MES基础知识概述.docx

MES 根底学问概述turingMES 的研发是主要是建立在美国先进制造争论机构 AMR(Advanced Manufacturing Research)公布的 MES 治理模型理论根底之上的，为了能更好的把握 turingMES ，该文档将相关的 MES 根本学问作一概述。MES 即制造执行系统，通过信息传递，对从订单下到达产品完成的整个生产过程进展优化治理。当工厂中有实时大事发生时，MES 能对此准时作出反响、报告， 并用当前准确的数据对它们进展约束和处理。这种对状态变化的快速响应使得MES 能够削减企业内部那些没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作，同时提高了工厂准时交货的力气、改善了物料的流通性能，提高生产回报率。MES 还能通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供给链中供给有关生产行为的 关键任务信息。一、MES 概述MES 是在上世纪 90 年月由美国先进制造争论机构 AMRAdvanced Manufacturing Research对大量企业的调查提出的，认为制造业应当用三层模型 3rd Layer Model表示信息化如图六所示，将位于打算层和把握层的中间位置的执行层叫做 MES，MES 处于企业打算系统ERP/SCM和过程把握系统PCS的中间位置。ERP 作为业务治理系统，DCS/PLC 作为把握系统，而 MES 则作为生产执行系统与上层ERP 等业务系统和底层DCS 等生产设备把握系统一起构成企业的神经系统，把业务打算的指令传到达生产现场，将生产现场的信息准时收集、上传和处理。MES 作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统是连结现场层和经营层， 改善生产经营效益的前沿系统。MES 是在公司的整个资源按其经营目标进展治理时，为公司供给实现执行目标的执行手段。通过实时数据库连接根本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并供给业务打算系统与制造把握系统之间的通信功能，是应用于各种制造业的重要信息系统。MESA 协会白皮书MESAWhitePaperNo.3，1997中提出 MES 在企业与供给链之间供给一个双向的生产信息流，说明白 ERP、MES 与 PCS 的作业互动与信息流模式，如图七所示。图中左边局部的 ERP 等系统打算层将实时的产品库存量、客户订单状况与材料需求等信息传送至 MES，MES 进展生产或安排库存以满足客户订单需求。图中中间局部的 MES 系统中间层负责完成产品制造工作，产品的规格、型号参数等相关资料储存于此系统中，MES 将此产品相关资料转化为作业程序供给应把握系统之作业人员或机器设备来使用。图中右边局部的把握系统底层，当作业程序、相关流程、文件及其它相关生产需求工程就绪，把握系统便运用全部工厂内相关资源软、硬件及人员负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。在此根底上，1998 年，AMR 公司发表 REPAGReady，Execute，Proeeas，AnaLyze， Coordinate模型，即包括预备、实行、处理分析、调整5 个阶段组成的过程周期。该模型将打算、技术方案，调度、执行和把握等对应的 5 个信息系统集成连接。REPAC 模型把 MES 三层模型的进展扩大，MES 不只是工厂的单一信息系统， 而是横向之间、纵向之间、系统之间集成的系统成为企业经营系统闭环回路中的一局部。二、MES 应用功能模型随着 MES 的产生与进展，MES 的功能模型也发生了相应变化，1993 年，AMR 在提出了三层构造的根底上，指出 MES 应当包括车向治理、工艺治理、质量治理和过程治理等功能的集成模型。1997 年，MESA 提出了包括 II 个功能的 BFES 集成模到。该模型强调 MES 是一个与其他系统相连的信息网络中心，在功能上可以依据行业和企业的不同需要与其他系统集成，为实施基于组件技术的可集成的MES 供给了标准化的功能构造、技术框架和信息构造。其集成功能模型图如图八所示。其具体功能如下：1、资源安排及状态治理ResourceAllocationandStatus该功能治理机床、工具、人员物料、其它设备以及其它生产实体，满足生产打算的要求对其所作的预定和调度，用以保证生产的正常进展；供给资源使用状况的历史记录和实时状态信息，确保设备能够正确安装和运转。2、工序具体调度Operations/DetailScheduling该功能供给与指定生产单元相关的优先级Priorities、属性Attxibutes、特征Chameterietioa 以及处方Recipes等，通过基于有限力气的调度通过考虑生产中的穿插、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间，实现良好的作业挨次最大限度削减生产过程中的预备时间。3、生产单元安排DispatchingProductionUnits该功能以作业、订单、批量、成批和工作单等形式治理牛产单元间的工作流。通过调整车间已制订的生产进度， 对返修品和废品进展处理，用缓冲治理的方法把握任意位置的在制品数量。当车间有大事发生时，要供给确定挨次的调度信息并按此进展相关的实时操作。4、过程治理ProcessManagement该功能监控生产过程、自动订正生产中的错误并向用户供给决策支持以提高生产效率。通过连续跟踪生产操作流程，在被监视和被把握的机器上实现一些比较底层的操作；通过报警功能，使车间人员能够准时觉察到消灭了超出允许误差的加工过程；通过数据采集接口，实现智能设备与制造执行系统之间的数据交换。5、人力资源治理LaborManagement该功能以分为单位供给每个人的状态。通过时间比照，出勤报告，行为跟踪及行为包含资财及工具预备作业为根底的费用为基准，实现对人力资源的间接行为的跟踪力气。6、修理治理MaintenanceManagement该功能为了提高生产和日程治理力气的设备和工具的修理行为的指示及跟踪，实现设备和工具的最正确利用效率。7、打算治理PmcessControl)该功能是监视生产供给为进展中的作业向上的作业者的议事打算支援，或自动的修改，这样的行为把焦点放在从内部起作用或从一个作用到下一个作业打算跟踪、监视、把握和内部作用的机械及装备；从外部包含为了让作业者和每个人知道允许的误差范围的打算变更的警报治理。8、文档把握DocumentControl该功能把握、治理并传递与生产单元有关工作指令、配方、工程图纸、标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及各种转换操作间的通讯记录，并供给了信息编辑及存储功能， 将向操作者供给操作数据或向设备把握层供给生产配方等指令下达给操作层，同时包括对其它重要数据例如与环境、安康和安全制度有关的数据以及 ISO 信息 的把握与完整性维护。9、生产的跟踪及历史ProductTrackingandGenealogy该功能可以看出作业的位置和在什么地方完成作业，通过状态信息了解谁在作业，供给商的资财，关联序号，现在的生产条件，警报状态及再作业后跟生产联系的其他事项。10、执行分析PerformanceAnalysis该功能通过过去记录和预想结果的比较供给以分为单位报告实际的作业运行结果。执行分析结果包含资源活用，资源可用性，生产单元的周期，日程遵守，及标准遵守的测试值。具体化从测试作业因数的很多异样的功能收集的信息，这样的结果应当以报告的形式预备或可以on-line 供给对执行的现在评价。11、数据采集DataCollection/Acquisition该功能通过数据采集接口来猎取并更与生产治理功能相关的各种数据和参数，包括产品跟踪、维护产品历史记录以及其它参数。这些现场数据，可以从车间手工方式录入或由各种自动方式猎取。三、MES 系统与其它治理信息系统的区分作为面对制造的系统，MES 必定要求与企业其它生产治理系统有亲热关系， MES 在其中起到了信息集线器InformationHub的作用，它为其它应用系统供给生产现场的实时数据。MES 的定位content模型反映了 MES 与其他企业治理系统之间的关系。企业资源打算ERP系统、供给链治理SCM系统、客户关系治理CRM系统、办公自动化OA系统、运输及后勤T&L系统、协同商务及产品数据治理CMC/PDM)系统及制造执行系统MES是面对制造企业的 7 种主流信息系统。MES 与其他几种类型的信息系统都严密相连，这使得它在企业的整体信息根底中处于重要的地位。从信息集成的角度来看，MES 在企业范围的 SCM、SSM、ERP 等系统与面对工厂底层设备的把握系统之间承上启下，起着垂直信息集成的作用；同时 MES 连接 SCM、ERP、CRM 等系统，起着横向信息集成的作用。其关系图如图 3 所示。1、MES 可以为企业中其他治理信息系统供给实时数据企业资源打算ERP系统需要 MES 供给的本钱、制造周期和顶计产出时间等实时生产数据；供给链治理SCM系统从 MES 中猎取当前的订单状态、当前的生产力气以及企业中生产换班的相互约束关系；客户关系治理CRM的成功报价与准时交货，则取决于 MES 所供给的有关生产的实时数据；产品数据治理PDM中的产品设计信息，可以基于 MES 的产品产出和生产质量数据进展优化；把握模块则需要时刻从 MES 中猎取生产配方和操作技术资料来指导人员和设备进展正确地生产。2、MES 从其它治理系统中猎取相关的数据以保证 MES 自身正常运行 MES 中进展生产调度的数据来自 ERP 的打算数据；MES 中生产活动的时间安排需要依据供给链SCM系统之中的主打算和调度把握；PDM 则为 MES 供给实际生产的工艺文件和各种配方及操作参数；从把握模块反响的实时生产状态数据，则被 MES 用于实际生产性能评估和操作条件的推断。同时，MES 与企业其它治理系统之间有功能重叠的关系，MES、CRM、ERP 中都有人力资源治理模块；MES 和 PDM 都具有文档把握功能；MES 和 SCM 中都有调度治理等等，各系统重叠范围的大小，与工厂的实际执行状况有关。实际应用中，各个系统同一类模块的侧重点是不同的。综上所述，MES 作为制造业信息化系统的中间层次，已经成为以信息化带开工业化，成为提升企业效率及效益，打造我国企业核心竞争力的必定选择。四、MES 现状1、MES 体系构造MES 的体系构造经受了从 TIVIES 向 IMES 进展的历程。传统的 MESTMES是从 20 世纪 70 年月的零星车间级应用进展起来的。TMES 又可以分为专用 MESPointMES和集成 MESIntegratedMES两类。专用MES 是一种自成一体的应用系统，它针对某个单一的生产问题如在制品库存过大、产品质量得不到保证、设备利用率低等供给有限功能如物料治理、质量治理、设备维护、作业调度等，或适用某种特定的生产环境如应用于半导体和 MEMS 车间的MES、应用于 FMS 系统的 MES 等。专用 MES 具有实施快、投入少等优点，但通用性和可集成性差。集成MES 系统起初是针对特定行业如航空、装配、半导体、食品和卫生等特定的标准化环境而设计的，目前已拓展到整个工业领域。在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时把握系统的集成。集成化 MES 具有丰富的应用功能、统一的规律数据库、产品及过程模型等优点。但该类系统依靠特定的车间环境，柔性差，缺少通用性和广泛的集成力气，难以随业务过程变化而重配置。AMR 在分析信息技术的发 展和加陷应用前景的根底 上， 提出了可集成 MESIntrgratableMES，IMES这一概念。可集成 MES 是将模块化、消息机制和组件技术应用到 MES 的系统开发中，是两类传统 MES 系统的结合。从表现形式上看，IMES 具有专用 MES 系统的特点，即IMES 中的局部功能可以作为可重用组件单独销售；同时，它又具有集成 MES 的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，IMES 还具有客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能便利地实现不同厂商之间的集成和原有系统的保护以及即插即用P&P等功能。目前，基于组件的 IMES 是 MES 的主要进展方向。2、MES 主流技术由于 MES 处于 ERP 和 PCS 之间，既要对 ERP 内部系统和 ERP 的外部网络收发信息，又要对PCS 系统传递信息。因此，MES 开发与实施涉及的关键技术包括了计算机操作系统、数据库技术、MES 体系构造、开发应用技术等。此外，进展 MES 的开发和实施还需要考虑 MES 系统的可配置性。依据 LogieaCMG 询问公司 2023 年对 MES 软件的调查报告，国际 MES 产品的主流技术状况如下：（1） 支持平台方面，主要有 Windows、Unix、Linux。（2） 数据库方面， MES 产品支持的数据库主要有 Oracle、SQLServer、DB2、Progress、Informix、Ingress、Sybase 等。（3） 应用技术方面，MES 系统的开发主要承受 DCOM、COM，ActiveX、XML， DotNET、J2EE，ODBC、OLE、OPC 等技术。（4） 系统架构方面，MES 系统主要承受 CS、Web 使能、瘦客户端、分布式构造、负荷平衡等体系构造。3、MES 应用状况MES 在兴盛国家已实觋了产业化，其应用掩盖了离散与流程制造领域，并给企业带来了巨大的经济效益。MESA 分别在 1993 年和 1996 年以问卷方式对假设干典型企业进展了两次有关 MES 应用状况的调查，这些典型企业掩盖了以下的 7 大行业：医疗产品、塑料与化合物、金属制造、电气电子、汽车、玻璃纤维、通讯等。调查说明企业使用 MES 后，可有效地缩短制造周期，缩短生产提前期， 削减在制品，削减或消退数据输入时间，削减或消退作业转换中的文书工作，改进产品质量僦少次品，消退损失的文书工作。据权威询问公司 AMR 最完成的一项市场调查显示：2023 年，全球 MES 市场营收为 106 亿美元，与 2023 年相比， 增长超过 50；2023 年全球制造业在治理软件方面的投资，MES 居其次位，仅次于 ERP。在国外很多行业应用中MES 已和 ERP 相提并论，而且MES 已经成为目前世界工业自动化领域的重点争论内容之一。国内在“十五”期间，流程工业领域 MES 成为技术争论的突破口，重点面对钢铁和石化 2 个典型流程制造行业。目前，MES 已在钢铁、石化等行业得到成功应用并开发完成了假设干自主产权的 MES 系统，如：上海宝信MES、MESSMESV10等。依据中国电子信息产业进展争论院的 1 份报告，到 2023 年底，共有 110 套 MES 应用于国内的钢铁企业。“十五”期间还对离散制造 MES 进展了探究性争论，并取得初步成效如西飞 MES 等，国内市场上也消灭一些针对离散制造业的 MES 产品，如：ICONMES、OrBitMES、天为 MES 等。“十一五”期间，随着我国制造业信息化建设的深入开展，MES 有望在五、 MES 在中国制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在其次产业中占据中心地位。伴随中国参与 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猛烈的国内外竞争，如何快速提高企业的核心竞争力，很重要的一点， 就是以信息化带开工业化，加快信息化进程，走型工业化道路，实现全社会生产力的跨越式进展。纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在 ERP 治理系统和现场自动化系统(ShopFloorControlSystem,SFC)两个方面。但是，由于产品德销在这一、二十年间从生产导向快速地演化成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的治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的局面。工厂制造执行系统(Manufacturing Execution System , MES)恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统 MES 是近 10 年来在国际上快速进展、面对车间层的生产治理技术与实时信息系统。MES 可以为用户供给一个快速反响、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低本钱、按期交货、提高产品的质量和提高效劳质量。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供给良好的企业信息治理。目前国外知名企业应用 MES 系统已经成为普遍现象，国内很多企业也渐渐开头承受这项技术来增加自身的核心竞争力。返回企业打算层与过程把握层之间的信息“断层”问题我国制造业多年来承受的传统生产过程的特点是“由上而下”按打算生产。简洁的说是从打算层到生产把握层：企业依据订单或市场等状况制定生产打算生产打算到达生产现场组织生产产品派送。企业治理信息化建设的重点也大都放在打算层，以进展生产规划治理及一般事务处理。如ERP 就是“位”于企业上层打算层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产打算。在下层的生产把握层，企业主要承受自动化生产设备、自动化检测仪器、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把握。由于市场环境的变化和现代生产治理理念的不断更，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“打算”与“生产”亲热协作，企业和车间治理人员可以在最短的时间内把握生产现场的变化，作出准确的推断和快速的应对措施，保证生产打算得到合理而快速修正。虽然 ERP 和现场自动化系统已经进展到了格外成熟的程度，但是由于 ERP 系统的效劳对象是企业治理的上层，一般对车间层的治理流程不供给直接和具体的支持。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，它可以向治理人员供给现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的治理系统。所以，ERP 系统和现场自动化系统之间消灭了治理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和治理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。比方面对以下车间治理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：消灭用户产品投诉的时候，能否依据产品文字号码追溯这批产品的全部生产过程信息？能否马上查明它的：原料供给商、操作机台、操作人员、经过的工序、生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 小时之内生产线上消灭最多的 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？要分别供给给哪些供给商？何时能够准时交货？?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缘由是：设备故障？调度失误？材料供给不准时？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展统计和分析，准确区分产品质量的随机波动与特别波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？?能否废除人工报表， 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，是处于打算层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产治理和调度执行。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、质量把握、设备故障分析、网络报表等治理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等供给车间治理信息效劳。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，帮助企业建立一体化和实时化的 ERP/MES/SFC 信息体系。六、MES 进展趋势MES 系统正朝着下一代 MESNextGenerationMES的方向进展。下一代MES 的主要特点是：建立在 ISA95 标准上、易于配置、易于变更、易于使用、无客户化代码、良好的可集成性以及供给门户Portal功能等等，其主要目标是以 MES 为引擎实现全球范围内的生产协同。目前，国际上 MES 技术的主要进展趋势表达在以下几个方面：（1） MES 型体系构造的进展。一方面，这种基于型体系构造的 MES 具有开放式、客户化、可配置、可伸缩等特性，可针对企业业务流程的变更或重组进展系统重构和快速配置；另一方面，随着网络技术的进展及其对制造业的重大影响， 当前 MES 系统正在和网络技术相结合，MES 的型体系构造大多基于 Web 技术、支持网络化功能。（2） 更强的集成化功能。型 MES 系统的集成范围更为广泛，不仅包括制造车间本身，而且掩盖企业整个业务流程。通过建立能量流、物流、质量、设备状态的统一工厂数据模型，开发模型维护工具，使数据适应企业业务流程的变更或重组的需求，真正实现 MES 软件系统的可配置。在集成方式上更为快捷便利和易于实现，通过制定 MES 系统设计、开发的技术标准，使不同软件供给商的 MES 构件和其他异构的信息化构件可以实现标准化互连与互操作以及即插即用等功能，并能便利地实现对遗留系统的保护。（3） 更强的实时性和智能化。一代的 MES 应具有更准确的过程状态跟踪和更完整的数据记录功能，可实时猎取更多的数据来更准确、更准时、更便利地进展生产过程治理与把握，并具有多源信息的融合及简洁信息处理与快速决策力气。有学者曾提出了智能化其次代S 解决方案MES，它的核心目标是通过更准确的过程状态跟踪和更完整的数据记录以猎取更多的数据来更便利地进展生 产治理，它通过分布在设备中的智能来保证车间生产的自动化。如日本森精机的计算机关心生产治理系统CAPS，可通过 Internet 和通信终端进展远程实时数据采集、监控与生产治理。（4） 支持网络化协同制造。 2023 年 5 月 MESA 提出了协同的制造执行系统Collaborative Manufacturing Execution Systems，cMES的概念，指出e-MES 的特征是将原来MES 的运行与改善企业运作效率的功能和增加MES 与在价值链和企业中其他系统和人的集成力气结合起来，使制造业的各局部灵敏化和智能化。由此可见，下一代 MES 的一个显著特点是支持生产同步性，支持网络化协同制造。它对分布在不同地点甚至全球范围内的工厂进展实时化信息互联，并以 MES 为引擎进展实时过程治理，以协同企业全部的生产活动，建立过程化、灵敏化和级别化的治理，使企业生产经营到达同步化。（5） MES 标准化ISA95。从 1997 年开头的国际仪表学会ISA启动了编制 ISASP95 企业把握系统集成标准，ISA95 的目的是建立企业级和制造级信息系统之间的集成标准。ISA 于 2023 年公布了 SP9501 模型与术语标准， 规定了生产过程涉及的全部资源信息及其数据构造和表达信息关联的方法；2023 年公布了 SP9502 对象模型属性标准，对第一局部定义的内容作了具体规定和解释，SP9501 和 SP9502 已经被 IECISO 承受为国际标准；2023 年公布了SP9503 制造信息活动模型标准，提出了治理层与制造层间信息交换的协议和格式；2023 年公布了 SP9504 制造操作对象模型标准，定义了支持第三局部中制造运作治理活动的相关对象模型及其属性。返回文献资料想了解更多？ 请联系图凌公司。