微締MES系統及其在制造業(yè)信息化中的應用

(一) MES內涵

MES是美國管理界 20世紀 90年代提出的新概念。美國先進(jìn)制造研究機構 AMR (AdvancedM anufacturing Research)通過(guò)對大量企業(yè)的調查，發(fā)現現有的企業(yè)生

產(chǎn)管理系統普遍由以 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(guò)程監控軟件和以實(shí)現操作過(guò)程自動(dòng)化，支持企業(yè)全面集成的 MES 軟件群組成。

MES通過(guò)雙向的直接通信在企業(yè)內部和整個(gè)產(chǎn)品供應鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。一方面，MES 可以對來(lái)自 MRPII、ERP系統的生產(chǎn)管理信息進(jìn)行細化、分解，將來(lái)自計劃層的操作指令傳遞給底層控制層;另一方面，MES 可以采集設備、儀表的狀態(tài)數據,以實(shí)時(shí)監控底層設備的運行狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)分析、計算與處理,從而方便、可靠地將控制系統與信息系統整合在一起，并將生產(chǎn)狀況及時(shí)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車(chē)間控制器,也不同于偏重于作業(yè)與設備調度為主的單元控制器,而應將 MES 作為一種生產(chǎn)模式,把制造系統的計劃和進(jìn)度安排、追蹤、監視和控制、物料流動(dòng)、質(zhì)量管理、設備的控制及計算機集成制造接口等作為一個(gè)整體來(lái)考慮，以最終實(shí)施制造自動(dòng)化和管理信息化為目的。

(二) MES功能模型與技術(shù)架構

MES通過(guò)其各成員的實(shí)踐歸納了十一個(gè)主要的MES功能模塊，包括 :工序詳細調度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過(guò)程管理、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數據采集。

對于這個(gè)歸納，業(yè)界還有一點(diǎn)爭議。NIST (美國國家標準與技術(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》報告中就認為：MESA的歸納中，過(guò)程管理不應單獨作為一個(gè)功能模塊，而應該添加一個(gè)物料管理模塊。筆者也認為，MES應具有物料管理功能。

從 MES與企業(yè)其它系統的信息交互分析看，一方面，MES可以為企業(yè)其它管理信息系統提供實(shí)時(shí)數據。例如，企業(yè)資源計劃 (ERP) 系統需要 MES提供的成本、制造周期和預計產(chǎn)出時(shí)間等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據 ;供應鏈管理 (SCM) 系統從 MES中獲取當前的訂單狀態(tài)、當前的生產(chǎn)能力以及企業(yè)中生產(chǎn)換班的相互約束關(guān)系;客戶(hù)關(guān)系管理 (CRM) 的成功報價(jià)與準時(shí)交貨，則取決于 MES所提供的有關(guān)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數據;產(chǎn)品數據管理 (PDM ) 中的產(chǎn)品設計信息,可以基于 MES的產(chǎn)品產(chǎn)出和生產(chǎn)質(zhì)量數據進(jìn)行優(yōu)化;控制模塊則需要時(shí)刻從 MES中獲取生產(chǎn)配方和操作技術(shù)資料來(lái)指導人員和設備進(jìn)行正確地生產(chǎn)。另一方面，MES也要從其它管理系統中獲取相關(guān)的數據以保證自身正常運行。例如，MES中進(jìn)行生產(chǎn)調度的數據來(lái)自 ERP的計劃數據 ;MES中生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)間安排需要依據 SCM 中的主計劃和調度控制;PDM 則為 MES提供實(shí)際生產(chǎn)的工藝文件和各種配方及操作參數;從控制模塊反饋的實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)數據，則被MES用于實(shí)際生產(chǎn)性能評估和操作條件的判斷。從時(shí)間因素分析看，在 MES之上的計劃系統考慮的問(wèn)題域是中長(cháng)期的生產(chǎn)計劃，執行層系統 MES處理的問(wèn)題域是近期生產(chǎn)任務(wù)的協(xié)調安排問(wèn)題，控制層系統則必須實(shí)時(shí)地接收生產(chǎn)指令，使設備正常加工運轉。它們相互關(guān)聯(lián)、互為補充，實(shí)現企業(yè)的連續信息流。從層次角度分析看，制造企業(yè)的控制結構可劃分為工廠(chǎng)層 (或公司層 )、車(chē)間層、單元層和設備層。

其中，單元層相當于一般企業(yè)的工段或班組。通常,ERP系統處于工廠(chǎng)層和車(chē)間層，有時(shí)會(huì )擴展到單元層。設備控制系統處于設備層，有時(shí)會(huì )擴展到單元層。而 MES 則總是處于車(chē)間 層與單元層。因此,MES與 ERP在車(chē)間層 (有時(shí)包括單元層 ) 在功能上會(huì )有部分重復，MES與設備控制系統在單元層有時(shí)也會(huì )有部分功能重疊。

(三 )基于 Internet的 MES網(wǎng)絡(luò )拓撲結構

目前，典型的 MES網(wǎng)絡(luò )結構模型如下圖所示。

它基于統一的軟硬件平臺和穩定的 W eb 應用，以MES數據庫服務(wù)器為系統核心，進(jìn)行實(shí)時(shí)數據存取和比照，實(shí)現生產(chǎn)信息的監視、控制和生產(chǎn)過(guò)程的管理。采用工業(yè) PC /PLC / HM I等設備作為車(chē)間內各生產(chǎn)單元(生產(chǎn)區域 )功能站的主要構件 ,通過(guò)對各個(gè)生產(chǎn)單元的數據收集和反饋，組成覆蓋全廠(chǎng)或者整個(gè)流水線(xiàn)的、滿(mǎn)足閉環(huán)生產(chǎn)管理需要的開(kāi)放式以太網(wǎng)絡(luò )。

在企業(yè)內部，各功能站通過(guò)局域網(wǎng)對 MES服務(wù)器進(jìn)行交互操作，同時(shí)其他各查詢(xún)終端也通過(guò)局域網(wǎng)查詢(xún) MES處理后提供的數據、報表和圖形。在企業(yè)外部，通過(guò) Internet可以連接到 MES，在設定的權限內對系統進(jìn)行信息發(fā)布或讀取操作，做到實(shí)時(shí)信息共享。

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