离散制造业MES开发与应用

离散制造业MES开发与应用叶文华南京航空航天大学离散制造业MES的特点离散制造业MES的现状与存在问题离散制造业MES系统的关键技术离散制造业MES技术的发展趋势主要内容离散制造模式•离散制造：离散式产品生产，是将原材料加工成零件，经组装部装和总装成为产品。相对于流程制造而言。离散制造业在全国工业中占1/5～1/4，工业增加值占1/5左右，占全国生产总值（GDP）的5%左右。•离散制造模式与产品的复杂程度、企业的加工手段、生产批量等因素有关。–按需求模式分：ETO（订货设计生产），MTO（订货生产），ATO（订货装配生产）、MTS（备货生产）。–按生产批量分：大批量生产、批量轮番生产、单件小批生产、工程类生产。–按工艺组织模式分：按产品组织、按工艺组织等等。–在企业的发展过程中，其生产模式将随着产品生命周期、加工装备自动化水平、社会化协作环境、企业发展战略等因素的改变而变化。实际企业中的生产类型大多为混合模式。MES属于企业管理应用软件的范围，起源于离散制造业，又扩展到流程业。在离散制造业和流程业，生产管理存在着极大差异。即便是流程工业，也差异不小。—例如，炼油工业和化工业，虽说像姊妹俩，但炼油却有油品输、转、调和功能模块，而化工则不需要。至于冶金、轻工甚至其他行业，差异就更大了。当前我国在MES的应用方面，流程行业已明显走在了前面，其理论研究成果、MES产品、应用效益等都比离散制造业突出的多。MES具有行业特点离散制造MES主线•离散制造业MES主线：–制造业务管理的闭环主线：订单→计划→调度→加工制造→反馈；–产品开发主线：产品设计→工艺规划→复杂调度→加工制造→（设计更改）→动态调度→信息反馈。•这是由离散制造业的特殊复杂性决定的：–多品种小批量甚至单件的生产模式使新产品开发频繁，产品设计是离散制造业主要行为之一；–产品结构复杂性导致的制造工艺和流程变化差异很大，工艺规划复杂，导致调度过程十分复杂；–理想追求是产品开发一次成功，实际上由于产品结构复杂性和工艺复杂性，设计更改工作量很大，使得设计过程和制造过程的集成就更加重要。离散制造MES难点•行业化特点难归纳–离散行业MES并没有诸如钢铁、化工等流程行业那样抽象成体现MES行业特性的地方。•底层数据收集的复杂性–对于离散制造企业来说，虽然可以通过数控机床采集底层数据，然而由于制造设备种类繁多，先进机床与老式机床并存，使得机床之间通讯接口不一样，大多数设备与信息化系统集成困难；同时，多数离散行业不存在组态软件的概念，设备基本都是独立运行的；设备层人员主体是工人，信息交互平台需要面向工人操作。•生产排程复杂、困难–生产作业计划变更的几率非常大，生产环境复杂多变，在生产过程中的临时插单、材料短缺等问题时有发生，产品的生产周期受到重点设备生产周期的影响非常大。•工程更改多•标准化的产品难以适应国内企业灵活多变的现场生产环境。我国离散制造MES的现状•MES技术研究上，国内外差别并不大；•MES产品开发和应用方面还处于起步阶段；•MES应用重点：–在生产过程管理功能，包括现场数据采集和处理、作业计划与动态调度、物料管理与配套、生产统计与分析等；–与条形码的数据采集设备集成；–与ERP、PDM、CAPP集成。(1)MES体系还不完整基本功能不完善，缺乏过程管理与优化等面向典型行业的核心模块。针对离散制造业尚无完整、系统的MES解决方案和成熟的软件产品。(2)缺乏MES技术标准MES的设计、开发、实施、维护缺乏技术标准，影响了MES产品的技术性能，加大了系统开发和应用的成本，与国外同类MES产品竞争没有优势。(3)集成性还没有完全解决由于缺乏统一的工厂数据模型，MES各功能子系统之间以及MES与企业其它相关信息系统之间缺乏必要的集成，导致MES作为企业制造协同的引擎功能远未得到充分发挥。离散制造MES的主要问题(4)通用性和可配置性较差现有系统通常针对特定需求，很难应对企业业务流程的变更或重组，由于缺乏基于工厂数据模型的数据集成技术，系统的可配置性、可重构性、可扩展性较差，严重制约MES系统的推广应用。(5)实时性不强MES作为面向制造车间的实时信息系统，实时性是实现MES功能的基础。现有系统缺乏准确、及时、完整的数据采集与信息反馈机制，在底层数据的实时采集、多源信息融合、复杂信息处理及快速决策等方面非常薄弱。(6)智能化程度不高MES中所涉及的信息及决策过程非常复杂，由于缺乏智能机制，现有MES大多只提供了一个替代经验管理方式的系统平台，通常需要大量的人工干预，难以保证生产过程的高效和优化。如何将生产管理者的经验固化在MES系统中，在我国MES研究开发中还没有涉及。离散制造MES的主要问题•重控制，轻管理；•重局部，轻集成；•重平台，轻应用；•重案例，轻标准；•重方案，轻产品；•重记账，轻优化；•重刚，轻柔。离散制造MES的主要问题离散制造MES系统关键技术建模体系结构功能模型实时数据采集与发布基于实时信息的计划排程系统集成离散制造MES体系结构•C/S•B/S–SOA（service-orientedarchitecture）—服务导向架构，是一种应用框架，它着眼于日常的业务应用，并将它们划分为单独的业务功能和流程，即所谓的服务。SOA使用户可以构建、部署和整合这些服务，且无需依赖应用程序及其运行计算平台，从而提高业务流程的灵活性。•离散制造业MES:C/S+B/S混合结构(中心机房)(生产区域1)终端PDA无线连接OracleEBS服务器有线连接有线连接MESRCS-CCS服务器终端PC无线连接有线连接ERP服务器MES服务器离散制造MES体系结构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数据采集产品跟踪和产品清单管理性能分析MESCMC/PDM协调制造商务/产品数管理ERP企业资源计划CRM客户关系管理SCM供应链管理T&L运输与后勤Automation自动化物料管理功能模型MES系统制造基础数据维护作业计划与调度物料与在制品管理制造人力资源管理外协管理与跟踪派工与过程跟踪综合统计与分析工装工具管理信息发布与查询管理图纸文档跟踪管理DNC控制设备维护管理集成接口订单跟踪设计制造计划管理外购物料与资源需求计划管理成套生产计划管理功能模型实时数据采集与发布采集方式条形码IC卡RFIDPLC集成DNC技术采集手段PC＋ScannerPDA采集地点现场采集网络有线网络和无线网络条码设计设计原则•一致性•可视性•全面性•经济性•唯一性–条码规范•条码类别＋物品编码＋追溯号＋流水号–条码的可追溯设计•每一个物理标签内容为追溯链的基本单位–条码标签的生命周期和状态控制实时数据采集与发布质量控制——正向追溯和返溯客户供应商XXXXX001销售订单XXXXX002PK-XXXXX00121XXXXXXXX21XXXXXXX121XXXXXXX209XXXXXXXX22XXXXXXX522XXXXXXX4原材料泵体22XXXXXXX2供应商汽缸09XXXXXXXX09XXXXXXX309XXXXXXX309XXXXXXX3生产批生产批生产批供应商供应商制造批号原材料半成品包装和产品产品&包装滑块压缩机储液器实时数据采集与发布系统用户列表信息组列表发布人选择一个或多个接收人查看实时信息并进行处理接收人反馈处理结果实时信息发布查看处理结果并评价事后统计与分析现场实时事件实时数据采集与发布基于实时信息的计划排程•FLOW-SHOP•JOB-SHOP–可视化–有限能力计划–调度规则–网络计划–JIT–约束理论（TOC)–高级计划与排程（APS）网络计划+约束理论倒排顺排瓶颈工序10203040关键路径：顺排计划计算最早开工时间非关键路径：倒排计划计算最晚开工时间+按关键工序调整松弛时间零件工艺EBOMMBOM单代号网络计划基于实时信息的计划排程所有工装部分工装少部分长周期零件工装制造计划编制（主计划）成套物料需求计划派工零部件工序计划所有工装简化模式简化模式标准模式基于实时信息的计划排程电子商务EC，商业智能BIFML/FMS/FMC作业计划调度，设备能力状态，物流运输，质量管理，数据采集，工装库存状态，自动化立体仓库，数控编程DNC，CNC数控系统，现场总线，PLC，AGV管理信息系统制造执行系统底层控制系统SRMERPCRM销售，分销服务，运输市场，客户供应商，采购，运输，VMI，接收生产，财务，成本，物流，设备，质量，人力资源，绩效工程数据，OA，门户。。系统集成车间加工单单元调度单派工单全厂物料需求计划ERP系统操作指令/NC程序数据采集系统PLC/设备控制系统制造设备操作人员/设备/零件状态信息单元现场信息车间现场信息全厂现场信息ERPMES设备控制设备层单元层车间层工厂层控制层次各系统覆盖范围计划与指令流程数据反馈流程外部系统集成企业ERP工装CAD/CAPP/CAM/PDMMES系统生产现场操作与管理人员、机床工装订单材料库存BOM物料属性工艺路线NC程序工艺规程派工指令NC程序订单完成情况材料需求领料单生产进度生产完工信息质量检验信息例外与报警信息外部系统集成离散制造MES的发展趋势集成制造系统技术敏捷制造可重构制造技术协同制造精益制造制造系统技术的发展离散制造MES的发展趋势信息技术发展B/S体系结构JAVA技术分布对象与组件技术智能多代理技术工作流技术知识工程OLAP、数据仓库无线通信技术OPC技术离散制造MES的发展趋势可集成性(integratability)可适应性（adptability）可重构性(reconfigurability)可扩展性(extensibility)可靠性(realiability)产品性能要求离散制造MES的发展趋势•设计面向对象的MES模型以支持应用集成。•设计分布式MES对象网络以支持实时活动。•设计MES工作流模型以支持各种控制策略，加强过程管理。•设计基于知识的规则以支持管理基于MES的产品。•集成CORBA/STEP以实现与PDM的无缝集成。•设计MES智能代理以支持虚拟企业中MES应用。离散制造MES的发展趋势管理信息化，首先要理顺管理，然后才是信息化；不是一个交钥匙工程，系统实施的工作量比较大，需要业务人员和信息化专人共同配合；全面规划、分步实施，切忌目标过大、要求过高；领导支持（人、材、物及关键点的决策）MES是一个人际交互系统，只是一个工具；基础数据（BOM、物料数据、工艺路线、生产提前期等）的准备工作量大、要求准确；对实施的难度要有足够的认识。几点认识谢谢！叶文华南京航空航天大学机电学院电话：[phone]电子邮件：[e-mail]