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離散制造業如何理性踏上MES應用之路

2016-07-29 17:02 [制造執行MES] 來源于:CA168
導讀:MES是繼ERP之后發展起來的技術,在ERP系統中本來就存在一部分MES的功能,如車間任務管理、車間作業計劃、車間統計、車間物料管理、設備管理等。這些系統和ERP的其他經營管理系統緊
       MES是繼ERP之后發展起來的技術,在ERP系統中本來就存在一部分MES的功能,如車間任務管理、車間作業計劃、車間統計、車間物料管理、設備管理等。這些系統和ERP的其他經營管理系統緊密集成。

       近幾年來,制造執行系統MES受到人們的普遍關注,同時,MES的應用也存在許多問題。本文對離散制造業MES的架構、特征、現狀、問題以及與ERP的關系闡述自己的觀點,供大家參考。

       一、制造執行系統的定義和架構

       MES(manufacturing_executionsystems),按照美國AMR研究公司對MES的定義:MES是一個工廠層的信息系統,介于企業領導層的計劃系統與生產過程的直接工業控制系統之間。它以當前視角向操作人員/管理人員提供生產過程的全部資源(人員、設備、材料、工具和客戶要求)的數據和信息。MES在工廠綜合自動化系統中起著中間層的作用。在ERP系統產生的長期計劃的指導下,MES根據底層控制系統采集的與生產有關的實時數據,對短期生產作業的計劃調度、監控、資源配置和生產過程進行優化。功能模塊包括工序詳細調度、資源分配和狀態管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數據采集等模塊。在MES下層,是底層生產控制系統,包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合。圖1是AMR關于MES的三層模型。

圖1MES三層模型

       MES介于業務計劃系統ERP和控制系統之間,它回答如何生產的問題。對于離散制造業企業,MES的三層模型如圖2所示。離散制造業中MES的主要功能包括:柔性生產線FML、柔性制造系統FMS、柔性制造單元FMC、分布式數控DNC、自動化立體倉庫AS/RS、物流運輸自動化及管理、生產準備、作業計劃調度、設備能力狀態管理及監控、生產狀態數據的采集及反饋、質量管理、工裝庫存狀態等。

       二、離散制造業MES的特殊性

       制造執行系統是車間層管理和控制一體化的系統。與流程工業相比,離散制造業的MES存在如下特點:

       (1)離散制造業自身的特性導致生產計劃調度困難。離散制造業企業生產過程是斷續的,生產工藝過程隨零件不同而不同,零件品種規格多,產品結構復雜,使得生產計劃調度十分困難。

       (2)不同形態的車間,管理需求不同。離散制造業企業車間的生產對象不一樣,分為鑄造車間、鍛造車間、熱處理、機械加工車間、裝配車間等。生產批量也不同,分為流水生產車間、多品種小批量生產車間。對于不同形態的車間,管理要求不同。

       (3)底層自動化程度差別大。對于批量流水生產車間,可能由若干條生產線組成,如汽車生產中的沖壓線、裝焊線、油漆線、總裝線等。對于多品種機械加工車間,可能包含數控機床組成的柔性制造系統FMS、柔性制造單元FMC、分布式數控系統DNC等。大量的車間由數控單機加若干普通機床構成,有的鉚焊車間基本上是手工作業,沒有底層自動化可言。所以MES與底層控制系統的集成千差萬別。

       (4)數據采集方式隨底層自動化的不同而不同。數控機床聯網的系統可以直接從數控系統獲取生產信息和機床運行狀態信息;流水生產線可以設置數據采集點采集生產信息;對于手工作業的車間只能靠條形碼、射頻識別RFID等。

       (5)系統集成非常困難。MES系統與ERP的基礎數據、生產計劃、成本管理、質量管理、設備管理、績效管理等有著千絲萬縷的聯系,集成的難度可想而知。MES與底層控制系統的集成也因為設備的千差萬別使集成接口非常困難。

       三、中國離散制造業MES的現狀

       從上海寶鋼20年前引進第一個MES系統至今,中國MES的研究經歷了艱難的發展歷程。從中央到地方,從高校、研究院所到IT公司、自動化公司、企業都開展了大量的研究,在冶金、石化、煙草、食品等行業取得了可喜的成績。但是,定制化開發多、實驗室產品多是MES現階段存在的主要問題,MES應用商品化還有一段路程要走。離散制造業MES系統,在軟件產品、應用廣度和應用深度方面與流程行業相比都有很大差距。圖3是計世資訊2010年MES在行業應用的分布情況。顯然流程行業應用較多,離散制造業只有電子、汽車有所應用。

圖3MES應用行業分布

       四、中國離散制造業MES目前存在的問題

       現階段,我國對MES系統的研究、軟件開發、實施應用都取得了一定的成果,但是離人們的期望仍有較大差距。

       1.MES體系不完整。如前所述,離散制造業的車間生產對象不同,生產組織和生產批量不同,對MES的需求不同。目前還沒有一個產品能涵蓋所有車間類型,處于定制化開發階段,沒有形成成熟的商品軟件。

       2.信息孤島現象嚴重。MES系統與ERP系統的集成接口多:物料需求計劃MRP是MES系統生產任務的源頭,MRP要獲取車間的在制信息;ERP的成本管理要從車間獲取在制數據、各種物料消耗數據;MES要共享物料主數據;設備管理、質量管理都和MES有關。MES和技術信息系統的CAD/CAM/CAPP/PDM也存在集成關系。MES與底層控制系統同樣存在信息集成問題,而且隨著底層控制系統的不同集成的要求各異。集成關系復雜,系統來自不同廠商,集成非常困難,導致信息孤島非常嚴重。

       3.通用性和可配置性差。由于是定制開發,MES系統的通用性、可配置性和可擴展性差。不能適應多種業務需求和流程的變化,影響系統的推廣。

       4.系統的實時性差。面向車間制造的MES系統,系統的實時性要求很高。然而由于數據源的多樣性,缺乏實時數據采集的手段,因而MES系統的實時性差。

       5.智能化程度差。如何形成作業計劃、執行、反饋的閉環控制機制,如何對影響計劃執行的各種干擾因素進行科學的處理,都有待研究和提高。

       五、如何正確運用MES功能

       MES是繼ERP之后發展起來的技術,在ERP系統中本來就存在一部分MES的功能,如車間任務管理、車間作業計劃、車間統計、車間物料管理、設備管理等。這些系統和ERP的其他經營管理系統緊密集成。在設備自動化程度較低的車間,這些功能在很大程度上滿足了MES的需求。但不可否認,ERP中的MES功能與底層控制系統、信息系統間的集成缺失,不支持多種車間的作業類型、數據采集單一等問題仍有待完善。

       現實中有一些企業,他們放棄ERP的這些MES功能,尋求獨立的MES系統,功能和ERP的MES功能完全重疊,卻增加了許多集成的工作量。還有一些制造業企業花費了大量的資金上線ERP系統,但由于各種原因,物料需求計劃MRP沒有運行,當然車間作業計劃、車間物料管理也不可能運行,于是企業撇開ERP,試圖用MES解決生產計劃的問題,這種方法是行不通的。對于一個制造業企業而言,MRP的運行至關重要,企業只有成功運行MRP,才能保證MES功能的數據源頭,企業必須將控制、制造執行系統MES和企業資源計劃系統ERP進行有效地協同整合,才能夠更好地引導企業保持長期的發展利益,MES才能夠成為將計劃落實到執行的利器。

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