制造业车间级管理系统及其典型结构样本.doc

制造业车间级管理系统（MES）及其经典结构1、概 述 制造业是中国国民经济关键支柱产业，在第二产业中占据中心地位。伴随中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世界制造业中心。中国 制造业企业面临日益猛烈中国外竞争，怎样快速提升企业关键竞争力，很关键一点，就是以信息化带动工业化，加紧信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力跨越式发展。 纵观中国制造业信息化系统应用现实状况，建设关键普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统（Shop Floor Control System, SFC）两个方面。不过，因为产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，所以也对制造企业生产现场管理和组织提出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新局面。 工厂制造实施系统（Manufacturing Execution System, MES）恰好能填补这一空白。工厂制造实施系统MES是最近在国际上快速发展、面向车间层生产管理技术和实时信息系统。MES能够为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提升产品质量和提升服务质量。适适用于不一样行业（家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药），能够对单一大批量生产和现有多品种小批量生产又有大批量生产混合型制造企业提供良好企业信息管理。现在国外著名企业应用MES系统已经成为普遍现象，中国很多企业也逐步开始采取这项技术来增强本身关键竞争力。 2、企业计划层和过程控制层之间信息“断层”问题 中国制造业多年来采取传统生产过程特点是“由上而下”按计划生产。简单说是从计划层到生产控制层：企业依据订单或市场等情况制订生产计划生产计划抵达生产现场组织生产产品派送。企业管理信息化建设关键也大全部放在计划层，以进行生产计划管理及通常事务处理。如ERP就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有生产资源，编制生产计划。在下层生产控制层，企业关键采取自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等处理具体生产（制程）生产瓶颈，实现生产现场自动化控制。 因为市场环境改变和现代生产管理理念不停更新，一个制造型企业能否良性运行，关键是使“计划”和“生产”亲密配合，企业和车间管理人员能够在最短时间内掌握生产现场改变，作出正确判定和快速应对方法，确保生产计划得到合理而快速修正。即使ERP和现场自动化系统已经发展到了很成熟程度，不过因为ERP系统服务对象是企业管理上层，通常对车间层管理步骤不提供直接和具体支持。而现场自动化系统功效关键在于现场设备和工艺参数监控，它能够向管理人员提供现场检测和统计数据，不过本身并非真正意义上管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面“断层”，对于用户车间层面调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功效微弱。比如面对以下车间管理经典问题，它们就难以给出完善处理手段： 出现用户产品投诉时候，能否依据产品号码追溯这批产品全部生产过程信息？能否立即查明它：原料供给商、操作机台、操作人员、经过工序、生产时间日期和关键工艺参数？ 同一条生产线需要混合组装多个型号产品时候，能否自动校验和操作提醒以预防工人部件装配错误、产品生产步骤错误、产品混装和货物交接错误？ 过去12小时之内生产线上出现最多5种产品缺点是什么？次品数量各是多少？ 现在仓库和前工序、中工序、后工序线上每种产品数量各是多少？要分别供给给哪些供给商？何时能够立即交货？ 生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能最关键原因是：设备故障？调度失误？材料供给不立即？工人培训不够？还是工艺指标不合理？ 能否对产品质量检测数据自动进行统计和分析，正确区分产品质量随机波动和异常波动，将质量隐患消亡于萌芽之中？ 能否废除人工报表，自动统计每个过程生产数量、合格率和缺点代码？ MES定位，是处于计划层和现场自动化系统之间实施层，关键负责车间生产管理和调度实施。一个设计良好MES系统能够在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功效，使用统一数据库和经过网络联接能够同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统经过强调制造过程整体优化来帮助企业实施完整闭环生产，帮助企业建立一体化和实时化ERP/MES/SFC信息体系。 3、制造实施系统MES及其功效 31 MES定义 MES是美国管理界90年代提出新概念。美国优异制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)经过对大量企业调查发觉现有企业生产管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表企业管理软件，以SCADA、HMI(Human Machine Inteface)为代表生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全方面集成MES软件群组成。依据调查结果，AMR于1992年提出三层企业集成模型（图1）。 MESA International (MES国际联合会)是以宣传MES思想和产品为宗旨贸易联合会，它为了帮助其组员组织在企业界推广MES制订了一系列研究、分析和开发计划。MESA协会白皮书（MESA White Paper No.6，1997）对MES 系统作以下之定义： MES 系统在产品从工单发出到成品产出过程中，饰演生产活动最好化信息传输者。 当事件发生变异时，借着实时正确信息、生产实施系统规范、原始工作情况、资料反应及回馈，作出快速响应以降低无附加价值之生产活动，提升工厂生产制程效率。 MES 改善生产条件及按时出货、库存周转、生产毛利及现金流量效益，MES 而且也在企业和供给链之间提供一个双向生产信息流。 MESA协会白皮书（MESA White Paper No.3，1997）中提出说明企业资源计划（ERP）、MES和控制系统间作业互动和信息流模式，图二所表示。 图中左边ERP等系统需随时注意产品库存量、用户订单情况和材料需求，然后将这些信息传送至MES，由实施系统进行生产或安排库存以满足用户订单需求。对MES而言，这一层就是生产计划层。 中间部分为MESn 系统，负责完成产品制造工作，产品规格、型号、参数等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料转化为作业程序提供给控制系统之作业人员或机器设备来使用。n 右边部分为控制系统，看成业程序、相关步骤、文件及其它相关生产需求项目就绪，控制系统便利用全部工厂内相关资源（软、硬件及人员）负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。 32 MES功效 由MES定义可见，MES为一系列管理功效，而并非一套软件系统，它完全能够是多种生产管理功效软件集合。MESA经过其各组员实践归纳了十一个关键MES功效模块，包含： 工序具体调度 资源分配和状态管理 生产单元分配 过程管理 人力资源管理 维护管理 质量管理 文档控制 产品跟踪和产品清单管理 性能分析和数据采集 MES各功效模型和企业其它信息化系统关系图三所表示。实际MES产品可能同时包含了其中一个或多个功效模块。 4、MES经典结构 因为MES在产品从工单发出到成品产出整个过程中，饰演生产活动最好化“信息传输者”角色，MES肯定要含有多个功效而且能够同时为生产、质检、工艺、物流等多个部门服务，这就决定了MES结构设计必需满足以下标准： MES应该是一个分布式计算机系统 MES系统能够和企业其它制造信息系统相联接，从而提供高效企业管理功效 “它以生产行为信息为关键，为企业决议系统提供直接支持” (MESA 1997) 因为工厂可能会从不一样软件供给商购置适合自己MES模块，或将车间现有多种管理系统集成为MES功效一部分，其结果造成很多工厂MES系统实际上是一个大杂烩。每个系统全部有各自处理逻辑，数据库，数据模型和通信机制。又因为MES应用常常是要满足关键任务系统，这么系统就极难随技术更新而进行升级。 一个基于统一软硬件平台MES系统往往采取工业PC/PLC/HMI等设备作为车间内各生产单元（生产区域）功效站关键构件，经过对各个生产单元数据搜集和反馈，组成覆盖全厂或整个流水线、满足闭环生产管理需要开放式以太网络。采取MES数据库服务器作为系统关键，进行实时数据存取和比照，实现生产信息监视、控制和生产过程管理。系统以大型关系型数据库技术为设计基础，便于大量实时数据存放、比对、运作，产生各类统计分析报表，并基于稳定Web应用，提供标准网际网络浏览查询和远程资料索取。目前经典MES结构模型图四。 在企业内部，各功效站经过局域网对MES 服务器进行交互操作，同时其它各查询终端也经过局域网查询MES 处理后提供数据、报表和图形。在企业外部，经过Internet 能够连接到MES，在设定权限内对系统进行信息公布或读取操作。企业内部管理、外部机构和其它相关业务单位经过 MES 联络形成了一个紧密整体，做到实时信息共享，使业务步骤变得有序而高效。 5、MES和ERP 即使ERP和MES在功效上含有很良好互补性，不过在企业信息化建设过程中，它们之间未必需要相互依靠于对方而存在。在生产计划管理、质量管理和物流管理等方面，MES和ERP系统功效能够相互延伸和对接，共同构建更为完善现代化企业信息管理体系。当企业已经存在ERP系统时，能够将MES和ERP系统进行集成，以优化企业信息管理，愈加有力地确保商业目标实现。 MES和ERP系统集成优点表现为： 深入改善现有操作步骤，实现企业管理层和车间管理层一体化标准运作，从而愈加有效地缩短产品周期，提升劳动生产率。 深入改造信息技术基础设施，实现企业内部信息和数据集中管理，从根本上降低信息和数据内部流通时间。 配合供给链管理(SCM)系统，降低供给链成本，增强对用户需求快速反应，优化用户服务并提升企业整体工作效率。 增加财务系统数据当日更新和管理报表即时统计功效，实现当日结帐目标。 以实时数据为依据生成计划愈加正确立即地反应整个生产情况。 6、MES前景 MES是面向车间层生产管理技术和实时信息系统，它是实施企业灵敏制造战略，实现车间生产灵敏化基础技术手段。因为MES强调控制和协调,使现代制造业信息系统不仅有很好计划系统，而且能使计划落实到实处实施系统。所以短短几年间MES在国外企业中快速推广开来，并给企业带来了巨大经济效益。 中国企业实施以MRPII/ERP为主企业管理软件有快要20年历史，在业界，存在着为数庞大ERP厂商和开发军团，但这部分厂商只有较少部分会向MES方向发展，其原因是：MES和工业控制紧密结合，其研发和实施需要很强工业自动化基础和工业现场工程经验，这是一道比较高技术门槛，将很多ERP类型IT厂商拒之门外。但我们也相信，伴随行业和经济规模发展，会有相当部分IT厂商和自动化厂商、制造型企业合并或紧密合作，在2-3年后，MES厂商可能会如雨后春笋般涌现，其技术和实施手段也肯定将日趋成熟