浩物联科学和技术,MES的才能布局
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原标题:企业的MES管理系统应用各模块的功能,浩物联科技

MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用——在MRP II、ERP系统产生的长期计划的指导下,MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据,对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。那么,MES依靠哪些技术、模块实现这一目标?尤其是与ERP、控制系统如何实现协作呢?
  作为一种计算机辅助生产管理系统,MES重要使命就是实现企业的连续信息流。它包含了许多功能模块。通过实践,MESA(MES国际联合会)归纳了十一个主要的MES功能模块,包括工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集等模块。
  对于这个归纳,业界还有一点争议。NIST(美国国家标准与技术研究组织)在向OMG(Object Management Group,对象管理组织)提交的《NIST Response to MES Request for Information》报告中就认为:MESA的归纳中,过程管理不应单独作为一个功能模块,而应该添加一个物料管理模块。我们也认为,MES应具有物料管理功能。

  携手上下层、优化数据流

  通过上述这些模块有效协作,MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用。在MES下层,是底层生产控制系统,包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或这几种类型的组合;在MES上层,则是高层管理计划系统,包括ERP、MRP II。
  从时间因素分析,在MES之上的计划系统考虑的问题域是中长期的生产计划(时间因子=100倍),执行层系统MES处理的问题域是近期生产任务的协调安排问题(时间因子=10倍),控制层系统则必须实时地接收生产指令,使设备正常加工运转(时间因子=1倍)。它们相互关联、互为补充,实现企业的连续信息流。
  从层次角度分析,制造企业的控制结构可划分为工厂层(或公司层)、车间层、单元层和设备层。其中,单元层相当于一般企业的工段或班组。通常,ERP系统处于工厂层和车间层,有时会扩展到单元层。设备控制系统处于设备层,有时会扩展到单元层。而MES则总是处于车间层与单元层。因此,MES与ERP在车间层(有时包括单元层)在功能上会有部分重复,MES与设备控制系统在单元层有时也会有部分功能重叠,如图1所示。

企业的MES管理系统应用各模块的功能,MES管理系统的任务是根据上级下达的生产计划,充分利用车间的各种生产资源、生产方法和丰富的实时现场信息,快速、低成本地制造出高质量的产品,其生产活动涉及订单管理、设备管理、库存跟踪、物料流动、数据采集,以及维护管理、质量控制、性能分析和人力资源管理等。MES管理系统汇集了车间中用以管理和优化从下订单到成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件,它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动,同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。

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  图1 计划控制与信息反馈流程及MES与ERP、设备控制系统之间的关系

MES管理系统协会定义的MES管理系统功能由车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管珪、数据采集、性能分析及物料管理等功能模块组成。下面简单介绍MES管理系统的功能。

  在MRP II、ERP系统产生的长期计划的指导下,MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据,进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。图2描述了MES在企业中的数据流图。

1、 生产过程模型化,这是MES管理系统的核心,根据与该模块相连的其他模块所提供的信息与知识,构造该模块所代表的企业生产控制与管理活动所需要的各种类型的模型,主要包括物料流、资金流、信息流和工作流模型。

 

2、生产过程管理,包括物流控制与管理、生产成本控制与管理、数据统计、生产调度等功能,是与企业资源管理层的生产计划相对应的功能模块。该层次的管理有时也称为车间管理,是目前流程企事业信息化建设中比较重要的环节,实际上是MES管理系统架构中承上启下的关键模块。

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  图2 MES在企业中数据流图

3、 生产过程支持,提供基于知识和基于信息的支持,将其他模块送来的数据、信息和知识进行加工、处理,形成相应的方法、算法或软件,为 MES管理系统各功能模块提供支持。

  控制与信息反馈流程以及MES与ERP、设备控制系统之间的关系。在图1中,计划与控制指令自上而下越来越详细与具体,而由分布在生产现场的数据采集系统采集的实时数据自下而上经过层层汇总,数据的综合性越来越强。
  在信息交互的具体内容方面,MES向上层提交周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品(WIP)存放位置和状态、实际定单执行等涉及生产运行的数据;向底层控制系统发布生产指令控制及有关的生产线运行的各种参数等。图3描述了MES与计划层和控制层的信息交互关系。

4、基于工艺目标与技术经济指标的过程优化,建立过程参数与工艺目标或技术经济指标之间的联系,提供以保证工艺目标或技术经济指标为前提的过程参数优化支持,并通过接口向先进控制层提供最佳的操作条件。

 

5、先进控制,包括用于过程优化控制的多变量先进控制(MAPC)、智能控制方法和算法等先进控制,是对那些不同于常规单回路PID控制,并具有比普通PID控制更好控制效果的控制策略的统称,而非专指某种计算机控制算法。

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6、控制接口与信息界面,与过程控制层的各个软硬件相连接,调用DCS或其他过程控制装备中的过程信息,并发出MES管理系统层根据生产计划和生产过程的实标作出的控制信息。

  图3 MES与计划层及控制层信息交互

澳门太阳娱乐在线网址,7、实时调度,包括基于模型、数据和知识的多种动态调度算法,利用流程模拟模型,针对供需变动、工艺切换、资源波动、设备故障变化等,实时作生产方案、工艺路线和资源分配,进行生产作业计划的优化调度,以最少的能耗、最高的安全性或最大的产品效益,确定各个生产装置的负荷。


  与ERP优势互补

  ERP的不足
  虽然ERP能够很好地解决生产计划问题,但是在车间这一层次的控制却往往不够完善。例如,ERP里面的车间控制模块计划功能一般很弱,主要是执行MRP计划。它把MRP计划变换为车间加工单和调度单,并按车间加工单和调度单执行,同时对计划执行情况进行反馈,并进行投入与产出控制。
  ERP系统车间加工单和调度单的时间跨度(或计划期)常常比较长,通常为周。车间加工单和调度单中的设备资源,则是以工作中心为单位的,但对工作中心的定义往往没有严格规定,完全根据系统的实施要求和控制细度来确定的。通常,工作中心在ERP中被定义为一组设备资源,所有信息的反馈与成本的核算等都是以工作中心为单位进行的。
  ERP通常采集主要工序现场信息的时候,基本靠手工录入,不仅效率低、易出错,而且输入的数据是基本上是前一个班或前一天的数据,信息滞后。

8、质量管理,管理生产过程中所有与质量有关的信息,对生产过程的全程进行质量监测、预报。

  MES的优势
  MES的计划调度功能与ERP车间层的功能有些类似,但MES的计划调度的功能比较强,制定的计划也比较详细。
  MES一般按车间层和单元层分级制定作业计划,并对车间的每一台设备或操作人员分派任务。MES中的车间加工单与ERP的类似,MES中的调度单是对车间加工单在时间和空间范围内的进一步分解,通常会细化到计划期内每个单元每台设备每天(或每班)的生产任务。同时,以分派工单的形式把第二天或下一班的生产任务分派到每一个操作人员(或设备)上。
  MES系统反馈的数据不仅包括每台设备、每个工序和每个操作人员的数据,还包括加工过程中的状态数据,而且由于采用自动化数据采集技术,使状态数据可实时采集。采集的数据经过层层汇总,最后可得到整个工厂的生产现场数据。
  如果把MES与ERP集成起来,不仅能充分发挥它们各自的优势;同时,可使MES系统的生产计划更合理,使ERP系统的数据更及时有效,工作效率更高。MES与ERP间的集成数据与MES、ERP间的界面划分有关。一般而言,即可以由MES来承担所有车间层和单元层的功能,也可以由ERP承担车间层的功能,由MES来承担单元层的功能。但从系统的集成角度看,由MES来承担所有车间层和单元层的功能实施比较容易。

  MES的独到技术

  MES涉及的技术领域,很多方面与MRP II、ERP所用技术相类似。这里,仅就MES中较有特色的技术进行说明。

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