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1、专题二：CIMS组成与体系之MES,现代集成制造系统,朱海平机械学院制造装备数字化国家工程中心/工业工程系,Why MES?,设想自己是一个汽车生产车间管理者，请你回答以下问题如何告诉客户何时能交货？如何告诉企业领导本车间每月/每日生产效率如何？如何告诉物流系统什么时候该送哪些零部件到生产线上？如何告诉车间操作者今天的工作任务是什么？如何告诉车间设备维修者哪些设备已经到了临界期，需要维护或维修了？如何迅速找到某个汽车产品所用的发动机是何时生产的？轮胎是哪个供应商提供的？如何为ERP提供每天库存物料的消耗数量？,Why MES?,工厂管理所面临的问题无法立即知道与掌握生产线状况必须投入大量人力收
2、集报表资料及重复抄写所得到的资料已失去时效性不同部门会投入人力收集类似的资料不同部门会提出不同的数据并各执一词资料太过庞大与复杂，难以整理与分析难以找到问题的重点,什么是MES？,制造执行系统（MES，Manufacturing Execution System）是用来辅助生管人员收集现场资料及控制现场制造流程的应用软件，是提供企业改善制造过程、提高生产效益的工具。它是将企业生产所需的核心业务如订单、供货商、物管、生产、设备保养、品管等流程整合在一起的信息系统，它提供实时化、多生产型态架构、跨公司生产管制的信息交换；可随产品、订单种类及交货期的变动弹性调整参数等诸多能力，能有效的协助企业管理存
3、货、降低采购成本、提高准时交货能力，增进企业少量多样的生产控管能力。,制造执行系统（MES）,MES的定义：定义一（AMR定义）MES是在公司的整个资源按其经营目标进行管理时，为公司提供实现执行目标的执行手段，通过实时数据库连接基本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供业务计划系统与制造控制系统之间的通信功能。定义二（MESA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进行相应的指导和处理。,制造执行系统（MES）,MES的发展历史：,MES的产生,Purdue五层模型,MES
4、的产生,ERP/MES/SFC三层结构,国际标准？,ISA-95MESAOpenMES,制造执行系统（MES）,ISA-95 MES功能模型,MESA的模块化分,MESA将MES的按照功能划分为11个模块：资源分配与状态管理（Resources Allocation and Status）运作/细化调度（Operation/Detail Scheduling）生产单元分派（Dispatching Production Unit）文档控制（Document Control）数据采集与获取（Data Collection/Acquisition）劳动力管理（Labor Management）质量管
5、理（Quality Management）过程管理（Process Management）维护管理（Maintenance Management）生产跟踪与记录（Product Tracking and Genealogy）性能分析（Performance Analysis）,MES 的功能,Controls,车间设备控制,SCM,供应链管理,MRPII/ERP,企业资源规划,SSM,服务销售管理,MES,制造执行系统,P/PE,产品及工艺设计,MESA的功能模型,MES功能概述,MES功能详解,1.资源分配与状态(Resource Allocation and Status)：管理各种资源（
6、包括设备、工具、材料和其它辅助设备，以及派工单、领料单、工序卡等相关作业指令和文件等确保设备正常开工所必需的实体），跟踪资源状态并维护一个详细的历史记录，提供资源的实时状态信息。它保证设备能够适时地安装调整以及其它资源（如文档）能够及时获取。资源管理包括对资源的保存与分派以支持操作/详细调度功能，满足操作调度目标。,MES功能详解,2.操作/详细调度(Operations/Detail Scheduling)：基于优先级、属性、特性以及制造方法与工艺等进行作业排序，使得设备的调整或准备时间最少。根据不同的加工路径以及加工路径的重叠与并行情况，通过计算出它们加工时间或设备负荷获得较优的加工顺序或
7、路径。生成工序计划（即详细计划）以满足用户定义的运行目标。,MES功能详解,3.分派生产单位(Dispatch Production Units)：根据生产计划和详细排程，管理作业、订单、批次、工作指令等形式的生产单位的流程。以适当的顺序分派信息，使其在正确的时间到达正确的地点。针对生产过程中出现的突发问题及时修改作业指令，调整加工顺序。它具有变更预定排程/生产计划的能力，通过重新安排生产和补救措施，改变已下达的计划，并具有通过缓冲管理来控制在制品数量的能力。,MES功能详解,4.文档管理(Document Control)：控制、管理、交付与生产单位相关联的信息包，包括工作指令、制造方法、图
8、纸、标准操作规程、零件加工程序、批次记录、工程更改通知以及交班信息等。它支持编辑预定信息和维护文档历史版本。还包括对环境、健康、安全等方面法规以及ISO标准信息的管理。,MES功能详解,5.数据采集/获取(Data Collection/Acquisition)：获取和更新用于产品跟踪、维护生产历史记录以及其它生产管理功能的生产信息（如对象、批次、数量、时间、质量、过程参数、设备启停时间、能源消耗等）。它可使用扫描仪、输入终端、与制造控制者的软件界面以及其它软件等方式相结合，以手工或自动方式在车间采集最新的数据来实现上述功能。这些数据可能存在于生产单位相关的文档/记录中、来源于底层DCS或PL
9、C装置中，或采用其它方式获得，它们是性能分析的数据源。,MES功能详解,6.劳工管理(Labor Management)：提供最新的人员状态信息，包括时间和出勤记录、资质跟踪以及追踪其间接活动的能力（如领料、备料、准备时间等），作为成本分析和绩效考核的依据。它与资源分配进行交互以确定最优的人员分派。,MES功能详解,7.质量管理(Quality Management)：从生产过程实时采集质量数据，对质量数据进行分析、跟踪、管理和发布。运用数理统计方法对质量数据进行相关分析，监控产品的质量，同时鉴别出潜在的质量问题。分析造成质量异常的操作、相关现象与原因，提出纠正或校正的措施，或提出质量改进意见
10、和计划。也可以包括SPC/SQC跟踪、离线检测操作以及在实验室信息管理系统(LIMS)中分析。,MES功能详解,8.过程管理(Process management)：监视生产过程，自动纠偏或为操作者提供决策支持以纠正和改善在制活动（这种活动既可以是工序内，也可以是工序间）。它可包括报警管理。可能通过数据采集/获取提供智能设备与MES的接口。NIST认为过程管理活动已在分派与质量管理中描述；MESA将其单列，是因为该活动可能由一个单独的系统来执行。,MES功能详解,9.维护管理(Maintenance Management)：跟踪和指导设备及工具的维护活动以保证这些资源在制造进程中的可获性，保证
11、周期性或预防性维护调度，以及对应急问题的反应（报警），并维护事件或问题的历史信息以支持故障诊断。对生产过程中的设备(含刀具、夹具、量具、辅具)进行管理，记录设备的基本信息(加工范围、精度、对象、持续工作时间等)、设备当前状态(设备负荷、可用性)、设备维修计划、设备故障和维修情况等。,MES功能详解,10.产品跟踪和谱系(Product Tracking and Genealogy)：提供所有时期工作及其处置的可视性。其状态信息可包括：谁在进行该工作；供应者提供的零件、物料、批量、序列号；任何警告、返工或与产品相关的其它例外信息。其在线跟踪功能也创建一个历史记录，该记录给予零件和每个末端产品使用
12、的可跟踪性。在制品(WIP)跟踪；产品/生产的历史数据存储和管理,MES功能详解,11.性能分析(Performance Analysis)：提供实际制造操作活动的最新报告，以及与历史记录和预期经营结果的比较。运行性能结果包括对诸如资源利用率、资源可获取性、产品单位周期、与排程表的一致性、与标准的一致性等指标的度量。,MES功能详解,12.物料管理：管理物料（原料、零件、工具）及消耗品的运动、缓冲与储存。这些运动可能直接支持过程操作或其它功能，如设备维护或安装调整。该功能为NIST所追加，它认为上述物料管理活动与资源分配和跟踪功能的关系并不明确。,MES功能分类,核心功能：与生产过程管理直接相
13、关，提供生产管理最基本功能。相互关联，集成而不可分割。主要涉及制造资源和工作订单管理。辅助功能：生产过程管理的外围或支持活动。扩展MES涵义的广度。,核心功能（5+1）,资源分配与状态管理（Resources Allocation and Status）运作/细化调度（Operation/Detail Scheduling）生产单元分派（Dispatching Production Unit）数据采集与获取（Data Collection/Acquisition）生产跟踪与记录（Product Tracking and Genealogy）物料管理（Material Management）计划
14、系统接口(Planning System Interface),“生产管控”是贯穿于整个MES核心功能的主线,辅助功能（6）,文档控制（Document Control）劳动力管理（Labor Management）质量管理（Quality Management）维护管理（Maintenance Management）性能分析（Performance Analysis）过程管理（Process Management）例外管理(Maintenance Management)员工考勤管理(Time and Attendance)供应商管理(Supplier Management),MES 的发展与
15、应用情况,财务系统,MRP,P/S,MES,MRPII,预测,DRP,I-MES,ERP,新一代解决方案 同步化 模块化 面向对象 行业集中 具有伸缩性 基于战略,SCM,MES 技术在国际上的发展历程,专用MES（Point MES）,集成化MES（Integrated MES）,可集成的I-MES（Integratable MES）,智能化第二代MES（MESII）,下一代MES,MES 在国际上的应用情况,MES在发达国家已实现产业化，其应用覆盖离散与流程制造行业和领域:半导体、电子、机械、航空、汽车、医疗、食品、酿酒、石油、化工、冶金等，并给企业带来了巨大的经济效益。据AMR和MESA
16、于1997年提供的数据：1993年MES的市场销售额为1.5亿美元，1994-1995年的销售额以大约30%的速度增长，这一增长速度将继续保持到2000年。MES的出现和普及，对国外生产管理界也产生了深远的影响。在国外很多行业应用中MES已和ERP相提并论。MES是目前世界工业自动化领域的重点研究内容之一。,MES 在国际上的应用情况,MES 在中国的发展与应用情况,MES 在中国的发展与应用情况,MES思想在20世纪90年代中期引入我国，1999年国家863高技术发展计划首次将MES纳入CIMS主题进行探索性研究。国家“十五”863将流程MES作为重点项目进行资助，取得了一批研究与应用成果（
17、如可集成的MES、基于构件的可重构MES、知识化MES、基于WEB的MES、敏捷化MES理论等），并对离散MES进行初步研发。,MES 在中国的发展与应用情况,制造业水平的提高，不单是采用设备自动化，提高生产管理信息系统的效率显得更为重要。在我国，MRPII、ERP已逐渐趋于成熟与普及，而面向制造执行层的MES软件在开发与应用方面还比较薄弱。随着企业信息化应用水平的不断提高，企业逐渐认识到实现企业计划层与车间执行层的双向信息流交互，通过连续信息流来实现企业信息全集成，是提高企业敏捷性的一个重要因素。,MES 给企业带来的利益,MESA分别在1993年和1996年以问卷方式对若干典型企业进行了两
18、次有关MES应用情况的调查这些典型企业覆盖如下七大行业：医疗产品，塑料与化合物，金属制造，电气/电子，汽车，玻璃纤维，通讯这些企业中，75%为离散制造企业，16%为批量/流程制造企业，9%为混合型企业，它们平均应用MES的时间为2.3年以下数据是这两次调查的结果,可量化的直接经济利益,难以量化的间接经济利益,满足客户要求的高质量响应；提高制造系统对变化的响应能力以及客户服务水平；均衡企业资源的利用率，优化产能，提高运作效率；大大缩短企业投资回报周期；通过员工授权，大大提高企业员工的工作能力与效率；提高企业敏捷性，增强企业核心竞争力。某企业的观点颇具代表性：“MES的实时数据不仅给工厂日复一日的
19、运作带来了显著的优势，更重要的是改善了对客户的服务”。,MES对生产运作管理的最大影响,实时的订单状态、设备状态、库存可视性；实时的作业优先级，提供对工厂管理的实时信息；调度，分派，发到车间的e-mail；客户订单的跟踪与可跟踪性；实时的车间数据采集。另一个显著发现：知识化和员工授权改变了员工的精神状态，减少了监督，提高了工作效率。,MES给生产运作人员带来的好处,某汽车供应制造企业：生产线上的员工操纵数据，工头做他们自己的作业分派对所有的班次都是如此。某扣件系统制造企业：工头现在能够批准薪水册，并且不用离开办公室就可以对其手下员工的工作进行调度。某医疗产品制造企业：它允许操作者访问e-mai
20、l信息并参与到该系统中来，而不是抵触。某电气设备制造企业：每个操作者可以完全访问所有的订单信息和过程/装配信息，操作者不再被动地从工头那里等 信息。,MES给生产运作人员带来的好处,人们不再问：下一步干什么？积极适应新系统，操作者成为主人对定单和库存的更好控制即时可获的更多信息使员工为“知识工人”，他们热情高涨管理人员可在线访问更全面的信息(不再通过手工方式)，有更多时间从事管理工作生产流程可视化，管理人员成为了教练便于进行库存控制，利于减低成本、规划生产更快的反应时间，生产经理能够下到车间而不是在桌子处理数字,MES给生产运作人员带来的好处,丰富的员工授权，人们不必等事做，即时可获的信息使工
21、作更有效，能作出更好的决策知道下一步工作是什么，并且能够获得更好的准备时间改善了制造和计划调度之间的通讯条形编码的容器提高操作自动化，它没有MES系统将无法运行能够从桌面获得信息，车间不必有MRP，减少了文书工作，具有更好的责任性及时提供的信息使员工能够实时看到有什么，需要干什么数据的访问率从10%提高到100%整个车间对每个人而言都是“可见的”,制造执行系统（MES）,ISA-95：MES的应用范围,制造执行系统（MES）,MES与CIMS中其他模块的关系,？,MES 的主要作用,填补了上层生产计划与底层工业控制之间的鸿沟,上层生产计划层,底层设备控制层,生产什么,控制指令,计划,控制,计划
22、/执行/控制三层之间的信息流,MRPII/ERP时间因子：100X,MES时间因子：10X,控制层时间因子：1X,人员,设备,要生产什么？,生产方法指令,生产了什么,操作结果,操作状态,生产了什么？是如何生产的？,生产方法及人员指令,生产结果及人员反馈,设备操纵控制,输入/输出传感器值,MRPII/ERP与MES之间的信息流,MRPII/ERP预测成本生产计划产品定义工艺定义人力资源采购分销,MES资源分配/状态操作调度生产分派文档控制数据采集在制品状态/跟踪质量管理性能分析过程管理产品跟踪及谱系维护管理,产品需求BOM/图纸/零件程序生产方法/资源工艺规程人员特性库存状态生产指令,订单状态/
23、完成情况资源状态/利用情况人员状况/利用情况物料状况/利用情况实际的BOM/图纸/方法实际的加工路线/工艺产品谱系，废品/次品,MES与控制层之间的信息流,CONTROL监视与传感过程，设备，环境人员，物料控制机器控制调整控制实时质量控制高级过程控制操作过程排序机器与过程指令人员指令人机接口安全，维护,MES资源分配/状态操作调度生产分派文档控制数据采集在制品状态/跟踪质量管理性能分析过程管理产品跟踪及谱系维护管理,过程指令：方法/工作指令/零件程序操作员指令：预定/预防性维护物料安全指令（文档）机器操作指令（文档）,过程状态（工序进展）批次结束报告特别查询（设备运行参数）物料分析（使用状况）事件:时间/日期/批/警报数据采集,MES与CIMS中其他模块的关系,END,
