MES之非离散制造业.ppt

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1、MES之非离散制造业,目录,流程制造业中MES的功能与特点,从国外流程工业MES看国内MES的应用与发展,CAD CAE,CAPP,MES,企业信息化的分工,ERP,PDM,信息化管理系统内容,企业经营管理系统 过程管理系统 过程控制系统,依据信息化管理目标不同，企业信息化系统的内容差异较大，一般地，企业信息化系统由以下三个主要层次组成，各层次中包含有用途各异、功能各异的业务处理子系统或功能组件。,信息化管理系统内容,过程管理系统 用途：面向生产制造平台的管理和优化。以对过程任务分配、业绩进行监视、统计、跟踪和分析等手段，实现过程的持续改进。 内容：数据采集、效率评估、历史数据分析、物料跟踪、

2、质量跟踪与分析、设备管理、计划分解等业务子系统或功能组件。制造执行系统（MES）,制造企业关心三个问题“生产什么？生产多少？如何生产？” ERP回答的是前两个问题。 “如何生产”(可以生产什么?在什么时间生产什么?在什么时间已生产什么?质量如何？效益如何？)由生产现场的过程控制系统“掌握”。 对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快速反映给“计划”，在计划与生产之间需要有一个“实时的信息通道”，MES（制造执行系统）就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。 只有在MES提供了详尽的生产状况反馈后，ERP才能有效地运作计划的职能。,制造执行系统概念,MES是美国制造研究和生

3、产管理界于20世纪90年代提出的关于生产组织和管理的新概念。按MESA国际联合(MESA International)的定义，“MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对其进行相应的指导和处理”。,“生产管理”的例子,以上这些问题的解决，在现有的过程管理条件下，靠手工管理手段是难于奏效的，真正是“心有余而力不足”，必须在对生产过程现场进行数据收集、加工、处理的基础上，在建立了MES的基础上才能实现。,黑箱,供应链管理,ERP,销售 和服务管理,产品和 过程工程管理,控制,生产操作管理系

4、统,人/纸,习惯/实行,PLC/ SoftLogic,设备驱动、机器马达继电器,数据收集采集,手工处理控制,DCS/ OCS,自动操作、工具、设备,在MES实施之前,MES实施完成,车间的业务重整必须同时或者优先于MES系统的实施。,MES的主要特点,MES组成,MES功能模块管理或控制的范围如下图所示：,按“料、法、机”的思路安排MES功能,成功的生产线MES工程，在生产管理上按“料、法、机”的思路去安排功能。 所谓“料”，就是：生产日程安排、生产计划制定、生产批次跟踪、关键工序管理、原辅料管理和生产统计分析。 所谓“法”，就是：质量检验数据采集、过程分析、SPC。 所谓“机”，就是：设备状

5、态监控、设备基本信息管理、设备故障分析、设备任务管理、设备统计分析和SPC。,MES组成,MES的组成及其与其它系统的关系如下图所示。,MES的功能作用,MES是通过对企业生产组织和管理的实践进行总结后发展起来的应用系统，因此，从本质上讲，它并不是什么高深的理论，带有很强的可操作性。实践的经验证明，MES对企业生产制造平台的优化确有许多明显帮助和指导作用。主要表现在：,MES的功能作用,a) 由于MES对过程实时事件具有比ERP更高的响应能力，并具有对过程的实时状况向ERP报告的功能，使用其中的工序详细调度功能，通过相应的作业排序或作业调度程序来优化作业计划，MES能帮助ERP将企业的实际生产

6、作业计划制定得更细致、定义得更精确，同时也更具有更高的可操作性，可以极大地提高生产过程的作业效率和作业性能。,MES的功能作用,b) 由于MES反映了作业人员、机器、设备、物料和工具等资源的使用状态的实时信息，并就刚刚完工的作业活动向ERP和有关人员报告。因此，使用其中的资源状态管理功能，MES除能及时提供更详实的资源可用量信息，以便于向ERP进行更可行的资源计划，同时，也使有关人员不仅可及时了解到作业效率，资源效率等实际状况，还可以对作业中隐藏的问题，运作效率改善等进行及时的处理和更正。,MES的功能作用,c) 通过生产单元分配功能的使用，MES能将生产产品的原物料连同作业指令一起送达相应的

7、加工单元，以指令开始一个工序或工步的操作，极大地提高了生产流程的协同性，减少了“工作中心”的待料时间，提高了“工作中心”的利用效率。 d) 通过文档管理和标准控制功能的使用，MES能将产品的加工所需的产品数据、产品标准、工艺规程或相关信息连同作业指令一起送达相应的加工单元，并对活动的过程、结果和环境等进行符合规定要求的信息收集和记录。这不仅改善了流程的协同性，改善了产品标准、产品数据、工艺规程等控制的有效程度，也改善了产品生产过程中文档管理符合规定要求的程度。,e) 通过产品跟踪和清单管理功能的使用，MES能监视工件在任意时刻的位置和状态，收集和记录产品或组件加工工序、加工结果的数据，形成每个

8、组件或产品可追溯性记录，以便在必要时，企业向客户证实产品的质量、追溯问题的根源或评估问题的严重程度等。 f)通过性能分析功能的使用， MES能将在产品制造过程中实际测定的结果与过去历史记录、企业的目标或客户的要求进行相关的比较，在线显示或者输出相应的报告，辅助管理者进行对产品性能、过程运作进行改进和提高。,MES的功能作用,MES的功能作用,g)通过作业人员管理功能的使用， MES能及时提供作业人员的状态和相关的信息（工时，出勤等），并基于人员资历，工作模式，业务需求等相关信息，辅助管理者对作业人员进行有效的安排。这不仅有助理与作业人员的有效安排，同时，这项功能的重大意义在于，在MES的平台上

9、，实现了人员、物料、设备、信息和工具在生产作业计划中的“集成”，这充分保证和改善了生产作业流程的协同性。,MES的功能作用,h)通过设备维护管理功能的使用，通过对状态的监控和数据的收集，MES不仅能及时提出设备维护的指导性意见，同时，还能辅助有关人员对设备进行有效管理和维护的各项工作，保证企业机器设备和相关资产的正常运转或运作。,制造行业的一般分类方法,ERP产业界和学术界常用离散型、流程型来描述制造业的生产类型。在一般文献对制造业分类的基础上，考虑到有些企业（特别是内部供应链的规模较大的企业）的兼具流程生产向离散生产类型过渡（准流程/准离散）的情形，以及目前越来越多的企业为满足用户个性化产品

10、的需求而采用大规模定制生产策略的现实，这里相应地加入了准离散/流程生产及大批量定制生产两种类型。,制造业的一般分类造行业的一般分类,流程式制造,产业简述 流程式生产/制造是通过一条生产线将原料制成成品，比如集成电路、药品及食品、饮料制造、采掘业、冶炼业等。这个行业关心的是如何在与分销商和零售商打交道的过程中降低成本，并笼络住他们。 流程企业的产品是以流水生产线方式组织连续的生产方式，只存在连续的工艺流程，不存在与离散企业对应的严格的工艺路线。因此，在作业计划调度方面，不需要也无法精确到工序级别，而是以整个流水生产线为单元进行调度。从作业计划的作用和实现上，比离散企业相对简单。,流程式制造,产业

11、设备 流程式生产行业的产品比较固定，而且一旦生产就有可能是十几年不变的。这体现在设备上，流程企业的设备是一条固定的生产线，设备投资比较大，工艺流程固定。其生产能力有一定的限制，生产线上的设备维护特别重要，每台设备都是关键设备，不能发生故障，一台设备的故障会导致整个工艺流程的终止。,产业特点 流程生产行业企业的特点是品种固定、批量大、生产设备投资高，而且按照产品进行布置。通常，流程生产行业企业设备是专用的，很难改作其他用途。另外，还有如管道式物料输送，生产连续性强，流程比较规范，工艺柔性比较小，产品比较单一，原料比较稳定等特点。,流程式制造,产业流程 首先业务部接单（或公司下单），生产部、技术部

12、及采购部共同确定各自负责的相关资料，如生产部要确定上线期及交货期，技术部要确定相关的样品、工艺制单及材耗，采购部要确定物料到公司的时间。以上几个部门确认好了后，还要反馈至业务或公司，由相关人员进行审核成本及相关的时间，并与客户取得联系（或公司相关负责人员），获得确认后，迅速将相关信息反馈至技术部、采购部及生产部。各部门按原定确认资料进行计划安排并执行。,产业结构 流程企业的产品结构往往不是很固定。上级物料和下级物料之间的数量关系，可能随温度、压力、湿度、季节、人员技术水平、工艺条件不同而不同。 在流程生产行业MES中，一般采用配方的概念来描述这种动态的产品结构关系。其次，在流程生产行业每个工艺

13、过程中，伴随产出的不只是产品或中间产品，还可能细分为主产品、副产品、协产品、回流物和废物。MES在描述这种产品结构的配方的时候，还应具有批量、有效期等方面的要求。,流程制造业MES体系结构及模型设计,流程工业生产过程是一个离散和连续混合的生产过程，产线长、工序多、设备复杂，是典型的复杂系统。由于系统的复杂性，传统的企业信息化系统建设在实践中暴露出很多问题，最典型的如由于企业资源计划系统ERP层与基础自动化PCS层缺乏模型及信息的有效统一和沟通导致具体业务功能不能及时在控制层得到执行，生产信息如物料、设备、产品质量、定单信息等可视性差，信息沟通困难。 针对以上问题，以物流、资金流、信息流集成优化

14、为目标，以ERP、MES和PCS三层应用系统紧密结合的综合自动化整体解决方案应运而生，为企业的生产经营提供有效的支撑,如图所示，MES是处于ERP和PCS之间的执行层，将经营目标转化成生产过程中的操作目标，通过反馈执行结果，不断调整和优化，形成一个周期性的从生产经营到生产运行和过程控制的高效闭环系统，企业信息通过MES层实现了全集成。,流程工业CIM的三层体系结构,流程制造业MES体系结构及模型设计,根据企业性质及建模目标的不同，企业模型可以分为多种不同层次水平和视角的模型形式。MES系统的建模目标是在对企业MES层内各种物理、功能实体间的功能关系和信息关系以及各种动静态依赖关系进行抽象描述基

15、础上，完成对MES层的分析和综合，通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行。,流程制造业MES体系结构及模型设计,模型层次结构,流程工业中MES的功能与特点,功能： MES在企业资源计划和过程控制之间提供信息的转换。 MES执行由ERP制定的计划，并根据实时生产信息调整生产作出调度，并将有关资源利用和库存情况的准确信息实时地提供给ERP系统。 MES还能将生产目标及生产规范自动转化为过程设定值，并对应到控制设备的参数设置。 同时，MES将从DCS采集来的生产数据与质量指标进行对比和分析，可以提供闭环的质量控制。 可见，MES是ERP和DCS之间的信息纽带，是流

16、程工业CIMS实施的核心。 流程CIMS中，MES软件系统的功能主要包括物料管理、资源管理、作业/订单管理、质量管理、操作管理及行业法规管理等。,流程工业中MES的功能与特点,流程工业中MES在以下三方面具有区别于离散制造系统中MES的特点 流程工业生产环境苛刻，生产过程包含复杂的物理、化学过程，及各种突变和不确定性因素。特别是启动、停机和应急处理等暂态过程的各项操作，不仅影响生产效率，而且存在着安全隐患。因此，操作管理是流程CIMS中MES的一项重要任务。它负责监督在所执行的每一项操作中遵守操作步骤和规范，在连续、混合及间歇生产环境下为操作员提供流程启动、平稳运行及停机等过程的标准操作指令。

17、 流程工业CIMS不仅要集成信息流和物料流，还包括能源供应流。因此，流程CIMS中MES的调度决策功能需要对物料和能量提供最佳控制策略，同时决策不仅以提高生产效率和降低生产成本为目标，还应将节省能源、减少污染等目标考虑在内。 流程工业中MES的决策具有混杂性，不仅包括连续过程变量，而且包含离散过程变量。 为了对生产过程及产品质量进行控制，必须建立反映连续过程主要物理、化学变化过程的过程模拟模型，并将过程模型与优化模型结合起来。,尽管在国外MES和ERP的概念同一年提出，但是ERP却比MES的发展势头迅猛。因此，国内尽管关于MES的研究、开发和应用只是近年来的事情，但是与国外的差距并不大。 20

18、世纪90年代初期，中国就开始对MES以及ERP的跟踪研究、宣传或试点，而且曾经提出了“管控一体化”，“人、才、物、产、供、销”等颇具中国特色的CIMS、MES、ERP、SCM等概念，只是总结、归纳、宣传、坚持或者提炼、提升不够，发展势头不快。 国内的一些产品不能说达到炉火纯青的程度，但基本上符合AMR、MESA、ISA提出的主要定义、模型和标准。而且，不管是国内，还是国外，要推进MES的推广和普及，还任重而道远。,从国外流程工业MES看国内MES的应用与发展,从国外流程工业MES看国内MES的应用与发展,对于今天的制造业企业来说，拥有高度灵活的因需而变的应用系统是企业在商战中决胜的关键。很显然

19、，应用上述固化的标准系统，是无法满足企业变化需求的。因此，西门子公司提出了一种全新而独特的范例，为制造执行系统的发展开辟了崭新的天地。 从国外的发展趋势看，已经形成了一批MES软件产品和解决方案，出现了一批以MES为核心产品的工业企业管理应用软件公司，而且企业信息技术应用的焦点已经由ERP转向MES，然而MES的标准化仍有大量工作要做。,从国外流程工业MES看国内MES的应用与发展,从国内的发展趋势看，CIMS、MES、ERP等概念都进入中国较早，但只以DCS为代表的底层自动化和以ERP为代表的管理系统普及速度较快，因此，中国工业企业的信息孤岛和缺损环链现象比国外更为突出，也就是对MES层的认

20、识相对落后，但是，确实有一些公司在加快开发中国式的MES产品或应用国外的MES产品，而且势头较好，同时，在认识观念上由关注ERP到关注MES的转变也已开始。 从技术角度看，MES的功能正在向控制层和计划层渗透，三层结构的分工可能更模糊。MES功能中的计划排产与执行调度模块(APS)越发突出和普及，它应是MES的核心。单一功能的MES产品正在向集成的MES和整体解决方案发展。信息技术领域的分布对象技术(CORBA、DCOM等)标准日臻成熟是MES发展和集成的基础。DCS和ERP的普及和提高同样也进一步推动了MES的发展和推广。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,由于制造企业内部信息化程度

21、很难跟上外部市场竞争环境的变化，为了获得更多的生存机会，迫切适应市场变化和竞争压力，制造企业商们纷纷规划企业自身的自动化和信息化发展蓝图，然而更多的制造企业仅关注车间的自动化程度和企业的管理水平，忽略了位于自动化控制层和计划管理层之间的生产执行层。 制造执行系统(MES，Manufacturing Execution System)恰恰能弥补这一断层。MES将生产自动化与经营活动结合起来，将经营目标转化为生产操作目标，实现经营和生产自动化间的协调统一，真正使经营计划周期形成“闭合回路”。MES提供设备控制系统、过程控制系统无法实现的车间级调度管理功能，提供ERP等管理信息系统无法实现的生产数据

22、的获取与分析功能，成为车间生产和企业管理之间的桥梁，可以为企业带来现实的或潜在的经济效益悼1。MES在企业生产管理中的数据流程图和所处定位如图1所示。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,可见，MES与上层ERP等业务系统和底层DCSPCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，一是把业务计划的指令传达到生产现场，二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。 MES扮演着生产活动最佳化的信息传递者。生产管理是MES的基础和核心，它是整个车间生产数据的集合体，从执行的角度担负起将计划落到实处的职能。,图1 MES在企业生产管理中的数据流程图和所处定位,这里以一个大型冶炼企业的车间生产业务为

23、研究背景，将生产管理作为MES系统中的一个模块，实现对生产现场的数据采集，通过与质量检验系统和衡器计量系统的有机结合，将生产的全部数据实时传递给上层ERP MES生产管理业务需求分析。 对于冶炼企业来说，首要任务是规划它的整体信息架构层级：L1为一级设备控制系统，L2为二级过程控制系统，L3为三级制造系统MES，L4为四级企业级资源计划系统ERP，L5为五级企业管理系统和决策支持系统，其中L1和L2为控制层，L3为生产执行层，L4和L5为计划管理层。由于L1、L2在该冶炼企业中已经成功建立和成熟使用，L5被列入三年后的信息化蓝图中，目前信息化的重点是ERP和MES。通过MES打通企业三层管理链

24、路，实现从上到下(ERPMESDCSPCS)和从下到上(DcsPCSMEsERP)的双向信息通道，将各个信息岛屿连成一个企业级的网络通路系统，以强化企业的管理深度和优化企业自身的知识资源。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,该冶炼企业MES重点是将5个生产车间的业务整合起来，MES接受来自ERP的月生产订单，MES将ERP的月生产订单按照5个生产车间的业务特点由调度进行排产，生成各自车间的日作业计划，生产调度以周或天进行日作业计划下达，岗位工人依据日作业计划进行投料和收料操作，将物料的投入和产出连成线，前一车间的产出物是后一车间的投入物，期间需要对特定物料进行质量检验、衡器计量和移库。

25、当岗位工人完成投收料相关数据的人工采集和设备的自动采集后，经过当班班长的审核。MES自动将数据实时上传ERP，ERP成功接收MES的生产数据后立即将对应凭证下达至MES，以告知MES本次投料、收料、移库数据成功上传ERP。图2是对5个车间的生产业务的抽象和统一。 同时，车间管理要求，为了细分和跟踪车间岗位工人的职责，MES需要依据产线和工序的不同，规定岗位的具体操作生产订单和作业计划以及具体投收物料清单，记录投收料物料名称、物料代码、操作时间、操作人、更新时间、更新人等动作信息，以便阻止错投、误投物料的操作；还需要考虑在质量检验系统和衡器计量系统不能正常工作的条件下如何人工补录数据等问题，以便

26、促使岗位工人尽守职责，尽可能地保证生产数据的有效性和正确性，为上层的决策提供可靠、可信的数据支持。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,你你们,你们,库存管理（原料成本）,你们,你们,订单投料量记录,订单下达,生产订单,订单收料量记录,库存盘点,收料凭 证接收,日作业计划,收料凭证接收,移库凭证 产生下传,移库信息记录,收料凭证 产生下传,投料凭证 产生下达,日作业计划,下达作业计划（按周下达）,月订单排产（日作业计划）,生产订单,生产订单接收,移库单制单,生产订单管理,产出品参数记录,收料检验,收料量计算,冶炼企业MES,检验结果,投料量计算,采集投料量 （按作业计划）,生产订单跟踪,

27、正确,采购收料量 按作业计划,移库凭证接收,移库单转至下工序,生产管理业务流程,ERP,MES,Y,S,作业计划管理,作业计划跟踪,单品种投料量,混 合 料 量,投料量上传,投料量反冲,图2 车间生产管理业务流程,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,由于该冶炼企业目前已有质量检验系统、衡器计量系统，所以MES生产管理模块在不打破现运行良好的质量检验和衡器计量系统的前提下，与其进行优化联合处理车同业务，将控制层的生产状态和中间层的生产结果反馈给计划层的ERP。 依据业务需求分析结果，该冶炼企业车间生产的MES生产管理功能模型下图所示。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,接口生产订单

28、,作业计划排产,生产配置管理,查询统计分析,启用生产订单,作业计划管理,启用生产订单,关闭生产订单,生产收料管理,生产收料审核,收料入库签收,生产投料管理,生产投料审核,投料出库签收,工艺参数管理,原料申请管理,原料计划接收,移库单制单,移库单核对,移库单接收,收料卸货确认,ERP订单接口,ERP凭证接口,投料收料接口,衡器计量接口,质量检验接口,工艺设备接口,产载工艺维护,生产岗位维护,岗位物料配置,工作重心维护,成本中心维护,移库信息配置,岗位订单配置,移库单查询,作业计划查询,生产订单查询,收料信息查询,工艺参数查询,投料信息查询,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,整个MES的生

29、产管理由以上6部分组成，功能简介如下： (1)生产计划管理：操作对象为各个车间的调度室，主要接收来自ERP的月生产订单，启用生产订单，然后通过系统自动加人工调整的方式进行排产，按周或天下达MES日作业计划于各个岗位。在生产的过程中。 (2)生产实绩管理：操作对象为具体的岗位，位于不同产线和工序的岗位工人只能操作系统配置好的生产订单和作业计划以及投收的具体物料，系统自动记录岗位工人的操作痕迹，提高车间的管理精度。完成生产过程中投入物料和产出物料的质量检验和计量，通过班长的审核和出入库签收，将投收料数据自动上传ERP。 (3)生产移库管理：在生产制造过程中，需要厂际、厂内之间来回调拨物料，这样为了

30、确保物料的来源和去向，要料方需要向供料方提出要料申请，供料方同意，供料方制作核对移库单，要料方同意接收物料，双方共同确认物料的卸货归位，MES自动将移库物料和移库量等信息上传ERP，保证ERP库存管理的准确性。移库结束，系统自动打印出移库凭证以作备份。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,(4)接口管理：MES生产过程中的物料需要质量检验部门检验的，则MES需发检验委托单至质量检验系统，质量检验系统完成检验并将结果返回给MES判定处置；同样MES生产过程中的物料需要衡器计量的，则需发计量委托单至衡器计量系统，衡器计量系统完成计量并将结果返回给MES判定处置。MES最终需将正确的投料和收料

31、数据上传ERP。其他接口等同作用。 (5)生产配置管理：为了提高MES的灵活性和系统处理变化的能力最统管理员在此可将生产过程中用到的常数据进行预先配置，减少现场操作人员的人工输入量，保证数据来源和流向的简化性和正确性。 (6)查询统计分析：这里只做条件查询，查询结果以符合生产要求的报表格式展出，支持一定格式的网形分析和导出。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,MES生产管理系统实现 MES考虑到5个车间网络设备情况，决定在车间数据操作层采用CS客户机服务器方式，在行政管理层进行信息浏览和查询时采用BS浏览器服务器方式总的系统架构采用现今比较流行的三层结构后台以Oracle数据库服务器作

32、为支撑环境，前台采用c#开发语言，如图4所示。,图4 C/S和B/S结合的三层系统架构,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,MES系统的三层结构分别为： (1)表现层(Web浏览器客户机)，是用户与系统间信息交互的界面，负责结果展示及数据收集。车间层数据操作用户通过访问客户端应用程序，完成数据的人工录人和提交；行政管理层用户通过访问WEB浏览器进行信息浏览和查询。 (2)应用逻辑层，实现系统业务逻辑，包括基础业务功能和业务流，即将生产计划、生产实绩、生产移库、查询统计分析等功能置于该层。当客户端提出任务请求时，应用逻辑层首先向数据服务层的数据库提出数据提取请求，并对提取出来的数据进行处理

33、，将处理的结果通过应用服务器传送回客户端。 (3)数据服务层，通过底层的数据库管理系统向上层提供全面的资源访问支持，屏蔽数据源差异，接受应用逻辑层传来的对数据库数据的操作要求，实现对数据库数据的查询、修改和更新等。 这种体系结构的本质在于通过对服务功能的分布实现分工服务。客户机主要负责管理用户界面，接收用户数据，处理应用逻辑生成数据库服务请求，然后将这些请求按照一定的格式返回给用户。客户端不直接与数据库交互，所有的业务处理都放在了中间层的应用服务器上，一旦数据库结构或业务逻辑发生变化，只需要修改相关的业务逻辑组件，无需对客户端做任何改动，大大降低了系统的维护成本。,冶炼企业MES中生产管理模块的分析与设计,Thank You !,