生产制造执行系统论文（精选12篇）
生产制造执行系统论文 篇1
1 前言
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
通过对MES国内外研究现状的分析,得出MES在计划层与控制层中信息快速响应的重要性,MES一方面可以实现子层(制造层、采购层等)计划、控制信息对制造零部件需求信息的快速响应;另一方面MES加强子层信息间的实时交互能力,增强MES在计划、调度、决策、控制等的沟通协调能力,为企业在激烈市场竞争中保持快速响应的竞争优势做出有力保障。随着市场环境和企业需求的变化,MES技术正在朝实时性、敏捷性和网络化方向发展。
生产制造执行系统论文 篇2
1. 引言
大庆石化公司是中国石油天然气股份有限公司下属的地区公司，是以大庆油田原油、轻烃和油田气为主要原料，从事炼油、化工、化肥、化纤生产的特大型石油化工联合企业。公司按分布式三级管理模式组织生产、经营活动。
大庆石化分公司MES项目于2006年1月25日正式启动，在中国石油信息管理部的统一领导下，组建了由大庆石化公司、毕博管理咨询公司、霍尼韦尔公司和中国石油内部实施单位等多方人员共同组成的实施团队。在MES实施过程中，严格遵循大型信息集成系统的项目阶段及过程管理，经历了如项目启动、现状及需求分析、详细设计、系统配置及客户化、系统测试及用户培训、系统上线及上线后支持等几大实施阶段与过程。
图1 大庆石化MES实施阶段与过程2. 启动阶段
MES启动阶段的工作关系到项目能否取得预期效益，如果处理不当，会导致在项目实施过程中无法满足企业管理的需求，最终使得实施效益出现严重偏差，并导致企业领导、各层管理人员及业务人员对MES系统失去信心，甚至出现排斥心理。在这个阶段，需要进行的工作如下：
2.1. 确定实施组织
根据中国石油信息管理部的统一安排，以毕博管理咨询公司专业人员为主的实施顾问到达企业后，马上就和企业一起建立了MES实施的组织机构，确定了项目指导委员会、项目经理部、项目实施组领导名单，确定了以生产调度的业务模式来带动MES实施的项目管理策略，形成了生产运行处主导项目、科技信息处和其他部门配合的管理模式，并且根据项目计划，陆续抽调8名企业人员全职参加项目实施团队的工作。
2.2. 安排集中办公室
为了便于管理、方便工作开展，专门安排一处可容纳30-40人的办公场所供实施团队使用，不仅保证每个人都有工作卡位，而且还提供交流和会议区间，同时还搭建了局域网络，配备了打印机、复印机、文档服务器等必要的办公设备。
2.3. 制定制度
实施团队是在项目实施周期内由多方单位组成的一个临时性的队伍，为了形成统一的规范和纪律，项目组制定了统一的实施团队管理制度，包括与企业同步的作息时间、项目成员请假制度、安全条例、工作职责等规定，
另外还制定了统一的文档管理制度，下发统一的文档模版和文件命名规范，并建立文档服务器的规范存储目录和相应的版本控制机制。
2.4. 编制实施计划
根据中国石油信息管理部对实施进度和里程碑时间的统一要求，考虑规避风险以及项目沟通和质量审核的时间约束，项目组对每一个实施阶段的任务进行工作内容分解，并进行相应的人员和时间分配。
细化的实施计划经过充分的沟通和确认后，编制成《MES实施计划说明书》，同时将实施进度计划公布给每个项目成员，并刊登在项目办公室的墙报上。
为了保证实施计划能够切实可行，在编制之前，首先进行了以下的工作：
1) 建立沟通机制：确定项目组的汇报机制与例会制度，项目任务下达方式和反馈方式，项目组成员之间以及与企业相关部门和关键用户的联系方式等。
2) 分析和识别项目风险：了解企业的概况后，组织召开项目风险分析会，充分论述已识别出的项目风险，并划分风险等级，探讨这些风险的规避和应对方法。
3) 质量审核机制：确定每个实施阶段审核内容、审核方式、审核人员以及结果确认方式。
2.5. 召开启动大会
作为MES实施里程碑的启动大会，每一个环节都必须认真对待。要使这次会议能够达到事半功倍的效果，应该提前：
1) 确定参加启动会人员、确定会议地点、时间;
2) 确定启动会议程;
3) 准备启动会资料。
3. 现状调研及需求分析阶段
在进行信息化项目建设中，必须首先要搞清楚“必须做什么、应该做什么和可以做什么”的需求问题。虽然中国石油MES在总部层面对这些问题有所规定，但在具体实施过程中，这些问题仍然存在，因此必须高质量的完成现状及需求分析阶段的工作。
现状调研及需求分析可以分成四个步骤：
1). 企业现状调研：这部分的工作包括：
a. 根据企业基本情况编制访谈计划和访谈问卷;
b. 对生产相关部门和主要生产车间进行访谈;
c. 访谈完成后编制访谈纪要和主要业务流程;
d. 与有关部门进行流程确认。
2). 开展业务分析、数据源分析和现有系统分析等评估性工作。
3). 根据企业现状和业务需求，结合软件系统功能，确定出MES的功能需求。
4). 对照中国石油MES大连试点的情况，结合自身的功能需求，找出存在的差异。
在这个阶段，收集了“企业组织机构及层级关系”和“装置生产情况”信息、收集并评估了“企业现有信息系统状况”、掌握了“企业网络状况”和“企业DCS接口现状”。为了做好需求分析和初步数据收集工作，实施顾问除了对企业实施人员和关键用户进行MES概念、实施方法、功能架构和应用效果的培训外，还在实施团队内部开展了项目管理、流程图绘制和文档编制模版的培训工作。
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生产制造执行系统论文 篇3
【关键词】生产执行系统（MEs）；制丝车间；数据采集
【中图分类号】TP399
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0122-01
一、生产制造执行系统（MES）
企业信息化主要涉及这三个层面，计划层、执行层、和控制层，目前，主要瓶颈在执行层。传统生产现场管理只是黑箱作业，这已经无法满足今天复杂多变的竞争需要，为解决生产计划的适应性以及增加底层生产过程的信息流动，提高计划的实时性和灵活性。
20世纪90年代美国先进制造研究机构（Advanced ManufacturingResearch，AMR）提出了“制造执行系统”的概念，并将MES定位为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的各项车间管理信息系统”，它以当前视角向操作人员，管理人员提供生产过程的全部资源（人员、设备、材料、工具）的数据和信息。其找重点是将信息技术运用与改善制造过程。将MES应用于车间中。可以实现对于车间生产的实时管理与控制，实现信息的无缝集成。
二、MES对卷烟企业制丝线实时数据采集的功能结构
在MES系统中，通过使用实时历史数据库软件集中采集和存储来自各生产实时系统及设备的实时数据，为MES系统提供丰富、准确、可靠的实时和历史数据。通过采集生产和过程数据并提供基本的计算功能，把工业现场的生产数据传递到管理平台中，实现数据到信息的转换。
MES的实时历史数据库，可以采集制丝线I／O服务器上提供OPC协议的实时监控软件数据库里的实时数据，各个中控系统所采用的监控软件都支持OPC协议，通过将各个车间的实时数据上传到MES实时数据库中，为MES系统提供实时生产过程数据。
三、卷烟企业制丝集控的技术架构
一般卷烟制造企业在制丝线有自己的制丝集控系统，制丝集控系统一般由互为双机热备的两台I／O SERVER服务器组成，在I／o SERVER上安装有比如WINCC，IFIX等过程监控控制软件服务端。I／O SERVER通过以太网协议与设备上的PLC进行通讯以及数据采集，同时通过在上位机上安装过程监控控制软件客户端，供车间操作工生产自控操作。一般情况下，上位机连接的是I／O SERVER1，当I／O SERVER 1出现故障的时候，上位机切换，连接到I／OSERVER2，制丝集控系统架构。
四、MES在卷烟企业制丝线实时数据采集的技术架构
方案一：MES系统连接的实时数据库通过OPC的方式连接制丝集控系统其中一台I／O SERVER服务器，作为生产数据下发、过程数据反馈收集的统一数据通道，I／O SERVER服务器采用双网卡设计，其中一个网卡和现场控制环网相连，另外一个网卡与管理网相连。
这种MES数据采集方式存在几个问题
1 由于制丝集控系统存在两个I／O SERVER，但是MES实时数据库只连接了一个I／O SERVER，当制丝集控的I／O SERVER切换的时候，MES数据采集将会中断。
2 MES实时数据库采用OPC通讯方式和制丝集控系统进行通讯，虽然OPC通讯方式有高效性、可靠性、开放性、可互操作性，但是当I／O SERVER重启的时候，MES SERVER也需要重启，在日常生产过程中造成了维护困难。
3 制丝集控的I／O SERVER承担着卷烟企业制丝过程控制，实时数据采集的重要作用，由于MES SERVER直接连接制丝的I／OSERVER，容易给I／O SERVER服务器造成连接压力，不利于生产的安全稳定进行。
方案二：增加一台MES I／O Server服务器，用于与底层PLC的通讯，作为MES实时数据专用服务器，并在该服务器上安装FSGATEWAY，RSLINK等提供协议转换功能的软件，支持OPC通讯协议。该服务器以双网卡连入卷烟企业主网，其中一个网卡和现场控制环网相连，另外一个网卡与管理网相连。在该MES I／OSERVER服务器上安装实时数据库，配置MES系统所需要的相关点，并且与底层PLC上的点相对应，为MES实时数据库提供数据。
通过新增MES I／O SERVER的方式，使得MES数据采集与制丝集控系统处于平行关系，不会影响制丝线生产过程自控，由于MESI／O SERVER通过以太网协议直接连接PLC，比方案一更在数据采集稳定性上更胜一筹。
五、MES工厂实时／历史信息技术平台的要求
为了保证车间生产信息的实时性。需要建立统一的工厂实时／历史信息集成平台其主要功能在于：存贮、管理生产现场工艺参数、质量参数、设备参数、物料数据等；现场采集的数据实时进行过滤、分析、统计；建立全厂报警体系，如当叶丝水分过高时，能够启动生产监控中的报警系统，并能直观地显示在生产调度指挥中心；建立全厂事件体系，如当叶丝水分过高时，作为事件触发设备管理子系统，请求设备检验；采用标准的数据采集接口，适应众多的控制系统，如AB、SIEMENS、HONEYWELL公司的产品及众多的组态软件，如INTOUCH、WINCC、RSVIEW等。其它系统通过OPC、ODBC等开放接口进行数据访问；长时间存贮过程数据。
六、结束语
数据采集与控制系统通过对生产相关的关键信息，如设备状态、工艺状态、物料状态、环境状态、能源品质、生产工单、产量、消耗等进行采集，并以直观的形式表现出来，供生产管理者，特别是生产调度人员实时了解当前生产实况提供帮助，以便其做出正确的生产决策与指挥。
实际生产中由于生产现场设备数量大，接口种类多，给采集带来多困难。使用模块化的组织方式，整个系统具有良好的交互性、可用性和可扩展性，有利于系统的维护和升级。利用实时历史库和OPC技术实现生产现场数据的实时追踪，并完成调度指令的下达，更好地完成了数据采集与控制功能，极大地提高了制丝线产品质量和生产效率，保证了生产的稳定运行。
参考文献
[1]郭如军，罗应龙，王军面向精细化管理的卷烟企业制造执行系统的应用[J].烟草科技，2008（6）：29：32
制造执行系统标准体系研究 篇4
制造执行系统是制造业信息化的重点发展部分, 近年来无论在流程制造业还是在离散制造业, 国内研发的制造执行系统都得到了广泛应用。制造执行系统MES (Manufacturing Execution System) 通过与上层企业业务系统和下层车间控制系统的信息交换, 在生产过程中起到优化管理的作用。而MES的设计、实施及与其他系统集成的标准化一直是近年来国内研究的重点。本文主要研究国内外MES标准化现状及国内MES标准化需求, 初步建立MES标准体系框架。
1国内外MES标准化现状及发展趋势
国际上制定的MES标准主要有ANSI/ISA 95标准、日本的Open MES标准、OAGIS标准等。 ANSI/ISA 95标准定义和描述了企业业务系统与制造系统之间的接口, 描述了制造系统内部的主要活动间的接口 (对象模型和属性) , 定义了业务与制造间事务;Open MES标准主要面向离散行业制定了系统架构和功能构件;OAGIS标准定义了很多场景, 主要是MES与ERP及PDM的集成场景。
IEC制定的MES标准是基于ANSI/ISA 95标准制定的“IEC 62264企业控制系统集成”系列标准, 目前发布了第1、2、3、5部分, 第4部分正在制定, 第6部分还未启动;ISO正在制定的MES相关标准有“ISO22400自动化系统与集成制造运行管理关键性能指标”系列标准和“ISO 20140自动化系统与集成能源效率评价和制造系统对环境影响的其他因素”系列标准。其他标准还有美国制定的“ISA MES GUD EXEC-2009MES Guide for Executives – Why and How to Select, Implement, and Maintain a Manufacturing Execution System”标准, 是MES引入、实施和维护的指导性文件。
目前国内MES标准的制定主要是等同采用IEC62264标准, 自主制定了“GB/T 25485-2010工业自动化系统与集成制造执行系统功能体系结构”和 “SJ/T 1362-2006企业信息化技术规范制造执行系统 (MES) 规范”。未来几年除了跟踪采用国际标准外, 将积极鼓励企业参与制定更适用于我国制造业的MES标准。
2国内MES标准化需求
除了MES术语、数据、功能构件、体系结构等基础标准外, 国内MES更需要通用的开发规范、测试标准、集成标准、实施规范以及评价标准在开发和实施过程中起到规范作用。
国内大多数MES开发主要是参照ANSI/ISA 95标准, 很多MES研发企业和MES专家学者普遍反映国内MES缺乏数据尤其是行业基础数据, 还应提出各个行业的MES标准流程, 将MES按行业标准化将更有利于MES的发展。
3 MES标准体系
充分考虑国内MES标准化需求, 初步建立MES标准体系如图1所示。该体系结构由基础标准、通用标准和应用标准三部分组成。
基础标准包括MES系统研发及实施过程中, 适用于不同领域和阶段的基础性标准和规范, 如MES术语标准、数据标准、功能构件规范、系统体系结构等标准;通用标准包括为MES系统的研究、开发及应用实施过程提供总体性、框架性标准与规范, 如MES产品开发规范、测试规范、 MES与ERP集成标准及接口规范、MES实施规范、数据采集标准以及MES评价体系标准;应用标准主要是指针对各行业特点MES应用制定的行业具体标准, 如在机加工、装配、铸造、冲压、 钣金等行业MES功能规范和基础数据标准等。
4结束语
MES标准体系是MES标准化工作的预研基础, 遵循“制定急需标准—标准实施 —根据反馈意见修订标准”策略制定完善标准, 根据标准化需求可以继续不断补充和丰富MES标准体系。
摘要：本文主要研究国内制造执行系统标准化需求和制造执行系统标准体系。
关键词：制造执行系统,标准体系
参考文献
[1]刘诏书, 李刚炎.制造执行系统 (MES) 标准的综述[J].自动化博览, 2006 (6) :32-35.
生产制造执行系统论文 篇5
项目资金申请报告
项目编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司
资金申请报告编制大纲（项目不同会有所调整）第一章 制造执行系统（MES）项目概况 1.1制造执行系统（MES）项目概况
1.1.1制造执行系统（MES）项目名称 1.1.2建设性质
1.1.3制造执行系统（MES）项目承办单位 1.1.4制造执行系统（MES）项目负责人
1.1.5制造执行系统（MES）项目建设地点
1.1.6制造执行系统（MES）项目目标及主要建设内容
1.1.7投资估算和资金筹措
1.2.8制造执行系统（MES）项目财务和经济评论
1.2制造执行系统（MES）项目建设背景
1.3制造执行系统（MES）项目编制依据以及研究范围
1.3.1国家政策、行业发展规划、地区发展规划
1.3.2项目单位提供的基础资料
1.3.3研究工作范围
1.4申请专项资金支持的理由和政策依据
第二章 承办企业的基本情况 2.1 概况 2.2 财务状况
2.3单位组织架构
第三章 制造执行系统（MES）产品市场需求及建设规模 3.1市场发展方向
3.2制造执行系统（MES）项目产品市场需求分析
3.3市场前景预测
3.4制造执行系统（MES）项目产品应用领域及推广
3.4.1产品生产纲领
3.4.2产品技术性能指标。
3.4.3产品的优良特点及先进性
3.4.4制造执行系统（MES）产品应用领域
3.4.5制造执行系统（MES）应用推广情况
第四章 制造执行系统（MES）项目建设方案
4.1制造执行系统（MES）项目建设内容
4.2制造执行系统（MES）项目建设条件
4.2.1建设地点
4.2.2原辅材料供应
4.2.3水电动力供应
4.2.4交通运输
4.2.5自然环境
4.3工程技术方案
4.3.1指导思想和设计原则 4.3.2产品技术成果与技术规范
4.3.3生产工艺技术方案
4.3.4生产线工艺技术方案
4.3.5生产工艺
4.3.5安装工艺
4.4设备方案
4.5工程方案
4.5.1土建
4.5.2厂区防护设施及绿化
4.5.3道路停车场
4.6公用辅助工程
4.6.1给排水工程
4.6.2电气工程
4.6.3采暖、通风
4.6.4维修
4.6.5通讯设施
4.6.6蒸汽系统
4.6.7消防系统
第五章 制造执行系统（MES）项目建设进度
第六章 制造执行系统（MES）项目建设条件落实情况 6.1环保
6.2节能
6.2.1能耗情况
6.2.2节能效果分析
6.3招投标
6.3.1总则
6.3.2项目采用的招标程序
6.3.3招标内容
第七章 资金筹措及投资估算 7.1投资估算
7.1.1编制依据
7.1.2编制方法
7.1.3固定资产投资总额
7.1.4建设期利息估算
7.1.5流动资金估算
7.2资金筹措
7.3投资使用计划
第八章 财务经济效益测算
8.1财务评价依据及范围
8.2基础数据及参数选取 8.3财务效益与费用估算
8.3.1年销售收入估算
8.3.2产品总成本及费用估算
8.3.3利润及利润分配
8.4财务分析
8.4.1财务盈利能力分析
8.4.2财务清偿能力分析
8.4.3财务生存能力分析
8.5不确定性分析
8.5.1盈亏平衡分析
8.5.2敏感性分析
8.6财务评价结论
第九章 制造执行系统（MES）项目风险分析及控制
9.1风险因素的识别
9.2风险评估
9.3风险对策研究
第十章 附件
10.1企业投资项目的核准或备案的批准文件； 10.2有贷款需求的项目须出具银行贷款承诺函； 10.3项目自有资金和自筹资金的证明材料； 10.4环保部门出具的环境影响评价文件的批复意见；
10.5城市规划部门出具的城市规划选址意见（适用于城市规划区域内的投资项目）；
10.6有新增土地的建设项目，国土资源部门出具的项目用地预审意见；
10.7节能审查部门出具的节能审查意见； 10.8项目开工建设的证明材料；
生产制造执行系统论文 篇6
目前，建设集团共有六千多名党员。这支庞大的队伍是建设集团改革发展中的领路军，为了顺应经济社会快速发展的时代要求，我们必须充分发挥这支队伍的政治核心作用、战斗堡垒作用和先锋模范作用，不断提升党建工作执行力，从而推动企业生产力和企业文化的发展，提高企业职工群众的物质、精神、政治生活水平。因此，我认为，提升企业党建工作执行力必须从三个方面着手：
明确党建执行力的核心——践行“三个代表”重要思想
党建执行力强不强其核心是要看是否真正体现了“三个代表”重要思想的丰富内涵。
一是看是否推动了企业生产经营的发展。国有企业要践行“三个代表”重要思想，要实现“强企富民”的使命，就必须全力推进企业的持续健康发展。作为国有大型企业之一的建设集团，党建工作要紧紧围绕“当期生产经营、扩能迁建和分离改革”这样三件大事来抓。与此同时，干好这三件大事又要靠企业每一位员工的共同努力。因此，我们在党建工作中就必须肩负起为员工构建共同愿景的重任，使企业在巨大的凝聚力下迸发出最强的生命力。近两年来，在建设集团党政部门的协同努力下，公司终于从七年的低迷中走出来，在中国兵器装备集团“622”战略目标和建设集团“六年三步走”发展目标的牵引下，实现了由求生存向求发展的转变，成功地迈出了“六年三步走”的第一步，在两年时间内，建设集团主导产品之一的摩托车行业排名从第12位飙升至第3位，生产经营取得了较快的发展。全体建设人已经形成了一种共同的愿景，即高举精益求精、自主创新的旗帜，加快“六年三步走”的发展步伐，向具有国际竞争力的大型企业集团迈进。
二是看是否促进了企业文化建设的提高。建设集团党组织在对建设历史文化的挖掘和新时期企业文化的培养上下了大功夫。由中国重工业中首屈一指的代表人物张之洞创办的建设集团，在一百多年的发展历程中闪烁着璀璨的历史文化。近两年来，建设集团继承了先人创业所形成的优秀精神，“创业报国、质量第一”，“务实奉献”、“中学为体、西学为用”……弘扬这些精神令每一个建设员工都为自己的企业深感自豪。此外，企业文化的培养和塑造是一个无限发展的过程，它渗透于企业的每一个空间，每一个优秀企业都有着一种优秀的企业文化作为支撑。我们不断地向世界优秀企业学习先进技术、管理经验等方面的知识。如积极向日本雅马哈学习企划管理、向通用汽车公司和德国宝马公司学习项目管理，向美国通用电气、上海朱兰质量研究院学习六西格玛管理等，大力培育学习型企业文化，“师人长技以自强”。在中国兵器装备集团和徐斌总经理的倡导下，员工们通过对《没有任何借口》、《执行》等书籍的学习，了解、认可、接纳并逐步使“敢为人先，争创一流，拒绝借口，立即行动”的执行文化在建设集团生根发芽。同时，在团队精神的培养上，通过学习《蚂蚁军团》等书籍和在具体工作中推行项目管理等方式，让每一位职工切身感受到团队精神的巨大魅力，树立起“没有完美的个人，只有完美的团队”的观念。
三是看是否满怀热诚地为职工群众办实事。全心全意为人民服务是我们每一名共产党员的光荣职责。在党建工作中，我们要坚持从群众中来，到群众中去，做到权为民所用、情为民所系、利为民所谋，尽自己最大的努力为职工群众办实事，解难事，做好事。企业的发展与职工群众生活水平的提高是相辅相成、并行不悖的结合体，我们在关注职工群众的切身利益时，要牢牢把握发展这一强企富民的第一要务，用科学发展观来统领我们的工作，正确处理发展经济与改善生活的关系，靠企业的长远发展来保障职工群众生活水平的日益提高。
彰显党建执行力的关键——发挥党员干部表率作用
要很好地体现党建执行力，关键是要发挥企业党员领导干部的表率作用，加强他们的理论素养、工作作风等方面的培育与建设，这是带动整个企业内部党建执行力进一步提升的首要条件。
一是党员领导干部要带头加强对党建理论知识和工作业务技能的学习，营造出全心投入、自我超越的学习氛围。切实抓好两级中心组学习；进一步开展职业生涯设计；通过挂职锻炼、岗位轮换等方式加强实践锻炼；读好《执行》、《没有任何借口》、《蚂蚁军团》等几本好书。二是要加强党员领导干部的工作作风建设。近两年来，建设集团通过“机关作风建设年”活动，以解决机关干部队伍的作风和执行力问题，并以机关作风和执行力的转变来影响基层、带动基层提升执行力，提出“重心向下、重心向外”的要求，安排党员领导干部下基层蹲点，使大家为基层服务、为生产经营服务的意识明显增强，为基层和生产经营办实事、办好事的作风明显增强，公司党建执行力明显提升。三是要加强党风廉政建设和反腐倡廉工作，严格党员领导干部队伍的管理和教育，坚决抵制形式主义、官僚主义等现象。对执行不力者进行批评、诫免谈话甚至调整职务，对执行得好的同志要总结他们的经验，树立执行的典范，并在公司广泛宣传。四是开展“六好干部”、“六好班子”活动。同时，我们深入调查分析了干部队伍中存在的影响执行的一些因素，如恋旧病、官僚病、自由主义病、推诿病、借口病、争利病等等。并针对这些因素在提升党建执行力上已经取得了一定的成效。最后，我们明确了党员领导干部体现先进性的具体要求。一要有坚定的理想信念；二要树立科学发展观和正确的政绩观；三要与时俱进，勤奋学习；四要有适应社会主义市场经济的能力；五要严守党的纪律；六要弘扬党的优良作风。
夯实党建执行力的基础——提升党员人才队伍素质
党组织建设呼唤人才，企业的发展更需要人才。为企业的发展培养优秀的人才是企业党组织建设工作中的重点之一。
首先，要加大对党员队伍的培养力度。一是加强党的理论知识学习，提高政治思想觉悟。二是提升专业水平，使他们在不同的岗位上熟悉工作和业务流程，掌握相关的知识和技能，提升综合素质。三是建立人才培训基地，将有发展潜力的人才分期分批选派到高等院校、国外先进企业去培养锻炼，增长实际才干。四是努力形成适应人才多元化发展需求的职务晋升机制，激励专业技术人员学技术、钻技术、创佳绩。
其次，要加强对党员队伍的教育管理。一是定期对党员的思想动态、工作状况进行调查研究，长期坚持对党员的正面教育，对党内的不良作风起到防微杜渐、正本清源的作用。二是指导基层党组织建立党员教育管理的数据评价体系，扎实开展“六员”（党的政策的宣传员、生产经营的领跑员、群众意见的反馈员、思想工作的辅导员、业务技术的教练员、支部工作的联络员）活动。三是加强对党员的管理，对在岗和离退休党员要分别管理，对在岗党员要在考评、评价、评先的基础上进行动态管理。
总之，我们要将提升党建工作执行力作为一项长期而重要的工作来抓。它的核心就是在党员领导干部的表率作用下，将“三个代表”重要思想践行于企业的生产经营之中，践行于企业文化建设之中，践行于为职工群众办实事、办好事之中。坚持立党为公、执政为民，发挥好企业党组织的重要作用，为生产经营和改革发展保驾护航！
生产制造执行系统论文 篇7
现代战争是高科技、信息化战争,要求装备研制周期不断缩短,装备性能不断提高,要求制造企业能够对市场需求作出快速的响应,这对装备研制生产企业提出了更高的要求。各企业把数字化设计与制造技术应用及数字化管理水平提高作为实现上述目标的重要手段。
制造执行系统(manufacturing execution system,MES)是近年来发展起来的面向制造车间的生产管理技术与实时信息系统。将企业上层的生产计划与车间层的工业控制系统联系起来,并将所有实时信息集中起来进行统一决策。它针对位于企业计划层和工业控制层之间的执行层,研究如何将制造系统的计划进度、产品过程控制、物料管理、质量监控、设备管理等综合考虑,以提高产品制造车间自动化管理水平。
1 发动机产品制造车间管理需求
以某企业发动机缸盖生产车间为背景,车间共有数控加工设备10台,目前缸盖产品类型有8种,产品工艺复杂,质量精度高。管理现状为:
1)生产作业计划制定主要依靠调度员经验,制定作业计划需要及时掌握已有资源信息及资源准备情况,这些信息采用人工查阅,作业计划执行情况需要人工统计,工作量大且效率不高。
2)由于生产计划由人工经验制定,导致设备利用率低,不能发挥设备的最佳效能。
3)生产过程信息量大,且主要采用人工处理,影响并制约生产效率提高。
目前的管理现状成为制约企业生产能力提高的突出问题,迫切需要采用新的高效的管理模式,应用数字化的管理工具,提高制造车间生产能力及管理效率。
2 发动机产品制造车间制造执行系统模型
分析发动机缸盖生产车间的各生产业务管理流程及生产车间的管理需求,采集流程中传递与处理的信息,分析各业务与信息模型间的相关关系,在网络协同制造环境支持下,设计适合该车间生产管理的连接车间计划层及生产层的车间制造执行系统。该软件系统采用先进的生产管理技术手段,系统应用提高了车间生产管理的效率,提高了制造车间的生产能
2.1 车间制造执行系统功能模型
系统由4个核心功能模块和31个主要程序模块组成。系统功能图如图1所示,核心功能模块包括计划管理、工艺管理、资源管理、质量管理。基于Web的数字化生产车间制造执行系统软件能够实现车间作业计划的最优排序,计划调度管理,生产进度实时统计、工艺信息的浏览,NC程序的上传与下载,制造资源管理、质量管理等功能。该系统采用B/S模式开发,以Java为开发语言、Oracle9i为数据库平台。该系统实现了与工艺信息及设备层制造信息的集成,在制造车间内实现了产品制造过程的信息闭环式控制与管理。各模块功能描述如下:
计划管理:它是车间制造执行系统的核心,通过输入排序基础信息包括:工艺路线;工作日;设备日加工能力及班次;排产任务。采用基于优先规则的启发式优化算法,以交货期最短、设备利用率最高、生产成本最低为优化目标实现工序作业任务的优化排序,将工序任务下达到各设备的上位机中,接受生产过程的实绩信息,对各个设备的工序完工情况动态统计与直观显示。有机协调整个生产系统,并向决策层反馈计划执行情况。
工艺管理:对车间生产工艺进行存储及浏览,可提供各类人员浏览;对NC程序按照设备型号及所属工序属性识别并进行集中统一管理,可实现程序的上传及下载。编制各设备各工序刀具清单,下达刀具管理人员完成刀具配置任务。
资源管理:实现设备台帐及故障信息的管理,刀具、工装及协作件的台帐管理、出入库信息管理,对各资源状态信息进行查询。刀具配置管理主要实现接收刀具清单,对刀后,将刀具及刀具参数信息传递设备工作站,用于编程及程序调试。
质量管理:实现产品质量检验数据存储与分析、产品检验报告的录入、不合格品管理、废品台帐管理及统计。形成质量报表。将数据库中CMM产生的关键工序检验数据存入系统数据库中,对重点关键质量特征实现统计分析。提供产品检验报告模板,录入相应数据,形成产品最终检验报告。建立废品台帐一定时间内,对废品数量、废品工序分布进行统计;实现量具出入库台帐的查询与管理、对量具收发信息进行管理,对量具检定信息进行管理。
2.2 车间制造执行系统数据模型
分析车间计划、质量检验、工艺文件、设备台帐、工装、刀具台帐等生产管理基本信息表,设计系统数据库。首先需要分析程序模块与数据表的存取关系,形成C-U关系矩阵,矩阵直观地表明程序模块与数据表之间的存取关系,C表示程序模块数据库,U表示程序模块使用数据库,A表示程序模块创建并使用数据库。生产车间系统C-U矩阵如图2所示。
2.3 车间制造执行系统网络模型
制造执行系统功能建立在生产车间局域网环境中,网络连接如图3所示,根据MES功能设置,在车间管理室、工艺室、刀具室、检验室、计划室、调度室、材料室设置计算机终端,执行生产管理各项业务功能。信息输入、查询、统计及生产报表输出。在每台数控设备附近设置一台上位机,数控设备通过上位机连入车间局域网,并实现数据通讯包括工序任务完工报告、设备故障报告、NC程序上传下载。
网络采用两级以太网交换机结构组建,主干为千兆。系统中各计算机终端通过交换机连入车间局域网中,网中各终端通过TCP/IP网络协议进行数据通讯,每台数控设备通过标准的RS-232串口或机床自带的以太网口与其上位机相连,该方法结合了TCP/IP网络的快速性及RS232串口数据传输的可靠性的优点,组成了车间级系统集成网络的混合式结构。系统集成结构图如图4所示。
3 结束语
本文针对发动机缸盖制造过程,设计了基于WEB的B/S结构的的车间制造执行系统,实现车间计划的优化排产与调度、生产全过程的数据信息集成与监控,提高设备利用率。以制造执行系统为数字化管理工具,使生产过程数据处理高效准确,提高车间生产管理效率。
参考文献
[1]王京辉.制造执行系统在航天产品制造车间的应用模型研究[J].航天制造技术,2005,(2):52-54.
[2]杨光,刘利剑,等.面向机械车间的制造执行系统[J].制造业信息化,2007,(4):103-105.
制造执行系统在制药行业的应用 篇8
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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[3]张洁.西门子MES软件在制药行业的应用[J].计算机应用,2013,32(8):21-22.
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[5]蔡宗琰,李小宁.制造执行系统的生产管理控制研究[J].计算机工程与应用,2006(7):184-187.
[6]李隆浩.MES系统在制药企业的应用分析[J].自动化与控制,2013(4):48-51.
[7]李泳湛,杜文雄,邵于宁.制造执行系统(MES)体系结构[J].自动化博览,2008(3):43-45.
[8]熊茂华,喻宏庆.基于MES的大中型制药企业智能ERP信息系统的研究[J].计算机与现代化,2006(8):84-86.
[9]邓全亮,邹云涛,邹益仁.流程工业MES中的数据集成研究及应用[J].计算机工程,2006,32(19):258-260.
企业生产执行系统的构建与实施 篇9
近年来, 企业信息化在各个领域有了长足地发展:一方面, 企业ERP系统如火如荼, 过程控制领域PLC、DCS在高效的车间级流程管理也得到大量应用。但是在工厂以及企业范围信息集成的实践过程中, 仍这样的问题:在计划过程中无法准确及时地把握生产实际状况, 另一方面则在生产过程中无法得到切实可行的作业计划做指导;在生产过程中难以跟踪产品的状态数据、不能有效地控制在制品库存等等。产生这些问题的主要原因仍然在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离, 计划系统和过程控制系统之间的界限模糊、缺乏紧密的联系。
针对这种状况, 逐渐出现了一种新型的企业信息化结构模式, 即三层应用体系结构。上层为ERP系统, 中层为生产执行系统 (MES) , 有的将其称为制造执行系统。下层为生产自动化控制系统。MES处于ERP和生产过程控制系统之间, 负责调度排程、资源 (人和设备等) 优化调度、物料管理、生产质量、工艺控制、能源供应控制、生产过程监控以及必要的数据信息转换等数据集成和应用。
因此, 鉴于企业实际需求与先进管理思想的引进, 青州卷烟厂在2009年-2010年实施了生产执行系统。
为讲述方便, 对青州卷烟厂的MES系统, 以下简称QZMES.
1 系统实施目标
以MES理论为指导, 将现代企业生产管理思想、理念引入企业生产管理, 对企业生产管理流程进行重组和优化, 推动生产管理信息化、自动化、数字化, 提高企业的市场竞争力。
系统总体建设目标如下:①实现以市场为导向, 按订单生产的快速响应机制;②整合可用资源, 联接企业的计划层和操作层, 整合信息孤岛;③优化生产流程, 通过项目实施来梳理、优化现行生产业务流程;④完善管理手段, 将制造过程中的生产计划、进度安排、物料流动、物料跟踪、过程控制等活动全面集成起来, 有机协调这些活动的执行, 提高精细化加工水平。
2 现状调研
2.1 主要生产过程
主要生产流程是, 计划调度处制定生产任务, 并向制丝车间、卷包车间下达;制丝车间根据生产指令, 按照配方加工烟叶、烟梗, 生成成品烟丝。卷包车间根据生产指令将烟丝进行卷接、包装, 最后生成成品。
主要生产任务, 在ERP系统内制定;两个车间的生产控制, 由制丝中控系统、卷包数采系统、物流系统支撑进行, 但各系统之间数据缺乏信息集成。
2.2 生产调度
根据原辅材料供给情况以及工艺标准等, 制定烟丝和成品的生产订单, 主要面向制丝生产和卷包生产。
2.3 制丝生产
制丝车间生产, 包括叶丝处理线:预混处理、一次加料、切丝、二次加料、平库处理、掺配加香、装箱入库;梗丝处理线:梗预处理、切梗加料、梗丝处理十个工序。
连续性生产由制丝中控系统控制执行;物料管理由物流系统进行管理;两个系统共同支撑制丝车间的生产过程。
2.4 卷包生产
卷包生产的由14套卷接包装机组进行生产。每套机组为连续性生产, 各套之间为离散型生产。生产过程由卷包数采系统和物流系统共同支撑。
3 需求分析
3.1 确定MES系统的主要任务
确定QZMES的主要任务是接收ERP系统的生产订单, 按照生产工序/机台进行分解成工单, 并向生产自动化系统下达;生产结束后, 按照生产工单收集生产信息, 汇总处理后向ERP系统反馈, 完成从执行到信息反馈的闭环控制。
3.2 QZMES参与的生产业务流程
3.2.1 接收、分解订单
在ERP中制定制丝烟丝生产订单和卷包成品生产订单后, 通过集成将订单传递到MES系统, MES系统根据两个车间的生产流程, 分解为生产工单。
3.2.2 排产与生产执行
QZMES将分解后的生产工单, 通过集成传递至生产自动化系统, 自动化系统根据生产工单负责工序机台的运行, 物流系统根据生产工单进行原辅材料的出库、半成品和成品的出入库等。
3.2.3 生产信息收集
生产结束后, 生产自动化系统把生产信息反馈至QZMES, QZMES汇总处理后再向ERP系统反馈。从而完成生成完整的生产执行、生产信息反馈的流程。
3.3 技术路线
技术工具采用MES系统专用开发工具与现场开发两者结合的方式。专用工具采用西门子公司的SIMATIC IT套件, 具有与S95标准所规定的功能组件模块, 提供图形化界面开发工具, 结构清晰, 将生产管理流程图形化, 并且在国内有多家成功的应用。现场开发采用ASP.NET、C#技术。
3.4 确定数据集成架构
由于ERP系统、QZMES、自动化系统都是相互独立的系统, 其技术架构都不同, 因此, 为了保证数据信息的正确、及时的进行流转, 确定在QZMES中建立DIS服务器, 所有信息都通它进行信息交换。
4 功能设计
根据需求分析结论、采用的技术实现方式、QZMES管理思想, 从排产调度、制丝生产、卷包生产、集成等模块进行了详细的功能设计。
4.1 排产调度模块
排产调度业务, 是QZMES业务实现的关键所在。该模块担负着接收ERP生产订单, 根据生产车间各工序或机台生产能力及换牌时间等参数, 将生产订单按照工序和机台进行分解, 并在QZMES自动计算各工单的计划开始时间, 最后生成符合生产实际需求的生产工单。QZMES再将工单通过接口下达给制丝中控、卷包数采、物流等生产自动化系统, 以控制生产。
调度人员可以根据实际需求, 调整自动生成的工单。包括工单顺序、生产起止时间等, 然后根据实际生产安排, 选定工单向底层系统进行下发。
4.2 制丝、卷包生产模块
根据生产流程, 结合自动化系统指导生产所需的生产信息, 以及ERP系统生产订单的详细内容, 研究制定了以下内容:①QZMES生产工单信息详细内容:包括ERP生产订单号、QZMES生产工单号、生产牌号、批次、生产工序 (机台) 、生产班次、生产起止时间等内容;②工单与各系统之间的关联关系:QZMES与ERP以ERP生产订单号进行关联, 与自动化系统以工单号进行关联;③生产信息反馈机制:生产信息反馈, 以工单为单位, 在工单结束时由底层系统向QZMES进行反馈;QZMES以订单为单位向ERP系统进行反馈。
4.3 集成
在QZMES范围内搭建DIS服务器, 各系统安装客户端。在DIS服务器中配置各系统的传输通道及接口数据信息内容。
5 开发实施
5.1 基础数据模块
5.1.1 设备模型
针对车间工序、卷接机、包装机、装封箱机、喂丝机等设备, 在SIMATIC IT Framework图形化组件中进行了详细的模型设计, 将工序和机台的生产能力、换牌时间等信息进行了详细开发和定义。
5.1.2 班组管理
生产班次、班组采用SIMATIC IT套件中Shift Calendar组件进行开发, 定义了白班、上半夜、下半夜3个生产班次, 甲、乙、丙、丁4个班组。
5.1.3 工厂日历
结合Shift Calendar组件以及C#语言现场开发结合, 根据实际需求自动按照班次与班组顺序进行生成任意时间段的工厂日历。
5.2 工单管理模块
5.2.1 订单分解
QZMES接收ERP系统的生产订单之后, 按照设计工序和机台模型数据, 采用估算法和二分法相结合的数学算法, 结合实际生产需求 (卷包机组齐开或齐停原则) , 在系统内把生产订单进行分解, 生成具体的生产工单。
5.2.2 工单执行
在工单与底层系统指导生产过程中, MES采用1+1 (生产+预备) 工单生产指导, 由中控系统在每个工艺段发出工单申请, QZMES收到工单申请信号后, 若满足条件, 则将生产工单下达到生产自动化系统。
5.2.3 工单信息反馈
各系统将生产结束的生产信息, 包含产量及消耗, 以工单为单位, 将数据信息打包, 传递到DIS服务器。QZMES接收后, 以工单号为主信息, 将生产信息汇总并打包, 按订单传到ERP系统。
6 系统试运行
在测试稳定的基础上, QZMES进行了上线试运行, 将功能交与了最终用户的业务使用。系统试运行主要内容包括生产订单的分解排产、工单的下达及执行、生产信息的归集及上报。在运行过程中验证了功能的完整性及流程的合理性、数据的准确性。
7 效果
7.1 系统技术创新性
7.1.1 生产建模的运用
QZMES利用SIMATIC IT Framework图形化的生产建模工具, 将生产企业中的生产资源、生产操作流程进行对象化的设计, 来实现各种生产业务流程, 并通过系统集成实现模型与外部系统的交互、协调和调用。
7.1.2 闭环的应用集成
QZMES是集成制造的关键应用, 通过集成实现协同制造。ERP、MES、自动化系统三层高度融合, 形成REPAC闭环。
7.2 系统管理创新性
本企业QZMES在对从订单下达开始到产品完成的整个生产过程进行优化管理, 有效的支持各个关键业务管理以及业务集成, 降低了管理成本, 提高工厂精细化管理水平。
7.3 系统扩展性
QZMES采用的建模平台, 由模型驱动优化排产、指挥调度、质量管理、设备管理等关键业务。而当生产工艺及管理业务发生变化时, 只需修改相应的模型即可。这种基于模型的新型系统架构是系统具有良好扩展性的保证。
8 结束语
总体来讲, QZMES项目的建成, 将使山东中烟青州卷烟厂的制造业信息化建设在技术平台上实现一次大的飞跃, 由此还将带来应用功能上的增强, 精细化加工水平的提高, 从而进一步提高企业的竞争力。
参考文献
[1]唐洪华.流程工业管控一体化的关键——MES[J].自动化博览2005 (12) .
[2]王晓东.具有MES功能的管控系统简述[J].自动化博览, 2006 (4) .
生产制造执行系统论文 篇10
莱芜钢铁集团有限公司数据制造执行系统包括远程值守物资计量、水电风气能源计量、质量检验数据整合处理、发布等子系统。其中开发建设的物资计量网络、能源网络为用户提供满足需要的“订单”式数据, 建立了一整套实时、远程监控、智能的网络数据制造执行信息系统。设计目标是实现物资计量数据、产品质量数据、水电风气等能源数据的实时监控和信息资源的共享, 同时最大限度地满足各管理部门、物流能源管理和生产单位对数据信息的总体需求和个性化的要求, 为莱钢生产经营的日常业务提供方便、快捷、安全的信息数据处理手段。
系统采用C/S和B/S相结合的体系结构, 应用计算机网络集群, 多级容错冗余技术, 以SQL数据库、VS.NET、Delphi为开发平台, 采用流媒体图像识别技术进行车辆自动识别, 计量远程值守、过程监控。采用OLAP数据库挖掘技术实现数据仓库的透视分析、订单式报表检索和趋势分析智能化生产管理功能。系统兼顾前期投资, 整合优化原有资源并创建新系统, 实现了系统的可靠性、先进性、经济性、可扩充性和安全性。
系统自2005年8月投入正常运行以来, 在线运行率达100%, 在一定程度上规范了相关的各项管理制度, 理顺了业务流程, 统一了数据标准, 促进了生产和经营的管理与控制能力, 提高了管理水平和生产效率。同时为企业信息化的后续工作打下了可靠的技术基础。在冶金行业具有广泛推广、应用价值。该项目鉴定结果为国际同行业领先水平, 2006年度获得山东省冶金科技进步一等奖。
生产制造执行系统论文 篇11
最近我的电脑不知道为什么总是时不时的在右下方的任务栏里弹出一个“Windows帮助和支持”窗口，提示数据执行保护（DEP）检测到有害的程序可能试图攻击Windows（如图）。但是我换了几个杀毒软件都没在系统中发现任何问题，请问该怎么让这个提示窗口不再显示？
数据执行保护（DEP）是一种系统自带的防病毒服务，不过当某些第三方程序试图将自己写入到系统关键进程时（如支付宝、网银等安全输入组件），会造成它的误报。用户可以同时按下“开始键+R”快捷键，并在弹出的“运行”窗口中输入“bcdedit.exe/set {current} nx AlwaysOff”关闭这一功能。
插上U盘后提示文件夹不存在
不久前我给自己的U盘安装了一个PE系统，但从此以后这台电脑插任何USB设备总是会弹出一个“文件夹M：不存在”的错误窗口，虽然不影响正常使用，但总弹出这个窗口太讨厌了，请问怎么让它消失？
这可能是你的系统开启了USB设备的自动播放功能引起的，在“运行”窗口中输入“gpedit.msc”进入本地安全策略组，并依次选择“计算机配置/管理模板/系统”，再从右侧窗口中找到“关闭自动播放”项后，选择“启用”即可。
用户库内文件夹变成英文
我使用了一款Windows 7资料转移的小工具移动了用户“库”里的文件夹后，发现“库”里面原本如“我的文档”、“下载”等中文目录变成了“Documents”、“Download”这样的英语文件夹，请问该怎么让它变回中文呢？
Windows 7“库”内的文件夹显示名同它实际路径中的文件名并不是一致的，用户只需在“库”中右击相应的文件夹，并选择“属性”，即可在弹出窗口的“常规”项中自行修改显示名了。
使用IE下载文件名后出现[1]字符
我使用IE浏览器在下载文件时一直有一个奇怪的问题，某些文件在下载完成后文件名的后面会自动多出一个[1]字符，开始以为我下载了2次同样的文件，但仔细检查后并没有这类问题，这是怎么回事？
当用户IE下载一个存在多个“.”的文件名时（如setup.exe.zip），在解析URL的过程中会自动在这个圆点前添加一个[1]，变成setup[1].exe.zip，用户如果不想让这个[1]字符出现，只需在下载提示时将文件名中的“.”删掉即可。
运行计算机管理提示IE版本过低
我在“我的电脑”中右键选择“管理”时，会得到一个“MMC无法在比Internet Explorer 5.5以前的Internet Explorer 版本上运行”，接着就自动关闭了，但我已经是IE8的浏览器了，请问这是什么原因？
这可能是由于储存在注册表中的IE版本信息出错导致的，在运行中输入“REGEDIT”进入注册表界面，并依次打开“HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftInternet Explorer”键值，接下来双击右侧“Version”字符串，并将其数值改为“8.0.6001.18702”即可。
使用无线USB网卡提示“RPC服务不可用”
最近我买了一个无线的USB网卡，已经按说明安好驱动，并且准备将它变成WiFi热点了，但是我用手机连接这个WiFi时总是在“获取IP地址”处自动断开，而且桥接本地连接时出现“RPC服务器不可用”，这是怎么回事？
生产制造执行系统论文 篇12
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
参考文献
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