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1、MES应用中的若干问题分析,内 容,对MES的需求分析与认识 MES中的信息采集与反馈 MES中的集成 MES软件的选择 某MES软件简介,一、对MES的需求分析与认识,1. 为什么要用MES？ 缩短生产周期 提高生产能力 提高产品质量 降低成本 提高车间管理水平 CAD、CAPP、CAM、ERP之后的技术发展 提高技改投资效益，系统配套 新的生产模式的技术支撑,技术推动，引领,需求拉动,一、对MES的需求分析与认识,1. 目前存在的问题分析 （1）生产管理问题 手段：纸面文件、手工管理工作量大，费时费力 计划调度：依靠人工经验，计划赶不上变化，生产调度临时性、随意性和盲目性大 生产准备：车间
2、物料、工装、设备、资料等制造资源与生产计划相脱节，延长生产周期 进度与过程管理：跑现场询问了解，信息滞后，不全面及时掌握所有生产数据 制品周转和等待时间长，混乱 成本控制缺乏准确依据 质量保障与追溯：过程数据收集困难 （2）生产能力问题 设备利用率低 交货期长 缺乏快速响应能力 质量与成本控制困难,车间层信息化是制造业信息化的薄弱环节,底层信息化还很薄弱,CAT,PDM,ERP,研发,车间制造,智能设计,多学科优化,系统仿真,反求工程,运筹学,现代管理理论,系统工程,信息经济学,生产管理 销售,（3）信息化发展问题,MES，DNC。,（3）信息化发展问题,从PDM/CAD等获取未处理的产品信息
3、,无法获取符合实际制造条件的产品信息,无法实时获取制造资源及制造过程信息,较少考虑实时信息或者依靠手工输入,不准确甚至矛盾的生产计划,难以被接受或者执行,面临的问题,无奈之举,导致的后果,企业实施ERP为什么这么难？,车间层信息化薄弱成为制约其它信息化工作的瓶颈,一、对MES的需求分析与认识,2.MES的作用 对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。它采用当前的和精确的数据，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件作出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程 在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补两者之间的空隙。A）对来自
4、MRPII、ERP的生产管理信息进行细化、分解，将计划层操作指令传递给底层控制层；B）采集设备、仪表的状态数据，以实时监控底层设备的运行状态，并将生产状况及时反馈给计划层，将控制系统与信息系统整合 MES功能,一、对MES的需求分析与认识,2.MES的功能 对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。它采用当前的和精确的数据，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件作出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程 在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补两者之间的空隙。A）对来自MRPII、ERP的生产管理信息进行细化、分解，将计划
5、层操作指令传递给底层控制层；B）采集设备、仪表的状态数据，以实时监控底层设备的运行状态，并将生产状况及时反馈给计划层，将控制系统与信息系统整合 MES功能,一、对MES的需求分析与认识,3.对MES的需求,解决信息化发展的瓶颈 实现承上启下 提高CAX、ERP等信息化应用的效益,提高生产能力，缩短生产周期合理的计划、调度 提高产品质量严格的过程管理和产品追踪 降低成本提高设备利用率，降低库存,有序,透明,优化,企业真的不需要吗？,生产境界,MES,支撑先进管理思想的实践精细化管理，必须有信息化手段支撑 数字化车间、单元生产 JIT、LP、AM,一、对MES的需求分析与认识,4.不完全是MES解
6、决的问题,工艺准备：通过CAPP系统，特别是车间动态工艺规划 物料库存管理：在制品库存由MES管，物料的供应保障由ERP 设备、刀具等制造资源管理（维修保养日常业务）：专用的资源管理业务系统 成本与质量：部分业务归MES系统，但整个质量体系的贯穿、质量业务处理流程通过ERP质量、成本管理系统解决 数控程序分发、管理的功能：DNC系统 设备的加工效率： 工艺优化,一、对MES的需求分析与认识,5.改变还是适应现有生产管理模式？ 精细化管理的要求 科学合理 可靠、高效管理的要求 实用有效,不改变现有模式 优点：业务流程、组织模式等变化少，推进阻力小，实施难度小，周期短 缺点：随着应用推进，不断提出
7、新的需求，导致MES支持工具不断发生变化 适用：现有模式已经相对成熟，不愿改变,改变现有模式 优点：引领车间业务朝良性方向发展，实现制造的敏捷性和高效率 缺点：业务模式的调整引发现有人员不同程度的不适应，造成推进缓慢 适用：现有生产组织和管理模式问题较多，正在开展流程重组，或者建设新的车间,二、MES中的信息采集与反馈,信息采集的必要性信息化与自动化问题 ERP企业级主生产计划 以部件、组件、零件为对象制定前瞻性计划 计划的精度以周或天为单位 缺少对于实际生产状况的动态反应 MES车间级详细作业计划 以零件工序为对象制定详细作业计划 计划的精度可以达到小时、分钟 以现场的实际生产状态调整详细作
8、业计划 生产设备控制系统 精度达到秒级， 现场数据量极为丰富 缺少底层数据实时采集、多源数据融合与处理 的机制和手段 缺少将必要现场信息向车间层或企业层决策管理系统传递的通道,信息采集与反馈是MES桥梁作用的关键,Joint Project: 737 Leading Edge (LE) Panel Pilot,The Open Modular Architecture Controls (OMAC) Human Machine Interface (HMI) Working Group organized a joint project between OMAC HMI members, Bo
9、eing, Okuma, and National Institute of Standards and Technology (NIST). CNC-ERP The purpose of the project was to evaluate the application of OPC(Open Connectivity) as a CNC integration technology.,COLLABORATION,TOP FLOOR TO SHOP FLOOR,Potential Benefits,Touch to non-touch reduce manual steps in the
10、 process Inventory reduction enabler provide feedback of vital shop floor information (real time data) to better control process part quantities and track defects setup, process and queue times Step towards lean+ initiative Accelerated continuous improvement,SCRA,二、MES中的信息采集与反馈,离散行业MES信息采集的瓶颈 信息采集对象
11、多样 需要采集的对象种类繁多，包括设备运行信息、人员信息、文档信息、刀工具信息、物料信息等。 现场设备类型多样、型号复杂、新旧不一 不同企业、车间的信息内容和形式差别很大 信息采集自动化程度低 离散行业自动采集设备应用较少 底层生产自动化水平低，加工与检验环节仍以人工控制为主 信息采集手段、方式复杂 设备所提供的接口多样，需要针对设备接口进行定制 需要综合使用端口采集、传感器采集、扫描采集、人工录入等多种手段,二、MES中的信息采集与反馈,信息采集的手段 人机交互采集 通过操作界面人工录入相应的数据 存在人为误差，延时性较大 自动采集 通过DNC、PLC、DCS等自动采集数控机床加工信息 数据
12、的实时性、准确性好 自动标识 采用一维/二维条码，RFID等自动标识手段，标识刀具、工装、物料文档等 通过人工或自动扫描方式获取条码信息 信息准确性好，工作量小,二、MES中的信息采集与反馈,MES的信息采集管理 对于多种采集对象的支持，包括文本的信息采集、刀工具的信息采集、工件的信息采集、人员的信息采集、物料的信息采集等 对于多种采集设备的支持，自动采集设备、有线/无线采集设备等，以适应不同应用环境的特殊需求 支持单件流和批次流的信息采集 信息反馈与数据聚合的流程和模式,信息采集MES成败的关键！,三、MES中的集成,1.车间级还是企业级？ 车间生产是物流与信息流的交汇，MES与企业所有的I
13、T系统相关 工程系统：CAPP、DNC、PDM 管理系统：ERP、CRM、SCM、物料管理系统、生产准备系统、刀具/设备/工装管理系统，质量管理系统,三、MES中的集成,1.车间级还是企业级？ 车间生产是物流与信息流的交汇，MES与企业所有的IT系统相关 工程系统：CAPP、DNC、PDM 管理系统：ERP、CRM、SCM、物料管理系统、生产准备系统、刀具/设备/工装管理系统，质量管理系统,制造执行系统MES,三、MES中的集成,1.车间级还是企业级？ 车间生产是物流与信息流的交汇，MES与企业所有的IT系统相关 工程系统：CAPP、DNC、PDM 管理系统：ERP、CRM、SCM、物料管理系
14、统、生产准备系统、刀具/设备/工装管理系统，质量管理系统 难题 不同平台、不同时期、不同供应商的集成 信息交换内容多、交互界面多且复杂 有问题的解决 小而全的MES：将必要的信息都在MES中管起来 回避问题导致的“孤岛”、信息冗余、多头维护、更新不准确 MES是车间级的应用，企业级的集成！,三、MES中的集成,2.企业级的解决方案 改变集成的主体： 由甲方主导，系统提供应商配合 现有集成方法 基于文件的信息集成：STEP或XML标准的中性文件格式，静态的数据信息的集成 基于数据库接口的集成 ：在各自的数据库中存储读取的交换数据，提供相应的数据存取接口和方法，实现静态数据的交换，重用性差。 先进
15、的集成架构 EAI：企业应用集成 ESB：企业应用服务总线 SOA： 面向服务的架构,三、MES中的集成,2.一种企业级的解决思路 建立集成平台：将信息集成由多对多变为一对多关系，便于信息集成和集成系统的维护，实现应用服务提供商面向甲方的集成模式。,系统集成,基于制造资源平台的集成方法,三、MES中的集成,2.企业级的解决方案 基于资源集成平台的集成过程 统一规划：资源平台提供多视图、多层次、可扩展制造资源全生命周期动态模型，通过用户界面简单操作融合外部不同应用的领域视图，将多个独立的数据库在逻辑上变为总体库的多个应用视图，保证信息的一致性 统一管理：核心制造资源库提供综合完整的资源管理界面，
16、将分散的多个界面变为一个统一界面，实现资源信息统一管理 开放集成：通过开放资源平台可定制的接口定义工具，无需编码定义接口数据模式，输入、输出更新模式以及映射关系，实现MES与其他系统的集成,MES是车间级应用，但是其成功需要企业级的规划！,四、MES软件的选择,MES软件的应用要求 专业化的MES 具有MES的主要功能：车间应用，不可避重就轻 适应行业应用特点：MES的行业特点明显，产品定制化要求高 以航空/航天的业务为例：针对不同的生产模式，提供不同的MES系统的计划策略、动态调度方法 实用高效的MES 简洁的操作：MES系统面向车间生产一线人员，需要友好的界面。 系统可靠：车间生产现场情况
17、复杂，高的可靠性保障车间生产的稳定持续 合理有效算法：提供供持续优化决策决策的同时，避免不合理的计算约束条件 适当的自动化：采用条码、RFID等自动采集技术实现保证信息的可靠性、实时性和和高的操作效率,四、MES软件的选择,开放的、可配置的MES 开放集成 采用平台化集成方法实现MES和车间级、企业级应用系统的数据集成、过程集成 将多对多的集成转化为平台化的一对一的集成模式 业务流程的可重构、可配置 在MES应用过程中，通过调整MES业务流程模型，快速适应车间业务流程和功能模式的变化 具有组织结构的快速调整功能 信息采集的可配置 信息采集设备、采集对象、采集点能够依据生产业务的变化而快速配置
18、建立明确清晰的数据反馈流程、数据聚合模型，并能够根据业务变化快速进行调整 业务数据的可重用,四、MES软件的选择,可扩展、可发展的MES 业务功能和范围的可扩展 在MES应用过程中，支持零件类型的扩展，功能的扩展、组织机构的扩展，从而将面向局部的MES应用扩展到全部产品类型的，全部功能需求，并且是多个车间协调运行的MES系统。 国际标准 基于ISA95实现标准化的软件，支持不同的生产类型，在使用过程中的持续升级 基于SOA标准实现MES的组件化，支持开放集成和平台化,五、某MES软件简介,1.以航空航天生产模式为背景开发 适应航空航天多种生产模式的软件配置 研制生产 批量生产 批研混线生产 适
19、应航空航天生产业务特点的功能配置 2.建立在工作流平台上的高效、可靠、开放的系统 建立在工作流模型伤的的业务过程定义 流程清晰 修改定制方便 基于工作流引擎驱动的自动业务流转 高效、可靠,航空航天生产的主要特点,航空行业： 多品种、小批量； 工艺专业门类众多，加工工艺难度大； 制造流程长，生产周期长； 零部件配套关系复杂；交货期要求严； 涉及到多产品、多部门、多业务之间的复杂协作。 航天行业： 多型号研制和批生产任务交叉和并行 研制型号的批次和技术状态的频繁变化 兼顾批量生产和科研试制任务,2.基于MES产品平台实现软件的快速定制,依据企业的实际功能需求，在业务模板的基础上，进行车间组织结构、
20、业务模式、计划模式、派工模式、系统反馈模式、信息采集方式、统计报表模式等多个功能模块的参数化快速定制 将系统的代码开发过程转化为灵活的配置和装配过程。 多种生产模式的作业计划制定方案、现场信息采集技术方案、优化调度算法库以适应不同生产模式的生产需求,五、某MES软件简介,3.基于工作流技术的业务过程建模与控制,基于XPDL标准建立业务过程工作流模型,作业计划制定及审批流程模型,快速适应企业业务过程、设备环境、组织机构的变化，灵活的实现调整,支持车间业务的多种异常处理,图形化模型操作与配置,支持大规模分布式环境下多车间协作的的工作流任务理,五、某MES软件简介,3.基于工作流技术的业务过程建模与
21、控制,基于XPDL标准建立业务过程工作流模型,作业计划制定及审批流程模型,快速适应企业业务过程、设备环境、组织机构的变化，灵活的实现调整,支持车间业务的多种异常处理,图形化模型操作与配置,支持大规模分布式环境下多车间协作的的工作流任务理,五、某MES软件简介,五、某MES软件简介,4.工作流模型驱动的业务过程流转,在制造工作流模型的控制下，自动触发零件下一工序的加工活动,在制品、工装刀具、工艺文档等在流程控制下在加工工位、检验部门、资源管理部门之间进行流转,生产异常活动触发异常处理流程，在引擎控制下自动提交异常情况给相关工艺、计调人员,五、某MES软件简介,4.工作流模型驱动的业务过程流转,在
22、制造工作流模型的控制下，自动触发零件下一工序的加工活动,在制品、工装刀具、工艺文档等在流程控制下在加工工位、检验部门、资源管理部门之间进行流转,生产异常活动触发异常处理流程，在引擎控制下自动提交异常情况给相关工艺、计调人员,五、某MES软件简介,5.基于自动识别技术的现场信息采集及反馈,根据车间现场情况的变化，快速定制现场信息采集手段、采集对象、采集地点等。MES系统自适应终端信息采集手段的变化 支持一维条码、二维条码、射频（RFID）、PDA等多种类型的信息采集方式 加工现场以设备或班组为单位结合触摸屏和条码扫描设备进行加工信息即时反馈 多环节、多类型信息反馈，形成实时、准确的生产信息,五、
23、某MES软件简介,6.基于甘特图的可视化详细作业排产,实现图形化显示和图形化操作，降低计划制定的复杂性,具有分钟、小时、班次、天、周等多种时间精度，满足多种类型企业的排产要求,详细作业计划甘特图,五、某MES软件简介,6.基于甘特图的可视化详细作业排产,实现图形化显示和图形化操作，降低计划制定的复杂性,具有分钟、小时、班次、天、周等多种时间精度，满足多种类型企业的排产要求,详细作业计划甘特图,五、某MES软件简介,7.基于车间设备布局模型的拖拽派工,车间设备 布局模型,派工任务,五、某MES软件简介,7.基于车间设备布局模型的拖拽派工,五、某MES软件简介,7.基于车间设备布局模型的拖拽派工,
24、五、某MES软件简介,8.生产过程的全面监控,依据生产现场终端的反馈信息，显示在制品位置、加工工序、批次生产进度、各加工任务的状态、设备加工状态、设备负荷等信息。,批次生产任务监控柱状图,主生产任务监控,五、某MES软件简介,8.生产过程的全面监控,依据生产现场终端的反馈信息，显示在制品位置、加工工序、批次生产进度、各加工任务的状态、设备加工状态、设备负荷等信息。,五、某MES软件简介,8.生产过程的全面监控,依据生产现场终端的反馈信息，显示在制品位置、加工工序、批次生产进度、各加工任务的状态、设备加工状态、设备负荷等信息。,五、某MES软件简介,提前预警加工进度进度异常情况,零件加工 甘特图
25、,工序任务 详细信息,工人加工 任务甘特图,监控人员加工任务 分配及完成情况,8.生产过程的全面监控,基于甘特图进行实现零件加工进度实时监控,五、某MES软件简介,提前预警加工进度进度异常情况,零件加工 甘特图,工序任务 详细信息,工人加工 任务甘特图,监控人员加工任务 分配及完成情况,8.生产过程的全面监控,基于甘特图进行实现零件加工进度实时监控,五、某MES软件简介,提前预警加工进度进度异常情况,零件加工 甘特图,工序任务 详细信息,工人加工 任务甘特图,监控人员加工任务 分配及完成情况,8.生产过程的全面监控,基于甘特图进行实现零件加工进度实时监控,五、某MES软件简介,9.生产质量和生
26、产过程的全程追溯,追溯每一个批次的加工历程、加工状态、加工设备、加工人员、加工时间,批次级 任务历史信息,工序级 加工历史,五、某MES软件简介,9.生产质量和生产过程的全程追溯,追溯每一个批次的加工历程、加工状态、加工设备、加工人员、加工时间,工序级 加工历史,批次任务历史信息,五、某MES软件简介,9.生产质量和生产过程的全程追溯,追溯每一个批次的加工历程、加工状态、加工设备、加工人员、加工时间,工序任务历史信息,五、某MES软件简介,10.支持车间组织机构的快速重构,无编码快速调整车间组织机构、人员及角色 适应车间部门从单层模式、两层模式到三层模式的变化 角色权限进行精细控制，从数据级、菜单级、流程级多层次进行控制,五、某MES软件简介,10.支持车间组织机构的快速重构,无编码快速调整车间组织机构、人员及角色 适应车间部门从单层模式、两层模式到三层模式的变化 角色权限进行精细控制，从数据级、菜单级、流程级多层次进行控制,五、某MES软件简介,特点总结,功能结合航空、航天需求 基于工作流，支持业务过程快速调整 基于业务模板的快速功能配置 B/S模式下的图形化操作 平台化，开放、扩展性强,谢 谢!,敬请批评指正,