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制造执行系统与企业资源计划的整合

[日期:2013-12-10] 来源:万方数据  作者:贾见士 余开朝 [字体: ]

  引言

  现代信息技术和网络技术的迅速发展,大大推动了企业信息化的进程。目前,以ERP为代表的管理信息系统以及数控加工、分布式数控技术单元和柔性制造为代表的自动化技术,在制造业中已大规模应用。以ERP为代表的管理信息系统强调企业的计划性,提高了企业的整体运作效率;以数控加工等为代表的自动化技术强调通过设备优化减少人为因素的影响,从而提高了产品质量与系统的运行效率。尽管这两类系统的推广取得了一定的效果,但却忽略了两者的有效配合,导致企业上层计划缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。计划层与车间执行层无法进行良好的双向信息流交互,企业就难以实时反应,制造执行系统恰好能填补这一空白。它通过控制包括物料、设备、人员等在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,提供了一种统一平台来集成系统多功能的方式,从而实现了企业实时化的生产需求。

  1.制造执行系统

  1.1 MES的含义及功能模型

  制造执行系统MES(Manufacturing Execution System)的概念最早形成于20世纪80年代末,进入20世纪90年代逐步成型并获得迅速发展。美国先进制造研究机构AMR将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,MES为操作人员、管理人员提供计划地执行、跟踪以及所有(人、设备、物料及客户需求等方面)的当前状态信息。

  在AMR于1992年提出的3层企业集成模型中,MES在企业信息系统中起着中间层的作用。在MES下层是底层生产控制系统,包括大规模分布式控制系统DCS(distributed control system),可编程逻辑控制器PLC(programmable logic controllers)、NC/CNC和数据采集与监控系统SCADA(supervisory control and data acquisition)或这几种类型的组合;在MES上层,则是高层管理计划系统,包括ERP、MRPⅡ。

  MES作为面向制造的系统必然与企业其他生产管理系统有着密切的关系,MES国际联合会根据实践归纳了11个功能模块:资源管理;详细计划;生产调度;文档管理;现场数据采集;人力资源管理;质量管理;过程管理;设备维护管理;生产跟踪;性能分析。

  1.2 MES的功能

  MES是通向过程、连接管理的生产执行系统,不仅要解决管理信息与过程信息的集成,而且要起到生产过程产生的信息与经营管理信息之间的相互转化作用,体现传递、加工和转换等功能,MES是ERP与PCS之间的信息纽带,是工厂综合自动化信息系统的核心。

  2.执行层与计划层信息系统的分析与联系

  对于制造型企业来说,无论是ERP还是MES,其根本宗旨都在于满足客户需求的前提下,降低库存、加快资金周转、提高企业的管理水平,以提高企业对市场响应速度及生产效率,提高企业竞争力。ERP是建立在信息技术基础上,以系统化的先进管理思想为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台,以顾客驱动的基于时间的面向整个供应链的企业资源规划系统。MES能通过信息传递,对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理,指导企业的生产,从而使其既能提高企业及时交货能力,又能改善物料的流通性能。

  ERP主要是针对资源计划,做历史分析和预测将来要发生的事件,但它对车间执行层的信息缺少足够的控制,无法对实时事件进行及时处理。MES是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统,它通过对生产过程进行实时监视、诊断和控制,为系统提供实时信息,有效地指导工厂的生产运作过程,但它缺乏计划层有效的决策信息。

  ERP和MES分别是处于计划层和执行层的管理信息系统。ERP生产计划的制定受到现有的生产能力、生产设备、原材料、生产工人和用户订货等方面的制约,以ERP为主干线的管理信息化技术需要从需求向下延伸到制造执行和采购执行过程管理与控制,因此,ERP系统的计划需要MES系统为其提供有效的信息数据对企业计划进行指导和处理。MES对生产过程进行实时监视、诊断和控制,完成生产单元整合和系统优化,在生产过程层进行物料平衡、制订生产计划、实时排产及优化调度,实现从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。MES为ERP系统和控制系统提供关键联接,在整个企业信息系统中起着承上启下的重要作用。

  3.MES与ERP的系统整合

  3.1 MES与ERP的系统整合内容

  MES需要与计划层进行信息交互,通过企业的连续信息流来实现企业信息集成。因此,MES与ERP的整合主要是信息流的整合,其主要是使MES能够自动接受来自ERP生产任务信息,当ERP中的数据信息随着市场和客户订单变化而发生变化时,MES中的数据也随着实时更新;同样,当MES中的数据信息发生变化时,ERP也能实时获得变化的信息,在ERP中能够对MES的上传信息进行查询。

  实现MES与ERP的整合,关键在于业务流程的优化和整合以及对所涉及MES和ERP系统的具体分析以充分发挥各系统的长项。首先,信息系统都是为业务服务的,MES和ERP各自解决一部分业务问题,分别反映一部分业务流程,流程是MES与ERP整合的“粘合剂”,通过流程的整体优化划分出哪些流程在MES中处理、哪些流程在ERP中处理。

  在信息交互关系上,MES向上层ERP提交生产计划完成信息、物料和能量平衡信息、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、库存状态及实际定单执行等涉及生产运行的数据;同时接受ERP层的生产计划、定单信息、人力资源、物料清单(BOM)及工艺路线等。

  3.2 MES与ERP的整合模式

  MES和ERP均采用基于Web的3层分布式体系结构,各个组件均封装在Web服务器中。采用关系型数据库系统,在Web服务器端提供统一的数据库接口模块,通过标准的SQL语句对后台数据库进行操作,把ERP系统的数据存放在MES系统的数据库中;同时把Web系统的数据存放在ERP系统的数据库中,以实现系统整合的目的。

  MES与ERP的整合采用编制接口程序分别封装在MES和ERP系统中,采用ODBC等来驱动数据库。当用户在浏览器中输入命令时,MES或ERP系统通过调用封装在系统内的接口程序来完成对数据库的操作。

  3.3 MES与ERP的系统整合解决方案

  制造业信息化建设客观上要求实现MES与ERP的有效集成,集成的方法是对生产相关的业务流程进行疏理和优化,通过流程来把MES和ERP整合到一起,基于流程在MES和ERP之间的“进”和“出”来设计2个系统间的接口。对于异构数据库系统,要实现MES与ERP的系统整合,还必须对异构数据库进行转换。

  采用开放数据库互连技术和SQL语句,通过驱动程序与不同数据库进行连接,再通过嵌入的SQL语句对异构数据库进行转换,这种方式可以实现实时数据转换。利用Web技术,当用户需要查询相关的信息时,只要在浏览器中输入命令,调用系统的各个组件进行决策或浏览结果时,Web服务器接受请求,依据内容到数据库中搜索符合条件的记录,最后回传给浏览器。

  4.结束语

  企业资源计划系统和制造执行系统是企业综合自动化中两个重要的系统。特别是MES弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隔,是制造业信息集成的纽带。MES通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产,同时也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。深刻理解ERP、MES系统先进的管理思想和内在关系,使它们有机整合,方能使企业计划水平和执行能力都得到提高。

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