1、第六章 制造執行系統MES8.1 MES的概念及產生、開展 8.1.1 MES的概念 制造執行系統Manufacturing Execution System，MES是隨著近十幾年來消費形狀的變革而產生的，因此它的開展史比MIS、ERP、CAD/CAM等要短，但人們對它的研討和運用卻開展的非常迅速。 MES國際結合會Manufacturing Execution System Association，MESA對MES的定義是：“MES提供為優化從訂單投入到產品完成的消費活動所需的信息。MES運用及時、準確的信息，指點、啟動、呼應并記錄工廠活動，從而可以對條件的變化做出迅速的呼應，減少非增值活動

2、，提高公司運作過程的效率。MES在企業和供應鏈間，以雙向交互的方式提供消費活動的根底信息。 從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統中起著中間層的作用在MRP II、ERP系統產生的長期方案的指點下，MES根據底層控制系統采集的與消費有關的實時數據，對短期消費作業的方案調度、監控、資源配置和消費過程進展優化。其關鍵是強調整個消費過程的優化，它需求搜集消費過程中大量的實時數據，并對實時事件及時處置。同時又與方案層和控制層堅持雙向通訊才干，從上下兩層接納相應數據并反響處置結果和消費指令。 因此，MES不同于以派工單方式為主的消費管理和輔助的物料流為特征的傳統車間控制器，也不同于偏重于作業與設備調

3、度為主的單元控制器，而應將MES作為一種消費方式，把制造系統的方案和進度安排、追蹤、監視和控制、物料流動、質量管理、設備的控制和計算機集成制造接口CIM等一體化去思索，以最終實施制造自動化戰略。 8.1.2 MES的產生背景 21世紀，許多企業經過實施MRPII/ERP來加強管理。然而上層消費方案管理受市場影響越來越大，方案明顯跟不上變化。企業決策者認識到，方案的制定要依賴于市場和實踐的作業執行形狀，而不能完全以物料和庫存報答來控制消費。 同時，MRP/ERP軟件主要是針對資源方案，通常能處置昨天以前發生的事情作歷史分析，亦可估計并處置明天將要發生的事件，但對今天正在發生的事件卻往往留下了不規

4、范的缺口，即傳統消費現場管理是一黑箱作業，呵斥了消費方案與消費過程的脫節問題這一問題長期以來不僅直接影響企業的消費效率，而且成為制約現代企業內部信息集成和企業之間供應鏈優化的瓶頸。 制造執行系統MES恰好能填補這一空白。MES是處于方案層和車間層操作控制系統SFC之間的執行層，主要擔任消費管理和調度執行，彌合了企業方案層和消費車間過程控制系統之間的間隔。它經過控制包括物料、設備、人員、流程指令和設備在內的一切工廠資源來提高制造的競爭力，提供了一種系統地在一致平臺上集成諸如質量控制、文檔管理、消費調度等功能的方式，從而實現企業實時化的ERP/MES/SFC系統。 8.1.3 MES的現狀與開展趨

5、勢 MES作為消費形狀變革的產物，其根源可追溯到20世紀70年代的零星車間級運用。但MES概念那么是美國管理界于20世紀90年代提出的。 美國先進制造研討機構AMR (Advanced Manufacturing Research)經過對大量企業的調查發現，現有的企業消費管理系統普遍由以MRPII/ERP為代表的企業管理軟件，以SCADA、HMI (Human Machine Interface)為代表的消費過程監控軟件和以實現操作過程自動化、支持企業全面集成的MES軟件群組成。 根據調查結果，AMR于1992年提出了三層的企業集成模型見以下圖： 目前，一些從事MES開發的專業公司如美國的 C

6、onsilium，加拿大的 Promise 公司等擁有一定的市場份額。但這些公司大多是針對特定的消費類型，或特定的功能需求而開發出MES，存在著通用性差、可集成性弱、重構才干差等缺陷。 另外，由于工廠能夠會從不同的軟件供應商購買適宜本人的MES模塊，或將現有系統legacy system集成為MES功能的一部分，結果導致許多工廠的MES系統實踐上是一個大雜燴，每個系統都有各自的處置邏輯、數據庫、數據模型和通訊機制，導致系統很難隨技術的更新而進展晉級。 為理處理MES與外部系統的集成問題，可集成MES (Integratable MES，I-MES)逐漸成為人們研討的熱點。I-MES采用高效的根

7、底框架，經過將面向對象技術、音訊機制和組件技術運用到系統開發中，既大大加強了系統的集成性和順應性，又能滿足關鍵事物的處置。 I-MES構造分為以下三個層次：領域層(domain-specific layer)、對象層(object layer)和根底架構層(low-level infrastructure layer)。三層之間相互獨立，從而為I-MES的實現提供了技術保證。I-MES具有一些優點，如單一的邏輯數據庫、一致的數據模型、系統內部良好的集成性等，從而能實現客戶化、可重構和互操作。 一個典型的I-MES系統的體系構造 ：8.2 MES的技術架構 8.2.1 MES的功能模塊 作為一種

8、計算機輔助消費管理系統，MES重要使命就是實現企業的延續信息流。MES國際結合會歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括工序詳細調度、資源分配和形狀管理、消費單元分配、物料和過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數據采集模塊。 8.2.2 MES的獨到技術 MES涉及的技術領域，很多方面與MRP II、ERP所用技術相類似。這里僅就MES中較有特征的技術進展闡明。運轉形狀實時采集技術 ：對機器的開/停、加工運轉形狀進展實時采集，為方案控制和動態調度提供及時、準確的信息支持，使車間管理與控制真正做到實時。 NCNumerical Control，數

9、控程序的傳輸技術 ：在MES系統中，NC程序的雙向傳輸主要處理具有不同傳輸協議的數控系統NC程序的傳輸問題。維修知識庫的建立與維修導游技術 ：是MES的一項關鍵技術，它可以實現輔助缺點診斷，在對缺點的統計、歸類分析的根底上，建立缺點景象與緣由之間的關系，經過決策樹的方式支持缺點診斷。 8.2.3 MES的優勢 攜手上下層、優化數據流 MES在工廠綜合自動化系統中起著中間層的作用。在MES下層，是底層消費控制系統，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合；在MES上層，那么是高層管理方案系統，包括MRPII/ERP。 從時間要素分析，在MES之上的方案系統思索的問題域是中長

10、期的消費方案時間因子100倍；執行層MES系統處置的問題域是近期消費義務的協調安排問題時間因子10倍；控制層系統那么必需實時地接納消費指令，使設備正常加工運轉時間因子1倍。它們相互關聯、互為補充，實現企業的延續信息流。 從層次角度分析，制造企業的控制構造可劃分為工廠層或公司層、車間層、單元層企業的工段或班組和設備層。通常，ERP系統處于工廠層和車間層；設備控制系統處于設備層，有時會擴展到單元層；而MES那么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的功能上會有部分反復。 制造企業的控制構造圖 如上圖所示，方案與控制指令自上而下越來越詳細與詳細，而由分布在消費現場的數據采

11、集系統采集的實時數據自下而上經過層層匯總，數據的綜合性越來越強。 在MRP II、ERP系統產生的長期方案的指點下，MES根據底層控制系統采集的與消費有關的實時數據，進展短期消費作業的方案調度、監控、資源配置和消費過程的優化等任務。以下圖描畫了MES在企業中的數據流圖。 企業中MES的數據流圖 在信息交互的詳細內容方面，MES向上層提交周期清點次數、消費才干、資料耗費、勞動力和消費線運轉性能、在制品(WIP)存放位置和形狀、實踐定單執行等涉及消費運轉的數據；向底層控制系統發布消費指令控制及有關的消費線運轉的各種參數等。以下圖描畫了MES與方案層和控制層的信息交互關系。 MES與方案層和控制層的

12、信息交互 與ERP優勢互補 1ERP的缺乏 雖然ERP可以很好地處理消費方案問題，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。而且ERP系統中車間加工單和調度單的時間跨度或方案期經常比較長，通常為周。但實踐時間跨度完全根據系統的實施要求和控制細度來確定。另外，ERP通常采集主要工序現場信息的時候，根本靠手工錄入，不僅效率低、易出錯，而且輸入的數據是根本上是前一個班或前一天的數據，信息滯后。 2MES的優勢 MES的方案調度功能與ERP車間層的功能有些類似，但MES的方案調度的功能比較強，制定的方案也比較詳細； MES普通按車間層和單元層分級制定作業方案，并對車間的每一臺設備或操作人員分派義務，通常

13、會細化到方案期內每個單元每臺設備每天或每班的消費義務 ； MES系統反響的數據不僅包括每臺設備、每個工序和每個操作人員的數據，還包括加工過程中的形狀數據，而且采用自動化數據采集技術實現實時采集。 綜上所述，假設把MES與ERP集成起來，不僅能充分發揚它們各自的優勢，還可使MES系統的消費方案更合理，使ERP系統的數據更及時有效，任務效率更高。8.3 MES的運用 8.3.1 MES運用的行業差別 MES的運用，涉及到詳細的消費過程，故要充分思索到企業的詳細情況，以謀求最適宜的信息化處理方案。 企業的消費方式，主要可以分為按定單消費、按庫存消費或上述兩者的組合。從消費類型上思索，那么可以分為批量

14、消費和單件小批消費。從產品類型和消費工藝組織方式上，企業的行業類型可分為流程消費行業和離散制造行業。 典型的流程消費行業有醫藥、石油化工、電力、鋼鐵等領域，主要采用按庫存、批量、延續的消費方式。典型的離散制造行業主要包括機械制造、航空制造、汽車制造等，既有按定單消費，也有按庫存消費；既有批量消費，也有單件小批消費。 流程消費行業和離散制造行業在產品構造、工藝流程、消費組織方式等方面都存在較大的差別。所以，在MES運用上，要根據行業特征區別對待，主要是對MRPII/ERP的要求不同，詳細表如今： 1)對消費模型的要求不同：流程消費行業的消費模型以配方為中心，而離散行業的消費模型以產品BOM為中心

15、。 2消費方案方式 不同：流程企業根據市場的需求進展消費，離散企業根據定單或市場預測作為消費方案制定的根據。3作業方案調度不同：離散企業根據優先級、任務中心才干、設備才干調度，是基于有限才干的調度；流程企業是延續的消費方式，不需求也無法準確到工序級別，而是以整個流水消費線為單元進展調度。 4數據采集不同：離散企業以手工上報為主，并可以結合條形碼采集等半自動信息采集技術；流程消費行業的自動化程度較高，對于MES而言，重點在于系統構建的時候與這些自動化設備做好數據接口。5作業指令的下達不同：離散行業的MES 普通采用派工單、施工單等書面方式，或采用電子看板方式；流程消費行業的MES不僅要下達作業指

16、令，還要將作業指令轉化為各個機組及設備的操作指令和各種根底自動化設備的控制參數如PID控制參數。 8.3.2 MES的實施 將MES系統導入到企業的運作體系之中，企業需求先完善管理根底，根據本身情況選擇好“合身的MES軟件系統，而后采用科學的實施方法充分預備，才干促使MES正式運轉、發揚成效。 MES的管理根底 信息技術可以成為提高企業管理程度的有效手段，但不會自動地處理企業的管理問題。由于沒有健全的管理體系，MES系統信息的及時維護就難以保證，信息就不能得到有效利用。要想勝利實施MES，企業必需先在管理上下功夫與MES親密相關的任務，包括車間環境、職責分工以及人員保證等方面。 1定置，改善車間環境：是指經過對消費和任務環境的分析，把消費和任務需求的物品按照工藝的需求科學地確定位置。2合理分工、明確責職：對企業的業務流程進展合理重組，去除重疊的部門責能，減少無效力動，合理分工、明確責職。3提供人員保證：對不同類型、不同層