纺织制造执行系统（共8篇）
纺织制造执行系统 篇1
0 引言
制造执行系统 (Manufacturing Execution System, MES) 位于企业上层的计划管理系统和底层的工业控制系统之间, 是制造企业上层计划系统与下层控制系统的信息桥梁。
市场需求、业务规则及制造流程的经常性变化要求制造执行系统能够快速根据需求进行调整和重构, 面向服务架构[1] (service-oriented architecture, SOA) 的制造执行系统基于开放的工业标准, 具有语言独立性、松散耦合、跨平台、良好的封装性、位置透明等特点, 使得面向服务的MES能够快速地按需应变以满足制造管理的需求, 已成为未来MES发展的趋势之一。
面向服务的架构[2]是在面向对象、面向组件的基础上发展起来的架构模型。而系统建模作为实现系统架构的关键技术之一, 由此产生了面向服务的建模方法。目前国内外所研究的建模方法主要有:基于服务的概念模型和面向服务体系结构层次模型的分析, 自顶向下, 业务驱动和自底向上相结合的服务建模方法;基于模型驱动架构的SOA系统建模和设计方法;基于服务组件的概念和标准统一建模语言建模方法的基础上, 应用MDA (model-drive architecture) 的建模方法;应用UML技术, 基于多代理的建模方法等。
UML (Unified Modeling Language, 统一建模语言) , 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的可视化建模语言。UML支持从需求分析到软件开发全过程。通过三类图形建立系统模型:用例图、静态结构图 (对象类图、对象图、组件图、配置图) 和动态行为图 (顺序图、协同他、状态图、活动图) , 从不同的角度实现系统可视化。
本文结合纺织制造执行系统的实际情况及需求, 设计了一种面向服务的制造执行系统架构模型, 在此基础上利用UML进行系统框架的分析设计, 选择Rational rose2003建模工具实现。最后通过系统平台开发验证其可行性。
1 纺织制造执行系统分析
制造执行系统是对整个生产过程的管理和优化的信息系统, 它应具有对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理的功能。纺织机械制造是典型的机电一体化制造, 生产工艺复杂, 且制造模式为多品种小批量。上层计划管理层对计划的制定和执行受市场和实际作业执行状况影响较大, 因此需要能够与底层控制系统实时地交互以满足市场及业务需求变化。而纺织制造执行系统作为上下层沟通的桥梁, 需在上层计划管理层接到市场订单后, 将具体的产品要求下达给MES, MES将控制参数和操作指示下达给底层的控制层。由底层控制层将现场设备、人员的操作及状态反馈给MES, MES根据反馈信息进行各项管理活动, 并将相应信息上传给上层管理层, 以帮助决策。
本文以纺织机械制造的龙头企业——中国纺织机械有限公司为研究对象。通过调研得到该企业现有19台加工中心, 一条机加工生产线及一条钣金加工柔性生产线以及100多台计算机, 具备较好的硬件设施基础。但企业内部的信息化集成程度低, 虽有相关的软件应用系统, 但基本没有实现信息共享功能, 因此形成了信息孤岛。整个制造系统的信息流比较混乱, 且信息反馈滞后, 信息传递的准确性也较低。因此建立一个功能完善的制造执行系统, 既能较好地利用企业现有的资源, 让各种独立的应用更好的集成以实现信息实时共享, 且能在原有基础上扩展新的应用, 以满足生产管理需求。
根据MESA对制造执行系统的功能模块定义, 结合本企业的实际情况, 本文将该企业制造执行系统分为以下几个功能模块[3]:
工艺管理模块:利用CAPP (计算机辅助工艺设计) 设计图纸, 根据资源管理提供的工具, 库存管理提供的物料的规格、状态、库存情况, 设备、人力的能力、状态、利用情况, 确定合理的工艺流程。为车间、计划部门提供工艺图纸、技术参数等信息。CAPP同时根据质量反馈意见, 计划管理审核, 修正工艺方案。
计划调度:根据公司的年度计划、季度、月度计划, 库存信息及销售订单来制定生产计划, 此计划作为车间领料依据。审核并反馈工艺图纸, 并根据工艺管理处提供的产品工艺路线表, 库存情况, 设备、人员的状态制定详细的作业计划。调度员根据作业计划指导生产准备, 根据设备人员的状况安排生产;当生产部下达计划变动指令或紧急加工单, 或出现到件不准时, 正在装配的零部件由于质量问题影响总装时, 调度员综合考虑自身加工能力情况和产品的优先级下达变动指令到操作层。该模块具有生产任务管理, 计划编制, 生产调度, 生产监督等功能。
过程控制:采用工单的方式跟踪生产进度信息、废品信息、批次信息和配套信息, 实现生产各环节的反馈和过程管理, 增强计划的指导性, 提升物料、工具、备件等库存管理的合理性。利用电子工单的方式, 实现无纸化和实时数据传输。工单包含工艺、材料等方面信息。工单数据实时采集, 能得到在制品的流转情况, 及加工过程中的详细记录, 包括质检信息。每道工序负责人在接收上一道工序完工产品后在电子工单上输入相应信息 (如工序加工、质检、工序完工、交付等信息) , 在本道工序完成后再输入完工状况反馈信息;对于数控车床, 则可以通过PLC实施数据采集。
质量管理:从原材料到产品, 加工工序到用户反馈, 整个生产过程中实施全面质量管理。质检员通过在电子工单相应位置填写质检结果或在专门的质检组件上输入信息, 将信息反馈到计划等相应部门, 或者提供SPC统计信息, 以便做出决策和安排后续生产任务。
资源管理:订单的分解细化后, 计划部门需要了解原材料、工具、人员、设备的状态、能力, 从而制定详细的生产计划。资源管理负责人员、设备、工具等资料的数据管理。
成本核算:通过收集车间工时、生产费用、产值等信息, 对车间内生产业务进行事前的成本预算和事后的成本核算, 为成本控制和经营决策提供数据支持。
库存管理:反映原材料、零组件、标准件等物料的库存水平和在制品信息, 为计划和工艺管理提供相关的物料库存信息。
系统管理:用户角色权限管理;系统信息维护, 为整个系统提供安全保障。
2 面向对象的MES架构
根据制造执行系统的需求分析及功能模块, 建立基于SOA的MES系统架构[4], 如图1所示:
面向服务的MES架构主要包括表示层、业务流程层、服务层、组件层和数据层。其中表示层是用户与MES系统交互的接口。用来提供用户接口服务, 为用户在界面上提供一个统一的信息服务功能入口, 通过将内部和外部各种相对分散独立的信息组成一个统一的整体, 保证用户既能够从统一的渠道访问其所需的信息, 也可以依据用户的需求来制定个性化的服务。用户可以是技术员、调度员、工艺员、质检员、外协件客户、企业级领导等。访问方式也可以是windows客户端, WEB浏览器, 无线访问界面等各种方式。业务流程层是通过业务流程定义和整合服务, 把已经注册的应用服务在一定的规则下组成相应的业务流程链。将各功能设计成粗粒度组件, 使外部系统可以通过获得组件接口完成业务逻辑工作。当业务需求变化时, 可以调整服务的组合方式来快速响应业务变化。服务层提供多种企业服务总线所需要的必要服务支持。在这一层上可提供服务总线需要的基本服务, 如消息分发、订阅, 队列, 目录服务, 数据转换、映射服务等。组件层是对服务的细粒度划分, 实现制造执行系统的基本功能和技术构件;数据层包括企业现有的数据库、数据文件, MES的系统软件等各种形式的数据实体。该架构还实现MES与其他系统的集成。
3 面向服务的模型开发
3.1 建模过程
UML建模首先要进行领域分析, 收集需求, 并利用用例图建立需求模型。然后将分析阶段的模型扩展和转化为可行的技术实现方案, 再通过代码转换、软硬件配置, 实现系统功能。最后进入系统测试并投入应用。从而实现面向服务建模全过程。
纺织机械制造执行系统是基于上层经营管理和底层系统控制之间的面向车间的管理信息系统, 主要是通过对底层数据的收集、处理、反馈, 实现系统内外部信息集成, 以满足管理和生产的需要。系统中所涉及到的主要角色有:工艺员、计划调度员、质检员, 操作工人, 库管员等, 以及这些角色所担任的工作的用例图模型如图2所示。
系统业务流程为MES从上层ERP得到制造订单后, 工艺部门制定详细工艺信息, 计划部门根据工艺信息制定详细的工作计划, 考虑库存、设备及人员的状态, 进行具体计划调度, 然后下达加工单;加工人员根据加工任务单, 下载相应的设计图纸、工艺路线等技术资料, 去相应部门领取加工所需物品, 开始加工。加工过程中, 及时更新加工信息反馈给计划管理人员。根据业务流程利用时序图建立的业务交互模型如图3所示。
在系统建模的详细设计阶段, 根据SOA的不同架构层次, 采用不同UML图建立相应的模型。如业务对象建模, 根据制造执行系统的业务特点, 用UML建立的业务对象模型, 如产品、设备、工艺路线、产品结构清单、质量、工单等。对应组件建模, 利用UML组件模型, 根据服务的特点进行组件划分。如在资源管理服务中, 有人员管理、工具管理、设备管理等功能组件。可以根据实际需要, 对组件进行合并成粗粒度组件或拆分为更细粒度组件。服务是按业务对象归类的功能组件, 封装成具有一定粒度、完成特定功能的业务服务, 并通过服务契约对服务的接口和实现分别进行描述, 发布到服务注册中心, 供其他服务和应用进行绑定和应用。因此服务模型也可用组件图建立。根据实际需要, 本文建立了工艺管理服务、计划调度服务、质量管理服务等8个服务模型。
3.2 方法验证
在建立模型的基础上, 应用Web服务技术, 利用J2EE软件开发架构设计开发了制造执行系统平台[5], 图4为制造执行系统主界面及功能模块界面图。该系统可以与上层ERP进行信息交互, 从ERP接收生产计划, 并反馈生产计划执行状况;该系统还可以实现车间作业计划管理, 进行详细的作业计划制定, 工艺流程制定, 作业分派执行及跟踪, 同时包括库存管理、设备管理、工具管理、质量跟踪管理、综合信息查询;此外, 该系统通过现场人工交互以及自动化OPC技术, 能进行现场数据采集 (数控机床的运行参数、设备状态, 班组的生产进度情况, 质检情况) , 实现车间作业进程监控以及设备状态和加工信息反馈。
4 结论
本文结合纺织制造实体企业, 提出了基于SOA的制造执行系统架构, 并利用UML对架构不同层次建立软件架构模型。最后利用J2EE开发框架在系统平台开发设计中验证其可行性, 从而为纺织制造企业信息化系统建设提供了一种新的架构及建模方法。
摘要：结合纺织机械制造企业, 提出面向服务的制造执行系统架构;根据架构提出基于UML的制造执行系统建模方法, 建立系统的业务对象模型、服务交互模型等, 实现了面向服务的制造执行系统的分析和设计。最后通过模型在系统平台开发中的应用验证了其可行性。
关键词：纺织制造执行系统,面向服务架构,UML建模
参考文献
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纺织制造执行系统 篇2
随着制造业信息化建设的展开，很多企业已经重视并有效地应用了以MRP IFERP 为代表的企业资源计划管理软件和以监控和数据采集为主的生产过程监控软件。在目前的ERP 系统中，资源和计划管理是重要功能，但几乎不涉及车间内部具体生产活动的管理(如生产单元间的资源调配、计划执行、生产监督等)。企业生产管理软件和制造单元控制软件之间不能有效集成，上层ERP 软件系统精确的生产数据不能从生产车间得到支持，而制造控制单元又常常不能及时得到指令来调整工作状态，形成了上层信息不能直接传输到生产和设备控制系统的局面，严重影响了制造企业生产和信息化的进程。20世纪90年代发展起来的企业制造执行系统(MES)打通了这一瓶颈，并已得到学术界、工业界的普遍重视和认可，成为企业信息化的热点之一。制造执行系统(MES)
EPR(企业资源计划管理)，JIT(准时成产)及OPT(最优生产技术)等理论和方法以及基于这些理论和方法的生产管理系统，为企业的生产管理提供了有效的方法和工具。ERP，JIT及OPT等强调企业的计划性，生产管理则强调生产计划的执行性及生产现场数据的采集和反馈，因而，生产管理和控制必须寻求新的模式。20世纪90年代，美国先进制造研究机构(AMR)提出了制造执行系统(MES)概念。国际MES协会对MES的定义为:MES使用实时精确的数据，优化从订单到产品完成的整个生产过程，对工厂的全部生产活动进行指导、反映和报告。
通过对变化情况的快速反应，减少无附加值行为，提高工厂运行和处理的有效性。MES能够提高投资回报、提高利润率、加快资金的流通和减少库存。美国国家标准协会(NIST)对MES的定义为:从生产计划/工单下达到成品产出的整个过程中，采集所有软件和硬件数据，保证能够完成生产管理以及生产优化。
MES解决了生产作业计划的制定、执行和生产指挥调度，生产过程中的突发事件的处理，生产过程中的工艺标准的执行，产品质量的控制，设备运行情况的掌握，产量、在制品、生产消耗的统计，生产线人力资源状况，原料、材料、成品的库存等生产管理者最关心的问题。
MES系统的基本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，产品跟踪和清单管理，性能分析和数据采集等，具体如图ME S在计划管理层(EPR)与底层控制(CP)S之间架起了一座桥梁，其功能如图2所示。一方面，MES可对来自MPR IFEPR 的生产管理信息进行细化、分解，形成操作指令传给底层;另一方面，MES可以通过Pcs采集设备、仪表的状态数据和控制资源的实时动态管理，将制造系统与信息系统整合在一起，把生产状况及时地反馈给计划层，进行作业的动态调度，形成ERP/MES/PCS3层为核心的企业信息集成系统。MES在制造业信息化中的应用
企业制造执行系统的建设是企业信息化发展的关键环节，是企业从工艺控制、制造过程控制向信息化与全面综合自动化发展的必然之路。现在，制造业信息化系统已从初级的MIS发展到以生产控制、调度、优化、营销、经营和决策等为一体的企业综合控制自动化系统，企业的框架结构由经营层ERP 系统、生产层MES系统及控制层PCS系统组成。MES作为执行机构，对生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化，实时地将生产过程信息反馈给上层系统，其时间维度主要集中在班组和生产执行部门。提升管理水平
制造企业在实施MES以后，生产管理将会上升到一个新的水平，归纳起来主要有:
(1)提高了生产管理的技术含量和企业的信息化水平，适应现代化企业生产管理需要。
(2)根据生产现场的实时数据进行排产和调度，提高了排产和调度的效率。
(3)提高了生产管理的实时性、科学性。
(4)实现了物料跟踪。
(5)加强质量控制。
(6)为计算生产成本提供了依据。
(7)为建立数字化企业提供了坚实的基础。
效益分析
制造执行系统国际联盟组织MEAS调查结果表明，企业实施MES以后，带来的效益主要表现在:
(1)生产周期缩短45%(6%的被调查企业)。
(2)数据输人工作减少57%(6%的被调查企业)。
(3)半成品的积压减少24%(57%的被调查企业)。
(4)交接班的纸面工作减少16%(36%的被调查企业)。
(5)缩短生产提前期35%(36%的被调生产过程进行优化，实时地将生产过程信息反馈给上层系统，其时间维度主要集中在班组和生产执行部门。MES系统的实施
3.I MES在中国的现状
目前，在企业信息化中起呈上启下作用的MES主要停留在MES思想、内涵以及体系结构方面的研究上，软件开发和应用还比较薄弱。我国对车间层、单元层的研究大都偏重控制模型的研究，很少从MES角度研究开发面向制造过程的集成化管理和控制软件。在MES技术研究上，国内外差别并不是很大，但在应用上大多还停留在制造设备的集成、状态监督和控制阶段，MES产品开发和应用还处于起步阶段。
目前，MES主要应用在电子、汽车、食品及医药加工等离散制造企业。国内MES市场还处于刚起步阶段，应用面窄量少。通常制造执行系统是以ERP 与企业自动化设备集成为主要目标的。3.2 如何实施MES系统
企业经过项目立项、论证并决定实施MES系统后，应对MES的实施进行总体规划，确定总体目标，对实施工作做出总体安排囚。MEs的实施进程如图3所示。
(1)成立MES项目实施小组。MES的实施涉及到企业生产过程的各个环节，部门与人员之间的协调十分重要，因此成立项目小组是必要的。项目小组主要完成MES项目的规划、组织、协调和培训工作，确保项目按计划、分步骤地顺利实施。项目组成员应全程参与MES的实施，配合与协调项目工作的进行，负责具体的项目实施工作。政策的贯彻执行通过高层管理人员直接渗透的，实施MES要有高层管理者的支持，每个部门要有管理者来负责公司决策的实施。
(2)选择MES供应商。选择适合企业的管理软件、寻求有实力的软件公司作为供应商是前期的重要工作。应选择技术力量雄厚并且熟悉企业业务流程的软件厂商合作，并着重考察软件商解决实际问题的能力，另外，要考察软件供应商的生存能力。
(3)业务流程重组与系统开发。实施MES后，企业的生产管理模式会有很大变化，必须对企业的业务流程进行重组，对于职能重叠的部门合理分工、明确职责，这样才能保证信息及时处理，使MES系统达到最好的运行效果。由于每个企业的情况不同，一定要配合软件厂商做好MES的业务需求调研工作，这样，厂商才能开发出真正适合企业的MES软件系统。
(4)全面的人员培训。MES实施涉及到计算机、企业管理及车间现场操作等人员，这些人员的知识层次、业务水平、对MES的认识及计算机应用水平均有差别，为保证MES顺利实施，必须对相关人员进行培训。一是要培训员工对MES的了解、认识与操作;二是要学习现代生产管理方式，转变观念、优化工作方式;三是重点培训项目组成员，让他们到企业外面参观培训，切实保证培训效果。
(5)重视数据准备。MES系统强调生产管理与协调，与生产相关的基础信息(如物料、设备、工艺路线及质量标准等)必须录人计算机，并针对这些数据建立科学的编码体系。基础数据的准确与完整是MES系统运行的基础，必须把数据准备工作做好、做细。
(6)模拟运行与用户化。MES系统开发基本完成后，应进行计算机模拟运行，测试模拟运行效果，发现问题及时修改完善程序。在模拟运行期间，企业的计算机技术人员应该全程参与并接受软件供应商的培训(包括系统、数据库、开发工具、服务器及网络等)，使计算机人员尽早掌握MES系统的维护方法;然后进行现场模拟运行，培训MES用户，最后进行考试检测，以了解用户应用MES系统的水平。
(7)EMS系统试运行与系统切换。系统试运行期间会发现很多新问题，这时要找出问题的原因，提出间题的解决方案，对软件进行维护完善，然后再试运行、发现问题和解决问题，直到MES系统能够稳定运行。在该过程中，对计算机人员、管理人员及用户的培训要持续进行，尽早使企业的人员能正常使)用和维护MES系统。经过一段时间运行后，MES系统运行稳定，就可以进行系统切换正式运行了。结束语
面向离散制造业的制造执行系统 篇3
生产计划与生产过程的脱节一直是困扰生产管理人员的难题,它不仅直接影响工厂的生产效率,而且成为制约现代企业内部信息集成和企业之间供应链优化的瓶颈[1]。能有效解决此类问题的制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)是制造系统运筹技术、信息化技术与管理技术发展的核心,近年来MES在美日欧等工业发达国家推广非常迅速,其应用领域覆盖离散与流程制造行业:半导体、电子、机械、航空、汽车、食品、石油化工等,有资料对整个北美MES市场的调查分析:MES市场21世纪初将出现年增长率达35%~40%的幅度[2]。鉴于此,依据现代分布式网络环境中制造系统的特点,通过对MES问题的研究现状,从定义、功能和相关技术问题上进行回顾和评价,探讨存在的问题与发展趋势。
2 制造执行系统的描述
2.1 MES产生及定位分析
生产计划与生产过程之间的信息断层是MES产生的必然因素。在现代分布式制造环境下,上层计划管理层(如ERP,MRPⅡ)对计划的制定和执行受市场和实际的作业执行状态的影响越来越严重,市场中不确定性因素及客户需求的复杂多样导致产品的改型及订单的调整,而由于计划管理层无法得到及时准确的生产实际信息,无法把握生产现场的真实情况以及缺乏相应的监控系统而使得上层计划的制定越来越困难,准确性和可行性难以得到保证;同时控制层(如PCS)中操作人员和设备得不到切实可行的生产计划与生产指示,使得车间作业系统失去应有的作用,一方面造成在制品库存量过多或过少,另一方面设备过于空闲或繁忙,使得车间管理出现混乱,无法保证车间生产过程有序健康地进行。信息断层造成了企业生产经营信息在垂直方向的阻断,严重阻碍了企业内外计划管理层与控制层之间的集成,阻碍了企业间信息化的发展。
MES正是随着制造业生产形态的变革而迅速发展起来的面向生产执行层的生产管理技术与实时信息系统。1990年AMR(Advanced Manufacturing Research)首次定义MES为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,如图1所示。
再经过MESA(Manufacturing Enterprise Solution Association)[3]、Norris P[4]、Chen F T等[5]从三个不同角度定义后,综合得出MES是面向执行的信息系统,它集成生产计划、调度、工艺管理、质量管理、设备维护、过程控制等相互独立的系统,实现这些系统之间的数据完全共享,完全解决信息孤岛状态下的数据重叠和数据矛盾的问题;同时,MES具备较强的车间跟踪监控能力,实时、准确的底层数据采集与信息反馈功能,智能化的基于车间实时动态环境的生产调度系统等,以此来收集生产过程中大量的实时数据,对实时事件进行实时处理的同时与计划层和生产控制层保持紧密的双向通信能力,从上下两层接收相应的数据并反馈处理结果和生产指令[6]。随着现代分布式制造环境的日趋成熟以及JIT、TOC等先进生产模式的提出,促使MES的发展与实现,即让数据信息从产品级取出,穿过操作控制级送达计划管理级,通过连续信息流来实现MES对整个生产过程进行优化管理,如图2所示。
2.2 MES的主要功能描述
随着MES的产生与发展,MES的功能模型也发生了相应变化。1992年,AMR提出了三层结构的企业集成模型,指出了MES所处的层次;1993年,AMR推出了MES集成系统模型[7],包括车间管理、工艺管理、质量管理和过程管理4个功能模型;1997年,MESA提出了包括11个功能的MES集成模型[8],强调MES是一个与其它系统相连的信息网络中心,在功能上可以根据行业和企业的不同需要与其它系统集成,为实施基于组件技术的可集成的MES提供了标准化的功能结构、技术框架和信息结构;1998年,AMR提出了制造业过程模型,即REPAC(Ready,Execution,Process,Analyze,Coordinate)模型。该模型描述了制造企业中完整的制造管理事务流程,不仅强调MES的核心作用,而且提出了经营管理、生产过程管理和过程控制的闭环结构[9];随着标准化MES研究的深入,出现了分布式面向对象的MES功能模型,MES能够通过基于知识的标准化规则向工作流、代理以及其他系统(SCM,ERP,Controls等)请求制造事件或下达生产指令,通过协同机制实现企业生产过程管理[10]。
随着现代分布式制造环境的日趋成熟以及JIT、TOC等先进生产模式的提出,MES所强调的实时信息响应功能日益重要,通过MES各个功能模块与外部各独立系统的集成,实现MES对整个生产过程进行优化管理,以适应企业在网络环境下信息敏捷响应的要求[11],如图3所示。
3 制造执行系统的国内外研究现状
针对国内外MES发展历史,总结一下对MES技术的研究主要有以下几类。
3.1 单一功能的MES
20世纪70年代,单一功能的MES是在未实施整体解决方案或信息系统以前引入的单功能的软件产品或个别系统,如设备状态监控系统、质量管理系统和包括生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。如以微电子制造虚拟企业为背景的工具化MES系统X-CITTIC[12],该项技术只是在车间层集成了大量的实时处理技术,但车间层与计划层和控制层相互分离,只是实现计划层和控制层之间的信息及时传递,没有从根本上解决制造执行系统中的动态实时调度问题;由于国内对MES的研究起步较晚,目前主要停留在MES思想、内涵及体系结构方面的研究上[13,14],应用系统开发一般局限于MES单一功能,具有针对性强、实施周期短、资金投入少的特点,但在MES软件的商品化、成果的推广应用方面还需要做进一步的研究。
3.2 传统型MES(Traditional MES,T-MES)
20世纪80年代,底层的过程控制系统和上层的生产计划系统的发展产生了T-MES,其包括专用MES和集成化MES。专用MES是针对某个特定领域问题而开发的应用系统,包括维护车间生产监控的有限能力调度系统、过程监控和数据采集系统(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA)。如Byoung Choi[15],J.Sieberg[16]等学者提出了应用于半导体的MESMS车间,强调调度和资源优化的AHEAD MES[17]。它们针对车间某些特定生产问题提供有限的功能和自成一体的相应软件系统,具有实施快、投入少等优点,但通用性和集成性差,难以随业务变化而重构。
集成MES系统是针对一个特定的环境而设计的行业MES应用系统。在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实施控制的集成。具有一定的客户化、可重构、可扩展和互操作的特性。Sheng-Luen Chung[18]等学者提出了集成化MES,如用于半导体制造企业的MES系统。它通过采用统一的逻辑数据库和产品及过程模型为特定车间环境提供了更多的应用功能,但仍缺少通用性和广泛的集成能力。
虽然传统的MES软件的研究和开发取得了明显的进展,但T-MES是针对特定的问题、特定的行业开发的,没有一定的技术规范指导,其它的行业基本无法借鉴;不能与企业中异构的数据库、操作系统实现互操作;不具备动态改变的能力,不能随着业务过程的变化进行功能配置,即T-MES大多存在通用性差、缺乏互操作性、重构能力差等方面的缺点,在软件的适应性、集成性、成熟度等方面还存在较大的问题。
3.3 可集成的MES系统(Integrated MES,I-MES)
为了解决T-MES的不足,可集成的MES逐渐成为人们研究的热点,自20世纪90年代起研究开发出大量的MES软件,如J.Barry[19]等学者提出用于虚拟企业的NI-IP-SMART。它应用面向对象技术和模块化应用组件技术,使系统具有便于客户化、可重构和可扩展等特性;S.Engin Kili[20]等学者采用Windows DNA技术实现了一个分布式的MES原型系统;国内曾对MES和ERP进行跟踪、研究并且提出管控一体化、人才物产供销等颇具中国特色的CIMS,如中国科学院沈阳自动化研究所的于海斌[21]等学者提出了可集成制造执行系统的体系结构、运行机制和开发方法,并对该系统的市场进行了分析与预测。目前国内运用在流程行业的两个相对成熟、有影响的国产MES产品是:和利时公司HOLLi AS-MES-流程行业生产管理系统和浙大中控的ESP-Suite-企业综合自动化整体解决方案。HOLLi AS-MES以生产过程信息为核心为企业决策系统提供直接的支持,丰富的可灵活配置的功能模块可以满足不同行业的应用要求;ESP-Suite企业综合自动化整体解决方案包括以综合信息集成软件平台、基于关系数据库和实时监控软件平台、基于实时数据库为核心的一系列应用软件,是由从硬件单机到DCS系统,从硬件系统到软件系统,由DCS层、ERP层到MES层的模式发展起来的。
I-MES较T-MES在系统可重构性、可扩展性和互操作性方面具有很大进步,但也出现了一些不足之处,如人机操作界面复杂,很难形象的反映生产车间的制造执行情况,在应用推广方面,还有待于向可视化的方向进行进一步的研究等。
3.4 MES-Ⅱ
在I-MES发展的基础上,将智能体融入MES后形成了智能型MES-Ⅱ,如MESNagesh Sukhi[22]等学者提出了智能第二代的MES解决方案,其核心目标是通过更精确的过程状态跟踪和更完整的数据记录以获取更多的数据来更方便地进行生产管理和改善系统性能,并通过分布在设备中的智能来保证车间生产的自动化。
曾波[23]等学者提出利用MAS(Multi Agent Syetem)建立分布式的MES调度问题,杨建军[24]等学者提出面向敏捷制造的车间先进管理控制系统,这些研究所构建的MES系统中,虽然都提到了在分布式环境下对控制层的数据进行实时采集,但是没有进一步去研究,如何构建一体化的数据模型,来保证数据的一致性及实现数据的实时性。
周华[25]等学者基于Holor(全能体)构造MES,阐述了在车间多变环境下,如何保证制造系统的伸缩胜和敏捷性,乔兵[26]等学者在MES系统中的分布式动态作业车间调度采用了基于Agent的技术,杨帆[27]等提出一种基于Agent的分布式流程工业制造执行系统结构,虽然这种结构非常有利于分布式流程工业制造执行系统的管理和控制,具有较好的柔性和扩展性,但是Agent技术只是一种方法研究,而且Agent模型的建立没有一个统一的模式,离实用还有一定的距离。
罗国富等人提出基于组件的可重构MES[28],组件化软件结构可以完全实现软件的组装和软件功能的裁剪、重构,为在新型软件体系结构的架构上开发组件化的可重构的MES提供了广阔的前景,如周华[29]等提出了基于A-gent模型、Role模型和Character模型驱动的机遇代理的制造执行系统体系结构,以达到快速控制系统的目的,日本信息促进委员会和一些企业伙伴(如Sofix有限公司等)开发的Open-MES[30],采用面向对象框架方法及Java、CORBA技术,为那些想独立开发应用项目的组织提供一个易于理解的概念性的Open MES框架,但是这些体系结构只是一种原始模型,具体的技术问题还需进一步研究。
欧联盟资助的IMS和IST项目之一PABADIS[31](Plant Automation Based on Distributed Systems)提出面向大规模定制生产的MES,通过关注每个产品的整个开发过程,对产品实现更好的生产控制,具有柔性自动化、容错、可重构和真正面向产品的特点,这种MES综合应用软件Agent和网络技术,便于分布的资源提供者和消耗者通过合作获得尽可能好的生产计划。
同时还有虚拟企业的MES,如e-制造环境下基于虚拟生产线的MES及其自适应监控系统[32];Web使能的协同MES[33];分布制造执行系统[34]。计算机集成制造执行系统[35]乃至全能制造执行系统[36],但这些都是基于理论的研究,仍停留在思想、内涵及体系结构方面的研究上,在具体的实现技术上还需要进一步研究。
4 MES新的发展趋势
在分布式制造环境下,随着市场全球化趋势的加剧,制造环境越来越充满了不确定性,怎样将协作型的伙伴企业有效的组织起来优化供应链上的资源,以最低的成本、最快的速度生产最好的产品,最快的满足用户需求,以实现QR(Quick Response)、ECR(Effective Customer Response)的要求?MES的实时性与快速信息响应已成为MES的重要发展方向。
MES需要将车间的实时物料加工状态、实时设备状态、实时库存状态(生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品的存放位置和状态、实际订单执行等涉及生产运行的数据)准确地传递给上层计划系统,便于制定相应的调度模型;MES需要提供给客户实时准确地订单状态信息,告诉客户订单已经进行到什么状态,并给出客户准确的订单完成时间等信息;MES还需要实时处理由于订单状态改变、设备故障、人员突发请求、物料短缺等原因造成的作业计划调整,后向底层控制系统发出生产指令控制及有关生产线运行的各种控制参数。
对于制造型企业来说,尤其需要一个具有快速响应功能的MES系统,要做到这一点,不仅企业的制造过程、数据模型、信息系统和通信基础设施必须无缝地连接且实时的运作,而且需要有快速的协调机制,保证企业内外的物料与其它资源的管理是在实时的牵引方式下进行而不是无限能力的推动过程。研究以实时装配过程为驱动源的制造执行系统,不仅可以实现子层(制造层、采购层等)计划控制信息对装配层零部件需求信息的快速响应,而且通过精确、可视化的过程状态跟踪和完整的底层工况数据获取来进行决策以实现生产管理的敏捷化。
5 结束语
制造执行系统在制药行业的应用 篇4
关键词：制造执行系统(MES),良好作业规范,配方管理,电子批记录
随着工业信息化的发展，我国制造企业的信息化意识逐渐加强，诸如ERP、EIP等信息化管理软件得到了推广，这些软件的应用为企业带来了管理效益。但是制造企业的物化中心是生产现场，ERP等管理软件的功能主要是用在资源管理、生产计划、市场预测、产品分析等方面，缺少对于生产现场的管理和监督。这样一来，在计划层和控制层之间便出现了断层，而MES(制造执行系统)的产生便有效地解决了这个问题，通过MES“计划”能顺利的下达到“生产”环节，生产过程中的变化因素也能快速反应给“计划”层次。
制药企业是关系到国计民生的重要产业群体。我国医药行业长期以来都是采用比较传统的生产方式，无论生产工艺和设备、质量控制手段相比国外落后很多，特别是GMP(Good Manufacturing Practice，良好作业规范)认证要求的不断提高，在生产和管理中不断暴露出很多问题。本文通过对制药行业的现状以及特点的分析，总结了目前我国制药行业普遍存在的问题，针对现存的问题以及相关法规，在现有产品[2]以及理论的基础上对制药业MES关键功能模块进行了优化设计。
1 国内制药业分析
1.1 制药业的概念与特点
根据产业的分类标准，制药业属于医药产业，制药业一般分为原料药生产和药物制剂生产，原料药是药品生产的物质基础，但必须加工成适于服用的药物制剂才能成为药品。制药业作为特殊的制造业，其特殊性较为明显[1]。主要包括:(1)生产流程长，工艺复杂，即使是相同的环境也难以得到一致的结果。(2)产品质量标准高，对原料和中间体的质量要求较高。(3)多数产品所需要的原辅材料种类多，许多原料和生产过程中的中间体是易燃、易爆、有毒或腐蚀性很强的物质，所以对工艺，设备，操作人员等方面均有着严格的要求。(4)制药行业的生产模式是以配方为核心，间歇性的大批量生产，以流水线方式组织生产。而对配方的合理管理，不仅涉及到企业的机密，且还保证了药物的效用。(5)药品生产过程对批号记录有着严格的要求，当出现问题，能根据这些批记录信息对原材料、设备、供应商、操作人员、产品等进行追溯，查出问题所在。(6)要满足GMP、FDA等相关法规。
1.2 国内制药业现状
目前我国多数制药企业都存在着以下现状:产品质量制药依靠的是操作人员的操作水平，根据经验来操作，这样便存在了质量风险，包括错误物料、物料污染、物料浓度、设备校验;工艺参数绝大多数采用手工记录，手工记录不仅需要较大的劳动力去采集数据，且容易出现错误的记录、审核耗时、物料等待延长、追溯复杂等问题;计划层与制造中心数据信息的交流依靠纸质传递，数据利用存在有限性，数据传送不及时，控制层与计划层数据信息的交换存在滞后性，大幅降低了企业的敏捷性，也减弱了企业的竞争力;存在着合规风险，依靠传统的模式难以达到GMP、FDA等相关法规的要求。
2 相关法规
GMP[2](Good Manufacturing Practice)，是一种特别注重制造过程中产品质量与卫生安全的自主性管理制度，其是一套适用于食品、制药等行业的强制性标准。GMP作为国际性的《药品生产质量管理规范》，是医药产品进入国际市场的先决条件。其要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、包装运输以及质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求，形成一套可操作的作业规范，帮助企业改善卫生环境，及时发现生产过程中存在的问题并加以改善。
FDA(美国食品药品管理局)隶属于美国卫生教育福利部，负责全国药品、食品、生物制品、化妆品、兽药、医疗器械以及诊断用品等的管理。在美国等近百个国家，只有通过FDA认可的药品、器材和技术才能进行商业化临床应用。
药物要进入一个国家或地区，必须要通过该国家及地区相应机构的GMP认证。认证主要包含两个阶段:药品生产者要向认证主管部门(如FDA)提交相应的证据，来证明生产者只要按照其生产规范能够并总能够生产出具备相应质量的产品;认证主管部门派员现场检查。
MES系统在制药行业的实施，目的就是为制药企业提供一个符合GMP要求的自动生成批记录的自动化应用系统。
3 MES
MES是美国制造研究和生产管理界于20世纪90年代提出的关与生产组织和管理的新概念。按MESA[3]国际联合(MESA International)的定义，“MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对生产进行相应的指导和处理”。
如图1所示，制造型企业在计划层跟控制层之间出现了断层，而制造执行系统(MES)就是位于企业上层计划(MRPII/ERP)和底层工业控制之间，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES强调制造计划的执行，其在计划管理层和过程管理层之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的鸿沟[4]。
4 面向制药业的MES应用
4.1 基于组件式设计的制药业MES
制药业MES系统的设计是基于组件式[5]的，制药业MES组件包括:(1)通用组件。通用组件是跨行业的，实现多数MES系统所包含的功能。(2)行业组件。行业组件是针对特定行业中的典型需求，实现其相应具备的功能。(3)专业组件。用于满足实施制药业的特殊需求。
基于组件的制药业MES开发过程及各个阶段的活动如图2所示，制药可分为4个步骤:(1)制药业MES需求分析与系统设计。(2)制药业MES业务组件提取及适配。(3)制药业MES业务组件装配。(4)制药业MES软件测试。
4.2 制药业MES功能模块
自动化系统的验证是极为繁琐，模块化的方法可使验证更容易管理[6]。制药业MES所包含的功能模块与MESA国际联合(MESA International)定义MES的个功能模块有所不同，其主要包括[7,8,9,10]:
(1)信息管理门户，通过信息门户工作人员能通过Web浏览器对生产过程进行实施监控，主要包括智能监控系统。
(2)订单管理，其解决了要做的生产、如何生产、何时生产等问题，主要包括订单导入、订单分解、订单派发、订单执行、历史生产订单数据的归档。
(3)生产管理，监控生产过程，自动纠正生产中的错误，并向用户提供决策支持，以提高生产效率。生产管理还应具有报警功能，主要包括生产计划管理、生产过程管理。
(4)设备管理，通过对设备的状态监控，数据收集和维护指导等相关措施，保证机器设备和相关资产的正常运转，以实现企业的相关目标要求，主要包括设备维修维护、称量器具管理、房间管理、容器管理。
(5)人员管理，提供作业人员的状态和相关数据，基于人员资历，工作模式，业务需求等相关信息，辅助管理者对作业人员的安排进行指导，主要包括人员组配置、小组属性配置、个人配置。
(6)工厂数据管理，通过对数据采集，收集来自人员，机器、设备、操作、工序、物料等方面的现场数据，以便其他相系统和人员进一步使用，主要包括物料主数据、组织人员数据管理、车间数据管理。
(7)物料管理，首先对称重配料进行管理，即称量的结果从称量工具中自动读取并打印条码，条码信息包括原料名称、原料批号、原料有效期、原料重量、用于投料的产品批次等;然后是物料追踪管理，包括对物料移动、物料消耗、物料转换、新物料批的创建、分解和结合等有关物料变化的生产作业进行实时跟踪以及任何批或小批物料属性的变化均得到跟踪，并与其他相关信息保存在一起;最终能进行历史物料数据的归档，即所有和物料有关的信息都保存在历史数据库中，随时可对这些数据进行查询和检索。
(8)生产质量管理，实时采集质量信息，确保严格的产品质量，及时发现问题的所在，且能妥善解决所存在的质量问题，包括在线质量管理、离线质量管理。对从生产中采集的数据进行实时分析，确保适当的产品质量控制，能迅速发现所需引起注意的问题，并提供相应的解决方案。
(9)电子批记录，制药业MES中的EBR(Electronic Batch Record)模块自动生成符合GMP和FDA要求的电子批记录，实现对药品生产过程工艺参数、紧急事件处理情况、操作人员进行实时跟踪记录，以便将来的历史追踪。药品的生产安全生命周期是:分析→工艺设计→配方设计→生产计划→生产指令→生产执行→审批、放行→药品入库，而所谓的批记录始于生产指令的下达，至于成品的入库，采用“批号”来标识同一批的产品。系统将采用条码来标识记录药品生产物流阶段“批号”信息。完整的批记录包含从生产设备上采集的实时数据，化验室的检验结果，称量数据，物料库存，生产过程中的物料消耗，人工操作记录等。
(10)配方管理:配方是制药业的核心机密，对配方的安全管理涉及到企业存亡。首先生产配方管理即配方是由专业人士设计出来，并经过验证有效且得到企业领导批准的配方才能进行保存、生产，其次是配方维护管理，即需要对配方的查看、修改等功能进行权力设置，并不是参与生产的所有人都能拥有的。
制药业MES所包含的功能模块不是开发者主观选取设计的，主要根据制药行业的特点设计，满足了GMP提出的要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、包装运输以及质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求，形成一套可操作的作业规范，帮助企业改善卫生环境，及时发现生产过程中存在的问题并加以改善。而电子批记录的设计主要是符合FDA提出的21 CFR Part11(电子数据记录和电子签名)标准，其基本要求为:(1)跟踪关于某用户某时间对机器进行的操作完整记录。(2)重要的操作必须能追踪到具体负责人，如使用电子签名。
5 MES实施案例及效果
国内某大型制药企业实施了罗克韦尔公司的制药业MES，即PharmaSuite软件，实现制药行业的MES应用，系统的多个控制界面如图3所示，左上角界面为配方工作台，配方设计器符合S88和S95标准以及可重复使用的配方构件，符合GXP的变更控制;右上角为质量管理功能模块，包括测试定义、执行，实时质量仪表盘，基于偏差的处理，偏差审核放行;左下角是称重与配料工作台，主要是流程化的称量操作过程，只有先称量了主料后才能进行辅料称量，由条码扫描设备扫描称量的工具，以及称量的材料;右下角是配方的执行，执行过程采用一致的方式，提高质量和合规性。
每部分操作完成后需要1人以上的电子签名，且会生成相应的文件。例如在称量配料工作台结束后会生成如图4所示的两个文件，左边的是称量配料结束后生成的一个打印标签，该标签的内容包括称量操作人员、称量设备、称量结果、称量日期、称量材料的属性等信息，下一个操作间可以通过电子枪扫描标签上的二维码来读取该标签;而右图是生成的完整而正确称量配料报表，实现了无纸化记录。
该企业将MES系统实施前后进行了数据对比如图5所示，在产品的审核放行阶段，周期减少了30%～60%;制造周期减少了15%～20%;调研周期减少了20%～30%;新配方设计周期减少了10%～45%;培训周期减少了20%～30%。
6 结束语
制药企业采用MES实现了制药生产的信息化管理，提高了企业的生产效率，降低了生产风险和运营成本。制药业MES在欧美等发达地区应用已较为广泛，实施后的效果也是得到广泛验证的，而在国内，只有少数大型的制药企业实施了MES的部分模块。新版GMP参照的是欧盟标准，外资药企前期就是按这一标准进行设计的，能很快适应新一轮认证，所以新版GMP的规定将掀起制药业MES在国内制药业的应用热潮。
参考文献
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纺织制造执行系统 篇5
离散制造业产品定制程度和非标准程度较高,来自不同订单、不同批次的产品有着不同的规格、参数及测试验收标准。产品的生产过程多以流程卡进行跟踪控制,每经过一道工序,由相关作业人员签名、标注日期,由于流程卡全由人工操作,产品质量控制效果受人为因素影响严重,难以满足零差错的出厂要求。此外,产品多样化、生产工艺流程复杂、零部件标准不同导致离散制造业生产测试数据庞大,人工记录生产测试数据需耗费较大的人力物力,产品的质量也不便于追溯。生产过程无法实时追踪造成企业上层生产计划无法及时调整,不利于管理者制定运筹计划。
制造执行系统是位于企业上层生产计划和底层工业控制之间,面向车间层的生产管理技术与实时信息系统,它连接着生产计划与制造过程,能够及时反馈生产现场的状况,在计划管理与底层生产控制之间架起了一座桥梁。通过制造执行系统的实施,能够有效提高制造业企业生产效率、产品质量把控能力以及管理水平。
目前,对离散制造业执行系统的研究大部分针对功能模型以及软件架构设计方面,鲜有对离散制造业制造执行系统具体的系统设计与实现方案的探讨。针对这种状况,本文设计了一种面向离散制造业的制造执行系统,分析了离散制造业对制造执行系统的功能需求,探讨了制造执行系统的具体实施方案。
1 系统设计目标与设计原则
1.1 设计目标
目前,离散制造业对制造执行系统的需求主要体现在以下四个方面:一是生产过程实时监控;二是降低生产成本,这其中包括提高设备利用率、缩短生产周期、减少库存量等;三是产品质量追溯与分析;四是生产任务快速下达。因此,如图1所示,面向离散制造业的制造执行系统功能可以划分为产品质量追溯及防差错系统、产品质量统计分析系统、可视化电子看板系统、智能安灯系统、智能物料管理及配送系统、设备远程维护云服务系统六个部分。
1)产品质量追溯及方差错系统以条码为载体,自动上传、下传、记录产品生命周期的各种相关信息,通过在生产节点对生产信息的查询和比对,实现产品质量追溯和生产过程监控,其可分为生产任务模块、数据采集模块、数据查询模块和过程控制模块四个独立的模块。
2)产品质量统计分析系统旨在实现对产品生产测试数据的统计分析和对机器制程能力的分析,其下可划分为生产报表模块、质量报表模块、制程能力模块三部分。
3)可视化电子看板系统将生产测试数据、设备异常信息等生产信息实时显示在车间生产线显示器和管理人员的电脑上,实现车间生产管理的数字化和可视化。
4)智能安灯系统解决设备管理问题,负责将设备异常信息(如缺少原材料、设备故障灯)发送至相关技术人员,并跟踪设备故障的处理进度。
5)智能物料管理及配送系统实现车间、仓库物料管理及配送,可分为库存物料管理模块,生产物料监控模块以及物料配送管理模块三个部分。
6)设备远程维护云服务系统实现使用厂家与制造执行系统解决方案提供商相连,实现设备维护管理的远程化、智能化。
各个系统既可以独立运行,也可以交互运行。系统间的交互关系如图2所示,智能物料管理及配送系统何设备远程维护云服务系统可与智能安灯系统交互,可记录各设备状态信息及物料状态,配合可视化电子看板系统可将信息实时显示,产品质量追溯及防差错系统与产品质量统计分析系统交互形成产品从生产装配测试至出厂售后完整的质量追溯管理。可视化电子看板系统与产品质量追溯及防差错系统交互,可实时显示各工序生产状况;与产品质量统计分析系统交互,可实时显示各生产线产量、不合格率等信息。
1.2 设计原则
基于目前国内离散制造企业的生产现状,此制造执行系统的设计基于以下原则:
1)可靠性:制造执行系统庞大复杂,工作于制造业生产一线,连续长时间工作于工业环境中,要求软硬件系统具有较高的可靠性。
2)可扩展性:随着制造企业的不断发展,其生产规模也将不断扩大,不断有新设备添加进生产线中,生产线数量也会不断增多。同时,制造业的管理需求也会不断变化。这要求制造执行系统无论在硬件平台搭建还是软件架构设计上都应具有良好的可扩展性。
3)经济性:实现生产测试数据的实时上传下传功能需要较多的采集控制节点,实现生产过程的实时监控反馈需要服务器、显示屏等硬件设施,为此,系统的设计在保证功能正常的前提下,尽量降低实施成本。
2 系统设计方案
2.1 硬件系统搭建
如图3所示,硬件系统从功能上划分为计划层、执行层、控制层三个部分。计划层主要用于任务的制订和下达,并与企业ERP系统相连接;控制层针对生产线,主要用于数据的采集和生产过程的监控;执行层起到承上启下的作用,负责数据的处理、存储以及传递。执行层与控制层经由无线局域网相连,执行层与计划层间通过路由器相连。
控制层是制造执行系统的核心,制造执行系统的功能依赖于控制层的数据采集与生产监控,因此制造执行系统的硬件系统搭建主要集中在控制层。制造企业生产线有多个生产区,每个生产区有多条生产线,客户端(生产线上的各种设备)多呈线性或环状排布,为此系统硬件平台搭建设计采用无线方式组建局域网,克服了有线网络的布线工程量大、不易扩展、不便搬移、端口数量有限等缺点,具有网络规划和调整方便,故障定位容易等优点。
生产数据的采集通过无线网络进行,由于生产区域分布可能较为分散,每个生产区域架设一台无线AP作为无线接入点(注:单台无线AP覆盖范围为方圆50米)。所有客户端均留有串行通信接口,通过串口服务器与无线网络通讯,无线接入点以infrastructure模式工作,与客户端交换数据。
系统配置一台无线调度主机,通过以太网交换机与所有无线接入点以及数据库服务器相连,作为控制层无线局域网的中心控制点,用于监视客户端运行状态、记录数据误码信息等。每个生产厂区配置一台查询主机,查询主机通过无线局域网可以访问数据库服务器,查询产品相关生产测试数据。每条生产线的最后配有产品确认主机,用于产品出厂前的最后质量确认,确保产品的每一道工序均合格,满足出厂要求,防止不合格品流出。电子看板采用一体机,通过无线接入点访问数据库服务器,灵活地定制显示各客户端的生产状况,克服了传统LED看板内容单一、不便更改、不够美观大气等缺点。
2.2 软件模块设计
考虑到制造执行系统架设在企业内部,系统通信建立在专用的局域网上,且制造执行系统控制实时性、交互性、定制型强,故本系统采用C/S架构模式开发,充分利用两端的硬件优势,尽量为操作人员提供简便、快捷的操作方式。
软件的功能模块划分对应于设计目标的6个系统功能模块,本文将介绍部分功能模块的软件实现方式。
1)产品质量追溯及防差错系统
(1)数据采集模块:数据采集功能采用UDP通信方式实现,服务器不断侦听端口是否有接收到数据,若接收到数据则进行解析,并向发送生产数据的设备进行回码告知数据处理结果并准备下一次接收过程,其运行流程如图4所示。
为确保数据可靠传输,在UDP通信的基础上,客户端增加了延时重传机制,即客户端向服务器发送数据后,延时一段时间,若在此期间未收到回码,则重新发送数据,若数次发送失败,做报警处理。
客户端与服务器通信的数据包最大为800字节,其中包括工作模式、生产线号、工序号、设备号、工位号、生产测试数据、校验码、连锁标识等信息,生产数据可根据需要自定义数据格式,连锁标识用于防差错功能。
产品的防差错功能在软件中通过两部分实现,第一部分在连锁标识中实现,连锁标识表示产品的上一道工序,若需要进行防差错检验,则数据包中的连锁标识字节写入需要进行连锁的工序编号,每个产品在完成一道工序后,上传生产测试数据,服务器根据连锁标识查询该产品上一道工序的测试数据,并在回码中标识上一道工序合格与否,这样每个产品在经过每一道工序时都会检验上一道工序的完成情况,大大减少了不合格品产生的概率。另一部分防差错的功能在装箱前的确认主机实现,产品在装箱前需要在确认主机上扫描条码核对生产信息,确认主机根据产品条码向服务器发送查询请求,服务器根据产品条码返回此产品所有工序生产信息,确保不合格品无法出厂。
(2)生产任务模块:生产任务模块以生产批号为载体,实现生产任务状态运行管理,其中最重要的功能是任务下传,即将生产任务以及质量控制参数下载至对应的客户端上。任务下传功能的实现依赖于数据库,下达任务时,无线调度主机向数据库服务器发送请求查询对应客户端的IP地址和质量控制参数,若质量控制参数无误,便向该客户端下达任务。
2)产品质量统计分析系统
产品质量统计分析以数据库服务器中的生产数据表为核心实现,以CPK的计算为例,其流程图如图5所示。
UI界面中,包括生产批次、部件批次、日、周、月、工序、工位等查询条件,系统将根据查询条件以字符串链接的方式自动生成SQL查询语句,并发送至数据库服务器请求数据。为便于不合格品的搜索,系统专门设置不合格品查询,只需要输入日期、工序、工位等搜索条件,系统便列出所有不合格产品的产品条码,点击列出的条码系统自动调出该产品的生产测试数据。根据需要,也可将数据库返回的生产数据统计为生产报表输出。
3)智能安灯系统
智能安灯系统的功能由客户端与无线调度主机的通讯来实现。如图6所示,当客户端出现设备故障、缺料、质量变差等问题时,可以通过客户端上触摸屏的呼叫按钮选择问题类型并向无线调度主机发送呼叫,无线调度主机自动将问题类型、发生时间等相关信息存入数据库服务器并在生产监控界面上进行提示。
待问题解决,工人只需按下客户端触摸屏上的确认按钮,客户端便向无线调度主机发送完成信息,无线调度主机将数据包解析后更新数据库服务器中相关数据表的信息。
智能安灯系统还具有联系人管理功能,异常问题发生时,无线调度主机可以从数据库服务器中取得相关人员资料,并将呼叫信息发送至相关人员的电脑上。如图7所示,负责处理不同异常问题的联系人可以随时进行修改。
4)可视化电子看板系统
如图8所示,电子看板显示内容包括工序生产完成情况、生产线生产合格率、各工位异常呼叫及处理状态。电子看板显示内容通过实时刷新的方式实现,电子看板通过无线接入点访问数据库服务器,取出与显示内容有关的信息,刷新显示界面,刷新频率可根据实际生产节拍自定。软件中可视化电子看板系统的编程主要集中在定时生成需要的查询语句,并向数据库服务器发送查询请求。考虑到客户端数量较多、数据刷新频率较高,电子看板访问数据库服务器利用连接池技术通过短连接的方式进行。
电子看板每次查询请求后,将其与数据库的连接释放回数据库连接池中,供其他线程使用,这样避免了频繁数据库连接频繁建立、关闭的开销。
3 结束语
目前,该制造执行系统已成功应用于某企业热力膨胀阀车间,如图9所示,该车间有三个生产区域,分别为氩焊充注区、装配测试区和复测装箱区。氩焊充注区进行氩焊、充注等工序,共有30个客户端;装配测试区含有三条生产线,每条生产线有15个客户端,依次进行分选、拧紧、作动、气密性测试等工序;复测装箱区进行作动复测、气密性复测等工序,共有三条生产线,每条生产线有6台客户端。
各生产区域最多可以配置50个客户端,每个生产区域配置一个无线接入点,客户端通过无线接入点与数据库服务器进行数据通讯。该制造执行系统具有良好的通用性和可扩展性。当新增客户端时,只需将客户端上的通讯模块接入无线接入点即可。当产品或者客户端更换后,系统框架与数据库配置只需根据产品做适当修改即可实现相应功能。该制造执行系统运行稳定可靠,使得该企业热力膨胀阀车间的生产效率和生产质量有了显著提高。
摘要：针对离散制造业的生产过程监控困难、数据采集困难以及生产信息反馈迟缓等问题设计开发了一种面向离散制造业的制造执行系统(MES),探讨了该制造执行系统的功能模型、网络结构设计、硬件系统搭建、生产过程监控的实现方式等。本系统已应用在某企业热力膨胀阀生产车间。
关键词：离散制造业,制造执行系统,系统设计,过程监控
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纺织制造执行系统 篇6
当前, 中国的制造系统在数字化、信息化方面尚处于发展阶段。随着计算机辅助加工技术的普及应用, 数控机床的应用范围正在日益扩大, 其产生的经济效益与社会效益十分明显。但是, 在当前的很多制造企业的生产制造过程中, 由于企业生产制造信息化管理系统要么没有要么落后, 造成制造过程中信息的不对称, 无法将所需的制造信息及时、正确地传递到指定场所和机床, 造成先进的数控设备和落后的信息管理相结合的现象, 不能很好地发挥先进设备的优点, 提高设备的利用率, 使先进的设备成为摆设, 不能在真正意义上提高企业的整体效益。
Factory Manager是日本大昭和精机株式会社集20年研究开发的成果, 在日本已拥有500多个用户, 如图1所示。Factory Manager是通过对加工信息及工具等诸多因素的综合统一管理, 正确、迅速地完成加工前的准备, 使机床的使用率大幅提高, 并且完成加工技术的积累。该软件有多个子软件系统, 涉及到生产系统中的各个方面, 在日本已经帮助很多企业实现生产效率的大幅度提升, 降低生产成本, 实现生产制造系统信息一体化。
Factory Manager系列软件包括有丰富的功能模块, 可以满足现代生产制造过程中的信息化要求并提高生产效率。
Factory Manager软件已经实现了对各种数控系统的连接和控制功能, 可以通过使用F M软件来实现对数控系统的准确控制, 具有很灵活的集成性, 可以很容易地直接将这套管理系统应用于实际生产线中, 降低系统部署成本, 提高效益。
Factory Manager软件系统实现了从生产计划到制造过程的准确自动化管理, 很好地实现了对生产制造过程中各种工具的跟踪和管理, 如对刀具、夹具、量具及附具的管理和跟踪, 使生产过程更加透明化。
通过对加工信息及工具等的管理, 正确、迅速地完成加工前的准备, 使机床的使用率大幅提高。
Factory Manager不但实现对各种工具的管理, 还包括对各种制造信息的统筹管理, 比如图样的管理和N C加工程序的统筹调度等。
生产信息管理
在实际加工生产过程中, 有大量的工艺信息需要进行管理, 以往的管理方法靠人工、经验等方式, 人为的错误在所难免, 工艺中的一丝错误都直接影响到产品的品质, 对于现代化的生产加工而言, 落后的管理方式已经成为生产制造企业发展的瓶颈。
借助Factory Manager系统, 工艺信息的管理变得简单和方便了。F M软件提供工艺信息数据库, 工艺人员将做好的工艺信息直接输入到数据库中共享, 在工厂任何需要加工的场所, 都可以随时获取生产工艺信息。F M的工艺信息管理结合多媒体信息, 使用视频、图片、图形和声音等各种方式对加工信息全面管理, 有助于加工信息的快速应用和向下传承。加工过程中会用到刀具、夹具、工件和加工程序等各种资源, Factory M a n a g e r可以对这些信息进行合理地管理。F a c t o r y Manager系统保证生产信息快速、正确地流动, 提高生产效率和产品质量, 如图2所示。
数控机床管理
F M系统可以对数控机床进行控制和管理终端用软件, 是为了实现N C装置信息的输入输出等客户需要的、必要的、机能的软件。例如通过工具IC代码系统实现刀具信息自动登录到数控机床, 实现N C程序的高速传输并监视工作效率, 如图3所示。它具有下列特性:
(1) 将刀具安装在机床上时、可以不必考虑刀位号, 能顺利进行刀具的安装。
(2) 通过工具I C代码系统, 刀具不在机床上时, 能自动录入刀具信息 (刀具号码, 寿命值、补偿值等) 。
(3) 实现刀具的位置跟踪和管理。
(4) 能实现从电脑到N C装置的自动传输, 并且能在CNC存储器上进行NC程序的显示、编辑、删除。
(5) 配备有C N C显示器, 能确认C N C的加工状况。
(6) 将加工中心上工作状况做成“加工中”、“警报”、“加工待机中”及“停止中”等容易分开的图标形式, 监控机床的工作状态。
(7) 能进行加工中心警报的履历管理。
(8) 能对录像、照片、图样等多媒体信息进行管理。
(9) 可以向FMC或者FMS扩展。
使用F M生产系统管理软件, 使数控机床的使用更加简化, 去除了一些繁杂的步骤。它可以自动完成一些设置步骤, 使用方便。使用F M可以很方便地向数控机床传输N C程序和预设参数, 并且从数控机床里读取信息, 处理过程简单, 提高工作效率, 如图4所示。
刀具管理:工具IC代码系统
R F I D射频识别是一种非接触式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无须人工干预, 适于各种恶劣环境, 操作快捷方便。
工具IC代码系统 (IC Code System) 是日本大昭和精机株式会社研发的一套无线射频识别 (RFID) 系统, 已成熟应用于很多需个性化识别的领域, 尤其是在生产制造行业。IC代码系统应用于生产加工过程中的刀具管理, 实现对每一把刀具的识别、追踪, 完成对刀具信息的数字化管理。借助工具IC代码系统, 生产制造过程管理更加简便和准确无误。
在工厂和车间中可将工具I C代码系统应用于工具的管理过程和工具等部件位置跟踪等方面。IC芯片内部存储着惟一的标识性信息, 通过安装IC芯片给每一个工具部件分配惟一的识别信息, 在生产过程中, 通过读取IC代码信息, 就可以准确获取该刀具的型号、尺寸、寿命、结构及切削参数等各种信息。通过工具IC代码系统也可以实现对刀具部件的位置管理, 实现信息完全共享并顺畅流通。除此之外, 工具IC代码系统也可以应用于生产物流过程, 实现对托盘等的识别和管理。
工具IC代码系统的数字化管理方案为企业MES (制造执行系统) 的实施打下基础, 如图5、图6所示。其特点如下:
(1) 非接触读、写识别, 识别距离长。和同类产品相比, 该系统读写距离较长。IC芯片嵌入到金属内部后, 读写识别距离可以达到20mm。
(2) 读、写速度快, 可靠性强, 信息量大。
(3) 可应用于恶劣的环境中。相对于条形码识别系统, 该系统不用担心识别表面的清洁状况, 如刀具在加工时有切削液、油污的情况下, 也能顺利被识别。
(4) 没有磨损, 使用寿命长。该系统通过电磁场完成信息的读写, 不需要直接的物理接触。
(5) 提供通信接口, 快速和用户现有的系统整合, 完成系统的升级, 应用方便。
库存管理系统FM-BS-WEB
在各种企业中都存在库存产品管理的难题, 尤其是生产制造企业存在着成千上万的工具资源等, 对这些工具库合理、准确、快速地管理摆在了管理者的面前。以前的人工管理方式效率低下, 难以应付现在庞大的管理数量, 企业需要信息化的管理。
F M-B S-W E B是日本大昭和精机会社的一套用于库存管理的软件系统, 该系统是Factory Manager企业实现生产制造信息化系统的一个组成部分, 可以和Factory Manager配合使用, 也可以单独用于库存管理。FM-BS-W E B功能强大、使用简单, 特别适用于对库存品的精确管理。该系统使管理者对各种库存品的状况实际掌握, 消除错误的管理和浪费, 降低管理成本, 如图7所示。
管理库存对象包括刃具、夹具、附件、刀柄、毛坯及量具。针对生产过程中使用到的各种部品, 该系统可以完成对各种不同部品的区分化管理。从刃具到毛坯, 包含了所需的各种库存品, 同时, 针对不同的管理对象, 配合以不同的管理功能, 使管理更加方便和快捷。
制造执行系统在烟草企业中的应用 篇7
众所周知, 当前中国烟草行业正处在从传统计划经济时代向以市场为导向的市场经济时代迈进的过渡时期, 面对经济全球化、信息网络化的新形势, 中国烟草行业将面临日益加重的、来自国内外的双重竞争与挑战。为了更好地应对挑战, 中国烟草行业正在对传统的管理体制、组织机构等进行一系列的重大变革, 通过信息化, 来改变传统的生产经营模式, 提高客户的忠诚度, 提高办公效率和宏观决策能力, 全面提升烟草企业的管理水平, 最终达到提升烟草企业整体竞争实力。目前, 企业信息化建设已经形成了“政府推动, 企业实施”的基本格局, 企业对于企业管理系统信息化建设的思考已经不再是“上不上”的问题了, 而是涉及“怎么上?如何上?”的战略问题。那么如何搞好这一时期的企业管理系统信息化建设工作, 真正以信息技术为支点, 以信息化为突破点, 推动企业的业务流程再造与组织结构重组, 就成为一个新的课题就摆在我们烟草企业的面前[7]。
2 MES系统建设热潮
当今时代, 流程式的烟草企业, 无论是多品种小批量生产、少品种重复生产还是主流产品大量生产的产品加工制造, 内部管理都可能遇到以下一些问题:由于上层生产计划管理受市场影响越来越大, 明显感到计划跟不上变化, 面对客户对交货期的苛刻要求, 面对更多产品的改型, 订单的不断调整, 企业决策者认识到, 计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态, 而不能完全以物料和库存回报来控制生产;另外, 又如企业产品销售得非常好, 但是生产线上的工人却没有办法按时按质交货, 企业管理人员则抱怨说车间生产现场信息交流不及时, 管理不透明, 指挥不到位等等。不能否认, 以上这些情况正是我们大多数现代烟草企业目前所面临的一个重要的问题, 然而, 针对这一现象, 我们又能有什么有效的办法来解决它呢?事实上, 在国内的一些主要烟草企业早已进行着MES系统建设的应用实践, 找出任何影响产品质量和成本的问题, 提高计划的实时性和灵活性, 同时又能改善生产线的运行效率, 并随着时间的推移, MES系统已逐渐被大多数烟草企业所认同。
作为企业信息化建设一个重要组成部分, MES系统所能带来的巨大效益确实对很多企业具有相当大的诱惑力。根据美国生产与库存控制学会 (APICS) 的不完全统计, 企业成功地运用一个MES系统, 平均可以为企业带来如下经济效益:
1) 库存下降30%～50%。因为它可使一般用户的原辅料和备件库存投资额减少40%～50%, 库存周转率提高50%。
2) 采购提前期缩短50%。采购人员有了及时准确的生产计划信息和采购信息, 就能集中精力进行价值分析, 货源选择, 研究谈判策略, 了解生产问题, 缩短了采购时间和节省了采购费用。
3) 制造成本降低12%。由于原辅料和备件库存费用下降, 劳力的节约, 采购费用节省等一系列人、财、物的效应, 必然会引起生产成本的降低。
4) 停工或故障减少60%。由于原辅料及备件需求的透明度提高, 计划也作了改进, 能够做到及时与准确, 原辅料及备件也能以更合理的速度准时到达, 因此, 生产线上的停工或设备故障现象将会大大减少。
5) 延期交货减少80%。当库存减少并稳定的时侯, 用户服务的水平提高了, 使使用MES企业的准时交货率平均提高55%, 误期率平均降低35%。
6) 管理水平提高, 管理人员减少10%, 生产能力提高10%～15%。
由以上的数字可以看出, MES系统无论是在烟草加工企业界内, 还是在制造行业企业界都掀起了一场关于制造业管理思想和管理技术的革命。可见, 这一新的管理方法和管理手段正在以一种人们无法想象的速度在中国烟草企业中如火如荼地被应用和发展起来了[3,4,5,6]。
3 MES系统可集成平台模型
3.1 MES系统定义
制造执行系统协会 (Manufacturing Execution System Association, MESA) 也给MES做出定义:“MES能通过信息传递, 对从计划或订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时, MES能对此及时做出反应、报告, 并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动, 有效地指导工厂的生产运作过程, 从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能, 又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”
对于MES的定义强调了以下三点:1) MES是对整个车间制造过程的优化, 而不是单一解决某个生产瓶颈。2) MES必须提供实时收集生产过程数据的功能, 并做出相应的分析和处理。3) MES需要与计划层和控制层进行信息交互, 通过企业的连续信息流来实现企业信息集成[7]。
3.2 MES可集成平台模型
可集成的MES系统结构分为以下三个层次在得到企业外部的供应链模式之后, 还需对企业内部根据业务分析需求而进行功能模型设计, 对系统按照功能分“层”, 而在实现的时候则也要按照计算机、网络系统而分“层”。
1) 计划层:包括经营决策级和企业计划级。主要功能模块:生产经营决策;长期、中长期生产计划编制;财务管理;人力资源管理;采购分销;成本管理;库存管理;定单处理;辅助决策等。
2) 执行层:包括车间生产级和生产调度级。主要功能模块:生产调度和作业;质量管理;人员和设备管理;物料追踪和产品追踪;对运作过程的分析。
3) 控制层:包括过程控制级、设备控制级和检测驱动级。主要功能模块:生产线范围的监控;自适应控制;设备控制;现场各种信号检测和数据采集。
4 MES系统在烟草企业信息化中的定位
4.1 层次定位
对于一个烟草企业, 如果仅仅从生产工厂的视角来分析其在竞争中所处的地位, 显然是短视的。即使是最好的MES解决方案, 对于整个企业来讲, 也不过是提供一个相对狭窄的视角, 缺乏在管理层为进行决策支持所需要的生产执行数据的广度和深度。这就启示我们, 完整的、能够引导一个企业保持长期的业务利益和价值的企业信息系统, 必须是生产过程控制系统、制造执行系统MES和企业资源计划系统ERP三者协同作用的整合。
MES处于计划层的ERP与控制层的各自动控制之间, 承上启下, 是企业信息化建设的中坚, 也是将各个系统关联起来的纽带。
MES层次定位图如下所示:
在企业信息系统中, 只有整合生产过程控制、制造执行系统MES和企业资源计划系统ERP, 使得将数据信息从产品级 (基础自动化级) 取出, 穿过操作控制级, 送达管理级, 通过连续信息流来实现企业信息全集成
4.2 业务定位
根据烟草企业的特殊的制造生产过程, 可以把MES系统业务框架定义为如下5点:
1) 构建一个全厂包括制丝、卷包、动能及相关职能管理部门的生产调度指挥中心;
2) 构建一套全厂的以预防维护保养和设备维修经验库为基础的设备维保评价体系;
3) 构建一套全厂在线质量控制分析和质量过程统计分析与控制体系;
4) 构建一套全厂在制品和成品的在线成本控制体系;
5) 构建一套完善的全面动态可视可控的产品生产过程实时追踪和反馈体系:
(1) 形成一个从原材料检验到制丝投料, 到卷接包生产及产品质量反馈的纵向信息链;
(2) 形成一个产品生产过程中各工艺段的设备、生产、质量、成本、人员、工艺文件等软性资源状况的横向信息链;
(3) 综合集成以上两个信息链, 以设备管理单元 (车间、区域、工艺、工序、机组、机台、设备) 为基础对象, 作为载体, 其上集成软性资源 (如:设备、生产、质量、成本、人员以及生产实体的工艺文件、规程、标准、参数、经验等资料) 方面的各种实时状态, 形成一个实时动态的、纵横交叉的、跨部门协同应用的现场生产信息网络体系。
MES业务定位图如下所示:
4.2 功能定位
在功能方面, MES作用于生产制造过程管理, 通过实时的生产数据应用, 形成一个实时的计划和执行系统。
因为有制丝、卷包等先进的控制系统存在, 与其它MES系统不同, 企业并不关心底层执行系统细节, 其重点在于企业生产资源整合, 通过对整个生产信息实时、全面地掌握, 为合理利用企业生产资源, 充分发挥生产设备的优势, 实现均衡生产, 增加产品的产量、提高产品的质量及降低产品的成本而出谋划策。
可实现烟草企业生产现场管理的四个转变:
1) 生产从被动指挥到实时调度的转变;
2) 设备从应急维修到预防为主的转变;
3) 质量从事后抽检到在线控制的转变;
4) 成本从事后核算到过程控制的转变。
4.3 信息定位
在信息方面, MES作为面向制造的系统, 与其它管理系统、控制系统有密切关系, MES在其中起到了信息集线器 (Information Hub) 的作用, 在整个企业信息系统结构中承上启下, 是架设在生产计划和生产过程上的“桥梁”。
现代卷烟企业在可集成的MES平台上的应用, 将计划和调度信息作为实时管理车间物流与工艺, 并进行补偿的基础信息。可集成的MES系统管理包括生产现场数据采集, 生产过程控制, 物料、工作站和物料搬运装置以及人力等车间资源的有效利用, 实现基础自动化和过程自动化。底层通过对制丝、卷接、包装进行数据采集及集中控制, 并建立物流烟叶配方库、成品库和辅料库系统, 实现与AGV自动送料小车的通讯, 达到企业业务应用集中和数据集中两大目标, 生产过程数字化全面实施[1,2]。
5 MES系统的应用与实施
成功实施MES系统应该与成功实施其它信息化系统一样要领导高度重视, 要有组织和制度保障, 要严格按照项目管理规范进行进度和质量控制外, 根据信息实施经验提出以下几个重点工作:
1) 生产管理咨询和管理诊断要先行。实施MES系统的目的是实现现代化管理, 因此首先应该对实施企业生产管理各环节进行管理诊断, 并归纳那些问题可以通过MES项目解决, 那些必须通过通过管理手段解决, 确定MES项目目标和项目范围。
2) 软件统一规划, 硬件分段实施。烟草工业企业生产控制系统现状是供应商不统一, 标准不统一, 各控制系统数据无法共享, 这都是实施MES系统无法逾越的瓶劲。解决这些问题需要有一个过程。目前烟草行业MES供应商分二大阵营, 一是过去做上层管理系统供应商向下深入, 一是底层控制系统供应商向上延伸, 这两个阵营的优点和问题都比较明显, 选择任何一种供应商都会使MES系统建设有所偏颇, 因此建议一是结合两种供应商的优点由邀请第一种类型MES供应商或行业外MES供应商给烟草做企业全系统的MES规划。二根据总体规划邀请第二种供应商应该在统一规划下进行底层控制系统完善和改造和MES层延伸, 保证底层控制系统具备实施MES系统所备硬件基础和一定软件基础。
3) 对MES系统确定合理的期望值。烟草行业毕竟是专卖体制保护下的特殊的行业, 与完全市场化的企业在管理上有不尽相同之处, 同时烟草行业农产品作为原材料, 制丝车间流程性生产, 卷接包属于离散性生产混和生产模式造成烟草行业工业企业在实施MES时, 会遇到其它行业实施MES系统很难遇到的难题, 而且在烟草行业实施MES系统依然是一个比较新工作, 需要有一个适应和完善的过程, 不能一步到位, 需要不停的发现问题解决问题。因此作为先实施的企业要有一种牺牲精神和探索的精神。
6 结束语
卷烟企业MES系统在实施过程中, 应建立有效的项目组织、配备相应的人员承担有关工作, 明确分工, 明确职责, 这是工程成功的重要基础。同时, 应充分借荐其它烟草企业的实施经验, 不断进行改造完善。
参考文献
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纺织制造执行系统 篇8
关键词：作业计划,网络化制造,制造执行系统
制定车间作业计划是一项非常重要的工作,其实质就是把上层生产计划层层分解、具体落实,是上层生产计划的具体执行计划。目前关于作业车间调度的文献大多数只考虑传统制造环境下的情况,而本文所述的是在网络化制造环境下对作业计划的调度模型的研究。
1 问题描述
在网络化制造的环境下,就是要通过整合成员企业的核心资源来达到最佳效能。这意味着联盟企业的生产任务要优化分配给成员企业,其整体优势才能发挥出来,因此作业计划的制订显得尤为重要。
而作业计划问题实际上是一个组合优化问题,就是在一定的已知条件和约束条件下得出问题的最优解决方案。
2 网络化制造环境下作业计划的影响因素
对于每道工序所分配的加工设备,要充分考虑车间的工厂日历和设备状态等因素,并且每道工序的加工设备并不是唯一的,它可以在某个设备组内依据一定的指标进行选取。在整个作业计划当中,应该使尽可能多的任务在规定的交货期内完成,尽量减少超期的加工任务。
在网络化制造的环境中,生产任务的情况非常复杂,在进行作业计划调度时,不仅要考虑产品的品种,产品的功能结构和工艺特点,生产成本与产品价格,产品的交货期,还要考虑盟员企业生产工艺上的可行性及生产优势,在一定时期内综合考虑各项因素后,决定怎样分配。综合来看,产品的交货期、产品的生产成本标价、盟员企业一定时期可得的生产能力是联盟企业作业计划调度要考虑的主要因素。
3 作业计划调度模型
联盟企业将主生产任务划分为若干个子作业计划,假设存在n个单元MES可以完成某个特定的子作业计划,同时将交货期等影响因素作为对单元MES评价的目标准则,假设共有m个,则用于评价各单元MES哪个更适合完成这项子作业计划的调度模型可以表示为:
式中:Vi为第i单元MES的总评分分数;Vji为第i单元MES在第j个目标准则下的评分分数;ωji为评价第i单元MES时第j个目标准则的相对重要性,即权重。在评价不同的单元MES时,可对各目标准则采用不同的权值。
可见,在评价过程中要解决两方面的问题:一是确定各目标准则的权重;二是确定各单元MES在各目标准则下的评分分数。
对某个特殊的任务,各目标准则的相对重要性(或权重)是不同的。另外,各目标准则的性质也是有区别的,这些准则可以被分为两大类:增益目标准则和损益目标准则,分别使用ak,bh表示,其中k=1,…,K,h=1,…,H,K+H=m。在增益目标准则下,评分分数与各单元MES的评分成正比;在损益目标准则下,评分分数与各单元MES的评分成反比。将第个单元MES表示为Si(i=1…,…n),ωk和ωh表示目标准则ak和bn的权重,则
本文使用层次分析法(The Analytic Hierarchy Process,AHP)获得各目标准则的权。它的基本原理是将待评价的各因素两两比较相对重要性,然后进行排序。具体步骤如下:
步骤1:明确问题,总目标是完成某个特定任务,总目标下有m个子目标,其中包括K个增益目标和H个损益目标,即K+H=m;在目标下有n个可选方案,即有n个单元MES可以完成该特定任务,建立系统的层次分析结构如图1所示。
步骤2:构造判断矩阵。首先要得到各目标准则两两之间的权重的比值,这些比值可以构成一个m×m的判断矩阵R:
其中判断矩阵的元素rab表示目标a和b的权重比值,具有三条性质:
各目标准则两两之间的权重比值可以由专家小组使用常用的九分位表给出,如表1所示。
步骤3:求解各目标准则的权。对于判断矩阵R,计算满足RW=λmaxW的特征根λmax和对应的特征向量W,对特征向量进行标准化,即使特征向量的和为1,则可将此标准化后的特征向量近似作为相对应的各目标准则的权。
定义单元MES在ak、bh下的报价与评分分数分别表示为pki、phi和Vki,Vhi(i=1,…,n):
则在ak,bh,下总的评分分数和分别为:
单元总的评分分数为Vi:
这样就能很容易的通过Vi的大小选择出最合适的执行单元。
4 结束语