離散型制造業(yè)應用MES系統(tǒng)模型設計_MES_管理信息化_2364.doc

離散型制造業(yè)應用MES系統(tǒng)模型設計_MES_管理信息化 傳統(tǒng)上，制造業(yè)分為兩大類：流程型制造業(yè)和離散型制造業(yè)。從離散制造企業(yè)應用MRPERP情況看，整體管理基礎薄弱，主要體現(xiàn)在管理所需的基礎數(shù)據(jù)比較粗放，包括：產(chǎn)品數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)、材料定額數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、加工工藝信息、工時定額、工序信息、成本核算信息等等，在目前的ERP應用中，雖然資源和計劃管理是重要功能，但ERP系統(tǒng)管理不到基層生產(chǎn)活動中，如生產(chǎn)單元間的資源調配、計劃執(zhí)行、生產(chǎn)監(jiān)督等，基礎管理主要是依賴于人工實際經(jīng)驗進行。由此，ERP系統(tǒng)性能發(fā)揮主要是在企業(yè)宏觀管理方面。20世紀90年代中期發(fā)展起來的企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，通過實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)的采集和處理、作業(yè)計劃與動態(tài)調度、細化到工序、班次、操作人員的生產(chǎn)管理、統(tǒng)計與分析等，與ERP產(chǎn)品實現(xiàn)一體化，也是離散型ERP管理的延伸。 制造執(zhí)行系統(tǒng)在流程型制造業(yè)中已經(jīng)有了應用，并取得了一定的效果；而在離散型制造業(yè)中仍處于研究階段。迄今為止，還沒有一個典型系統(tǒng)具有普遍指導意義和普遍應用意義，同時又缺少智能知識化生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)，成為難點之一。 據(jù)此，本文研究設計了在離散型制造業(yè)中的MES典型應用系統(tǒng)模型，并滲入了智能化生產(chǎn)知識要素，優(yōu)化生產(chǎn)過程和成功執(zhí)行方案儲備，使離散型制造業(yè)數(shù)字化與管理數(shù)字化緊密結合，從而推動離散制造企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的不斷發(fā)展，它將具有很大應用價值。1 離散型制造業(yè)特點和復雜度 離散型制造業(yè)和流程型制造業(yè)存在著很大差異。流程型制造業(yè)特點是一般采用配方的概念來進行描述，主要是采用對原材料進行混合、分離、粉碎、加熱等物理或化學方法；通常，它們以批量或連續(xù)的方式進行生產(chǎn)。而離散型制造業(yè)特點是一般用“樹”的概念進行描述，主要是通過對原材料物理形狀的改變、組裝，成為產(chǎn)品；一般都包含零部件加工、零部件裝配成產(chǎn)品；通常，它們以分散和不連續(xù)的方式進行生產(chǎn)，這就是差別的關鍵點。 相對流程型制造業(yè)，離散型制造業(yè)無論是從產(chǎn)品結構、工藝流程、生產(chǎn)方式等諸多方面都要復雜得多。傳統(tǒng)的離散型產(chǎn)品生產(chǎn)，尤其是機械設備制造企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模都比較大，具有大而全的生產(chǎn)布局，將產(chǎn)品分為毛坯件生產(chǎn)、加工件生產(chǎn)、電器件生產(chǎn)、裝配生產(chǎn)過程，造成了離散制造業(yè)繁雜的生產(chǎn)過程，而且每個離散制造業(yè)企業(yè)經(jīng)營管理模式又不盡相同，因此，離散制造業(yè)應用MES系統(tǒng)比流程型制造業(yè)增加了復雜度。 同時，大型的離散制造企業(yè)都應用了MRPERP系統(tǒng)，但ERP系統(tǒng)弱點是聯(lián)接不到底層生產(chǎn)單元內部的具體生產(chǎn)活動，出現(xiàn)了隔離帶，限制了ERP系統(tǒng)性能的充分發(fā)揮。應用MES系統(tǒng)并智能化是打通這一瓶頸不可或缺的技術手段，并已得到學術界、工業(yè)界普遍的重視，它也正成為離散制造企業(yè)信息化的熱點之一。2 MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)的關系 MES能在計劃管理層ERP與生產(chǎn)控制層PCS之間架起了一座橋梁。一方面，MES可對來自MRP，ERP的生產(chǎn)管理信息進行細化、分解，形成操作指令傳給底層；另一方面，MES可以通過PCS采集設備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)和制造資源的實時動態(tài)管理，將制造系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，將生產(chǎn)狀況及時地反饋給計劃層，進行作業(yè)的動態(tài)調度，真正實現(xiàn)制造過程的閉環(huán)，形成以ERPMESPCS三層為核心的企業(yè)信息集成(如圖1)。企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的建設是企業(yè)信息化發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，是企業(yè)從工藝控制、制造過程控制，向信息化與全面綜合自動化發(fā)展的必然之路?，F(xiàn)在，制造業(yè)信息化系統(tǒng)已從初級的MIS發(fā)展到以生產(chǎn)控制、調度、優(yōu)化、營銷、經(jīng)營、決策等為一體的企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)。圖1 ERPIMESPCS三層關系示意圖 企業(yè)的框架結構由經(jīng)營層ERP系統(tǒng)、生產(chǎn)層MES系統(tǒng)、控制層PCS系統(tǒng)組成。MES作為執(zhí)行機構，從生產(chǎn)命令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化，實時地將生產(chǎn)過程信息反饋給上層系統(tǒng)；其時間維度主要在生產(chǎn)車間的班組級和生產(chǎn)執(zhí)行部門。3 MES系統(tǒng)模型設計 3.1 MES系統(tǒng)的模塊劃分 主要包括生產(chǎn)作業(yè)計劃排程、生產(chǎn)調度、設備工裝管理、質量管理、物料跟蹤、工藝管理、數(shù)據(jù)管理、能耗管理、庫存管理、人力資源管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)采集等主要功能模塊，并增加了智能知識化生產(chǎn)管理模塊；同時，還配備了物流子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)、辦公自動化子系統(tǒng)、檢驗子系統(tǒng)等輔助模塊。 3.2 MES，ERP和PCS三層的數(shù)據(jù)傳輸 三層網(wǎng)絡結構設計：在底層過程系統(tǒng)(PCS，DCS等)實時網(wǎng)絡與實時數(shù)據(jù)庫之間建立數(shù)據(jù)傳輸通道，在實時數(shù)據(jù)庫與上層ERP、中間層制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)網(wǎng)絡之間基于信息網(wǎng)應用實時數(shù)據(jù)庫SDK開發(fā)工具或OLEDB提供的開放數(shù)據(jù)庫訪問接口，建立數(shù)據(jù)傳輸通道。這樣，既保證網(wǎng)絡管理、現(xiàn)場控制、信息傳輸各部分的安全獨立機制，又能夠提供安全可靠的隔離。 3.3 MES系統(tǒng)模塊設計結構圖 本文設計了MES系統(tǒng)模塊結構(見圖2)。圖2 MES系統(tǒng)模塊設計結構示意圖4 MES系統(tǒng)模塊功能描述 4.1為應用MES系統(tǒng)構件基礎網(wǎng)絡 首先構建離散型企業(yè)內部局域網(wǎng)及車間現(xiàn)場的工控網(wǎng)絡、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，建設好基礎網(wǎng)絡對于應用MES系統(tǒng)至關重要。 4.2 MES系統(tǒng)管控生產(chǎn)執(zhí)行過程的功能 它的功能是以日、小時、分鐘為單位平衡整體生產(chǎn)能力，對產(chǎn)品的制造過程進行跟蹤。MES層的作業(yè)計劃排程系統(tǒng)基于企業(yè)內的詳細狀況，對產(chǎn)品的交貨期、生產(chǎn)工藝限制、生產(chǎn)順序優(yōu)化等進行綜合考慮并智能知識化滲入，制定生產(chǎn)作業(yè)計劃，進行動態(tài)生產(chǎn)調度。 在內部網(wǎng)絡的基礎上，把銷售部門的定單通過制造執(zhí)行系統(tǒng)制定出規(guī)范、合理、科學的計劃排程，并下發(fā)到車間現(xiàn)場的各工段、工序；管理部門配備相應的人力、物料、設備、工裝制定詳細的工藝要求、質量要求等；物流部門從倉庫領料進行配送；現(xiàn)場執(zhí)行部門嚴格按照系統(tǒng)指示的生產(chǎn)、工藝、質量等要求進行有序生產(chǎn)，在工位本身通過設備自動采集或其他采集器把生產(chǎn)、設備、物料、質量等數(shù)據(jù)信息及時采集到系統(tǒng)中；管理部門可以通過制造執(zhí)行系統(tǒng)實時跟蹤和掌控生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)，包括生產(chǎn)訂單狀態(tài)、設備狀態(tài)、物料(包括材料和在制品)狀態(tài)、質量、產(chǎn)量、庫存等，及時發(fā)現(xiàn)問題、采用“智能知識管理工具軟件”進行分析、調整、改善和管控智能化；同時利用企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)可以追溯產(chǎn)品生產(chǎn)的全部過程，方便查找問題和改進；高級管理人員利用系統(tǒng)的關鍵績效指數(shù)KPI，隨時掌控實際生產(chǎn)運作信息，做出更加準確的決策。 這樣有利于提升產(chǎn)品交貨能力，優(yōu)化生產(chǎn)計劃，改進并提升生產(chǎn)執(zhí)行能力，優(yōu)化產(chǎn)品工藝流程，改善產(chǎn)品工藝制造水平，提高產(chǎn)品的質量和與過程相關的人、財、物的管理水平，進而全面提升企業(yè)的生產(chǎn)制造能力，提高產(chǎn)品質量和客戶服務能力，最終提高生產(chǎn)效率。 4.3 智能知識化生產(chǎn)管理的滲入機制 在MES系統(tǒng)中，重點研究設計了“智能知識化生產(chǎn)管理模塊”，將智能知識滲入到生產(chǎn)管理中，這也是本文的特色。 (1)智能知識化生產(chǎn)管理定義 智能知識化生產(chǎn)管理，主要是通過企業(yè)生產(chǎn)管理廣泛內涵的綜合分析和關鍵績效指標分析，以及企業(yè)設備診斷、產(chǎn)品生命周期和企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)建模，反映企業(yè)的管理瓶頸、生產(chǎn)趨勢、運行效率等重要指標，為企業(yè)管理人員實時、動態(tài)、準確掌握企業(yè)生產(chǎn)運行狀態(tài)，敏捷、精確、及時、有效地做出合理決策，從而優(yōu)化生產(chǎn)運行效率。同時，對這些分析和決策所帶來的效益矢量(正或負)進行儲存和記憶，對正向效益矢量進行基礎儲備，集合到“案例數(shù)據(jù)庫”中進行智能知識化積累、分類和數(shù)據(jù)挖掘，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型能夠檢測出奇異點并進行恢復、修正和優(yōu)化，以備再次對新的生產(chǎn)狀態(tài)下的生產(chǎn)執(zhí)行方案進行分析、選擇、決策。此項技術是一項正在發(fā)展中的技術，其獨特設計致力于生產(chǎn)管理并最終根本改進制造生產(chǎn)過程的每一個環(huán)節(jié)和指導優(yōu)化生產(chǎn)過程。 (2)智能知識化生產(chǎn)管理運作機制 本文設計了一個能夠使生產(chǎn)流程和業(yè)務流程數(shù)據(jù)集成的智能化標準平臺(如圖3)。它能對ERP、MES和PCS三層之間的大量生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息，包括以上定義中的集成數(shù)據(jù)信息，進行采集、存儲、匯總、數(shù)據(jù)挖掘、智能儲存和智能處理；同時，能夠定義和分析關鍵績效指標(KPI)，并將它們與企業(yè)資源、生產(chǎn)步驟或生產(chǎn)單元關聯(lián)起來，再基于某生產(chǎn)事件來觸發(fā)KPI的優(yōu)化計算，并將這些可靠的、優(yōu)化的信息集成后進行數(shù)據(jù)建模，實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)和操作流程的標準化和敏捷化；然后，傳遞給更高一級的“智能知識管理工具軟件”分析，通過智能化算法可以得到一組詳盡、優(yōu)化、智能解決方案。它致力于快速改善生產(chǎn)管理方式并最終根本改進制造生產(chǎn)過程的每一個環(huán)節(jié)，幫助生產(chǎn)管理各級層次的關鍵點更有效地履行關鍵的管理職能，最大程度地提高質量和效率。圖3 生產(chǎn)管理智能數(shù)據(jù)處理示意圖 “智能知識管理工具軟件”應用程序，它包含了對生產(chǎn)管理廣泛功能的數(shù)據(jù)集成進行智能化處理，用以表現(xiàn)生產(chǎn)生命周期的各個關鍵方面從控制車間的生產(chǎn)過程到分析和共享數(shù)據(jù)以管理整個組織的設備資產(chǎn)，挖掘成功生產(chǎn)案例并儲備、駐留到“案例數(shù)據(jù)庫”中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘功能。最終，通過顯現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)過程的指導性能，使企業(yè)降低成本、提高生產(chǎn)率和改進產(chǎn)品質量成為可能。5 結束語 通過對離散型制造業(yè)MES系統(tǒng)模型設計，并滲入智能要素，將ERP系統(tǒng)和PCS系統(tǒng)連接起來，形成完整的企業(yè)信息化自動控制系統(tǒng)。MES的實施也受著諸多因素的影響，如：要適應企業(yè)持續(xù)不斷地改善生產(chǎn)管理模式和不斷變換運營方式；離散型企業(yè)的單件小批量和復雜大批量生產(chǎn)存在一些差別；企業(yè)決策者要求的企業(yè)實時信息標準和其做出精確、有效的決策的不同；