離散型制造業(yè)應(yīng)用MES系統(tǒng)模型設(shè)計_MES_管理信息化_2364.doc

離散型制造業(yè)應(yīng)用MES系統(tǒng)模型設(shè)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(yīng)用MRPERP情況看，整體管理基礎(chǔ)薄弱，主要體現(xiàn)在管理所需的基礎(chǔ)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(yīng)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(diào)配、計劃執(zhí)行、生產(chǎn)監(jiān)督等，基礎(chǔ)管理主要是依賴于人工實際經(jīng)驗進(jìn)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(jì)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(diào)度、細(xì)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(yīng)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(dǎo)意義和普遍應(yīng)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(shè)計了在離散型制造業(yè)中的MES典型應(yīng)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(jié)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(yīng)用價值。1 離散型制造業(yè)特點和復(fù)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(jìn)行描述，主要是采用對原材料進(jìn)行混合、分離、粉碎、加熱等物理或化學(xué)方法；通常，它們以批量或連續(xù)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。而離散型制造業(yè)特點是一般用“樹”的概念進(jìn)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(jìn)行生產(chǎn)，這就是差別的關(guān)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(jié)構(gòu)、工藝流程、生產(chǎn)方式等諸多方面都要復(fù)雜得多。傳統(tǒng)的離散型產(chǎn)品生產(chǎn)，尤其是機(jī)械設(shè)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(yīng)用MES系統(tǒng)比流程型制造業(yè)增加了復(fù)雜度。 同時，大型的離散制造企業(yè)都應(yīng)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(nèi)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(yīng)用MES系統(tǒng)并智能化是打通這一瓶頸不可或缺的技術(shù)手段，并已得到學(xué)術(shù)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(guān)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(jìn)行細(xì)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(shè)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(jìn)行作業(yè)的動態(tài)調(diào)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(shè)是企業(yè)信息化發(fā)展的關(guān)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(diào)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(guān)系示意圖 企業(yè)的框架結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)，從生產(chǎn)命令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進(jìn)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(shè)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(diào)度、設(shè)備工裝管理、質(zhì)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(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計：在底層過程系統(tǒng)(PCS，DCS等)實時網(wǎng)絡(luò)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(luò)之間基于信息網(wǎng)應(yīng)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(luò)管理、現(xiàn)場控制、信息傳輸各部分的安全獨立機(jī)制，又能夠提供安全可靠的隔離。 3.3 MES系統(tǒng)模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 本文設(shè)計了MES系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)(見圖2)。圖2 MES系統(tǒng)模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖4 MES系統(tǒng)模塊功能描述 4.1為應(yīng)用MES系統(tǒng)構(gòu)件基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò) 首先構(gòu)建離散型企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)及車間現(xiàn)場的工控網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)好基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)對于應(yīng)用MES系統(tǒng)至關(guān)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(jìn)行跟蹤。MES層的作業(yè)計劃排程系統(tǒng)基于企業(yè)內(nèi)的詳細(xì)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(jìn)行綜合考慮并智能知識化滲入，制定生產(chǎn)作業(yè)計劃，進(jìn)行動態(tài)生產(chǎn)調(diào)度。 在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)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(xué)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(yīng)的人力、物料、設(shè)備、工裝制定詳細(xì)的工藝要求、質(zhì)量要求等；物流部門從倉庫領(lǐng)料進(jìn)行配送；現(xiàn)場執(zhí)行部門嚴(yán)格按照系統(tǒng)指示的生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量等要求進(jìn)行有序生產(chǎn)，在工位本身通過設(shè)備自動采集或其他采集器把生產(chǎn)、設(shè)備、物料、質(zhì)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(shè)備狀態(tài)、物料(包括材料和在制品)狀態(tài)、質(zhì)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(jìn)行分析、調(diào)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(jìn)；高級管理人員利用系統(tǒng)的關(guān)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(zhǔn)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(jìn)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(zhì)量和與過程相關(guān)的人、財、物的管理水平，進(jìn)而全面提升企業(yè)的生產(chǎn)制造能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和客戶服務(wù)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(jī)制 在MES系統(tǒng)中，重點研究設(shè)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(nèi)涵的綜合分析和關(guān)鍵績效指標(biāo)分析，以及企業(yè)設(shè)備診斷、產(chǎn)品生命周期和企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)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(biāo)，為企業(yè)管理人員實時、動態(tài)、準(zhǔn)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(fù))進(jìn)行儲存和記憶，對正向效益矢量進(jìn)行基礎(chǔ)儲備，集合到“案例數(shù)據(jù)庫”中進(jìn)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(jìn)行恢復(fù)、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(jìn)行分析、選擇、決策。此項技術(shù)是一項正在發(fā)展中的技術(shù)，其獨特設(shè)計致力于生產(chǎn)管理并最終根本改進(jìn)制造生產(chǎn)過程的每一個環(huán)節(jié)和指導(dǎo)優(yōu)化生產(chǎn)過程。 (2)智能知識化生產(chǎn)管理運作機(jī)制 本文設(shè)計了一個能夠使生產(chǎn)流程和業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)集成的智能化標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(guān)鍵績效指標(biāo)(KPI)，并將它們與企業(yè)資源、生產(chǎn)步驟或生產(chǎn)單元關(guān)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(jìn)行數(shù)據(jù)建模，實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)和操作流程的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(guān)鍵點更有效地履行關(guān)鍵的管理職能，最大程度地提高質(zhì)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(yīng)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(jìn)行智能化處理，用以表現(xiàn)生產(chǎn)生命周期的各個關(guān)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(shè)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(dǎo)性能，使企業(yè)降低成本、提高生產(chǎn)率和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量成為可能。5 結(jié)束語 通過對離散型制造業(yè)MES系統(tǒng)模型設(shè)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(yīng)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)和其做出精確、有效的決策的不同；