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智慧工廠的信息化核心——MES系統解決方案

脱兔电竞比分网app www.xzljk.com.cn 智慧工廠為什么需要MES?

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一、 MES是什么?

MES是“Manufacturing Execution System”的英文縮寫,中文翻譯為“制造執行系統”、“生產實施系統”等。

簡單地講,MES是面向車間的生產過程管理與實時信息系統。它主要解決車間生產任務的執行問題。

MES發展大事記:

20世紀80年代末,美國先進制造研究機構(AMT)首先提出MES的概念;

1992年,美國成立以宣傳MES思想和產品為宗旨的貿易聯合會——MES國際聯合會(MESA International);

1997年,MESA發布修訂后的6個關于MES的白皮書,對MES的定義與功能、MES與相關系統間的數據流程、應用MES的效益、MES軟件評估與選擇以及MES發展趨勢等問題進行了詳盡的闡述;

1999年,美國國家標準與技術研究所(NIST)在MESA白皮書的基礎上,發布有關MES模型的報告,將MES有關概念標準化。

MES 的定義:

美國先進制造研究機構(AMR):MES是位于上層計劃管理系統與底層工業控制之間、面向車間層的管理信息系統。

它為操作人員、管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態信息。

MES 國際聯合會(MESA International):

MES 是一些能夠完成車間生產活動管理及優化的硬件和軟件的集合,這些生產活動覆蓋從訂單發放到出產成品的全過程。

它通過維護和利用實時準確的制造信息來指導、傳授、響應并報告車間發生的各項活動,同時向企業決策支持過程提供有關生產活動的任務評價信息。

Michael  McClellan (曾任MESA主席):MES是一個集成的計算機化的系統,它是用來完成車間生產任務的各種方法和手段的集合。

二、 MES 產生的背景

1、車間層生產管理系統本身發展的需要:

(1)在MES出現之前,  車間生產管理依賴若干獨立的單一功能軟件,如車間作業計劃系統、工序調度、工時管理、設備管理、庫存控制、質量管理、數據采集等軟件來完成。這些軟件之間缺乏有效的集成與數據共享,難以達到車間生產過程的總體優化。(2)為了提高車間生產過程管理的自動化與智能化水平,必須對車間生產過程進行集成化管理,實現信息集成與共享,從而達到車間生產過程整體全局優化的目標。

2、MRPII/ERP進一步發展的需要:

(1)MRPII/ERP強調企業的計劃性,好的計劃應該建立在實時、準確、全面信息的基礎之上。

(2)MRPII/ERP無法及時獲取車間生產現場的實時信息,造成“生產計劃”與“生產信息”不同步,使得計劃的合理性大打折扣。

(3)因此,必須把“生產”與“計劃”實時關聯起來。但MRPII/ ERP本身無法直接與生產現場的控制層相聯系,作為連接兩者的橋梁,MES應運而生。

3、其它先進制造及管理模式發展的需要:

(1)計算機集成制造系統(CIMS):對車間層制造過程及管理自動化以及與其它分系統集成的需求; 

(2)JIT/精益生產:對生產現場實施“零庫存”控制的需求;

(3)網絡化制造:對車間生產過程及數據管理信息化、集成化、網絡化的需求;

(4)敏捷制造:對車間生產過程集成化、智能化、柔性化的需求。

4、相關技術的發展為MES提供了技術支撐:

(1)計算機網絡、數據庫及計算機軟件技術的發展:Internet /Intranet/LAN/Field Bus/MAP,大型分布式數據庫,分布式對象計算、軟總線及組件技術等;

(2)自動控制與傳感檢測技術:PLC/DCS/SCADA, 智能儀表,數字傳感器,網絡數控技術等;

(3)計算機輔助生產管理技術的普及與發展:生產計劃與控制,設備管理,工具管理,質量管理與控制,過程管理及工作流技術等。

三、 MES的功能與作用

MES定位及功能模型:

MES定位及功能模型.png

MES功能概述:

MES功能概述.png

MES功能詳解:

(1)資源分配與狀態:該功能跟蹤資源狀態并維護一個詳細的歷史記錄。它保證設備能夠適時地安裝調整以及其它資源(如文檔)能夠及時獲取。對上述資源的管理包括對操作/詳細調度功能的支持。

(2)操作/詳細調度:提供基于優先級、屬性、特性以及制造方法與工藝等的作業排序功能,負責生成工序計劃(即詳細計劃)以滿足用戶定義的運行目標。

(3)分派生產單位:根據生產計劃和詳細排程,指導作業、訂單、批次、工作指令等形式的生產單位的工作流程。以適當的順序分派信息,使在正確的時間到達正確的地點。它具有變更預定排程/生產計劃、以及通過緩沖管理來控制在制品數量的能力。

(4)文檔管理:控制、管理與交付與生產單位關聯的信息包,包括工作指令、制造方法、圖紙、標準操作規程、零件加工程序、批次記錄、工程更改通知以及交班信息等。它支持編輯預定信息和維護文檔歷史版本。

(5)數據采集/獲?。?/strong>獲取和更新用于產品跟蹤、維護生產歷史記錄以及其它生產管理功能的生產信息。它可使用掃描儀、輸入終端、與制造控制者的軟件界面以及其它軟件等方式相結合來完成上述功能。它以手工或自動方式在車間采集最新的數據。

(6)人力管理:提供最新的人員狀態信息,包括時間和出勤記錄、資質跟蹤以及追蹤其間接活動的能力。它與資源分配進行交互以確定最優的人員分派。

(7)質量管理:及時提供產品和制造工序測量尺寸分析以保證產品質量控制,并辨別需要引起注意的問題。它可推薦一些矯正問題的措施。也可以包括SPC/SQC跟蹤、離線檢測操作以及在實驗室信息管理系統(LIMS)中分析。

(8)過程管理:監視生產過程,自動糾偏或為操作者提供決策支持以糾正和改善在制活動。它可包括報警管理??贍芡ü薟杉?獲取提供智能設備與MES的接口。

(NIST認為過程管理活動已在分派與質量管理中描述;MESA將其單列,是因為該活動可能由一個單獨的系統來執行)

(9)維護管理:跟蹤和指導設備及工具的維護活動以保證這些資源在制造進程中的可獲性,保證周期性或預防性維護調度,以及對應急問題的反應(報警),并維護事件或問題的歷史信息以支持故障診斷。

(10)產品跟蹤和譜系:提供所有時期工作及其處置的可視性。其狀態信息可包括:誰在進行該工作;供應者提供的零件、物料、批量、序列號;任何警告、返工或與產品相關的其它例外信息。

其在線跟蹤功能也創建一個歷史記錄,該記錄給予零件和每個末端產品使用的可跟蹤性。

(11)性能分析:提供實際制造操作活動的最新報告,以及與歷史記錄和預期經營結果的比較。運行性能結果包括對諸如資源利用率、資源可獲取性、產品單位周期、與排程表的一致性、與標準的一致性等指標的度量。

(12)物料管理:管理物料(原料、零件、工具)及可消耗品的運動、緩沖與儲存。這些運動可能直接支持過程操作或其它功能,如設備維護或安裝調整。

(該功能為NIST所追加,它認為上述物料管理活動與資源分配和跟蹤功能的關系并不明確)

MES 的主要作用:

MES填補了計劃與控制之間的鴻溝.png

填補了上層生產計劃與底層工業控制之間的鴻溝

計劃執行控制三層之間的信息流.png

計劃/執行/控制三層之間的信息流

MRPIIERP與MES之間的信息流.png

MRPII/ERP與MES之間的信息流

MES與控制層之間的信息流.png

MES與控制層之間的信息流

四、 MES 的發展與應用情況

1、生產管理系統的演進

MES技術國際上的發展歷程:

MES 技術在國際上的發展歷程.png

生產管理系統的演進.png

2、MES在國際上的應用情況;

(1)MES技術在國際上的發展歷程:

A:專用MES(Point MES):專用MES是一種自成一體的應用系統,它針對某個單一的生產問題(如制造周期缺乏競爭力、在制品庫存過大、產品質量得不到保證、設備利用率低、缺乏過程控制等)

提供相應的軟件系統(如作業計劃與控制、物料管理、質量管理、設備維護、過程管理等)加以解決。

B:集成化MES(Integrated MES):該類系統起初是針對特定的行業(如航空、裝配、半導體、食品和衛生等)的特定的規范化環境而設計,目前已拓展到整個工業領域。

在功能上它已實現了與上層事務處理和下層實時控制系統的集成。集成化MES具有豐富的應用功能、統一的邏輯數據庫、單一的車間產品及過程模型等優點成為商品化MES產品的主流。

但該類系統依賴特定的車間環境,柔性差,缺少通用性和廣泛的集成能力。

C:可集成的MES(I-MES):它將??榛τ米榧際跤τ玫組ES的系統開發中,  是前兩類MES系統的結合:既具有專用MES系統的特點,

即I-MES中的部分功能作為可重用組件單獨銷售;又具有集成化MES的特點,即能實現上下兩層之間的集成。

I-MES還具有能實現客戶化、可重構、可擴展和互操作等特性,能方便地實現不同廠商之間的集成和遺產系統的?;?,以及即插即用等功能。

D:智能化第二代MES(MESII):其核心目標是通過更精確的過程狀態跟蹤和更完整的數據記錄以獲取更多的數據來更方便地進行生產管理,它通過分布在設備中的智能來保證車間生產的自動化。

E:下一代MES(Next Generation MES):其顯著的特點是強調生產同步性(協同),支持網絡化制造。它通過MES引擎在一個和幾個地點來進行工廠的實時生產信息和過程管理以協同企業所有的生產活動,

建立過程化、敏捷化、有效的組織和級別化的管理使企業生產經營達到同步化。 

(2)MES 在國際上的應用情況:

A:MES在發達國家已實現產業化,其應用覆蓋離散與流程制造行業和領域:半導體、電子、機械、航空、汽車、醫療、食品、釀酒、石油、化工、冶金等,并給企業帶來了巨大的經濟效益。

B:據AMR和MESA于1997年提供的數據:1993年MES的市場銷售額為1.5億美元,1994-1995年的銷售額以大約30%的速度增長,這一增長速度將繼續保持到2000年。

C:MES的出現和普及,對國外生產管理界也產生了深遠的影響。在國外很多行業應用中MES已和ERP相提并論。MES是目前世界工業自動化領域的重點研究內容之一。

3、MES在中國的發展與應用情況:

(1)MES思想在20世紀90年代中期引入我國, 1999年國家863高技術發展計劃首次將MES納入CIMS主題進行探索性研究。

(2)國家“十五”863將MES作為重點項目進行資助,取得了一批研究與應用成果(如可集成的MES、基于構件的可重構MES、知識化MES、基于WEB的MES、敏捷化MES理論等),應用范圍覆蓋離散制造與流程工業。

(3)但我國在MES應用方面與西方發達國家相比,無論是在技術深度與應用廣度上都存在較大差距,主要還停留在MES技術的早期階段(專用MES和集成化MES)。

4、MES技術的發展趨勢:

(1)進一步強化系統的可集成性;(2)可配置性與可重構性;(3)柔性與自適應性;(4)開放性與可擴展性,即插即用;

(5)進一步提高系統的可靠性; (6)強調過程管理,支持生產協同(同步性:Synchronous);(7)面向客戶,支持電子商務;(8)支持網絡化制造模式。

五、 MES給企業帶來的利益

1、MESA分別在1993年和1996年以問卷方式對若干典型企業進行了兩次有關MES應用情況的調查;

2、這些典型企業覆蓋如下七大行業:醫療產品,塑料與化合物,金屬制造,電氣/電子,汽車,玻璃纖維,通訊;

3、這些企業中,75%為離散制造企業,16%為批量/流程制造企業,9%為混合型企業,它們平均應用MES的時間為2.3年;

可量化的直接經濟利益:

可量化的直接經濟利益.png

難以量化的間接經濟利益:

(1)滿足客戶要求的高質量響應;(2)提高制造系統對變化的響應能力以及客戶服務水平;

(3)均衡企業資源的利用率,優化產能,提高運作效率;(4)大大縮短企業投資回報周期;

(5)通過員工授權,大大提高企業員工的工作能力與效率;(6)提高企業敏捷性,增強企業核心競爭力。

MES對生產運作管理的最大影響:

(1)實時的訂單狀態、設備狀態、庫存可視性;(2)實時的作業優先級,提供對工廠管理的實時信息;

(3)調度,分派,發到車間的e-mail;(4)客戶訂單的跟蹤與可跟蹤性;(5)實時的車間數據采集。

另一個顯著發現:知識化和員工授權改變了員工的精神狀態,減少了監督,提高了工作效率。

MES給生產運作人員帶來的好處:

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六、 對國內企業實施MES的建議

1、實施MES不僅僅是一項技術工作,更是車間的一次生產運作管理模式的變革;

2、MES是錦上添花(對現有工作流程信息化),不是雪中送炭(通過MES改變工作流程),實施MES不可本末倒置;

3、不能期望MES能夠解決企業或車間的所有重大問題(如技術和工藝問題、基礎管理問題等),對MES技術應當有合適的預期;

4、人的因素是決定MES成功實施的關鍵。應加強人員培訓,熟練掌握技術,轉變觀念。

企業實施MES三步曲:

企業實施MES三步曲.png

1、充分的準備工作:

基本條件:面向市場的產品定位;開拓進取的領導班子;對MES內涵認識明確;良好的管理基??;持續的員工培訓;管理人員與計算機人員的密切配合;合適的軟件,有充分的指導與支持。

需求明確:總體預期目標和分階段目標;管理層需求分析;流程需求分析;軟件功能需求分析;硬件配置需求分析;挑選系統的準則,二次開發與系統集成。

管理基?。?/strong>車間組織機構、規章制度、運行機制;MRPII/ERP系統;車間作業計劃與控制系統;質量管理與控制系統;人力資源管理系統;數據采集與獲取系統。

資金條件:實施MES需要在應用軟件、系統軟件、硬件平臺、培訓、實施費用上投資。所以企業必須有充分的預算,這是實施ERP系統的必要條件。

人員素質:良好的員工素質是企業實施MES的必備條件,可以從以下方面進行評估:領導素質、員工素質、企業員工凝聚力。

基礎數據:包括產品結構、物料(包括編碼規則、零件、毛坯、在制品、刀具、工裝、工具、量檢具等)、工藝路線、工時、物料庫存、設備與人員、各種例外代碼等信息。

網絡建設:除了一般局域網外,還涉及車間現場數據采集與控制網絡。車間現場網絡可采用多種形式,如工業以太網、現場總線、RS-485網絡或RS-232網絡等。

2、合適的軟件選型:

軟件功能滿足程度好;軟件技術水平高(具通用性、適應性、開放性、可擴展性),具有二次開發功能;軟件可集成性好,便于與計劃層和控制層的集成;

軟件界面友好、簡單易用;服務質量好(供應商技術開發能力強、信譽好、產品升級有保障、價格體系明晰、合作態度積極);軟件性價比高,投入產出效益大;與現有MRPII/ERP系統的配套性。

3、有效的系統實施:

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MES實施要點:

上層的決心與推動:車間信息化過程中,沒有領導的關心和鼎力推進,MES系統是不可能實施成功的。

確切的需求分析:企業當前最迫切需要解決的問題是什么?MES系統是否能夠解決?實施MES后到底能夠解決哪些問題、達到哪些目標?出現問題后如何解決?

建立合理的工作流程:這是計算機系統在企業內有效運行的關鍵,最好同咨詢公司和高校合作。

制定合理的目標:上MES不能貪大求全,要與ERP緊密結合,要根據企 業自身的實際條件設計建設目標。不僅要有完整性,還要具有可操作性。

創造良好的實施和應用環境:從企業的硬件設施,人員配置,員工的心態到工作氛圍、企業文化等方面予以重視。

完善的教育培訓:強化全員培訓,包括對生產第一線的物流管理員、檢驗員工進行不間斷的循環培訓;召集中高層管理人員反復討論、了解MES。

由淺而深,由線而面,建立階段里程碑標志:MES涵蓋很廣,先找一能立竿見影的部份導入,使用成功是最好的教育推廣方式。

貫徹執行力:要求各階層各部門確實將此系統做為管理作業上 的重要工具,彼此互相督促,施予正面的壓力。

實施項目變更管理:在任何一個階段,如果對系統功能說明書中的任何功能進行合理的、必需的變更,則必須通過必要的變更步驟對其管理。

建立MES的實施維護團隊:培養自己的人才隊伍,建立MES實施團隊,以確保MES的順利實施,減少系統失敗的風險。

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七、德爾智慧——智慧廠房管理平臺(3EMS+)

隨著MES系統的廣泛應用、物聯網技術的成熟發展,建立基于物聯網的監控管理系統已成為現代制造企業的發展方向和必然趨勢,它的作用將會逐步顯示出來。

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經過實地考察,結合多年在智能化控制、節能減排、流程管理領域的經驗,客戶需要一套集設備管理、能源管理、環境管理、安全管理的具有智能診斷及系統優化的綜合工廠資產健康管理平臺。

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德爾智慧——智慧廠房管理平臺包括設備管理、現場管理、環境管理、能源管理、安全管理、項目管理、報表管理、系統管理,實現節能、環保、安全、可靠、高效等目的,提升設備效率,提高企業管理水平。

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