制造執(zhí)行系統(tǒng)
目錄
1.制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)概述
美國先進制造研究機構AMR(Advanced Manufacturing Research)將MES定義為“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”,它為操作人員/管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態(tài)。 制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(Manufacturing Execution System Association,MESA)對MES所下的定義:“MES 能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時,MES能對此及時做出反應、報告,并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動,有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程,從而使其既能提高工廠及時交貨能力,改善物料的流通性能,又能提高生產(chǎn)回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內部和整個產(chǎn)品供應鏈中提供有關產(chǎn)品行為的關鍵任務信息?!?
MESA在MES定義中強調了以下三點:
1)MES是對整個車間制造過程的優(yōu)化,而不是單一的解決某個生產(chǎn)瓶頸;
2) MES必須提供實時收集生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的功能,并作出相應的分析和處理。
3)MES需要與計劃層和控制層進行信息交互,通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成。
2.制造執(zhí)行系統(tǒng)的發(fā)展歷史
MES作為生產(chǎn)形態(tài)變革的產(chǎn)物,其起源大多源自工廠的內部需求。為了更好得理解MES的產(chǎn)生背景,我們先回顧一下計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)的演化歷史
八十年代MRPII在美國生產(chǎn)與庫存管理協(xié)會(APICS)大力宣傳和組織推動下得到了迅速的普及和廣泛應用,但也暴露出一些不足之處,如MRPII對預測需求和銷售管理不夠重視,對車間的大量實時事件與數(shù)據(jù)不能很好地利用等等。許多企業(yè)認識到需要其它系統(tǒng)來解決MRPII在某些方面管理薄弱的問題。于是為了滿足銷售、預測的需求,產(chǎn)生了分銷資源計劃DPR(Distribution Resource Planning)。同樣,為了強化車間的執(zhí)行功能,制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)也就應運而生。傳統(tǒng)的MES(Traditional MES,T-MES)大致可分為兩大類:
1)專用的MES 系統(tǒng)(Point MES)。它主要是針對某個特定的領域問題而開發(fā)的系統(tǒng),如車間維護、生產(chǎn)監(jiān)控、有限能力調度或是SCADA等;
2)集成的MES系統(tǒng) (Integrated MES)。該類系統(tǒng)起初是針對一個特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設計的,目前已拓展到許多領域,如航空、裝配、半導體、食品和衛(wèi)生等行業(yè),在功能上它已實現(xiàn)了與上層事務處理和下層實時控制系統(tǒng)的集成。
雖然專用的MES能夠為某一特定環(huán)境提供最好的性能,卻常常難以與其它應用集成。集成的 MES比專用的MES邁進了一大步,具有一些優(yōu)點,如單一的邏輯數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)內部具有良好的集成性、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型等等,但其整個系統(tǒng)重構性能弱,很難隨業(yè)務過程的變化而進行功能配置和動態(tài)改變。
美國AMR(Advanced Manufacturing Research)研究小組在分析信息技術的發(fā)展和MES應用前景的基礎上提出了可集成MES(Integratable MES,I-MES) 。它將模塊化和組件技術應用到MES的系統(tǒng)開發(fā)中,是兩類T-MES系統(tǒng)的結合。從表現(xiàn)形式上看,具有專用的MES系統(tǒng)的特點,即I-MES中的部分功能作為可重用組件單獨銷售。同時,它又具有集成的MES的特點,即能實現(xiàn)上下兩層之間的集成。此外,I-MES還能實現(xiàn)客戶化、可重構、可擴展和互操作等特性,能方便地實現(xiàn)不同廠商之間的集成和原有系統(tǒng)的保護,以及即插即用等功能。
3.制造執(zhí)行系統(tǒng)在國內的現(xiàn)狀
雖然MES的發(fā)展歷史比MRPII,CAD/CAM等要短,但它能有效地實現(xiàn)以時間為關鍵的制造思想,因而在發(fā)達國家推廣的非常迅速,并給工廠帶來了巨大的經(jīng)濟效益,對國外的管理界也產(chǎn)生了深遠的影響。近十多年來,我國通過863/CIMS應用的研究和推廣,大大提高了企業(yè)的競爭力,使我國的制造業(yè)水平上了一個嶄新的臺階,但與發(fā)達國家相比還有較大的差距。制造業(yè)水平的提高,不單是采用設備自動化,提高生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的效率顯得更為重要。其中MRPII、MIS已逐漸趨于成熟與普及,而面向制造執(zhí)行層的MES軟件的開發(fā)與應用還比較薄弱。我國的研究者對車間層、單元層的研究大都著重于控制模型的研究,很少站在MES這一角度從應用出發(fā)來研究和開發(fā)面向制造過程的集成化管理和控制軟件。我國的許多高等院校、科研院所都在從事這方面的研究與應用開發(fā)工作,在理論研究方面,加入了并行、敏捷、網(wǎng)絡化、可重構等一些先進思想,在系統(tǒng)設計方面采用面向對象、構件、代理等技術,取得了不少有益的成果,但在軟件的商品化、成果的推廣應用方面還存在很大的差距。
目前,國內還沒有自主開發(fā)的很成熟的且得到廣泛應用的MES軟件。即使有所謂的車間層控制SFC(Shop Floor Control),也多數(shù)是收集相關資料,再通過批處理方式錄入,其功能十分有限。在工廠自動化 FA(Factory Automation)方面,過去多是強調物流自動化,如自動化生產(chǎn)設備,自動化檢測儀器,自動化物流運輸存儲設備等等。雖然它們能取代不少人工并解決了一些生產(chǎn)瓶頸,但由于缺少相應的信息集成系統(tǒng),不能充分發(fā)揮其功效而形成所謂的“自動化孤島”。隨著企業(yè)信息化應用水平的不斷提高,企業(yè)逐漸認識到實現(xiàn)企業(yè)計劃層與車間執(zhí)行層的雙向信息流交互,通過連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成,是提高企業(yè)敏捷性的一個重要因素。因此,通過 MES來實現(xiàn)企業(yè)信息的全集成,形成實時化的ERP/MES/SFC是提高企業(yè)整體管理水平的關鍵,這對企業(yè)制造業(yè)整體水平的提升具有重要意義。同時制造單元中的信息集成也為敏捷制造企業(yè)的實施提供了良好的基礎。
4.制造執(zhí)行系統(tǒng)在企業(yè)信息化中的位置
美國先進制造研究機構(AMR)通過對大量企業(yè)的調查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍由以ERP/MRPII為代表的企業(yè)管理軟件,以SCADA、 HMI(Human Machine Interface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件和以實現(xiàn)操作過程自動化,支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。根據(jù)調查結果,AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型。一個制造企業(yè)的制造車間是物流與信息流的交匯點,企業(yè)的經(jīng)濟效益最終將在這里被物化出來。隨著市場經(jīng)濟的完善,車間在制造企業(yè)中逐步向分廠制過渡,導致其角色也由傳統(tǒng)的企業(yè)成本中心向利潤中心轉化,更強化了車間的作用。因此,位于車間起著執(zhí)行功能的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES具有十分重要的作用,從這模型可以看出,制造執(zhí)行系統(tǒng)MES在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁,填補了兩者之間的空隙。
一方面,MES可以對來自MRPII /ERP 軟件的生產(chǎn)管理信息細化、分解,將操作指令傳遞給底層控制;
另一方面,MES可以實時監(jiān)控底層設備的運行狀態(tài),采集設備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù),經(jīng)過分析、計算與處理,觸發(fā)新的事件,從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起,并將生產(chǎn)狀況及時反饋給計劃層。
車間的實時信息的掌握與反饋是制造執(zhí)行系統(tǒng)對上層計劃系統(tǒng)正常運行的保證,車間的生產(chǎn)管理是制造執(zhí)行系統(tǒng)的根本任務,而對底層控制的支持則是制造執(zhí)行系統(tǒng)的特色。
5.制造執(zhí)行系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)之間的關系
MES作為面向制造的系統(tǒng)必然要與企業(yè)其它生產(chǎn)管理系統(tǒng)有密切關系,MES在其中起到了信息集線器(Information Hub)的作用,它相當于一個通訊工具為其它應用系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)。
一方面,ERP系統(tǒng)需要MES提供的成本、制造周期和預計產(chǎn)出時間等實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù);供應鏈管理系統(tǒng)從MES中獲取當前的訂單狀態(tài)、當前的生產(chǎn)能力以及企業(yè)中生產(chǎn)換班的相互約束關系;客戶關系管理的成功報價與準時交貨則取決于MES所提供的有關生產(chǎn)實時數(shù)據(jù);產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中的產(chǎn)品設計信息是基于MES的產(chǎn)品產(chǎn)出和生產(chǎn)質量數(shù)據(jù)進行優(yōu)化的;控制模塊則需要時刻從MES中獲取生產(chǎn)配方和操作技術資料來指導人員和設備進行正確地生產(chǎn)。
另一方面,MES也要從其它系統(tǒng)中獲取相關的數(shù)據(jù)以保證MES在工廠中的正常運行。例如,MES中進行生產(chǎn)調度的數(shù)據(jù)來自ERP的計劃數(shù)據(jù);供應鏈的主計劃和調度控制著MES中生產(chǎn)活動的時間安排;PDM為MES提供實際生產(chǎn)的工藝文件和各種配方及操作參數(shù);從控制模塊反饋的實時生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)被MES用于實際生產(chǎn)性能評估和操作條件的判斷。
MES與其它分系統(tǒng)之間有功能重疊的關系,例如MES,CRM,ERP中都有人力資源管理,MES和PDM兩者都具有文檔控制功能,MES和SCM中也同樣有調度管理等等,但各自的側重點是不同的。各系統(tǒng)重疊范圍的大小與工廠的實際執(zhí)行情況有關,而且每個系統(tǒng)的價值又是唯一的。