制造執(zhí)行系統(tǒng)v2

1、*制造執(zhí)行系統(tǒng)*Manufacturing Execution System MES產(chǎn)生的背景和定義 MES的模型 MES的信息交互和信息流 MES的發(fā)展 MES的實(shí)際意義*MES產(chǎn)生的背景和定義 在制造業(yè)信息化的早期階段，企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的信息化 與設(shè)備管理的自動(dòng)化作為兩個(gè)獨(dú)立的分支各自進(jìn)行發(fā)展。由于不同的部門，基于不同的目標(biāo)建立起來的一系列單一功能的信息系統(tǒng)，逐漸形成對(duì)信息化進(jìn)程的阻礙：Q信息孤島:企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)調(diào)度、工藝管理、設(shè)備維護(hù)、物料管理、過程控制等系統(tǒng)之間相互獨(dú)立、缺乏數(shù)據(jù)共享，導(dǎo)致相互之間的功能重疊，數(shù)據(jù)冗余等問題。信息孤島使企業(yè)內(nèi)部的信息在水平方向上斷裂，嚴(yán)重制約企業(yè)內(nèi)各種系統(tǒng)間的協(xié)

2、調(diào)，降低信息化的整體作用。Q信息斷層：企業(yè)級(jí)的經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)無法及時(shí)準(zhǔn)確的得到實(shí)際的生產(chǎn)信息，無法有效掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的真* 實(shí)情況。信息斷層造成了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息在垂直方向上的阻斷，成為阻礙企業(yè)級(jí)的經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)與車間級(jí)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的根本原因。 隨著客戶對(duì)產(chǎn)品需求的多樣化，制造企業(yè)的生產(chǎn)模式開始由大批量剛性生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多品種小批量的柔性生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和大型數(shù)據(jù)庫(kù)等信息技術(shù)的發(fā)展，使企業(yè)的信息系統(tǒng)開始由局部的、事后處理的方式轉(zhuǎn)向全局的、實(shí)時(shí)處理方式。但是仍然會(huì)面臨信息孤島和信息斷層多帶來的各種問題。例如由于上層生產(chǎn)計(jì)* 化管理受市場(chǎng)影響越來越大，計(jì)劃跟不上變化。面對(duì)客戶對(duì)交貨期的苛刻要求，面對(duì)

3、更多產(chǎn)品的改型，訂單的不斷調(diào)整，使企業(yè)決策決策者認(rèn)識(shí)到，計(jì)劃的制訂要依賴于市場(chǎng)和實(shí)際的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，而不能完全以物料和庫(kù)存回報(bào)來控制生產(chǎn)。同時(shí)與低層的生產(chǎn)管理過程之間脫節(jié)的矛盾也日益暴露出來。 如何有效地解決兩者之間的矛盾，充分利用上下層之間的數(shù)據(jù)，提高計(jì)劃的實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)又能改善生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，成為人們所關(guān)注的重點(diǎn)。*Manufacturing Execution SystemManufacturing Execution System制造執(zhí)行系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng) MES提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當(dāng)前的和精

4、確的數(shù)據(jù)，對(duì)生動(dòng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當(dāng)前的和精確的數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行初始化，及時(shí)引導(dǎo)、響應(yīng)和報(bào)告工廠的活產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行初始化，及時(shí)引導(dǎo)、響應(yīng)和報(bào)告工廠的活動(dòng)，對(duì)隨時(shí)可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反動(dòng)，對(duì)隨時(shí)可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反應(yīng)，重點(diǎn)削減不會(huì)產(chǎn)生附加值的活動(dòng)，從而推動(dòng)有效的應(yīng)，重點(diǎn)削減不會(huì)產(chǎn)生附加值的活動(dòng)，從而推動(dòng)有效的工廠運(yùn)行和過程。工廠運(yùn)行和過程。國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)* Advanced Manufacturing Research 美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)MES為位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間為位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的、面向

5、車間層的管理信息系統(tǒng)，的、面向車間層的管理信息系統(tǒng)，MES為操作人為操作人員、管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源員、管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人員、設(shè)備、物料、客戶需求等方面人員、設(shè)備、物料、客戶需求等方面)的當(dāng)前狀態(tài)的當(dāng)前狀態(tài)信息。其著重點(diǎn)是將信息技術(shù)運(yùn)用于改善制造過信息。其著重點(diǎn)是將信息技術(shù)運(yùn)用于改善制造過程。程。* National Institute of Standards and Technology 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所MES為使從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的管理為使從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的管理活動(dòng)得以優(yōu)化，采集硬件活動(dòng)得以優(yōu)化，采

6、集硬件/軟件的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信軟件的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。息。* 雖然關(guān)于MES的定義存在一些不同的表述，但以下共識(shí)還是普遍被接受的：Q MES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁。Q MES采集從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，目的在于優(yōu)化管理活動(dòng)。它強(qiáng)調(diào)是當(dāng)前視角，即精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。*MES模型計(jì)劃層：面向客戶執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)AMR的倡導(dǎo)制造業(yè)三層模型。執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃層：面向客戶執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃層：面向客戶計(jì)劃層：面向客戶執(zhí)行層：面向車間

7、生產(chǎn)控制執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)圖圖2*Q位于頂層的計(jì)劃層通常是MRP(Manufacturing Resource Planning)或ERP(Enterprise Resource Planning)等系統(tǒng)，其作用是管理企業(yè)中的各種資源、管理銷售和服務(wù)、制定生產(chǎn)計(jì)劃等。Q位于低層的控制層包括DCS（(Distributed Control system）、DNC (Distributed Numerical Control)、PLC、SCADA（supervisory control and Data Acquisition）等系統(tǒng)其作用是對(duì)

8、生產(chǎn)過程和設(shè)備的控制。*Q位于中間層的MES面向工廠管理的生產(chǎn)調(diào)度設(shè)備管理質(zhì)量管理物料跟蹤等系統(tǒng)。MES填補(bǔ)計(jì)劃層和控制層之間的空白作用。計(jì)劃層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)生成的生產(chǎn)計(jì)劃（計(jì)劃要做什么）被MES傳遞給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，來自控制層的生產(chǎn)實(shí)際狀態(tài)（實(shí)際做了什么）通過MES報(bào)告給計(jì)劃層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。*MES 的信息交互和信息流 制造執(zhí)行系統(tǒng)是面向制造過程的，它必然與其它的制造管理系統(tǒng)共享和交互信息，這些系統(tǒng)包括供應(yīng)鏈管理(Supply Chain Management，SCM)、企業(yè)資源計(jì)劃管理(ERP)、銷售和客戶服務(wù)管理(Sales and Service Management，SSM)、產(chǎn)品及產(chǎn)品工藝管理

9、(Product & Process Engineering，P&PE)以及生產(chǎn)底層控制管理等管理系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)起到連接以上各信息系統(tǒng)的信息集線器的作用，制造執(zhí)行系統(tǒng)與以上各信息系統(tǒng)之間都存在著功能信息的重疊，圖3反映了MES與企業(yè)其他管理系統(tǒng)之間的關(guān)系。*供應(yīng)鏈管理SCM產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES銷售客戶服務(wù)管理SSM底層生產(chǎn)管理控制Control企業(yè)資源計(jì)劃ERP銷售客戶服務(wù)管理SSM供應(yīng)鏈管理SCM銷售客戶服務(wù)管理SSM企業(yè)資源計(jì)劃ERP供應(yīng)鏈管理SCM銷售客戶服務(wù)管理SSM產(chǎn)品及工藝管理P/PE企業(yè)資源計(jì)劃ERP供應(yīng)鏈管理SCM底層生產(chǎn)管理控制Cont

10、rol銷售客戶服務(wù)管理SSM制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務(wù)管理SSM產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務(wù)管理SSM企業(yè)資源計(jì)劃ERP產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務(wù)管理SSM供應(yīng)鏈管理SCM企業(yè)資源計(jì)劃ERP產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務(wù)管理SSM圖3* MESA給出了在企業(yè)生產(chǎn)管理中ERP層、MES層和底層控制系統(tǒng)之間的操作、交互活動(dòng)和信息流，如圖所示。資源檢查資源檢查/車間生產(chǎn)車間生產(chǎn)計(jì)劃制定計(jì)劃制定/下發(fā)工單下發(fā)

11、工單/在制品跟蹤在制品跟蹤任務(wù)狀態(tài)任務(wù)狀態(tài)設(shè)備狀態(tài)設(shè)備狀態(tài)加工參數(shù)加工參數(shù)訂單狀態(tài)訂單狀態(tài)在制品狀態(tài)在制品狀態(tài)質(zhì)量數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)歷史記錄歷史記錄底層控制系統(tǒng)MESERP/MRP生產(chǎn)指令生產(chǎn)指令控制參數(shù)控制參數(shù)制造信息制造信息物料庫(kù)存物料庫(kù)存產(chǎn)品需求產(chǎn)品需求生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)計(jì)劃客戶訂單客戶訂單設(shè)備信息設(shè)備信息工裝信息工裝信息人員信息人員信息圖4* ERP系統(tǒng)根據(jù)客戶訂單制定產(chǎn)品需求，安排生產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)給MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)通過任務(wù)單和來自車間層的資源狀態(tài)信息制訂生產(chǎn)指令和控制參數(shù)給底層控制系統(tǒng)，底層控制系統(tǒng)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備信息、工裝信息和人員信息以及任務(wù)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)和加工參數(shù)傳遞給MES系統(tǒng)，使ME

12、S系統(tǒng)完成資源檢查、在制品跟蹤功能和控制加工過程功能，并根據(jù)底層提供的信息對(duì)車間生產(chǎn)計(jì)劃的制定、實(shí)時(shí)調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)控制指令等做出實(shí)時(shí)調(diào)整。同時(shí)，ERP系統(tǒng)可以查詢訂單狀態(tài)、在制品狀態(tài)和其他性能數(shù)據(jù)以便作出符合實(shí)際的預(yù)測(cè)和決策。* 從時(shí)間因素分析，在MES之上的計(jì)劃系統(tǒng)考慮的問題是長(zhǎng)期的生產(chǎn)計(jì)劃(時(shí)間因子100倍)，執(zhí)行層系統(tǒng)考慮的問題是中長(zhǎng)期的生產(chǎn)計(jì)劃(時(shí)間因子10倍)，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)(時(shí)間因子1倍)。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。圖5* MES的運(yùn)行流程* MES的運(yùn)行流程* MES的運(yùn)行流程*MES的發(fā)展 傳統(tǒng)的MES (Traditio

13、nal MES，T-MES)大致可分為兩大類： Q 專用的MES 系統(tǒng)(Point MES) 主要是針對(duì)某個(gè)特定的領(lǐng)域問題而開發(fā)的系統(tǒng)，如車間維護(hù)、生產(chǎn)監(jiān)控、有限能力調(diào)度或是SCADA等。 Q 集成的MES系統(tǒng) (Integrated MES) 該類系統(tǒng)起初是針對(duì)一個(gè)特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設(shè)計(jì)的，如航空、裝配、半導(dǎo)體、食品和衛(wèi)生等行業(yè)，目前也拓展到整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。在功能上它已實(shí)現(xiàn)了與上層事務(wù)處理和下層實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的集成， 但仍然是針對(duì)一個(gè)特定的行業(yè)，缺少通用性和集成能力。* 由于T-MES系統(tǒng)是基于預(yù)先設(shè)定的程式進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的，因此此類系統(tǒng)成本高、效率低，并隱含較大的風(fēng)險(xiǎn)。具體表現(xiàn)如下：Q 通用

14、性差 目前市場(chǎng)上的T-MES系統(tǒng)，由于沒有一定的技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)，針對(duì)不同的行業(yè)的MES功能基本上無法借鑒和使用，使得系統(tǒng)開發(fā)周期長(zhǎng)、投資大，限制MES的快速發(fā)展。Q 可集成性弱 目前某些集成功能的MES雖然能實(shí)現(xiàn)與上層事務(wù)處理和下層控制系統(tǒng)的集成，但也僅僅局限某個(gè)特定的系統(tǒng)，用戶在選擇MES產(chǎn)品時(shí)受到很大限制。*Q 缺乏互操作性 企業(yè)采用的數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)是異構(gòu)的，在分布式生產(chǎn)環(huán)境下，需要從不同的MES系統(tǒng)中裁剪不同的功能以滿足某個(gè)特定任務(wù)的需要，實(shí)現(xiàn)互操作。Q 重構(gòu)能力差 不同的行業(yè)、不同的企業(yè)其生產(chǎn)組織模式不盡相同，信息系統(tǒng)必須具有可重構(gòu)能力，即根據(jù)不同的需要搭建相應(yīng)的模式。Q 敏捷性差 敏

15、捷性在生產(chǎn)中表現(xiàn)為對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)和對(duì)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境的應(yīng)變能力，在信息系統(tǒng)中表現(xiàn)為系統(tǒng)的可重構(gòu)、可重用和可擴(kuò)展。* AMR研究小組在分析信息技術(shù)的發(fā)展和MES的應(yīng)用前景的基礎(chǔ)上提出可集成MES (Integratable MES)。它是將模塊化應(yīng)用組件技術(shù)應(yīng)用到MES系統(tǒng)開發(fā)中，是兩類T-MES系統(tǒng)的結(jié)合。從表現(xiàn)形式上，它具有專用MES系統(tǒng)的特點(diǎn)，即T-MES的部分功能可作為可重用組件單獨(dú)銷售；同時(shí)具有集成MES的特點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)上下層之間的集成。 從系統(tǒng)功能講，它與T-MES沒有多大的區(qū)別，主要的區(qū)別在于軟件系統(tǒng)本身的體系結(jié)構(gòu)和開發(fā)技術(shù)手段不同，從而帶來質(zhì)的飛躍。* MES的實(shí)際意義 在許多工廠

16、中其全廠管理的功能目前仍然由文件和人工系統(tǒng)進(jìn)行，通常有經(jīng)驗(yàn)的人員執(zhí)掌著工廠生產(chǎn)效益的鑰匙。在大多數(shù)運(yùn)行中，人工系統(tǒng)和有經(jīng)驗(yàn)人員的判斷總是起著重要作用. 但是，市場(chǎng)要求產(chǎn)品的品種和數(shù)量經(jīng)常變化，靠人工和經(jīng)驗(yàn)調(diào)整生產(chǎn)顯然效率低、反應(yīng)慢、缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。而且人工系統(tǒng)也不可能適應(yīng)產(chǎn)品、工藝、技術(shù)和用戶要求日趨加速的變化。如圖7采用MES取代人工決策的工廠信息系統(tǒng) *供應(yīng)鏈管理ERP運(yùn)行操作系統(tǒng)人員/文件經(jīng)驗(yàn)/實(shí)踐銷售/服務(wù)管理產(chǎn)品/過程工程PLC電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集手動(dòng)控制DCS控制控制自動(dòng)化，儀表，設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)MES之前之前供應(yīng)鏈管理ERP銷售/服務(wù)管理產(chǎn)品/過程工程自動(dòng)化，儀表，設(shè)備PLC電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集

17、手動(dòng)控制DCSMES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預(yù)的操作運(yùn)行管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)MES之后之后供應(yīng)鏈管理運(yùn)行操作系統(tǒng)ERP供應(yīng)鏈管理運(yùn)行操作系統(tǒng)銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理運(yùn)行操作系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理運(yùn)行操作系統(tǒng)人員/文件產(chǎn)品/過程工程銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理運(yùn)行操作系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)/實(shí)踐人員/文件產(chǎn)品/過程工程銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理運(yùn)行操作系統(tǒng)控制控制供應(yīng)鏈管理ERP供應(yīng)鏈管理銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理運(yùn)行操作系統(tǒng)銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理產(chǎn)品/過程工程運(yùn)行操作系統(tǒng)銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理人員/文件產(chǎn)品/過程工程運(yùn)行操作系統(tǒng)銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理

18、經(jīng)驗(yàn)/實(shí)踐人員/文件產(chǎn)品/過程工程運(yùn)行操作系統(tǒng)銷售/服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理自動(dòng)化，儀表，設(shè)備自動(dòng)化，儀表，設(shè)備經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)/實(shí)踐實(shí)踐人員人員/文件文件產(chǎn)品產(chǎn)品/過程過程工程工程運(yùn)行操作系統(tǒng)運(yùn)行操作系統(tǒng)銷售銷售/服務(wù)管理服務(wù)管理ERP供應(yīng)鏈管理供應(yīng)鏈管理產(chǎn)品/過程工程自動(dòng)化，儀表，設(shè)備MES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預(yù)的操作運(yùn)行管理系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程自動(dòng)化，儀表，設(shè)備ERPMES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預(yù)的操作運(yùn)行管理系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程自動(dòng)化，儀表，設(shè)備供應(yīng)鏈管理ERPMES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預(yù)的操作運(yùn)行管理系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程自動(dòng)化，儀表，設(shè)備銷售銷售/服務(wù)管理服務(wù)管理供應(yīng)鏈管理供應(yīng)鏈管理ERPMES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預(yù)的有人員干預(yù)的操作運(yùn)行管理系統(tǒng)操作運(yùn)行管理