生产管理系统(mes)

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1、制 造 业 车 间 生 产 管 理 系 统 （ MES） 及 其 典 型 结 构【摘 要 】生 产 执 行 管 理 系 统 （MES）是 企 业 CIMS 信 息 集 成 的 纽 带 ，是 实施 企 业 敏 捷 制 造 战 略 和 实 现 车 间 生 产 敏 捷 化 的 基 本 技 术 手 段 。本 文 介 绍了 MES 生 产 管 理 系 统 的 概 念 、功 能 模 型 ，以 及 MES 与 ERP 及 现 场 自 动化 系 统 之 间 的 关 系 ，并 且 描 述 了 MES 系 统 的 典 型 结 构 。 1、 概 述制 造 业 是 我 国 国 民 经 济 重 要 的 支 柱 产 业

2、， 在 第 二 产 业 中 占 据 中 心 地 位 。 伴随 中 国 加 入 WTO 和 经 济 全 球 化 ， 中 国 正 在 成 为 世 界 制 造 业 的 中 心 。 中 国 的 制造 业 企 业 面 临 日 益 激 烈 的 国 内 外 竞 争 ， 如 何 迅 速 提 高 企 业 的 核 心 竞 争 力 ， 很 重要 的 一 点 ， 就 是 以 信 息 化 带 动 工 业 化 ， 加 快 信 息 化 进 程 ， 走 新 型 工 业 化 道 路 ，实 现 全 社 会 生 产 力 的 跨 越 式 发 展 。 纵 观 我 国 制 造 业 信 息 化 系 统 的 应 用 现 状 ，建 设 的 重

3、 点 普 遍 放 在 ERP 管 理 系 统 和 现 场 自 动 化 系 统 （ Shop Floor Control System, SFC） 两 个 方 面 。 但 是 ， 由 于 产 品 行 销 在 这 一 、 二 十 年 间 从生 产 导 向 快 速 地 演 变 成 市 场 导 向 、 竞 争 导 向 ， 因 而 也 对 制 造 企 业 生 产 现 场 的 管理 和 组 织 提 出 了 挑 战 ， 仅 仅 依 靠 ERP 和 现 场 自 动 化 系 统 往 往 无 法 应 付 这 新的 局 面 。工 厂 制 造 执 行 系 统 （ Manufacturing Execution Sys

4、tem, MES） 恰好 能 填 补 这 一 空 白 。 工 厂 制 造 执 行 系 统 MES 是 近 10 年 来 在 国 际 上 迅 速 发展 、 面 向 车 间 层 的 生 产 管 理 技 术 与 实 时 信 息 系 统 。 MES 可 以 为 用 户 提 供 一个 快 速 反 应 、 有 弹 性 、 精 细 化 的 制 造 业 环 境 ， 帮 助 企 业 减 低 成 本 、 按 期 交 货 、提 高 产 品 的 质 量 和 提 高 服 务 质 量 。 适 用 于 不 同 行 业 （ 家 电 、 汽 车 、 半 导 体 、 通讯 、 IT、 医 药 ） ， 能 够 对 单 一 的 大

5、批 量 生 产 和 既 有 多 品 种 小 批 量 生 产 又 有 大 批量 生 产 的 混 合 型 制 造 企 业 提 供 良 好 的 企 业 信 息 管 理 。 目 前 国 外 知 名 企 业 应 用MES 系 统 已 经 成 为 普 遍 现 象 ， 国 内 许 多 企 业 也 逐 渐 开 始 采 用 这 项 技 术 来 增 强 自身 的 核 心 竞 争 力 。2、 企 业 计 划 层 与 过 程 控 制 层 之 间 的 信 息 “断 层 ”问 题我 国 制 造 业 多 年 来 采 用 的 传 统 生 产 过 程 的 特 点 是 “由 上 而 下 ”按 计划 生 产 。 简 单 的 说 是

6、 从 计 划 层 到 生 产 控 制 层 ： 企 业 根 据 订 单 或 市 场 等 情 况 制 定生 产 计 划 生 产 计 划 到 达 生 产 现 场 组 织 生 产 产 品 派 送 。 企 业 管 理 信 息化 建 设 的 重 点 也 大 都 放 在 计 划 层 ， 以 进 行 生 产 规 划 管 理 及 一 般 事 务 处 理 。 如ERP 就 是 “位 ”于 企 业 上 层 计 划 层 ， 用 于 整 合 企 业 现 有 的 生 产 资 源 ， 编 制 生 产计 划 。 在 下 层 的 生 产 控 制 层 ， 企 业 主 要 采 用 自 动 化 生 产 设 备 、 自 动 化 检 测

7、 仪 器 、自 动 化 物 流 搬 运 储 存 设 备 等 解 决 具 体 生 产 （ 制 程 ） 的 生 产 瓶 颈 ， 实 现 生 产 现 场的 自 动 化 控 制 。由 于 市 场 环 境 的 变 化 和 现 代 生 产 管 理 理 念 的 不 断 更 新 ， 一 个 制 造 型 企 业 能否 良 性 运 营 ， 关 键 是 使 “计 划 ”与 “生 产 ”密 切 配 合 ， 企 业 和 车 间 管 理 人员 可 以 在 最 短 的 时 间 内 掌 握 生 产 现 场 的 变 化 ， 作 出 准 确 的 判 断 和 快 速 的 应 对 措施 ， 保 证 生 产 计 划 得 到 合 理 而

8、 快 速 修 正 。 虽 然 ERP 和 现 场 自 动 化 系 统 已 经发 展 到 了 非 常 成 熟 的 程 度 ， 但 是 由 于 ERP 系 统 的 服 务 对 象 是 企 业 管 理 的 上层 ， 一 般 对 车 间 层 的 管 理 流 程 不 提 供 直 接 和 详 细 的 支 持 。 而 现 场 自 动 化 系 统 的功 能 主 要 在 于 现 场 设 备 和 工 艺 参 数 的 监 控 ， 它 可 以 向 管 理 人 员 提 供 现 场 检 测 和统 计 数 据 ， 但 是 本 身 并 非 真 正 意 义 上 的 管 理 系 统 。 所 以 ， ERP 系 统 和 现 场自

9、动 化 系 统 之 间 出 现 了 管 理 信 息 方 面 的 “断 层 ”， 对 于 用 户 车 间 层 面 的 调度 和 管 理 要 求 ， 它 们 往 往 显 得 束 手 无 策 或 功 能 薄 弱 。 比 如 面 对 以 下 车 间 管 理 的典 型 问 题 ， 它 们 就 难 以 给 出 完 善 的 解 决 手 段 ： 出 现 用 户 产 品 投 诉 的 时 候 ， 能 否 根 据 产 品 号 码 追 溯 这 批 产 品 的 所 有 生产 过 程 信 息 ？ 能 否 立 即 查 明 它 的 ： 原 料 供 应 商 、 操 作 机 台 、 操 作 人 员 、 经 过 的工 序 、 生

10、产 时 间 日 期 和 关 键 的 工 艺 参 数 ？ 同 一 条 生 产 线 需 要 混 合 组 装 多 种 型 号 产 品 的 时 候 ， 能 否 自 动 校 验 和 操作 提 示 以 防 止 工 人 部 件 装 配 错 误 、 产 品 生 产 流 程 错 误 、 产 品 混 装 和 货 品 交 接 错误 ？ 过 去 12 小 时 之 内 生 产 线 上 出 现 最 多 的 5 种 产 品 缺 陷 是 什 么 ？ 次 品数 量 各 是 多 少 ？ 目 前 仓 库 以 及 前 工 序 、 中 工 序 、 后 工 序 线 上 的 每 种 产 品 数 量 各 是 多 少 ？要 分 别 供 应 给

11、 哪 些 供 应 商 ？ 何 时 能 够 及 时 交 货 ？ 生 产 线 和 加 工 设 备 有 多 少 时 间 在 生 产 ， 多 少 时 间 在 停 转 和 空 转 ？ 影 响设 备 生 产 潜 能 的 最 主 要 原 因 是 ： 设 备 故 障 ？ 调 度 失 误 ？ 材 料 供 应 不 及 时 ？ 工 人培 训 不 够 ？ 还 是 工 艺 指 标 不 合 理 ？ 能 否 对 产 品 的 质 量 检 测 数 据 自 动 进 行 统 计 和 分 析 ， 精 确 区 分 产 品 质 量的 随 机 波 动 与 异 常 波 动 ， 将 质 量 隐 患 消 灭 于 萌 芽 之 中 ？ 能 否 废

12、除 人 工 报 表 ， 自 动 统 计 每 个 过 程 的 生 产 数 量 、 合 格 率 和 缺 陷 代码 ？MES 的 定 位 ， 是 处 于 计 划 层 和 现 场 自 动 化 系 统 之 间 的 执 行 层 ， 主 要 负 责 车间 生 产 管 理 和 调 度 执 行 。 一 个 设 计 良 好 的 MES 系 统 可 以 在 统 一 平 台 上 集 成诸 如 生 产 调 度 、 产 品 跟 踪 、 质 量 控 制 、 设 备 故 障 分 析 、 网 络 报 表 等 管 理 功 能 ，使 用 统 一 的 数 据 库 和 通 过 网 络 联 接 可 以 同 时 为 生 产 部 门 、 质

13、 检 部 门 、 工 艺 部 门 、物 流 部 门 等 提 供 车 间 管 理 信 息 服 务 。 系 统 通 过 强 调 制 造 过 程 的 整 体 优 化 来 帮 助企 业 实 施 完 整 的 闭 环 生 产 ， 协 助 企 业 建 立 一 体 化 和 实 时 化 的ERP/MES/SFC 信 息 体 系 。3、 制 造 执 行 系 统 MES 及 其 功 能3 1 MES 的 定 义MES 是 美 国 管 理 界 90 年 代 提 出 的 新 概 念 。 美 国 先 进 制 造 研 究 机 构AMR(Advanced Manufacturing Research)通 过 对 大 量 企

14、业 的 调 查 发 现 现 有的 企 业 生 产 管 理 系 统 普 遍 由 以 ERP/MRPII 为 代 表 的 企 业 管 理 软 件 ， 以SCADA、 HMI(Human Machine Inteface)为 代 表 的 生 产 过 程 监 控 软 件 和 以 实现 操 作 过 程 自 动 化 ， 支 持 企 业 全 面 集 成 的 MES 软 件 群 组 成 。 根 据 调 查 结 果 ，AMR 于 1992 年 提 出 的 三 层 的 企 业 集 成 模 型 （ 如 图 1） 。MESA International (MES 国 际 联 合 会 )是 以 宣 传 MES 思 想

15、和 产 品 为宗 旨 的 贸 易 联 合 会 ， 它 为 了 帮 助 其 成 员 组 织 在 企 业 界 推 广 MES 制 定 了 一系 列 研 究 、 分 析 和 开 发 计 划 。 MESA 协 会 白 皮 书 （ MESA White Paper No.6， 1997） 对 MES 系 统 作 如 下 之 定 义 ： MES 系 统 在 产 品 从 工 单 发 出 到 成 品 产 出 的 过 程 中 ， 扮 演 生 产 活 动 最 佳化 的 信 息 传 递 者 。 当 事 件 发 生 变 异 时 ， 借 着 实 时 正 确 的 信 息 、 生 产 执 行 系 统 规 范 、 原 始工

16、作 情 况 、 资 料 反 应 及 回 馈 ， 作 出 快 速 的 响 应 以 减 少 无 附 加 价 值 之 生 产 活 动 ，提 升 工 厂 生 产 制 程 的 效 率 。 MES 改 善 生 产 条 件 及 准 时 出 货 、 库 存 周 转 、 生 产 毛 利 及 现 金 流 量 效 益 ，MES 并 且 也 在 企 业 与 供 应 链 之 间 提 供 一 个 双 向 的 生 产 信 息 流 。 MESA 协 会 白 皮 书 （ MESA White Paper No.3， 1997） 中 提 出 说 明 企 业资 源 规 划 （ ERP） 、 MES 与 控 制 系 统 间 的 作 业 互 动 与 信 息 流 模 式 ， 如 图 二 所 示 。 图 中 左 边 ERP 等 系 统 需 随 时 注 意 产 品 库 存 量 、 客 户 订 单 状 况 与 材 料 需 求 ，然 后 将 这 些 信 息 传 送 至 MES， 由 执 行 系 统 进 行 生 产 或 安 排 库 存 以 满 足 客 户 订单 需