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1、MES发展现状、关键技术与应用发展现状、关键技术与应用 华中科技大学华中科技大学 张国军张国军 2008-6-3 提纲提纲 MES发展现状、问题与对策发展现状、问题与对策 离散制造特点分析及其离散制造特点分析及其MES关键技术关键技术 混流生产优化方法及其应用混流生产优化方法及其应用 结语结语 适应性差适应性差：主要体现在制造主要体现在制造 系统对品种变化的适应性差系统对品种变化的适应性差 约每周切换一次，每次停产约约每周切换一次，每次停产约8小时小时 量产化过程困难，周期长（平均大于量产化过程困难，周期长（平均大于4月）月） 效率低：效率低：主要体现在生产主要体现在生产 过程中计划制定不合理
2、过程中计划制定不合理 稳定性差：稳定性差：主要体现在主要体现在 缺乏对不确定因素的预缺乏对不确定因素的预 测与应对测与应对 奇瑞发动机厂生产计划跟踪表奇瑞发动机厂生产计划跟踪表 我国制造业面临的主要问题我国制造业面临的主要问题 以某汽车发动机生产为例：以某汽车发动机生产为例： 2000年，丰田共线生产年，丰田共线生产4000 多种车型，单线班产多种车型，单线班产500台台 2006年，国内共线车型年，国内共线车型1000 种左右，单班班产种左右，单班班产300 台台 以某汽车发动机生产为例：以某汽车发动机生产为例： 缺乏缺乏MES是造成上述差距的重要原因是造成上述差距的重要原因 底层信息化还很
3、薄弱 CAD CAM CAE CAT PDM ERP CAQ TCMS SCM CRM 研发研发车间制造车间制造 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 生产管理生产管理 销售销售 制造业对制造业对MES的需求的需求 （1）提高市场响应速度 假设假设：5 5 年的产品生命周期年的产品生命周期; ; 20%20%的市场增长率的市场增长率; ; 每年每年 2% 2% 的价格降低。的价格降低。 利润减少利润减少 4 % 22 % 33 % 原因原因 开发成本开发成本 增加增加 50%50% 制造成本制
4、造成本 增加增加 10%10% 产品上市产品上市 延迟延迟6 6个月个月 制造业对制造业对MES的需求的需求 （2）产品质量及追溯 减少产品不良率 对生产加工过程中每个环节进行实时的质量监控 商品召回制度 2002年10月，国家质检总局正式向社会公布了 缺陷汽车产品召回管理规定 2003年1月,上海市消费者权益保护条例 制造业对制造业对MES的需求的需求 （3）降低生产成本 提高生产设备利用率 通过MES建立一个完整、统一的厂区关键设备监控 与管理系统 缩短生产周期 通过MES对生产计划进行及时修正和调整，实现对 现场异常情况的处理 减少在制品及库存量 通过MES作业计划和实时调度弥补ERP系
5、统通过市 场预测的偏差 制造业对制造业对MES的需求的需求 （4）保障先进管理思想的实践 先进管理思想 精益生产（LP） 准时生产制（JIT） 最优化生产技术（OPT） MES是是精益生产、准时生产和最优化生产技 术等先进管理思想在生产过程中的具体实现 我国制造业我国制造业MES的整体状况的整体状况 从MES研发来看 单元技术有所突破，集成平台缺乏 形成基本解决方案，尚不具备成熟产品形态（流程 行业好于离散制造业） 从MES实施与应用来看 已经引起重视，尚未大刀阔斧 开始局部实施，取得初步效果 观点：近时期将成为观点：近时期将成为MES快速发展的拐点，尤其是从流程制快速发展的拐点，尤其是从流程
6、制 造业快速向离散制造业推进！造业快速向离散制造业推进！ 我国我国MES发展面临的问题发展面临的问题 （1）MES体系还不完整体系还不完整 基本功能具备，但缺乏过程管理与优化等面向典型行业 的核心模块 针对离散制造业尚无完整、统一、系统的MES解决方案 和体系架构 （2）缺乏）缺乏MES技术标准技术标准 MES的设计、开发、实施、维护缺乏技术标准 （3）集成性还没有完全解决）集成性还没有完全解决 由于缺乏统一的工厂数据模型， MES与企业其它相关信 息系统之间缺乏必要的集成，导致MES作为企业制造协 同的引擎功能远未得到充分发挥。 我国我国MES发展面临的问题发展面临的问题 （4）通用性和可配
7、置性较差）通用性和可配置性较差 通常针对特定需求，很难应对企业业务流程的变更或重 组 缺乏统一的数据模型、系统平台和集成技术，系统的可 配置性、可重构性、可扩展性较差 （5）实时性不强）实时性不强 缺乏准确、及时、完整的数据采集与信息反馈机制 在底层数据的实时采集、多源信息融合、复杂信息处理 及快速决策等方面显得较为薄弱。 （6）智能化程度不高）智能化程度不高 现有MES大多只提供了一个替代经验管理方式的系统 平台 通常需要大量的人工干预 MES开发对策开发对策 （1）针对行业特点、适应多种模式 MES产品发源产品发源MES产品产品代表公司代表公司 1 自动化领域厂商 在自动控制基础上发展起来
8、 的 GE Fanuc、西门 子、罗克韦尔等 2 ERP厂商从ERP延伸发展出来的SAP 3 台湾电子行业信息 化厂商 台湾电子行业MES系统在大 陆的推广 台湾资通、羽冠等 4 国内流程行业大型 公司 实施MES中发展起来的 上海宝信、石化盈 科、华铁海兴等 5 PLM厂商从PLM延伸发展出来的UGS等 6 自动识别、质量管 理、组态系统、测 控等不同领域的厂 商 向MES领域进行渗透的灵蛙等 MES开发对策开发对策 适应不同生产模式 生产过程连续性：离散型、流程型和混合型 生产规模：单件小批量、多品种中小批量、大批量流水生产 （1）针对行业特点、适应多种模式 多种生产模式往往并存于 同一家
9、企业中 汽车的总装是大批量流水生 产 汽车的发动机是批量生产 汽车的冲压件是按库存生产 汽车模具则是按订单生产 资料来源：资料来源：LogicaCMG MES软件软件2005年调查报告年调查报告 MES开发对策开发对策 企业通常会不定期的对企业内部组织结构、人 员安排、生产流程、以及相关的资源进行重构 例如： 层次化组织扁平化组织 按照产品制造要求对车间进行重构 要求： 原来的MES需要按照新的生产制造流程进行配置和 重新部署 同时还要能够继承原MES系统的资源 （2）面向车间资源重构 MES开发对策开发对策 （3）面向多种运行平台和数据库 资料来源：资料来源：LogicaCMG MES软件软
10、件2005年调查报告年调查报告 国外国外MES支持的平台支持的平台 国外国外MES支持的数据库支持的数据库 MES开发对策开发对策 （4）采用先进的软件架构 支持系统配置 资料来源：资料来源：LogicaCMG MES软件软件2005 年调查报告年调查报告 国外国外MES的软件架构的软件架构 国外国外MES的可配置情况的可配置情况 MES开发对策开发对策 （5）遵循国际标准，形成行业规范 MES软件产品与国际标准的符合程度软件产品与国际标准的符合程度 资料来源：资料来源：LogicaCMG MES软件软件2005年调查报告年调查报告 MES实施对策实施对策 实施MES不仅仅是一项技术工作，同时
11、也是车间的一次生 产运作管理模式的变革 实施MES主要是锦上添花(对现有工作流程信息化)而不是 雪中送炭(通过MES改变工作流程)，应科学认识 不能期望MES能够解决企业或车间的所有重大问题（如技 术和工艺问题、基础管理问题等），对MES技术应当有合 适的预期 人的因素是决定MES成功实施的关键，应强化人员培训， 熟练掌握技术，转变观念，加强企业文化建设 着眼长远，总体规划，分步实施，重点突破 （1）理念先行 MES实施对策实施对策 需求明确：包括总体预期目标和分阶段目标，管理层需求 和现场流程需求等 资金充裕：软件费、硬件费、培训费、实施维护费、二次 开发等 软件方面：管理基础较好、员工素质
12、较高、基础数据较完 善 硬件方面：企业骨干网，IT基础设施，基础自动化程度， 设备控制接口及开放性 （2）基本条件 MES实施对策实施对策 量体裁衣，选择最适合的（软件功能满足程度好），注意 行业差异 厂商实力强、软件技术水平高： 适应性好，可扩展、可配置 开放性好，具有二次开发功能 可集成性好，便于与计划层和控制层的集成 软件界面友好、简单易用 厂商实施能力强、服务质量好：技术开发与系统实施能力 强、信誉好、产品升级有保障、合作态度积极 价格体系明晰，软件性价比高，投入产出效益大 考虑与现有MRPII/ERP系统的配套性，与车间设备控制的 兼容性 （3）系统选型与功能取舍系统选型与功能取舍
13、各系统在企业中的层次地位与相互间关系各系统在企业中的层次地位与相互间关系 先上先上ERP? MES? 做好企业整体信息化解决方案 规划，定义好系统间接口，追 求系统间的完美集成； 实施顺序并无严格先后，由企 业生产模式与外部环境特征共 同作用产生具体需求，再通过 相关系统中对应模块完成相应 功能； 特别的，对于流程型企业（化 工、钢铁、烟草等）、流水装 配线型企业（汽车装配），由 于能够方便的从底层获取数据 ，上马MES属于水到渠成，并 由下至上的支持ERP系统的实 施部署。 ERP与与MES ERPMES DCS ERPMES DCS ERPMES DCS 企业绩效 时间 原有水平原有水平
14、新的水平新的水平 更高水平更高水平 MES产业化对策产业化对策 国家引导、市场驱动： 通过科技项目支持等方式，营造MES研究、开发与 产业化的氛围 以企业对MES的迫切需求为动力，首先解决企业关 注的问题 行业带动、龙头示范： 探讨MES在重大行业中的多种应用模式与实施方法 优势互补、紧密合作： 充分发挥各自的行业应用优势及技术优势 建立以市场为基础的合作机制 （研究机构-开发单位-服务中介-应用企业） 提纲提纲 MES发展现状、问题与对策发展现状、问题与对策 离散制造特点分析及其离散制造特点分析及其MES关键技术关键技术 混流生产优化方法及其应用混流生产优化方法及其应用 结语结语 离散制造的
15、特点离散制造的特点 门类众多 集约度低 自动化程度低 产品结构复杂 制造工艺复杂， 生产中各制造过 程的关联性很强 生产环境更为复 杂多变（临时插 单、材料短缺等) 品种多、更新快 上述特点为离散制造运行管理带来一系列的困难与挑战！ 行业特点行业特点 飞机制造具有高技术和高成本的特点，需多家企业飞机制造具有高技术和高成本的特点，需多家企业 联合生产联合生产 航空产品制造采用分包生产方式：金字塔式管理，航空产品制造采用分包生产方式：金字塔式管理， 计划分级下发，层层制订。计划分级下发，层层制订。 1 1）航空行业（例如飞机制造）航空行业（例如飞机制造） 离散制造不同行业及其特点离散制造不同行业及
16、其特点 以产品以产品BOMBOM表中内容为准则表中内容为准则 完成工作任务，完成工作任务，BOMBOM能够反映能够反映 出生产计划的执行和完成情况。出生产计划的执行和完成情况。 行业特点行业特点 研制混线，车间作业计划和制研制混线，车间作业计划和制 造资源统一组织和协调管理困造资源统一组织和协调管理困 难难 不同车间各具特点，有的是大不同车间各具特点，有的是大 批量生产，有的是单件生产批量生产，有的是单件生产 零件工艺复杂，加工成本高，零件工艺复杂，加工成本高， 质量要求高质量要求高 2 2）航天行业（例如火箭发动机制造）航天行业（例如火箭发动机制造） 离散制造不同行业及其特点离散制造不同行业及其特点 行业特点行业特点 兼有面向订单的工程、面向订单的生产的特点兼有面向订单的工程、面向订单的生产的特点 设计变化频繁，制
