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是美國管理界 20世紀(jì) 90年代提出的新概念。美國先進(jìn)制造研究機構(gòu) AMR (AdvancedM anufacturing Research)通過對大量企業(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)過程監(jiān)控軟件和以實現(xiàn)操作過程自動化，支持企業(yè)全面集成的 MES 軟件群組成。

MES通過雙向的直接通信在企業(yè)內(nèi)部和整個產(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 可以對來自 MRPII、ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)管理信息進(jìn)行細(xì)化、分解，將來自計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),以實時監(jiān)控底層設(shè)備的運行狀態(tài)，再經(jīng)過分析、計算與處理,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)狀況及時反饋給計劃層。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)的計劃和進(jìn)度安排、追蹤、監(jiān)視和控制、物料流動、質(zhì)量管理、設(shè)備的控制及計算機集成制造接口等作為一個整體來考慮，以最終實施制造自動化和管理信息化為目的。

(二) MES功能模型與技術(shù)架構(gòu)

MES通過其各成員的實踐歸納了十一個主要的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。

對于這個歸納，業(yè)界還有一點爭議。NIST (美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究組織 ) 在向 OMG (ObjectM anagem entG roup，對象管理組織 )提交的《NISTResponse toMES Request for Inform ation》報告中就認(rèn)為：MESA的歸納中，過程管理不應(yīng)單獨作為一個功能模塊，而應(yīng)該添加一個物料管理模塊。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)提供實時數(shù)據(jù)。例如，企業(yè)資源計劃 (ERP) 系統(tǒng)需要 MES提供的成本、制造周期和預(yù)計產(chǎn)出時間等實時生產(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) 的成功報價與準(zhǔn)時交貨，則取決于 MES所提供的有關(guān)生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù);產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 (PDM ) 中的產(chǎn)品設(shè)計信息,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;控制模塊則需要時刻從 MES中獲取生產(chǎn)配方和操作技術(shù)資料來指導(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)以保證自身正常運行。例如，MES中進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度的數(shù)據(jù)來自 ERP的計劃數(shù)據(jù) ;MES中生產(chǎn)活動的時間安排需要依據(jù) SCM 中的主計劃和調(diào)度控制;PDM 則為 MES提供實際生產(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時生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，則被MES用于實際生產(chǎn)性能評估和操作條件的判斷。從時間因素分析看，在 MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題域是中長期的生產(chǎn)計劃，執(zhí)行層系統(tǒng) MES處理的問題域是近期生產(chǎn)任務(wù)的協(xié)調(diào)安排問題，控制層系統(tǒng)則必須實時地接收生產(chǎn)指令，使設(shè)備正常加工運轉(zhuǎn)。它們相互關(guān)聯(lián)、互為補充，實現(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)處于工廠層和車間層，有時會擴展到單元層。設(shè)備控制系統(tǒng)處于設(shè)備層，有時會擴展到單元層。而 MES 則總是處于車間 層與單元層。因此,MES與 ERP在車間層 (有時包括單元層 ) 在功能上會有部分重復(fù)，MES與設(shè)備控制系統(tǒng)在單元層有時也會有部分功能重疊。

(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)一的軟硬件平臺和穩(wěn)定的 W eb 應(yīng)用，以MES數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為系統(tǒng)核心，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)存取和比照，實現(xiàn)生產(chǎn)信息的監(jiān)視、控制和生產(chǎn)過程的管理。采用工業(yè) PC /PLC / HM I等設(shè)備作為車間內(nèi)各生產(chǎn)單元(生產(chǎn)區(qū)域 )功能站的主要構(gòu)件 ,通過對各個生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)收集和反饋，組成覆蓋全廠或者整個流水線的、滿足閉環(huán)生產(chǎn)管理需要的開放式以太網(wǎng)絡(luò)。

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

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