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上架日期： 2019年12月2日瀏覽量： 423次

MES系統(tǒng)制造和計(jì)劃的統(tǒng)一

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商品詳情

以MRP II、ERP為代表的管理信息系統(tǒng)，以及以數(shù)控加工、DNC單元和柔性制造為代表的自動(dòng)化技術(shù)，在制造業(yè)行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。盡管這兩類(lèi)系統(tǒng)的推廣取得了一定效果，但卻忽略了兩者之間的有效配合，導(dǎo)致企業(yè)上層計(jì)劃缺乏有效的實(shí)時(shí)信息支持、下層控制環(huán)節(jié)缺乏優(yōu)化的調(diào)度與協(xié)調(diào)。計(jì)劃層與車(chē)間執(zhí)行層無(wú)法進(jìn)行良好的雙向信息流交互，企業(yè)就難以實(shí)時(shí)反應(yīng)。

十多年前誕生的 MES系統(tǒng) （www.hzjux.com）直指這一問(wèn)題，目前在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普遍推廣。在我國(guó)，對(duì)MES系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用還處于剛剛起步階段。為此，我們特意邀請(qǐng)南京航空航天大學(xué)的專(zhuān)家做專(zhuān)題介紹，將從企業(yè)需求、技術(shù)模型、如何實(shí)施以及不同行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)等角度系統(tǒng)地介紹MES系統(tǒng)這一概念。

上個(gè)世紀(jì)80年代后期，美國(guó)在總結(jié)MRPⅡ?qū)嵤┏晒β瘦^低的教訓(xùn)并吸收日本準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)系統(tǒng)(JIT)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出既重視計(jì)劃又重視執(zhí)行的管理新思想。此時(shí)，將計(jì)劃與制造過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)的制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，簡(jiǎn)稱(chēng)MES系統(tǒng))應(yīng)運(yùn)而生。

以MRP II、ERP為代表的管理信息系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)企業(yè)的計(jì)劃性。它們以客戶訂單和市場(chǎng)需求為計(jì)劃源頭，力求充分利用企業(yè)內(nèi)的各種資源、降低庫(kù)存、提高企業(yè)的整體運(yùn)作效率。

以數(shù)控加工、DNC(分布式數(shù)控技術(shù))單元和柔性制造系統(tǒng)為代表的自動(dòng)化技術(shù)，則強(qiáng)調(diào)設(shè)備的控制——通過(guò)控制優(yōu)化，減少人為因素的影響，提高產(chǎn)品的質(zhì)量與系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

然而，上述努力盡管取得了一定成功，卻并沒(méi)有很好地達(dá)到預(yù)期效果。一方面是由于企業(yè)在管理改革方面跟不上信息化發(fā)展的步伐，另一方面是由于企業(yè)對(duì)執(zhí)行層的重視不夠，導(dǎo)致上層計(jì)劃缺乏有效的實(shí)時(shí)信息支持，下層的控制缺乏優(yōu)化的調(diào)度與協(xié)調(diào)。

MES系統(tǒng)面向制造企業(yè)的車(chē)間層，可以為企業(yè)其它應(yīng)用系統(tǒng)(例如ERP、SCM)提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而加強(qiáng)計(jì)劃管理層與底層控制之間的溝通。

承上啟下：MES系統(tǒng)所處“位置”關(guān)鍵

上個(gè)世紀(jì)九十年代初期，通過(guò)對(duì)大量企業(yè)的調(diào)查，美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AMR)發(fā)現(xiàn)：完善的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，普遍由以下三種軟件構(gòu)成：以ERP、MRPII為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視)、HMI(Human Machine Interface)為代表的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控軟件，以及實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程自動(dòng)化、支持企業(yè)全面集成的MES系統(tǒng)軟件。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型。

從模型可以看出，制造執(zhí)行系統(tǒng)MES系統(tǒng)在計(jì)劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補(bǔ)了兩者之間的空隙。一方面，MES系統(tǒng)可以對(duì)來(lái)自MRPII、ERP軟件的生產(chǎn)管理信息進(jìn)行細(xì)化、分解，將來(lái)自計(jì)劃層操作指令傳遞給底層控制層；另一方面，MES系統(tǒng)可以采集設(shè)備、儀表的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控底層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)分析、計(jì)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(chǎn)狀況及時(shí)反饋給計(jì)劃層。

一個(gè)企業(yè)的制造車(chē)間，是物流與信息流的交匯點(diǎn)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最終就是在這里被物化出來(lái)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完善，車(chē)間在制造企業(yè)中逐步向分廠制過(guò)渡，導(dǎo)致其角色也由傳統(tǒng)的企業(yè)成本中心向利潤(rùn)中心轉(zhuǎn)化，更強(qiáng)化了車(chē)間的作用。因此，位于車(chē)間起著執(zhí)行功能的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES系統(tǒng)具有十分重要的作用。車(chē)間的實(shí)時(shí)信息的掌握與反饋是制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)上層計(jì)劃系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證，車(chē)間的生產(chǎn)管理是制造執(zhí)行系統(tǒng)的根本任務(wù)，而對(duì)底層控制的支持則是制造執(zhí)行系統(tǒng)的特色。

互通有無(wú)：MES系統(tǒng)與其它系統(tǒng)關(guān)系密切

作為面向制造的系統(tǒng)，MES系統(tǒng)必然要求與企業(yè)其它生產(chǎn)管理系統(tǒng)有密切關(guān)系，MES系統(tǒng)在其中起到了信息集線器(Information Hub)的作用，它相當(dāng)于一個(gè)通訊工具為其它應(yīng)用系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。MES系統(tǒng)的定位(context)模型反映了MES系統(tǒng)與其他企業(yè)管理系統(tǒng)之間的關(guān)系。

MES系統(tǒng)可以為企業(yè)中其他管理信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。例如，企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng)需要MES系統(tǒng)提供的成本、制造周期和預(yù)計(jì)產(chǎn)出時(shí)間等實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)；供應(yīng)鏈管理(SCM)系統(tǒng)從MES系統(tǒng)中獲取當(dāng)前的訂單狀態(tài)、當(dāng)前的生產(chǎn)能力以及企業(yè)中生產(chǎn)換班的相互約束關(guān)系；客戶關(guān)系管理(CRM)的成功報(bào)價(jià)與準(zhǔn)時(shí)交貨，則取決于MES系統(tǒng)所提供的有關(guān)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息，可以基于MES系統(tǒng)的產(chǎn)品產(chǎn)出和生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化；控制模塊則需要時(shí)刻從MES系統(tǒng)中獲取生產(chǎn)配方和操作技術(shù)資料來(lái)指導(dǎo)人員和設(shè)備進(jìn)行正確地生產(chǎn)。

另一方面，MES系統(tǒng)也要從其它管理系統(tǒng)中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)以保證MES系統(tǒng)自身正常運(yùn)行。例如，MES系統(tǒng)中進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度的數(shù)據(jù)來(lái)自ERP的計(jì)劃數(shù)據(jù)；MES系統(tǒng)中生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)間安排需要依據(jù)供應(yīng)鏈(SCM)系統(tǒng)之中的主計(jì)劃和調(diào)度控制；PDM則為MES系統(tǒng)提供實(shí)際生產(chǎn)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(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，則被MES系統(tǒng)用于實(shí)際生產(chǎn)性能評(píng)估和操作條件的判斷。

MES系統(tǒng)與企業(yè)其它管理系統(tǒng)之間有功能重疊的關(guān)系，例如MES系統(tǒng)、CRM、ERP中都有人力資源管理模塊；MES系統(tǒng)和PDM都具有文檔控制功能；MES系統(tǒng)和SCM中都有調(diào)度管理等等。各系統(tǒng)重疊范圍的大小，與工廠的實(shí)際執(zhí)行情況有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，各個(gè)系統(tǒng)同一類(lèi)模塊的側(cè)重點(diǎn)是不同的。

略顯薄弱：我國(guó)MES系統(tǒng)應(yīng)用剛起步

雖然MES系統(tǒng)的發(fā)展歷史比MRPII、CAD、CAM都要短，但它能有效地實(shí)現(xiàn)“以時(shí)間為關(guān)鍵”的制造思想，因而在發(fā)達(dá)國(guó)家推廣非常迅速，并給工廠帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。MES系統(tǒng)的出現(xiàn)以及普及，對(duì)國(guó)外的管理界也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

近十多年來(lái)，我國(guó)通過(guò)863 CIMS項(xiàng)目應(yīng)用的研究和推廣，大大提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，使我國(guó)的制造業(yè)水平上了一個(gè)嶄新的臺(tái)階。但是，我國(guó)制造業(yè)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的差距。

在工廠自動(dòng)化FA(Factory Automation)方面，我國(guó)的制造業(yè)企業(yè)過(guò)去多是強(qiáng)調(diào)物流自動(dòng)化，如自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、自動(dòng)化檢測(cè)儀器、自動(dòng)化物流運(yùn)輸存儲(chǔ)設(shè)備等等。雖然它們能取代不少人工勞動(dòng)并解決了一些生產(chǎn)瓶頸，但由于缺少相應(yīng)的信息集成系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其功效而形成所謂的“自動(dòng)化孤島”。

制造業(yè)水平的提高，不單是采用設(shè)備自動(dòng)化，提高生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的效率顯得更為重要。在我國(guó)，MRPII、MIS已逐漸趨于成熟與普及，而面向制造執(zhí)行層的MES系統(tǒng)軟件在開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面還比較薄弱。我國(guó)對(duì)車(chē)間層、單元層的研究大都著重于控制模型的研究，很少站在MES系統(tǒng)這一角度從應(yīng)用出發(fā)來(lái)研究并開(kāi)發(fā)面向制造過(guò)程的集成化管理和控制軟件。

現(xiàn)在，我國(guó)的許多高等院校、科研院所都在從事這方面的研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作。在理論研究方面，加入了并行、敏捷、網(wǎng)絡(luò)化、可重構(gòu)等一些先進(jìn)思想。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，則采用面向?qū)ο蟆?gòu)件、代理等技術(shù)，取得了不少有益的成果。但是，在軟件的商品化、成果的推廣應(yīng)用方面還存在很大的差距。

目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有自主開(kāi)發(fā)的很成熟且得到廣泛應(yīng)用的MES系統(tǒng)軟件。即使有所謂的車(chē)間層控制SFC(Shop Floor Control)，也多數(shù)是收集相關(guān)資料再通過(guò)批處理方式錄入而已，其功能十分有限。

隨著企業(yè)信息化應(yīng)用水平的不斷提高，企業(yè)逐漸認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)企業(yè)計(jì)劃層與車(chē)間執(zhí)行層的雙向信息流交互，通過(guò)連續(xù)信息流來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息全集成，是提高企業(yè)敏捷性的一個(gè)重要因素。

因此，通過(guò)MES系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的全集成，形成實(shí)時(shí)化的ERP、MES系統(tǒng)、SFC是提高企業(yè)整體管理水平的關(guān)鍵，這對(duì)企業(yè)制造業(yè)整體水平的提升具有重要意義。我國(guó)在MES系統(tǒng)的理論研究以及實(shí)際互用方面，需要進(jìn)一步加大力量。

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