微締MES系統(tǒng)及其在制造業(yè)信息化中的應(yīng)用

(一) MES內(nèi)涵

MES是美國(guó)管理界 20世紀(jì) 90年代提出的新概念。美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu) AMR (AdvancedM anufacturing Research)通過(guò)對(duì)大量企業(yè)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的企業(yè)生

產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍由以 ERP M / RPII為代表的企業(yè)管理軟件,以 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisi- tion)、HMI (HumanM achine Interface) 為代表的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控軟件和以實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程自動(dòng)化，支持企業(yè)全面集成的 MES 軟件群組成。

MES通過(guò)雙向的直接通信在企業(yè)內(nèi)部和整個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。一方面，MES 可以對(duì)來(lái)自 MRPII、ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)管理信息進(jìn)行細(xì)化、分解，將來(lái)自計(jì)劃層的操作指令傳遞給底層控制層;另一方面，MES 可以采集設(shè)備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù),以實(shí)時(shí)監(jiān)控底層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算與處理,從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，并將生產(chǎn)狀況及時(shí)反饋給計(jì)劃層。因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車(chē)間控制器,也不同于偏重于作業(yè)與設(shè)備調(diào)度為主的單元控制器,而應(yīng)將 MES 作為一種生產(chǎn)模式,把制造系統(tǒng)的計(jì)劃和進(jìn)度安排、追蹤、監(jiān)視和控制、物料流動(dòng)、質(zhì)量管理、設(shè)備的控制及計(jì)算機(jī)集成制造接口等作為一個(gè)整體來(lái)考慮，以最終實(shí)施制造自動(dòng)化和管理信息化為目的。

(二) MES功能模型與技術(shù)架構(gòu)

MES通過(guò)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 :工序詳細(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過(guò)程管理、人力資源管理、維護(hù)管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集。

對(duì)于這個(gè)歸納，業(yè)界還有一點(diǎn)爭(zhēng)議。NIST (美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究組織 ) 在向 OMG (ObjectM anagem entG roup，對(duì)象管理組織 )提交的《NISTResponse toMES Request for Inform ation》報(bào)告中就認(rèn)為：MESA的歸納中，過(guò)程管理不應(yīng)單獨(dú)作為一個(gè)功能模塊，而應(yīng)該添加一個(gè)物料管理模塊。筆者也認(rèn)為，MES應(yīng)具有物料管理功能。

從 MES與企業(yè)其它系統(tǒng)的信息交互分析看，一方面，MES可以為企業(yè)其它管理信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。例如，企業(yè)資源計(jì)劃 (ERP) 系統(tǒng)需要 MES提供的成本、制造周期和預(yù)計(jì)產(chǎn)出時(shí)間等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù) ;供應(yīng)鏈管理 (SCM) 系統(tǒng)從 MES中獲取當(dāng)前的訂單狀態(tài)、當(dāng)前的生產(chǎn)能力以及企業(yè)中生產(chǎn)換班的相互約束關(guān)系;客戶關(guān)系管理 (CRM) 的成功報(bào)價(jià)與準(zhǔn)時(shí)交貨，則取決于 MES所提供的有關(guān)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 (PDM ) 中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息,可以基于 MES的產(chǎn)品產(chǎn)出和生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化;控制模塊則需要時(shí)刻從 MES中獲取生產(chǎn)配方和操作技術(shù)資料來(lái)指導(dǎo)人員和設(shè)備進(jìn)行正確地生產(chǎn)。另一方面，MES也要從其它管理系統(tǒng)中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)以保證自身正常運(yùn)行。例如，MES中進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度的數(shù)據(jù)來(lái)自 ERP的計(jì)劃數(shù)據(jù) ;MES中生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)間安排需要依據(jù) SCM 中的主計(jì)劃和調(diào)度控制;PDM 則為 MES提供實(shí)際生產(chǎn)的工藝文件和各種配方及操作參數(shù);從控制模塊反饋的實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，則被MES用于實(shí)際生產(chǎn)性能評(píng)估和操作條件的判斷。從時(shí)間因素分析看，在 MES之上的計(jì)劃系統(tǒng)考慮的問(wèn)題域是中長(zhǎng)期的生產(chǎn)計(jì)劃，執(zhí)行層系統(tǒng) MES處理的問(wèn)題域是近期生產(chǎn)任務(wù)的協(xié)調(diào)安排問(wèn)題，控制層系統(tǒng)則必須實(shí)時(shí)地接收生產(chǎn)指令，使設(shè)備正常加工運(yùn)轉(zhuǎn)。它們相互關(guān)聯(lián)、互為補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。從層次角度分析看，制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)可劃分為工廠層 (或公司層 )、車(chē)間層、單元層和設(shè)備層。

其中，單元層相當(dāng)于一般企業(yè)的工段或班組。通常,ERP系統(tǒng)處于工廠層和車(chē)間層，有時(shí)會(huì)擴(kuò)展到單元層。設(shè)備控制系統(tǒng)處于設(shè)備層，有時(shí)會(huì)擴(kuò)展到單元層。而 MES 則總是處于車(chē)間 層與單元層。因此,MES與 ERP在車(chē)間層 (有時(shí)包括單元層 ) 在功能上會(huì)有部分重復(fù)，MES與設(shè)備控制系統(tǒng)在單元層有時(shí)也會(huì)有部分功能重疊。

(三 )基于 Internet的 MES網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前，典型的 MES網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型如下圖所示。

它基于統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái)和穩(wěn)定的 W eb 應(yīng)用，以MES數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為系統(tǒng)核心，進(jìn)行實(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、控制和生產(chǎn)過(guò)程的管理。采用工業(yè) PC /PLC / HM I等設(shè)備作為車(chē)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(guò)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)收集和反饋，組成覆蓋全廠或者整個(gè)流水線的、滿足閉環(huán)生產(chǎn)管理需要的開(kāi)放式以太網(wǎng)絡(luò)。

在企業(yè)內(nèi)部，各功能站通過(guò)局域網(wǎng)對(duì) MES服務(wù)器進(jìn)行交互操作，同時(shí)其他各查詢終端也通過(guò)局域網(wǎng)查詢 MES處理后提供的數(shù)據(jù)、報(bào)表和圖形。在企業(yè)外部，通過(guò) Internet可以連接到 MES，在設(shè)定的權(quán)限內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行信息發(fā)布或讀取操作，做到實(shí)時(shí)信息共享。

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