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制造执行系统MES企业实施与应用浅析

[日期:2015-03-31] 来源:万方数据  作者:徐睿洪 [字体: ]

  制造执行系统(MES)主要用来解决整体优化中,生产计划与生产过程有脱节问题,对生产各个重要环节相关数据,用终端硬件以一定的数据格式记录下来,经过系统归类整理和分析后,转化成有效的信息,提供给各个生产职能及管理部门使用。

  制造执行系统MES是为了保证产品的质量、数量和交货期,有效的使用工厂资源:即人力、机械、设备原料等。MES直到1990年,才由AMR组织提出并使用。我国最早的MES是20世纪80年代宝钢建设初期从Siemens公司引进的。20世纪70至80年代以工厂自动化为主,80至90年代以管理信息化为主,进入21世纪,主要通过MES来控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源,不单是面向生产现场的系统,是连接现场层和经营层,改善生产经营效益的系统。不是一个特定行业的概念产,而是应用于各种制造业的重要信息系统。

  1.制造执行系统(MES)实时数据库技术

  实时数据库是数据库系统发展的一个分支,是实时系统和数据库技术相结合的产物,适用于处理不断更新、快速变化的数据及具有时间限制的事务处理。利用实时数据库技术,可以解决实时系统中的数据管理问题,同时也为实时数据库提供时间驱动调度和资源分配算法。

  实时数据库与现场控制设备相连,是连接生产过程控制系统和ERP的桥梁,组成MES支撑平台,使企业管理层及时得到来自生产过程的实时数据,实现管理控制一体化,使管理信息系统实时、高效运行。如现场控制系统对各种信息数据的响应以秒计,则MES的响应实效以分计,而上层计划系统则是以天甚至周计。

  MES相对实时的反映生产过程中的情况。随着工厂生产的自动化程度的提高、从生产控制系统层收集的信息也就显著地增多。

  在制造系统中,物料被送到设备上等待加工,MES根据生产排程启动设备,并提前给出命令初始化加工操作,实时响应变得至关重要。质量统计过程控制(SPC)是一个开环系统,通过对所取得的数据分析来监测生产过程的状态,对于精度高的产品,反馈时间不超过1s。

  完善的MES将获取分析正确的实时的信息,监控并指导工厂车间的每个活动,使得对每个活动在他们发生时就能及时响应,获得最佳的实时效果。

  2.制造执行系统(MES)功能模型

  制造执行系统MES作为实现企业信息化和企业自动化的重要支撑技术,其本质是介于企业资源计划(ERP)和车间自动控制之间的面向制造过程的集成的车间生产管理控制系统。因此,分析车间生产管理控制需求,建立面向制造过程集成的制造执行系统的功能模型是研究和开发制造执行系统的重要工作。

  1)制造基础数据管理,是车间制造过程管理运行的基础,实现的功能包括零件主数据、工作中心、产品结构、生产工具(夹具、刀具等)、标准工序、工艺规划、班次维护、工厂日历和员工信息管理等。

  2)车间无纸化生产,实现的功能包括通过电子三维模型、电子二维图纸和电子化的工艺文件、电子派工单等信息的管理、维护、下达和查询,实现生产过程中的质量、进度、物料移动等信息的电子化采集。

  3)生产过程管理与监控,根据企业ERP系统生产订单,进行生产加工调度并以工序订单的形式下发执行,根据生产情况进行生产数据采集和生产进度跟踪,具体功能包括生产订单维护与下达、派工单创建、工序派工、生产进度采集、生产进度查询、生产进度分析等。

  4)车间物料管理,实现对车间生产过程中相关物料的库存台帐和物料的移动管理,实现车间生产过程中物流与信息流的集成。

  5)在线质量管理,根据质量检验计划采集生产过程中各检验工序的质量数据,进行数据处理和分析,形成各种实时质量图形和在线质量分析报告,必要时采取一定的质量控制措施。

  6)制造资源管理,实现对车间生产所需要的制造资源基本信息的维护、制造资源的使用、制造资源库及资源报废等业务进行管理,并提供相关信息的查询。

  7)综合查询与分析,根据车问韵生产管理要求,生成各类常规的生产汇总报表,同时能够提供多种方式、灵活的、多角度的分析和查询。

  8)系统管理,包括用户管理、角色管理、权限管理、数据管理和日志管理等功能。

  3.制造执行系统(MES)软件生命周期

  MES是一个复杂的人机系统,从系统的规划、实施直至运行,构成一项复杂的系统工程建设项目。为使MES获得更大的效益,系统建设必须着眼于系统的整个生命周期,严格按照系统工程的方法和步骤实施。MES软件生命周期一般分为下述几个阶段。

  1)总体设计阶段,总体设是在“总体方案”所确定的建设范围内,对现行系统进行全面的调查分析,提出为实现总体规划确定的系统功能所做的各种总体技术考虑和设计。

  总体设计的结果是“总体设计说明书”,其内容包括计算机系统配置,应用软件的框架结构,各系统的功能模型、信息模型和全局信息模型,系统数据表、体系结构以及实施方案。

  2)系统开发阶段,完成MES的设计开发、系统设置、单元测试,对业务流程和系统进行整合测试。开发系统界面、报表、数据转换等程度和相关接口,组织用户做好数据编码、数据准备、对系统培训环境进行核准,安装并创建测试环境,开发用户培训手册,修订实施阶段的切换计划等基础工作。

  3)系统实施阶段,对计算机系统配置工作包括选型、购买、安装、调试等,成功完成集成测试,获得关键用户对系统和流程的正式批准,开展对最终用户的培训,完成原有系统向MES的完全转换。

  4)工程验收阶段,各个系统上线运行后,经评价确认满足实际要求,整个MES项目即告竣工,这时必须对整个系统的建设进行总结,写出“工程总结报告”,并对项目进行验收。

  4.制造执行系统(MES)实施策略

  企业应用MES成败或实施后效益的大小,与企业具有的制造执行能力密切相关。同时跟据离散制造企业与流程行业的特点,制定与之相适宜的制造执行系统(MES)实施策略。

  4.1 MES数据采集

  MES的数据采集功能,可以实现对生产现场各种数据的收集、整理工作,是进行物料跟踪、生产计划、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。

  离散制造企业的数据采集,以手工输入为主,并可以结合条形码采集等半自动信息采集技术进行工时、设备、物料、质量等信息的采集。这种数据采集方式,时间间隔较大,容易受到人为因素的影响,要特别注意保障数据的准确性。

  流程生产行业的自动化程度较高,设备控制大量采用DCS、PLC。在检测驱动方面,各种智能仪表、数字传感器已普遍应用,这些自动化设备,能自动准确记录各种生产现场信息。对于MES而言,重点在于系统构建时与这些自动化设备做好数据接口。

  4.2 MES作业计划调度

  离散制造企业的生产作业计划调度,需要根据优先级、工作中心能力、设备能力、均衡生产等方面对工序级、设备级的作业计划进行调度。MES作业计划调度要考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确地计算工序的开工时间、完工时间、准备时间、排队时间以及移动时间。通过良好的作业顺序,可以明显提高生产效率。

  流程生产行业的产品是以流水生产线方式组织、连续的生产方式,只存在连续的工艺流程。因此,MES作业计划调度不需要精确到工序级别,而是以整个流水生产线为单元进行调度。

  4.3 MES作业指令下达

  离散制造企业MES将作业计划调度结果下达给操作人员的方式一般采用派工单、施工单等书面方式进行通知,或采用电子看板方式让操作人员及时掌握相关工序的生产任务。作业计划的内容,包括该工序的开工、完工时间、生产数据等方面。

  流程生产行业MES不仅要下达作业指令以及PDI(面板数据接口)数据,而且要将作业指令转化为各个机器及设备的操作指令和各种基础自动化设备的PID(控制参数),并下达给相应的PCS(生产控制系统)。

  5.制造执行系统(MES)系统集成与应用

  MES系统结构在采用面向对象的信息分析和设计的基础上,应用Web Service技术,基于Windows 2003 Server和SQL Server 2003,系统由实时数据采集与信息交互层平台、业务功能管理模块、系统集成框架等部分构成。

  MES主要采用客户/HE务的体系构架,主机对MES的计算、调用作出响应,而用户使用客户端应用程序得到指令及自动、半自动或手动地记录生产数据信息。为了保证MES系统得到实时信息,规划良好的操作步骤和加强客户端对于未连接的加工过程的信息更新是非常必须的。

  通过MES系统的应用,实现车间无纸化生产,能够较好地支持车间生产现场对任务的快速响应和优化组织,提高了生产效率;同时实现了生产现场加工状态信息动态采集,为ERP和管理层提供生产进度状况、生产质量状况、设备利用状况等关键数据支持,提高企业生产管理水平和管理效率,实现了企业生产管理的实时化和透明化。

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