法應(yīng)付這的局面。工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)〔ManufacturingExecutionSystem,MES〕恰好能填補(bǔ)這一空白。工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是近10MES可以為用戶供給一個(gè)快速反響、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)減低本錢、按期交貨、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和提高效勞質(zhì)量。適用于不同行業(yè)〔家電、汽車、半導(dǎo)體、通訊、IT、醫(yī)藥〕，能夠?qū)我坏拇笈可a(chǎn)和既有多品種小批量生產(chǎn)又有大批量生產(chǎn)的混合型制造企業(yè)供給良好的企業(yè)信息治理。目前國(guó)外知名企業(yè)MES系統(tǒng)已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)也漸漸開頭承受這項(xiàng)技術(shù)來(lái)增加自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。2、企業(yè)打算層與過程把握層之間的信息“斷層”問題我國(guó)制造業(yè)多年來(lái)承受的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)是“由上而下”按打算生產(chǎn)。簡(jiǎn)潔的說是從打算層到生—生產(chǎn)打算到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)—組織生產(chǎn)—產(chǎn)品派送。企ERP就是“位”于企業(yè)上層打算層，用于整合企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，編制生產(chǎn)打算。在下層的生產(chǎn)把握層，企業(yè)主要承受自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、自動(dòng)化檢測(cè)儀器、自動(dòng)化物流搬運(yùn)儲(chǔ)存設(shè)備等解決具體生產(chǎn)〔制程〕的生產(chǎn)瓶頸，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化把握。“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”親熱協(xié)作，企業(yè)和車間治理人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)把握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，作出準(zhǔn)確的推斷和快速的應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)打算得到合理而快速修正。雖然ERP和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)展到了格外成熟的程度，但是由于ERP系統(tǒng)的效勞對(duì)象是企業(yè)治理的上層，一般對(duì)車間層的治理流程不供給直接和具體的支持。而現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向治理人員供給現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間消滅了治理信息方面的“斷層”，對(duì)于用戶車間層面的調(diào)度和治理要求，它們往往顯得束手無(wú)策或功能薄弱。比方面對(duì)以下車間治理的典型問題，它們就難以給出完善的解決手段：消滅用戶產(chǎn)品投訴的時(shí)候，能否依據(jù)產(chǎn)品號(hào)碼追溯這批產(chǎn)品的全部生產(chǎn)過程信息？能否馬上查明它的：原料供給商、操作機(jī)臺(tái)、操作人員、經(jīng)過的工序、生產(chǎn)時(shí)間日期和關(guān)鍵的工藝參數(shù)？同一條生產(chǎn)線需要混合組裝多種型號(hào)產(chǎn)品的時(shí)候，能否自動(dòng)校驗(yàn)和操作提示以防止工人部件裝配錯(cuò)誤、產(chǎn)品生產(chǎn)流程錯(cuò)誤、產(chǎn)品混裝和貨品交接錯(cuò)誤？過去12小時(shí)之內(nèi)生產(chǎn)線上消滅最多的5種產(chǎn)品缺陷是什么？次品數(shù)量各是多少？時(shí)能夠準(zhǔn)時(shí)交貨？生產(chǎn)線和加工設(shè)備有多少時(shí)間在生產(chǎn)，多少時(shí)間在停轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)？影響設(shè)備生產(chǎn)潛能的最主要緣由是：設(shè)備故障？調(diào)度失誤？材料供給不準(zhǔn)時(shí)？工人培訓(xùn)不夠？還是工藝指標(biāo)不合理？隱患消滅于萌芽之中？能否廢除人工報(bào)表，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每個(gè)過程的生產(chǎn)數(shù)量、合格率和缺陷代碼？MES的定位，是處于打算層和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)治理和調(diào)度執(zhí)行。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量把握、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表等治理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時(shí)為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等供給車間治理信息效勞。系統(tǒng)通過強(qiáng)調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來(lái)幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC信息體系。3、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及其功能MES的定義MES90年月提出的概念。美國(guó)先進(jìn)制造爭(zhēng)論機(jī)構(gòu)AMR(AdvancedManufacturingResearch)通過對(duì)大量企業(yè)的調(diào)查覺察現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)治理系統(tǒng)普遍由以ERP/MRPII為代表的企業(yè)治理軟件，以SCADA、HMI(HumanMachineInteface)支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。依據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR1992年提出的三層的企業(yè)集成模型〔如圖1〕。MESAInternational(MES國(guó)際聯(lián)合會(huì))是以宣傳MES思想和產(chǎn)品為宗旨的貿(mào)易聯(lián)合會(huì)，它為了幫助其成員組織在企業(yè)界推廣MESMESA〔MESAWhitePaperNo.6，1997〕MES系統(tǒng)作如下之定義：MES系統(tǒng)在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品產(chǎn)出的過程中，扮演生產(chǎn)活動(dòng)最正確化的信息傳遞者。當(dāng)大事發(fā)生變異時(shí)，借著實(shí)時(shí)正確的信息、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、原始工作狀況、資料反響及回饋，作出快速的響應(yīng)以削減無(wú)附加價(jià)值之生產(chǎn)活動(dòng)，提升工廠生產(chǎn)制程的效率。MESMES并且也在企業(yè)與供給鏈之間供給一個(gè)雙向的生產(chǎn)信息流。MESA協(xié)會(huì)白皮書〔MESAWhitePaperNo.3，1997〕中提出說明企業(yè)資源規(guī)劃〔ERP〕、MES與把握系統(tǒng)間的作業(yè)互動(dòng)與信息流模式，如圖二所示。圖中左邊ERP等系統(tǒng)需隨時(shí)留意產(chǎn)品庫(kù)存量、客戶訂單狀況與材料需求，然后將這些信息傳送至MES，由執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)展生產(chǎn)或安排庫(kù)存以滿足客戶訂單需求。對(duì)MES而言，這一層就是生產(chǎn)的打算層。中間局部為MES系統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成產(chǎn)品制造工作，產(chǎn)品的規(guī)格、型號(hào)、參數(shù)等相關(guān)資料儲(chǔ)存于此系統(tǒng)中，MES將此產(chǎn)品相關(guān)資料轉(zhuǎn)化為作業(yè)程序供給應(yīng)把握系統(tǒng)之作業(yè)人員或機(jī)器設(shè)備來(lái)使用。右邊局部為把握系統(tǒng)，當(dāng)作業(yè)程序、相關(guān)流程、文件及其它相關(guān)生產(chǎn)需求工程就緒，把握系統(tǒng)便運(yùn)用全部工廠內(nèi)相關(guān)資源〔軟、硬件及人員〕負(fù)責(zé)完成生產(chǎn)制造過程以達(dá)成產(chǎn)品生產(chǎn)目標(biāo)。MES的功能由MES的定義可見，MES為一系列治理功能，而并非一套軟件系統(tǒng)，它完全可以是各種生產(chǎn)治理的功能軟件集合。MESA通過其各成員的實(shí)踐歸納了十一個(gè)主要的MES功能模塊，包括：工序具體調(diào)度資源安排和狀態(tài)治理生產(chǎn)單元安排過程治理人力資源治理維護(hù)治理質(zhì)量治理文檔把握產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單治理性能分析和數(shù)據(jù)采集MESMES產(chǎn)品可能同時(shí)包含了其中一個(gè)或幾個(gè)功能模塊。4、MES的典型構(gòu)造由于MES在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品產(chǎn)出的整個(gè)過程中，扮演生產(chǎn)活動(dòng)最正確化的“信息傳遞者”的角色，MESMES的構(gòu)造設(shè)計(jì)必需滿足以下原則：MES應(yīng)當(dāng)是一個(gè)分布式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)MES系統(tǒng)能夠與企業(yè)的其他制造信息系統(tǒng)相聯(lián)接，從而供給高效的企業(yè)治理功能“它以生產(chǎn)行為信息為核心，為企業(yè)決策系統(tǒng)供給直接的支持”(MESA1997)由于工廠可能會(huì)從不同的軟件供給商購(gòu)置適合自己的MES模塊，或?qū)④囬g現(xiàn)有的各種治理系統(tǒng)集成為MESMES理規(guī)律，數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)模型和通信機(jī)制。又由于MES應(yīng)用常常是要滿足關(guān)鍵任務(wù)的系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)就很難隨技術(shù)的更而進(jìn)展升級(jí)。一個(gè)基于統(tǒng)一軟硬件平臺(tái)的MES系統(tǒng)往往承受工業(yè)PC/PLC/HMI等設(shè)備作為車間內(nèi)各生產(chǎn)單元〔生產(chǎn)區(qū)域〕功能站的主要構(gòu)件，通過對(duì)各個(gè)生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)收集和反響，組成掩蓋全廠或者整個(gè)流水線的、滿足閉環(huán)生產(chǎn)治理需要的開放式以太網(wǎng)絡(luò)。承受MES數(shù)據(jù)庫(kù)效勞器作為系統(tǒng)核心，進(jìn)展實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取和比照，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的監(jiān)視、把握和生產(chǎn)過程的治理。系統(tǒng)以大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為設(shè)計(jì)根底，便于大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、比對(duì)、運(yùn)作，產(chǎn)生各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，并基于穩(wěn)定的Web應(yīng)用，供給標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的掃瞄查詢和遠(yuǎn)程資料索取。當(dāng)前典型的MES構(gòu)造模型如圖四。在企業(yè)內(nèi)部，各功能站通過局域網(wǎng)對(duì)MES效勞器進(jìn)展交互操作，同時(shí)其他各查詢終端也通過局域網(wǎng)查詢MES處理后供給的數(shù)據(jù)、報(bào)表和圖形。在企業(yè)外部，通過Internet可以連接到MES，在設(shè)定的MES聯(lián)系形成了一個(gè)嚴(yán)密的整體，做到實(shí)時(shí)信息共享，使業(yè)務(wù)流程變得有序而高效。5、MESERP雖然ERP和MES需要相互依靠于對(duì)方而存在。在生產(chǎn)打算治理、質(zhì)量治理和物流治理等方面，MES和ERP系統(tǒng)的功能可以相互延長(zhǎng)和對(duì)接，共同構(gòu)建更為完善的現(xiàn)代化企業(yè)信息治理體系。當(dāng)企業(yè)已經(jīng)存在ERP系統(tǒng)時(shí)，可以將MESERP系統(tǒng)進(jìn)展集成，以優(yōu)化公司的信息治理，更加有力地保證商業(yè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。MES與ERP系統(tǒng)集成的優(yōu)點(diǎn)表達(dá)為：品周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。流通的時(shí)間。協(xié)作供給鏈治理(SCM)系統(tǒng)，削減供給鏈本錢，增加對(duì)顧客需求的快速反響，優(yōu)化客戶效勞并提高公司的整體工作效率。增加財(cái)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)當(dāng)日更和治理報(bào)表即時(shí)統(tǒng)計(jì)的功能，實(shí)現(xiàn)當(dāng)日結(jié)帳的目標(biāo)。以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)的生成打算更加正確準(zhǔn)時(shí)地反映整個(gè)生產(chǎn)狀況。6、MES的前景MES是面對(duì)車間層的生產(chǎn)治理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，它是實(shí)施企業(yè)靈敏制造戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)靈敏化的根本技術(shù)手段。由于MES強(qiáng)調(diào)把握和協(xié)調(diào),使現(xiàn)代制造業(yè)信息系統(tǒng)不僅有很好的打算系統(tǒng)，而且能使打算落實(shí)到實(shí)處的執(zhí)行系統(tǒng)。因此短短幾年間MES在國(guó)外