第六章 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）課件

第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）18.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展

8.1.1MES的概念

制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）是隨著近十幾年來生產(chǎn)形態(tài)的變革而產(chǎn)生的，因而它的發(fā)展史比MIS、ERP、CAD/CAM等要短，但人們對它的研究和應用卻開展的非常迅速。8.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展8.1.1MES的概念2MES國際聯(lián)合會（ManufacturingExecutionSystemAssociation，MESA）對MES的定義是：“MES提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動所需的信息。MES運用及時、準確的信息，指導、啟動、響應并記錄工廠活動，從而能夠對條件的變化做出迅速的響應，減少非增值活動，提高公司運作過程的效率。MES在企業(yè)和供應鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎信息?！盡ES國際聯(lián)合會（Manufacturing3從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用——在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。其關鍵是強調(diào)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，它需要收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并對實時事件及時處理。同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應數(shù)據(jù)并反饋處理結果和生產(chǎn)指令。從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起4因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車間控制器，也不同于偏重于作業(yè)與設備調(diào)度為主的單元控制器，而應將MES作為一種生產(chǎn)模式，把制造系統(tǒng)的計劃和進度安排、追蹤、監(jiān)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）等一體化去考慮，以最終實施制造自動化戰(zhàn)略。因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和58.1.2MES的產(chǎn)生背景21世紀，許多企業(yè)通過實施MRPII/ERP來加強管理。然而上層生產(chǎn)計劃管理受市場影響越來越大，計劃明顯跟不上變化。企業(yè)決策者認識到，計劃的制訂要依賴于市場和實際的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，而不能完全以物料和庫存回報來控制生產(chǎn)。8.1.2MES的產(chǎn)生背景6同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，通常能處理昨天以前發(fā)生的事情（作歷史分析），亦可預計并處理明天將要發(fā)生的事件，但對今天正在發(fā)生的事件卻往往留下了不規(guī)范的缺口，即傳統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場管理是一黑箱作業(yè)，造成了生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題——這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應鏈優(yōu)化的瓶頸。同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，7制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。MES是處于計劃層和車間層操作控制系統(tǒng)SFC之間的執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，彌合了企業(yè)計劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的間隔。它通過控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造的競爭力，提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成諸如質量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式，從而實現(xiàn)企業(yè)實時化的ERP/MES/SFC系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。ME88.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

MES作為生產(chǎn)形態(tài)變革的產(chǎn)物，其根源可追溯到20世紀70年代的零星車間級應用。但MES概念則是美國管理界于20世紀90年代提出的。8.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢9美國先進制造研究機構AMR(AdvancedManufacturingResearch)通過對大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍由以MRPII/ERP為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA、HMI(HumanMachineInterface)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。美國先進制造研究機構AMR(Advanced10根據(jù)調(diào)查結果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型（見下圖）：根據(jù)調(diào)查結果，AMR于1992年提出了三層的企11目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的Consilium，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生產(chǎn)類型，或特定的功能需求而開發(fā)出MES，存在著通用性差、可集成性弱、重構能力差等缺點。目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的12另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應商購買適合自己的MES模塊，或將現(xiàn)有系統(tǒng)（legacysystem）集成為MES功能的一部分，結果導致許多工廠的MES系統(tǒng)實際上是一個大雜燴，每個系統(tǒng)都有各自的處理邏輯、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)模型和通信機制，導致系統(tǒng)很難隨技術的更新而進行升級。另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應商購買適合13為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成MES(IntegratableMES，I-MES)逐漸成為人們研究的熱點。I-MES采用高效的基礎框架，通過將面向對象技術、消息機制和組件技術應用到系統(tǒng)開發(fā)中，既大大增強了系統(tǒng)的集成性和適應性，又能滿足關鍵事物的處理。為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成ME14I-MES結構分為以下三個層次：領域層(domain-specificlayer)、對象層(objectlayer)和基礎架構層(low-levelinfrastructurelayer)。三層之間相互獨立，從而為I-MES的實現(xiàn)提供了技術保證。I-MES具有一些優(yōu)點，如單一的邏輯數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)內(nèi)部良好的集成性等，從而能實現(xiàn)客戶化、可重構和互操作。I-MES結構分為以下三個層次：領域層(do15一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結構：一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結構：168.2MES的技術架構

8.2.1MES的功能模塊

作為一種計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，MES重要使命就是實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。MES國際聯(lián)合會歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)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(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集模塊。8.2MES的技術架構8.2.1MES的功能模塊178.2.2MES的獨到技術

MES涉及的技術領域，很多方面與MRPII、ERP所用技術相類似。這里僅就MES中較有特色的技術進行說明。運行狀態(tài)實時采集技術：對機器的開/停、加工運行狀態(tài)進行實時采集，為計劃控制和動態(tài)調(diào)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。8.2.2MES的獨到技術18NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技術：在MES系統(tǒng)中，NC程序的雙向傳輸主要解決具有不同傳輸協(xié)議的數(shù)控系統(tǒng)NC程序的傳輸問題。維修知識庫的建立與維修向導技術：是MES的一項關鍵技術，它可以實現(xiàn)輔助故障診斷，在對故障的統(tǒng)計、歸類分析的基礎上，建立故障現(xiàn)象與原因之間的關系，通過決策樹的方式支持故障診斷。NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技198.2.3MES的優(yōu)勢

攜手上下層、優(yōu)化數(shù)據(jù)流MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用。在MES下層，是底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合；在MES上層，則是高層管理計劃系統(tǒng)，包括MRPII/ERP。8.2.3MES的優(yōu)勢20從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題域是中長期的生產(chǎn)計劃（時間因子＝100倍）；執(zhí)行層MES系統(tǒng)處理的問題域是近期生產(chǎn)任務的協(xié)調(diào)安排問題（時間因子＝10倍）；控制層系統(tǒng)則必須實時地接收生產(chǎn)指令，使設備正常加工運轉（時間因子＝1倍）。它們相互關聯(lián)、互為補充，實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問21從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結構可劃分為工廠層（或公司層）、車間層、單元層（企業(yè)的工段或班組）和設備層。通常，ERP系統(tǒng)處于工廠層和車間層；設備控制系統(tǒng)處于設備層，有時會擴展到單元層；而MES則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）的功能上會有部分重復。從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結構可劃分為工廠22制造企業(yè)的控制結構圖制造企業(yè)的控制結構圖23如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與具體，而由分布在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)自下而上經(jīng)過層層匯總，數(shù)據(jù)的綜合性越來越強。如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與24在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關的實時數(shù)據(jù)，進行短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作。下圖描述了MES在企業(yè)中的數(shù)據(jù)流圖。在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導25企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖26在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周期盤點次數(shù)、生產(chǎn)能力、材料消耗、勞動力和生產(chǎn)線運行性能、在制品(WIP)存放位置和狀態(tài)、實際定單執(zhí)行等涉及生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù)；向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)指令控制及有關的生產(chǎn)線運行的各種參數(shù)等。下圖描述了MES與計劃層和控制層的信息交互關系。在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周27MES與計劃層和控制層的信息交互MES與計劃層和控制層的信息交互28與ERP優(yōu)勢互補1）ERP的不足雖然ERP能夠很好地解決生產(chǎn)計劃問題，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。而且ERP系統(tǒng)中車間加工單和調(diào)度單的時間跨度（或計劃期）常常比較長，通常為周。但實際時間跨度完全根據(jù)系統(tǒng)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(xiàn)場信息的時候，基本靠手工錄入，不僅效率低、易出錯，而且輸入的數(shù)據(jù)是基本上是前一個班或前一天的數(shù)據(jù)，信息滯后。與ERP優(yōu)勢互補292）MES的優(yōu)勢

MES的計劃調(diào)度功能與ERP車間層的功能有些類似，但MES的計劃調(diào)度的功能比較強，制定的計劃也比較詳細；MES一般按車間層和單元層分級制定作業(yè)計劃，并對車間的每一臺設備或操作人員分派任務，通常會細化到計劃期內(nèi)每個單元每臺設備每天（或每班）的生產(chǎn)任務；MES系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)不僅包括每臺設備、每個工序和每個操作人員的數(shù)據(jù)，還包括加工過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且采用自動化數(shù)據(jù)采集技術實現(xiàn)實時采集。2）MES的優(yōu)勢30綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅能充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，還可使MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃更合理，使ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更及時有效，工作效率更高。綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅318.3MES的應用

8.3.1MES應用的行業(yè)差異MES的應用，涉及到具體的生產(chǎn)過程，故要充分考慮到企業(yè)的具體情況，以謀求最合適的信息化解決方案。8.3MES的應用8.3.1MES應用的行業(yè)差異32企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者的組合。從生產(chǎn)類型上考慮，則可以分為批量生產(chǎn)和單件小批生產(chǎn)。從產(chǎn)品類型和生產(chǎn)工藝組織方式上，企業(yè)的行業(yè)類型可分為流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)。企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者33典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼鐵等領域，主要采用按庫存、批量、連續(xù)的生產(chǎn)方式。典型的離散制造行業(yè)主要包括機械制造、航空制造、汽車制造等，既有按定單生產(chǎn)，也有按庫存生產(chǎn)；既有批量生產(chǎn)，也有單件小批生產(chǎn)。典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼34流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)在產(chǎn)品結構、工藝流程、生產(chǎn)組織方式等方面都存在較大的差別。所以，在MES應用上，要根據(jù)行業(yè)特征區(qū)別對待，主要是對MRPII/ERP的要求不同，具體表現(xiàn)在：1)對生產(chǎn)模型的要求不同：流程生產(chǎn)行業(yè)的生產(chǎn)模型以配方為核心，而離散行業(yè)的生產(chǎn)模型以產(chǎn)品BOM為核心。流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)在產(chǎn)品結構、工藝流程、生產(chǎn)組織方式352）生產(chǎn)計劃方式不同：流程企業(yè)根據(jù)市場的需求進行生產(chǎn)，離散企業(yè)根據(jù)定單或市場預測作為生產(chǎn)計劃制訂的依據(jù)。3）作業(yè)計劃調(diào)度不同：離散企業(yè)根據(jù)優(yōu)先級、工作中心能力、設備能力調(diào)度，是基于有限能力的調(diào)度；流程企業(yè)是連續(xù)的生產(chǎn)方式，不需要也無法精確到工序級別，而是以整個流水生產(chǎn)線為單元進行調(diào)度。

2）生產(chǎn)計劃方式不同：流程企業(yè)根據(jù)市場的需求進行生產(chǎn)，離散364）數(shù)據(jù)采集不同：離散企業(yè)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；流程生產(chǎn)行業(yè)的自動化程度較高，對于MES而言，重點在于系統(tǒng)構建的時候與這些自動化設備做好數(shù)據(jù)接口。5）作業(yè)指令的下達不同：離散行業(yè)的MES一般采用派工單、施工單等書面方式，或采用電子看板方式；流程生產(chǎn)行業(yè)的MES不僅要下達作業(yè)指令，還要將作業(yè)指令轉化為各個機組及設備的操作指令和各種基礎自動化設備的控制參數(shù)（如PID控制參數(shù)）。4）數(shù)據(jù)采集不同：離散企業(yè)以手工上報為主，并可以結合條形碼采378.3.2MES的實施

將MES系統(tǒng)導入到企業(yè)的運作體系之中，企業(yè)需要先完善管理基礎，根據(jù)自身情況選擇好“合身”的MES軟件系統(tǒng)，而后采用科學的實施方法充分準備，才能促使MES正式運行、發(fā)揮效用。8.3.2MES的實施38MES的管理基礎

信息技術可以成為提高企業(yè)管理水平的有效手段，但不會自動地解決企業(yè)的管理問題。因為沒有健全的管理體系，MES系統(tǒng)信息的及時維護就難以保證，信息就不能得到有效利用。要想成功實施MES，企業(yè)必須先在管理上下功夫——與MES密切相關的工作，包括車間環(huán)境、職責分工以及人員保障等方面。MES的管理基礎391）定置，改善車間環(huán)境：是指通過對生產(chǎn)和工作環(huán)境的分析，把生產(chǎn)和工作需要的物品按照工藝的需要科學地確定位置。2）合理分工、明確責職：對企業(yè)的業(yè)務流程進行合理重組，去除重疊的部門責能，減少無效勞動，合理分工、明確責職。3）提供人員保證：對不同類型、不同層次人員進行不同的培訓方式。1）定置，改善車間環(huán)境：是指通過對生產(chǎn)和工作環(huán)境的分析，把生40MES的實施進程

一個典型的MES實施進程，主要包括前期工作、實施準備、模擬運行與試運行、切換運行以及新系統(tǒng)運行幾個階段，如下圖所示。MES的實施進程41MES實施進程MES實施進程421）項目前期，打好基礎：MES軟硬件安裝之前，主要工作包括前面提到的MES培訓、車間現(xiàn)場問題診斷，以及需求分析、軟件選型等方面的工作。2）實施準備，“軟”“硬”兼顧：準備并錄入一系列基礎數(shù)據(jù)；建設好網(wǎng)絡系統(tǒng)；MES軟件的選型；進行系列原型測試；MES補充開發(fā)。3）運行管理：進行實戰(zhàn)性模擬并制定工作規(guī)程；進行試運行；切換運行。4）業(yè)績評價和后期支持。1）項目前期，打好基礎：MES軟硬件安裝之前，主要工作包括前43第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）448.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展

8.1.1MES的概念

制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）是隨著近十幾年來生產(chǎn)形態(tài)的變革而產(chǎn)生的，因而它的發(fā)展史比MIS、ERP、CAD/CAM等要短，但人們對它的研究和應用卻開展的非常迅速。8.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展8.1.1MES的概念45MES國際聯(lián)合會（ManufacturingExecutionSystemAssociation，MESA）對MES的定義是：“MES提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動所需的信息。MES運用及時、準確的信息，指導、啟動、響應并記錄工廠活動，從而能夠對條件的變化做出迅速的響應，減少非增值活動，提高公司運作過程的效率。MES在企業(yè)和供應鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎信息。”MES國際聯(lián)合會（Manufacturing46從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用——在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。其關鍵是強調(diào)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，它需要收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并對實時事件及時處理。同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應數(shù)據(jù)并反饋處理結果和生產(chǎn)指令。從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起47因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車間控制器，也不同于偏重于作業(yè)與設備調(diào)度為主的單元控制器，而應將MES作為一種生產(chǎn)模式，把制造系統(tǒng)的計劃和進度安排、追蹤、監(jiān)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）等一體化去考慮，以最終實施制造自動化戰(zhàn)略。因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和488.1.2MES的產(chǎn)生背景21世紀，許多企業(yè)通過實施MRPII/ERP來加強管理。然而上層生產(chǎn)計劃管理受市場影響越來越大，計劃明顯跟不上變化。企業(yè)決策者認識到，計劃的制訂要依賴于市場和實際的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，而不能完全以物料和庫存回報來控制生產(chǎn)。8.1.2MES的產(chǎn)生背景49同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，通常能處理昨天以前發(fā)生的事情（作歷史分析），亦可預計并處理明天將要發(fā)生的事件，但對今天正在發(fā)生的事件卻往往留下了不規(guī)范的缺口，即傳統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場管理是一黑箱作業(yè)，造成了生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題——這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應鏈優(yōu)化的瓶頸。同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，50制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。MES是處于計劃層和車間層操作控制系統(tǒng)SFC之間的執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，彌合了企業(yè)計劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的間隔。它通過控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造的競爭力，提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成諸如質量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式，從而實現(xiàn)企業(yè)實時化的ERP/MES/SFC系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。ME518.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

MES作為生產(chǎn)形態(tài)變革的產(chǎn)物，其根源可追溯到20世紀70年代的零星車間級應用。但MES概念則是美國管理界于20世紀90年代提出的。8.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢52美國先進制造研究機構AMR(AdvancedManufacturingResearch)通過對大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)普遍由以MRPII/ERP為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA、HMI(HumanMachineInterface)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。美國先進制造研究機構AMR(Advanced53根據(jù)調(diào)查結果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型（見下圖）：根據(jù)調(diào)查結果，AMR于1992年提出了三層的企54目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的Consilium，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生產(chǎn)類型，或特定的功能需求而開發(fā)出MES，存在著通用性差、可集成性弱、重構能力差等缺點。目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的55另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應商購買適合自己的MES模塊，或將現(xiàn)有系統(tǒng)（legacysystem）集成為MES功能的一部分，結果導致許多工廠的MES系統(tǒng)實際上是一個大雜燴，每個系統(tǒng)都有各自的處理邏輯、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)模型和通信機制，導致系統(tǒng)很難隨技術的更新而進行升級。另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應商購買適合56為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成MES(IntegratableMES，I-MES)逐漸成為人們研究的熱點。I-MES采用高效的基礎框架，通過將面向對象技術、消息機制和組件技術應用到系統(tǒng)開發(fā)中，既大大增強了系統(tǒng)的集成性和適應性，又能滿足關鍵事物的處理。為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成ME57I-MES結構分為以下三個層次：領域層(domain-specificlayer)、對象層(objectlayer)和基礎架構層(low-levelinfrastructurelayer)。三層之間相互獨立，從而為I-MES的實現(xiàn)提供了技術保證。I-MES具有一些優(yōu)點，如單一的邏輯數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)內(nèi)部良好的集成性等，從而能實現(xiàn)客戶化、可重構和互操作。I-MES結構分為以下三個層次：領域層(do58一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結構：一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結構：598.2MES的技術架構

8.2.1MES的功能模塊

作為一種計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，MES重要使命就是實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。MES國際聯(lián)合會歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)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(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集模塊。8.2MES的技術架構8.2.1MES的功能模塊608.2.2MES的獨到技術

MES涉及的技術領域，很多方面與MRPII、ERP所用技術相類似。這里僅就MES中較有特色的技術進行說明。運行狀態(tài)實時采集技術：對機器的開/停、加工運行狀態(tài)進行實時采集，為計劃控制和動態(tài)調(diào)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。8.2.2MES的獨到技術61NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技術：在MES系統(tǒng)中，NC程序的雙向傳輸主要解決具有不同傳輸協(xié)議的數(shù)控系統(tǒng)NC程序的傳輸問題。維修知識庫的建立與維修向導技術：是MES的一項關鍵技術，它可以實現(xiàn)輔助故障診斷，在對故障的統(tǒng)計、歸類分析的基礎上，建立故障現(xiàn)象與原因之間的關系，通過決策樹的方式支持故障診斷。NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技628.2.3MES的優(yōu)勢

攜手上下層、優(yōu)化數(shù)據(jù)流MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用。在MES下層，是底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合；在MES上層，則是高層管理計劃系統(tǒng)，包括MRPII/ERP。8.2.3MES的優(yōu)勢63從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題域是中長期的生產(chǎn)計劃（時間因子＝100倍）；執(zhí)行層MES系統(tǒng)處理的問題域是近期生產(chǎn)任務的協(xié)調(diào)安排問題（時間因子＝10倍）；控制層系統(tǒng)則必須實時地接收生產(chǎn)指令，使設備正常加工運轉（時間因子＝1倍）。它們相互關聯(lián)、互為補充，實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問64從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結構可劃分為工廠層（或公司層）、車間層、單元層（企業(yè)的工段或班組）和設備層。通常，ERP系統(tǒng)處于工廠層和車間層；設備控制系統(tǒng)處于設備層，有時會擴展到單元層；而MES則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）的功能上會有部分重復。從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結構可劃分為工廠65制造企業(yè)的控制結構圖制造企業(yè)的控制結構圖66如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與具體，而由分布在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)自下而上經(jīng)過層層匯總，數(shù)據(jù)的綜合性越來越強。如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與67在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關的實時數(shù)據(jù)，進行短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作。下圖描述了MES在企業(yè)中的數(shù)據(jù)流圖。在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導68企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖69在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周期盤點次數(shù)、生產(chǎn)能力、材料消耗、勞動力和生產(chǎn)線運行性能、在制品(WIP)存放位置和狀態(tài)、實際定單執(zhí)行等涉及生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù)；向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)指令控制及有關的生產(chǎn)線運行的各種參數(shù)等。下圖描述了MES與計劃層和控制層的信息交互關系。在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周70MES與計劃層和控制層的信息交互MES與計劃層和控制層的信息交互71與ERP優(yōu)勢互補1）ERP的不足雖然ERP能夠很好地解決生產(chǎn)計劃問題，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。而且ERP系統(tǒng)中車間加工單和調(diào)度單的時間跨度（或計劃期）常常比較長，通常為周。但實際時間跨度完全根據(jù)系統(tǒng)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(xiàn)場信息的時候，基本靠手工錄入，不僅效率低、易出錯，而且輸入的數(shù)據(jù)是基本上是前一個班或前一天的數(shù)據(jù)，信息滯后。與ERP優(yōu)勢互補722）MES的優(yōu)勢

MES的計劃調(diào)度功能與ERP車間層的功能有些類似，但MES的計劃調(diào)度的功能比較強，制定的計劃也比較詳細；MES一般按車間層和單元層分級制定作業(yè)計劃，并對車間的每一臺設備或操作人員分派任務，通常會細化到計劃期內(nèi)每個單元每臺設備每天（或每班）的生產(chǎn)任務；MES系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)不僅包括每臺設備、每個工序和每個操作人員的數(shù)據(jù)，還包括加工過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且采用自動化數(shù)據(jù)采集技術實現(xiàn)實時采集。2）MES的優(yōu)勢73綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅能充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，還可使MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃更合理，使ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更及時有效，工作效率更高。綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅748.3MES的應用

8.3.1MES應用的行業(yè)差異MES的應用，涉及到具體的生產(chǎn)過程，故要充分考慮到企業(yè)的具體情況，以謀求最合適的信息化解決方案。8.3MES的應用8.3.1MES應用的行業(yè)差異75企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者的組合。從生產(chǎn)類型上考慮，則可以分為批量生產(chǎn)和單件小批生產(chǎn)。從產(chǎn)品類型和生產(chǎn)工藝組織方式上，企業(yè)的行業(yè)類型可分為流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)。企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者76典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼鐵等領域，主要采用按庫存、批量、連續(xù)的生產(chǎn)方式。典型的離散制造行業(yè)主要包括機械制造、航空制造、汽車制造等，既有按定單生產(chǎn)，也有按庫存生產(chǎn)；既有批量生產(chǎn)，也有單件小批生產(chǎn)。典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼77流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)在產(chǎn)品結構、工藝流程、生產(chǎn)組織方式等方面都存在較大的差別。所以，在MES應用上，要根據(jù)行業(yè)