微締MES系統(tǒng)及其在制造業(yè)信息化中的應用

(一) MES內涵

MES是美國管理界 20世紀 90年代提出的新概念。美國先進制造研究機構 AMR (AdvancedM anufacturing Research)通過對大量企業(yè)的調查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的企業(yè)生

產管理系統(tǒng)普遍由以 ERP M / RPII為代表的企業(yè)管理軟件,以 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisi- tion)、HMI (HumanM achine Interface) 為代表的生產過程監(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。

MES通過雙向的直接通信在企業(yè)內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。一方面，MES 可以對來自 MRPII、ERP系統(tǒng)的生產管理信息進行細化、分解，將來自計劃層的操作指令傳遞給底層控制層;另一方面，MES 可以采集設備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù),以實時監(jiān)控底層設備的運行狀態(tài)，再經(jīng)過分析、計算與處理,從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)整合在一起，并將生產狀況及時反饋給計劃層。因此，MES不同于以派工單形式為主的生產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)與設備調度為主的單元控制器,而應將 MES 作為一種生產模式,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、設備的控制及計算機集成制造接口等作為一個整體來考慮，以最終實施制造自動化和管理信息化為目的。

(二) MES功能模型與技術架構

MES通過其各成員的實踐歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括 :工序詳細調度、資源分配和狀態(tài)管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集。

對于這個歸納，業(yè)界還有一點爭議。NIST (美國國家標準與技術研究組織 ) 在向 OMG (ObjectM anagem entG roup，對象管理組織 )提交的《NISTResponse toMES Request for Inform ation》報告中就認為：MESA的歸納中，過程管理不應單獨作為一個功能模塊，而應該添加一個物料管理模塊。筆者也認為，MES應具有物料管理功能。

從 MES與企業(yè)其它系統(tǒng)的信息交互分析看，一方面，MES可以為企業(yè)其它管理信息系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)。例如，企業(yè)資源計劃 (ERP) 系統(tǒng)需要 MES提供的成本、制造周期和預計產出時間等實時生產數(shù)據(jù) ;供應鏈管理 (SCM) 系統(tǒng)從 MES中獲取當前的訂單狀態(tài)、當前的生產能力以及企業(yè)中生產換班的相互約束關系;客戶關系管理 (CRM) 的成功報價與準時交貨，則取決于 MES所提供的有關生產的實時數(shù)據(jù);產品數(shù)據(jù)管理 (PDM ) 中的產品設計信息,可以基于 MES的產品產出和生產質量數(shù)據(jù)進行優(yōu)化;控制模塊則需要時刻從 MES中獲取生產配方和操作技術資料來指導人員和設備進行正確地生產。另一方面，MES也要從其它管理系統(tǒng)中獲取相關的數(shù)據(jù)以保證自身正常運行。例如，MES中進行生產調度的數(shù)據(jù)來自 ERP的計劃數(shù)據(jù) ;MES中生產活動的時間安排需要依據(jù) SCM 中的主計劃和調度控制;PDM 則為 MES提供實際生產的工藝文件和各種配方及操作參數(shù);從控制模塊反饋的實時生產狀態(tài)數(shù)據(jù)，則被MES用于實際生產性能評估和操作條件的判斷。從時間因素分析看，在 MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題域是中長期的生產計劃，執(zhí)行層系統(tǒng) MES處理的問題域是近期生產任務的協(xié)調安排問題，控制層系統(tǒng)則必須實時地接收生產指令，使設備正常加工運轉。它們相互關聯(lián)、互為補充，實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。從層次角度分析看，制造企業(yè)的控制結構可劃分為工廠層 (或公司層 )、車間層、單元層和設備層。

其中，單元層相當于一般企業(yè)的工段或班組。通常,ERP系統(tǒng)處于工廠層和車間層，有時會擴展到單元層。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 ) 在功能上會有部分重復，MES與設備控制系統(tǒng)在單元層有時也會有部分功能重疊。

(三 )基于 Internet的 MES網(wǎng)絡拓撲結構

目前，典型的 MES網(wǎng)絡結構模型如下圖所示。

它基于統(tǒng)一的軟硬件平臺和穩(wěn)定的 W eb 應用，以MES數(shù)據(jù)庫服務器為系統(tǒng)核心，進行實時數(shù)據(jù)存取和比照，實現(xiàn)生產信息的監(jiān)視、控制和生產過程的管理。采用工業(yè) PC /PLC / HM I等設備作為車間內各生產單元(生產區(qū)域 )功能站的主要構件 ,通過對各個生產單元的數(shù)據(jù)收集和反饋，組成覆蓋全廠或者整個流水線的、滿足閉環(huán)生產管理需要的開放式以太網(wǎng)絡。

在企業(yè)內部，各功能站通過局域網(wǎng)對 MES服務器進行交互操作，同時其他各查詢終端也通過局域網(wǎng)查詢 MES處理后提供的數(shù)據(jù)、報表和圖形。在企業(yè)外部，通過 Internet可以連接到 MES，在設定的權限內對系統(tǒng)進行信息發(fā)布或讀取操作，做到實時信息共享。

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