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COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20201/62MES技术及应用—概论饶运清ManufacturingExecutionSystem华中科技大学机械学院COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20202/62概论提纲一、MES是什么？——定义二、为什么需要MES？——背景三、MES能够做什么？——功能四、MES的发展与应用情况——效益COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20203/62一、MES是什么？MES是“ManufacturingExecutionSystem”的英文缩写，中文翻译为“制造执行系统”、“生产实施系统”、“工艺执行系统”等。简单地讲，MES是面向制造车间的生产管理技术与实时信息系统。MES主要解决车间生产任务的执行问题。它填补了企业上层生产计划与车间底层工业控制之间的信息“断层”。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20204/62制造企业生产计划及运作体系经营目标综合生产计划（生产大纲）主生产计划（MPS）物料需求计划（MRP）自制件投入出产计划外购件需求计划能力需求计划粗能力需求计划企业战略层战术管理层操作执行层预测现有资源车间生产作业计划作业统计与控制采购订单供货单位信息反馈库存状态文件产品结构文件COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20205/62计划层执行层企业生产计划与控制分解战术层生产计划平衡能力与负荷协调资源与任务生产任务静态排序生产任务动态调度资源实时动态分派执行设备系统状态实时数据采集数据分析与计划状态存在偏差PAC决策支持作业计划层生产调度层生产活动控制层存在严重偏差反馈至战术层否是COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20206/62企业通过MRP/MRPII/ERP等计划管理系统确定各车间的零部件投入出产计划，将全厂性的生产计划变成各车间的生产任务。各车间要完成既定的生产任务，还必须进行车间生产作业计划与控制。作业计划与控制的内容：根据下达的车间任务，生成车间作业计划并输出派工文件作为生产依据；通过对生产记录分析，实现对各工作单元和设备任务进展情况的跟踪与监控，确保作业计划按时完成。为实施作业计划与控制，必须同时对车间设备、物料、人员、信息、数据等资源及过程进行有效管理。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20207/62企业生产运作三层论一般地，将企业的生产运作管理流程抽象为三个层次，即计划层、执行层和控制层：计划层按照客户订单、库存和市场预测情况，安排生产和组织物料。执行层根据计划层下达的生产计划、物料和控制层的工作情况，制定车间作业计划，安排控制层的加工任务，对作业计划和任务执行情况进行汇总和上报；当生产计划变更、物料短缺、设备发生故障、出现加工质量等问题时，执行层对作业计划进行及时调整，保证生产过程正常进行。控制层，又称设备层，通过控制指令驱动设备完成产品的加工或装配。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20208/62计划与决策MES系统计划层执行层控制层协作工厂供货商原材料响应时间因子客户产品1X10X100XERPSCMCRMC3P车间事务：设备/人力/时间/材料/工艺/在制品/产成品基础自动化设备COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/20209/62MES概念的提出为了填补计划层与控制层之间的信息断层，上世纪80年代中期，美国先进制造研究机构(AMR)首此提出MES的概念，明确指出：MES是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。它为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态信息。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202010/62MES将企业上层的生产计划系统与车间底层的设备控制系统联系起来，填补了两者之间的鸿沟，打通了工厂的信息通道。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202011/62MES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COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202012/62MES体系结构示意图COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202013/62MES发展大事记20世纪80年代末，美国先进制造研究机构(AMR)首先提出MES的概念1992年，美国成立以宣传MES思想和产品为宗旨的贸易联合会—MES国际联合会（MESAInternational）1997年，MESA发布修订后的6个关于MES的白皮书，对MES的定义、功能与应用等问题进行了详尽的阐述1999年，美国国家标准与技术研究所（NIST）在MESA白皮书的基础上，发布有关MES模型的报告，将MES有关概念规范化2000年，美国国家标准协会（ANSI）致力于MES标准化工作（ANSI/ISA-95）2004年，MESA提出了协同MES体系结构(c-MES)。MESA改名为“制造企业解决方案协会”(ManufacturingEnterpriseSolutionAssociation)COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202014/62MES定义MES汇集了车间中用以管理和优化从定单下达到生产完成全过程中的所有活动的硬件或软件组件，它控制和利用准确的制造信息，对车间生产活动中的实时事件做出快速响应，同时向企业决策支持过程提供相关生产活动的重要信息。AManufacturingExecutionSystemisacollectionofhardware/softwarecomponentsthatenablesthemanagementandoptimizationofproductionactivitiesfromorderlaunchtofinishgoods.Whilemaintainingcurrentandaccuratedata,anMESguides,initiates,respondstoandreportsonplantactivitiesastheyoccur.AnMESprovidesmission-criticalinformationaboutproductionactivitiestodecisionsupportprocessesacrosstheenterprise.——MES国际联合会-MESAInternationalCOPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202015/62MES定义解读MES定义中包含了以下四个基本观点：（1）软硬一体：MES是一个集成的计算机化的系统(包括硬件和软件)，它是用来完成车间生产任务的各种方法和手段的集合。（MichaelMcClellan）COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202016/62（2）全局性：MES对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理，而不是单一的解决某个生产瓶颈。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202017/62（3）及时性：MES实时收集生产过程中数据和信息，并做出相应的分析和快速响应。当车间发生实时事件时，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。MES对这种状态变化的迅速响应使得车间生产过程得以优化执行。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202018/62（4）信息中枢：MES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生产行为的KPI信息。因此，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乃至整个供应链的信息集成。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202019/62二、MES产生的背景1.车间层生产管理系统本身发展的需要2.填补计划层与控制层之间信息断层的需要3.其它先进制造及管理模式发展的需要4.相关技术的发展为MES提供了技术支撑COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202020/62MES产生的背景在MES概念出现之前,车间生产管理依赖若干独立的单一功能软件，如车间作业计划系统、工序调度、工时管理、设备管理、库存控制、质量管理、数据采集与监控等软件来完成。这些软件之间缺乏有效的集成与数据共享，难以达到车间生产过程的总体优化。为了提高车间生产过程管理的自动化与智能化水平，必须基于统一信息平台对车间生产过程进行集成化管理，实现信息集成与共享，从而达到车间生产过程整体全局优化的目标。（1）车间生产管理系统本身发展的需要COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202021/62MES产生的背景虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。作为连接两者的桥梁，MES应运而生。（2）填补计划层与控制层之间信息断层的需要COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202022/62MES产生的背景计算机集成制造系统（CIMS）：对车间层制造过程及管理自动化以及与其它分系统集成的需求；JIT/精益生产：对生产现场实施“零库存”控制的需求；网络化制造：对车间生产过程及数据管理信息化、集成化、网络化的需求；敏捷制造：对车间生产过程集成化、智能化、柔性化的需求。（3）其它先进制造与管理模式发展的需要COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202023/62MES产生的背景计算机网络、数据库及计算机软件技术的发展：Internet/Intranet/LAN/FieldBus/MAP，大型分布式数据库，分布式对象计算、软总线及组件技术等；自动控制与传感检测技术：PLC/DCS/SCADA，智能仪表，数字传感器，网络数控技术等；计算机辅助生产管理技术的普及与发展：生产计划与控制，设备管理，工具管理，质量管理与控制，过程管理及工作流技术等。（4）相关技术的发展为MES提供了技术支撑COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202024/62MES在我国受到青睐的背景制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中心地位“以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力的跨越式发展”是我国的既定国策。纵观我国制造业信息化系统应用的历史和现状，建设的重点普遍放在C3P、ERP管理系统和现场自动化系统(SFC)三个方面，在车间生产管理上大多处于粗放式管理模式。企业计划层与过程控制层之间出现信息断层问题，严重制约我国制造企业的信息化建设。COPYRIGHT©HUSTMES技术及其应用·华中科技大学机械学院1/11/202025/62我国制造业信息化现状相对设计与管理,围绕车间层信息化的研究比较匮乏车间层制造信息的研究相对较少CADCADCAT