1、MES:制造業信息化建設的關鍵 陳超武郭誠志梁宏偉馬銘辰通力有限公司MES:制造業信息化建設的關鍵陳超武郭誠志梁宏偉馬銘辰通力有限公司摘 要:制造執行系統在企業計劃管理和車間生產控制之間架起了一座信息溝通和管理的橋梁,強調制造計劃的執行和產品制造過程的控制。結合制造企業車間的需求,介紹了制造執行系統的功能,提出了制造執行系統應用的網絡模型和實現過程。應用結果表明,制造執行系統是制造企業信息化建設取得成功的關鍵,有利于提高制造企業的管理水平。關鍵詞:制造執行系統 車間生產控制 生產計劃 制造業信息化引 言制造業是國民經濟的支柱產業和工業化的原動力。隨著經濟全球化趨勢的加強,中國正在成為世界制造業

2、的中心,人們重新認識到制造業和制造技術的重要性。如何加速企業的信息化進程,迅速提高企業的核心競爭力,是制造企業實現自動化管理的關鍵。然而,縱觀我國傳統的制造企業,信息化建設重點普遍放在MRP、ERP等管理系統和現場自動化系統(如Shop Floor Control System,SFC兩個方面。由于ERP系統處于計劃層,服務對象是企業管理的上層,一般對車間層的管理流程不提供直接和詳細的支持;而現場自動化系統為控制層,主要在于現場數據采集和設備、工藝參數的監控。ERP系統和現場自動化系統之間出現了管理信息方面的“斷層”,導致上層計劃缺乏有效的實時信息支持,下層的控制缺乏優化調度與協調。制造執行系

3、統(Manufacturing Execution System,MES正是為了消除這一“斷層”而設計的,處于計劃層和車間層操作控制系統之間的執行層,已經成為企業信息化的重要組成部分,主要負責生產管理和調度執行。隨著我國制造業信息化和工業自動化發展進程的不斷推進,制造企業對MES的需求呈現遞增的趨勢,在兵器、航空航天、汽車、船舶等領域,特別是在離散制造企業的應用尤為突出。1 MES內涵和功能1.1 MES的內涵MES概念是美國管理界20世紀90年代提出的。美國先進制造研究機構(Advanced Manufacturing Research,AMR通過對大量企業的調查發現,現有的企業生產管理系統

4、普遍由以ERP/MRPII為代表的企業管理軟件,以數據采集與監視控制系統(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA,人機界面(Human Machine Interface,HMI為代表的生產過程監控軟件和以實現操作過程自動化,支持企業全面集成的MES軟件群組成。根據調查結果,AMR于1992年提出了三層的企業集成模型,如圖1所示。 圖1 企業集成模型1、計劃層。決策層使用的管理工具,主要應用系統是ERP、CRM、SCM等。2、執行層。企業中層使用的工具MES,在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁。3、控制層。一線操作人員使用的,以SCA

5、DA、HMI為代表的生產過程監控軟件。國際制造執行系統協會(Manufacturing Execution System Association,MESA對MES 的定義是:MES能通過信息傳遞,對從訂單下達到產品完成整個的生產過程進行優化管理。當工廠里有實時事件發生時,MES能對此及時做出反應、報告,并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。簡言之,MES是位于上層計劃管理系統與底層控制系統之間的面向車間生產過程的管理信息系統。1.2 MES功能模型為了規范和指導MES系統在企業的應用和發展,MESA在ISA-95標準中給出了MES 的11項功能模塊的定義(實際的產品可能包含其中一項或多項功能

6、,主要的功能模塊如圖2所示。同時,MES系統和SCM、ERP、PLC、PLM等系統有良好的集成性。 圖2 MES功能模型和與其他系統的關系2 MES在制造企業的應用2.1 車間管理需求制造企業多是以離散式生產為主,流程生產為輔,裝配生產為重點。目前,車間生產管理仍是傳統的生產管理方式,車間生產管理中存在很多不規范的地方,車間的管理仍是黑箱操作,無法滿足反應敏捷的市場需求。車間生產管理主要存在問題包括:(1車間管理人員無法準確掌握在制品的數量及存貯位置;(2車間生產和管理狀態不明晰,上級部門難以監管;(3對產品設計更改和工藝更改反應遲緩,產品質量缺乏有效監控;(4車間的信息傳遞和反饋仍以人工為主

7、,傳遞慢,而且易出差錯;由于生產車間技術性強,精確度標準高,質量監控嚴,管理難度大,車間的生產管理方法在提高產品的質量、生產效率和降低成本、縮短制造周期方面起舉足輕重的作用。現行的車間生產管理自動化水平急需提高,以適應未來發展的需要。2.2 制造企業MES網絡模型目前,制造企業典型的MES網絡拓撲結構模型如圖3所示。 圖3 MES網絡結構ME網絡模型基于統一的軟硬件平臺和穩定的Web架構,以MES數據庫服務器為系統核心,進行實時數據存取和對比,實現生產信息的監視、控制和生產過程的管理。通過對各個生產單元的數據收集和反饋,組成覆蓋全廠的、滿足閉環生產管理需要的開放式以太網絡。在制造企業內部,各功

8、能站通過局域網對MES服務器進行交互操作,同時其他各查詢終端也通過局域網查詢MES處理后提供的數據、報表和圖形。在企業外部,通過Internet 可以連接到MES,在設定的權限內對系統進行信息發布或讀取操作,做到實時信息共享。2.2 車間制造執行功能的實現制造企業關心三個問題:生產什么?生產多少?如何生產?MES就是計劃與生產之間承上啟下的“信息樞紐”,通過控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內的所有工廠資源,來解決生產制造的問題,以提高制造競爭力,提供一種在集成在統一平臺上系統的制造執行功能,如質量控制、文檔管理、生產調度等,從而實現企業實時的生產制造執行管理。MES系統實現的主要功能

9、包括:1、詳細計劃與排產詳細計劃與排產模塊的功能為,生產部計劃人員以明確定義的生產資源為基礎,在生產開始之前,合理地為各車間指定生產任務,并進一步為各車間提供可以直接用于生產執行的排程計劃,以加強對生產資源的控制與合理調配。制定車間詳細生產計劃時,需要考慮設備、物料、人員、工具四種資源的有限性,能夠通過模擬與預測功能在生產開始以前發現可能的問題,以提前采取措施,如圖4所示。 圖4 詳細計劃與排產2、車間生產調度在制定好詳細生產計劃后,生產部門需要將生產計劃下達給各個車間的管理人員,以便在此計劃基礎上統計執行生產對物料、工種等生產資源的需求,進行生產的準備與安排。如圖5所示。2007 UFC 中

10、國用戶論文集 圖 5 車間生產調度 3、文檔管理 該模塊控制、 管理并傳遞與生產單元有關的信息文檔， 包括工作指令、 配方、 工程圖紙、 標準工藝規程、零件的數控加工程序、批量加工記錄、工程更改通知以及各種轉換操作間的 通訊記錄，如圖 6 所示。 圖 6 文檔管理 4、質量管理 質量管理模塊支持零組件質檢計劃的編制， 質檢計劃可與訂單綁定， 隨同訂單一同下達 到車間現場。針對不合格品，系統可支持不合格品處理，按流程實現終檢返工，包括終檢報 告、 生成返工訂單、 編制返工工藝、 返工計劃編制等。 車間任務管理中將設置返工訂單類別， 以跟蹤、查詢返工狀態。如圖 7 所示。 圖 7 質量管理 -6-

11、 2007 UFC 中國用戶論文集 5、車間數據采集 操作人員從數據采集終端上可以看到相關設備上的工序清單， 每次啟動或者結束操作一 個工序時，及時通知數據采集終端，以便自動記錄工序啟動與完成的時間，如圖 8 所示。 圖 8 車間數據采集 MES 接近底層設備和控制系統，方便獲取準確的實時信息，以制定詳細的生產計劃和 重排程。MES 在制造企業的實施不僅調整了生產全過程，而且使生產過程的各個生產單元 的布置和數據傳遞更加合理、有序。通過 MES 實施，制造企業減少了生產提前期，降低了 在制品庫存，提高了產品質量，確保了信息快速準確的傳遞。同時，也實現了生產全過程的 實時可視化管理。 3 結論

12、MES 作為聯接頂層計劃管理系統與底層控制系統的紐帶，是制造企業實施信息化不可 或缺的管理工具。MES 與其他信息系統的協同工作，構成了制造業企業全面的信息化應用 平臺，實現了真正的企業信息互通、數據共享和運作自動化。MES 系統充分發揮了人與計 算機結合的整體優勢，使生產現場的信息收集、傳遞、處理和反饋做到準確、及時、高效， 實現了生產過程的有序運作和資源優化，不斷降低生產成本、提高產品質量，最終實現企業 生產制造信息化，大大提高企業生產制造執行管理的水平。 4 參考文獻 1 王京輝 制造執行系統在航天產品制造車間的應用模型研究 航天制造技術， 2005 （2） ： 52-54. 2 丁伯慧，齊二石，楊作剛離散型制造企業 MES 系統架構的研究組合機床與自動化加 工技術，2006（9） ：104-106. 3 ISA-95.00.01-2000, Enterprise-Control System Integration Part1: Models and -7- 2007 UFC 中國用戶論文集 Terminology. 4 ISA-95.00.02-2001, Ente