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浩物联科技,精益理念

时间:2019-10-09 08:24来源:www.3559.com
原标题:企业的MES管理系统应用各模块的功能,浩物联科技 MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用——在MRPII、ERP系统产生的长期计划的指导下,MES根据底层控制系统采集的与生产

原标题:企业的MES管理系统应用各模块的功能,浩物联科技

MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用——在MRP II、ERP系统产生的长期计划的指导下,MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据,对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。那么,MES依靠哪些技术、模块实现这一目标?尤其是与ERP、控制系统如何实现协作呢?
  作为一种计算机辅助生产管理系统,MES重要使命就是实现企业的连续信息流。它包含了许多功能模块。通过实践,MESA(MES国际联合会)归纳了十一个主要的MES功能模块,包括工序详细调度、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、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集等模块。
  对于这个归纳,业界还有一点争议。NIST(美国国家标准与技术研究组织)在向OMG(Object Management Group,对象管理组织)提交的《NIST Response to MES Request for Information》报告中就认为:MESA的归纳中,过程管理不应单独作为一个功能模块,而应该添加一个物料管理模块。我们也认为,MES应具有物料管理功能。

  携手上下层、优化数据流

  通过上述这些模块有效协作,MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用。在MES下层,是底层生产控制系统,包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或这几种类型的组合;在MES上层,则是高层管理计划系统,包括ERP、MRP II。
  从时间因素分析,在MES之上的计划系统考虑的问题域是中长期的生产计划(时间因子=100倍),执行层系统MES处理的问题域是近期生产任务的协调安排问题(时间因子=10倍),控制层系统则必须实时地接收生产指令,使设备正常加工运转(时间因子=1倍)。它们相互关联、互为补充,实现企业的连续信息流。
  从层次角度分析,制造企业的控制结构可划分为工厂层(或公司层)、车间层、单元层和设备层。其中,单元层相当于一般企业的工段或班组。通常,ERP系统处于工厂层和车间层,有时会扩展到单元层。设备控制系统处于设备层,有时会扩展到单元层。而MES则总是处于车间层与单元层。因此,MES与ERP在车间层(有时包括单元层)在功能上会有部分重复,MES与设备控制系统在单元层有时也会有部分功能重叠,如图1所示。

MES(Manufacture Executive System) 制造执行系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。在90年代初,MES是由美国先进制造研究机构AMR公司提出的,旨在加强MRP计划的执行功能,把MRP计划通过执行系统同车间作业现场控制系统联系起来。AMR将MES​定义为“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”,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。目的是解决工厂生产过程的黑匣子问题,实现生产过程的可视化、可控化。

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企业的MES管理系统应用各模块的功能,MES管理系统的任务是根据上级下达的生产计划,充分利用车间的各种生产资源、生产方法和丰富的实时现场信息,快速、低成本地制造出高质量的产品,其生产活动涉及订单管理、设备管理、库存跟踪、物料流动、数据采集,以及维护管理、质量控制、性能分析和人力资源管理等。MES管理系统汇集了车间中用以管理和优化从下订单到成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件,它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动,同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。

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MES的体系架构

数字化车间将信息、网络、自动化、现代管理与制造技术相结合,在车间形成数字化制造平台,改善车间的管理和生产等各环节,从而实现了敏捷制造。

MES是数字化车间的核心。MES通过数字化生产过程控制,借助自动化和智能化技术手段,实现车间制造控制智能化、生产过程透明化、制造装备数控化和生产信息集成化。车间MES主要包括车间管理系统、质量管理系统、资源管理系统及数据采集和分析系统等,由技术平台层、网络层以及设备层实现。

导读:MES系统作为解开生产过程的黑箱、连接ERP与车间管理的关键技术,越来越多的得到制造企业的关注和认可。能否成功实施和应用MES是企业实现提高生产效率,降低成本等信息化建设目标的关键所在。

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  图1 计划控制与信息反馈流程及MES与ERP、设备控制系统之间的关系

MES执行系统构成

MES由车间资源管理、生产任务管理、车间计划与排产管理、生产过程管理、质量过程管理、物料跟踪管理、车间监控管理和统计分析等功能模块组成,涵盖了制造现场管理等方面。MES是一个可自定义的制造管理系统,不同企业的工艺流程和管理需求可以通过现场定义实现。

1、车间资源管理

车间资源是车间制造生产的基础,也是MES运行的基础。车间资源管理主要对车间人员、设备、工装、物料和工时等进行管理,保证生产正常进行,并提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息。

2、库存管理

库房管理针对车间内的所有库存物资进行管理。车间内物资有自制件、外协件、外购件、刀具、工装和周转原材料等。其功能包括:通过库存管理实现库房存贮物资检索,查询当前库存情况及历史记录;提供库存盘点与库房调拨功能,对于原材料、刀具和工装等库存量不足时,设置告警;提供库房零部件的出入库操作,包括刀具/工装的借入、归还、报修和报废等操作。

3、生产过程管理

生产过程管理实现生产过程的闭环可视化控制,以减少等待时间、库存和过量生产等浪费。生产过程中采用条码、触摸屏和机床数据采集等多种方式实时跟踪计划生产进度。生产过程管理旨在控制生产,实施并执行生产调度,追踪车间里工作和工件的状态,对于当前没有能力加工的工序可以外协处理。实现工序派工、工序外协和齐套等管理功能,可通过看板实时显示车间现场信息以及任务进展信息等。

4、生产任务管理

生产任务管理包括生产任务接收与管理、任务进度展示和任务查询等功能。提供所有项目信息,查询指定项目,并展示项目的全部生产周期及完成情况。提供生产进度展示,以日、周和月等展示本日、本周和本月的任务,并以颜色区分任务所处阶段,对项目任务实施跟踪。

5、车间计划与排产管理

生产计划是车间生产管理的重点和难点。提高计划员排产效率和生产计划准确性是优化生产流程以及改进生产管理水平的重要手段。

车间接收主生产计划,根据当前的生产状况(能力、生产准备和在制任务等),生产准备条件(图纸、工装和材料等),以及项目的优先级别及计划完成时间等要求,合理制订生产加工计划,监督生产进度和执行状态。

高级排产工具(APS)结合车间资源实时负荷情况和现有计划执行进度,能力平衡后形成优化的详细排产计划。其充分考虑到每台设备的加工能力,并根据现场实际情况随时调整。在完成自动排产后,进行计划评估与人工调整。在小批量、多品种和多工序的生产环境中,利用高级排产工具可以迅速应对紧急插单的复杂情况。

6、物料跟踪管理

通过条码技术对生产过程中的物流进行管理和追踪。物料在生产过程中,通过条码扫描跟踪物料在线状态,监控物料流转过程,保证物料在车间生产过程中快速高效流转,并可随时查询。

7、质量过程管理

生产制造过程的工序检验与产品质量管理,能够实现对工序检验与产品质量过程追溯,对不合格品以及整改过程进行严格控制。其功能包括:实现生产过程关键要素的全面记录以及完备的质量追溯,准确统计产品的合格率和不合格率,为质量改进提供量化指标。根据产品质量分析结果,对出厂产品进行预防性维护。

8、生产监控管理

生产监控实现从生产计划进度和设备运转情况等多维度对生产过程进行监控,实现对车间报警信息的管理,包括设备故障、人员缺勤、质量及其他原因的报警信息,及时发现问题、汇报问题并处理问题,从而保证生产过程顺利进行并受控。结合分布式数字控制DNC系统、MDC系统进行设备联网和数据采集。实现设备监控,提高瓶颈设备利用率。

9、统计分析

能够对生产过程中产生的数据进行统计查询,分析后形成报表,为后续工作提供参考数据与决策支持。生产过程中的数据丰富,系统根据需要,定制不同的统计查询功能,包括:产品加工进度查询;车间在制品查询;车间和工位任务查询;产品配套齐套查询;质量统计分析;车间产能(人力和设备)利用率分析;废品率/次品率统计分析等。

MES的应用对象主要面向的是战略管理层与中层管理层,战略层关注高阶数据(如完成率、变化趋势等),中层管理关注更多的是实时数据(如计划进度、生产问题等),车间执行层更多关注的是相对静态的数据(装配BOM、工艺数据等)。

MES管理系统协会定义的MES管理系统功能由车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管珪、数据采集、性能分析及物料管理等功能模块组成。下面简单介绍MES管理系统的功能。

  在MRP II、ERP系统产生的长期计划的指导下,MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据,进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。图2描述了MES在企业中的数据流图。

MES的作用

制造执行系统( MES )作为连接企业上层计划管理系统和下层生产控制系统的“信息枢纽”,主要负责生产管理和调度执行。一方面管理“人、机器、物料”等及其生产能力,控制生产系统,确保生产按计划执行,另一方面从生产现场实时采集并处理生产数据,监控生产状态及生产异常,分析并反馈生产绩效,同时涵盖了库存、物流等生产上下游环节的基本功能。从而有效弥补了制造业计划层与控制层之间的管控 “断层”。

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1、 生产过程模型化,这是MES管理系统的核心,根据与该模块相连的其他模块所提供的信息与知识,构造该模块所代表的企业生产控制与管理活动所需要的各种类型的模型,主要包括物料流、资金流、信息流和工作流模型。

 

MES系统带给工厂的好处

优化企业生产制造管理模式,强化过程管理和控制,达到精细化管理目的。

加强各生产部门的协同办公能力,提高工作效率、降低生产成本。

提高生产数据统计分析的及时性、准确性,避免人为干扰,促使企业管理标准化。

为企业的产品、中间产品、原材料等质量检验提供有效、规范的管理支持。

实时掌控计划、调度、质量、工艺、装置运行等信息情况,使各相关部门及时发现问题和解决问题。

最终可利用 MES系统建立起规范的生产管理信息平台,使企业内部现场控制层与管理层之间的信息互联互通,以此提高企业核心竞争力。

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▲MES数据分布图

2、生产过程管理,包括物流控制与管理、生产成本控制与管理、数据统计、生产调度等功能,是与企业资源管理层的生产计划相对应的功能模块。该层次的管理有时也称为车间管理,是目前流程企事业信息化建设中比较重要的环节,实际上是MES管理系统架构中承上启下的关键模块。

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  图2 MES在企业中数据流图

好的MES项目能让管理层获得更多的数据,但MES应用的效果却是由执行层工人决定的。如下图所示,生产订单创建与执行大部分的数据来源于执行层。

3、 生产过程支持,提供基于知识和基于信息的支持,将其他模块送来的数据、信息和知识进行加工、处理,形成相应的方法、算法或软件,为 MES管理系统各功能模块提供支持。

  控制与信息反馈流程以及MES与ERP、设备控制系统之间的关系。在图1中,计划与控制指令自上而下越来越详细与具体,而由分布在生产现场的数据采集系统采集的实时数据自下而上经过层层汇总,数据的综合性越来越强。
  在信息交互的具体内容方面,MES向上层提交周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品(WIP)存放位置和状态、实际定单执行等涉及生产运行的数据;向底层控制系统发布生产指令控制及有关的生产线运行的各种参数等。图3描述了MES与计划层和控制层的信息交互关系。

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4、基于工艺目标与技术经济指标的过程优化,建立过程参数与工艺目标或技术经济指标之间的联系,提供以保证工艺目标或技术经济指标为前提的过程参数优化支持,并通过接口向先进控制层提供最佳的操作条件。

 

MES是将很多管理理念提炼出来,然后让系统按照这种理念实现,所以MES可以说是精益管理理念与IT工具的结合。

5、先进控制,包括用于过程优化控制的多变量先进控制(MAPC)、智能控制方法和算法等先进控制,是对那些不同于常规单回路PID控制,并具有比普通PID控制更好控制效果的控制策略的统称,而非专指某种计算机控制算法。

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对企业调研与需求分析不是为了确定用哪种IT手段,而是寻找分析企业的痛点、弊端,构思企业管理的蓝图。所以MES很大程度是一种管理思路的咨询。

6、控制接口与信息界面,与过程控制层的各个软硬件相连接,调用DCS或其他过程控制装备中的过程信息,并发出MES管理系统层根据生产计划和生产过程的实标作出的控制信息。

  图3 MES与计划层及控制层信息交互

接下来是IT手段,利用IT手段的核心目的是在管理思想确定的情况下如何提高数据传递效率、降低工人强度与增强数据的可追溯性。比如由系统集成代替手工录入。

7、实时调度,包括基于模型、数据和知识的多种动态调度算法,利用流程模拟模型,针对供需变动、工艺切换、资源波动、设备故障变化等,实时作生产方案、工艺路线和资源分配,进行生产作业计划的优化调度,以最少的能耗、最高的安全性或最大的产品效益,确定各个生产装置的负荷。


  与ERP优势互补

  ERP的不足
  虽然ERP能够很好地解决生产计划问题,但是在车间这一层次的控制却往往不够完善。例如,ERP里面的车间控制模块计划功能一般很弱,主要是执行MRP计划。它把MRP计划变换为车间加工单和调度单,并按车间加工单和调度单执行,同时对计划执行情况进行反馈,并进行投入与产出控制。
  ERP系统车间加工单和调度单的时间跨度(或计划期)常常比较长,通常为周。车间加工单和调度单中的设备资源,则是以工作中心为单位的,但对工作中心的定义往往没有严格规定,完全根据系统的实施要求和控制细度来确定的。通常,工作中心在ERP中被定义为一组设备资源,所有信息的反馈与成本的核算等都是以工作中心为单位进行的。
  ERP通常采集主要工序现场信息的时候,基本靠手工录入,不仅效率低、易出错,而且输入的数据是基本上是前一个班或前一天的数据,信息滞后。

比如电子行业的排产问题,产品类型、客户等级、订单交付时间等多维数据的处理,如果仅仅依靠“人工智能”人为处理,工作强度大且很容易出错,但如果利用APS这种小工具则会大大减轻工作量。

8、质量管理,管理生产过程中所有与质量有关的信息,对生产过程的全程进行质量监测、预报。

  MES的优势
  MES的计划调度功能与ERP车间层的功能有些类似,但MES的计划调度的功能比较强,制定的计划也比较详细。
  MES一般按车间层和单元层分级制定作业计划,并对车间的每一台设备或操作人员分派任务。MES中的车间加工单与ERP的类似,MES中的调度单是对车间加工单在时间和空间范围内的进一步分解,通常会细化到计划期内每个单元每台设备每天(或每班)的生产任务。同时,以分派工单的形式把第二天或下一班的生产任务分派到每一个操作人员(或设备)上。
  MES系统反馈的数据不仅包括每台设备、每个工序和每个操作人员的数据,还包括加工过程中的状态数据,而且由于采用自动化数据采集技术,使状态数据可实时采集。采集的数据经过层层汇总,最后可得到整个工厂的生产现场数据。
  如果把MES与ERP集成起来,不仅能充分发挥它们各自的优势;同时,可使MES系统的生产计划更合理,使ERP系统的数据更及时有效,工作效率更高。MES与ERP间的集成数据与MES、ERP间的界面划分有关。一般而言,即可以由MES来承担所有车间层和单元层的功能,也可以由ERP承担车间层的功能,由MES来承担单元层的功能。但从系统的集成角度看,由MES来承担所有车间层和单元层的功能实施比较容易。

  MES的独到技术

  MES涉及的技术领域,很多方面与MRP II、ERP所用技术相类似。这里,仅就MES中较有特色的技术进行说明。

通次类比,可以将MES拆解为许多个为车间执行层提供的小工具,如报工工具、质量检验工具等,各类小工具串联汇总起来就会形成管理生产执行的MES系统,如下图所示。

9、安全控制与管理,提供基于数据、模型和知识的生产过程故障诊断和预报、过程故障状态下运行模式的调整组态以及基于远程网络支持的安全事故处理等支持。故障诊断软件用于生产过程及生产设备的故障检测、诊断和处理。

  运行状态实时采集技术
  这种技术是对机床的开/停、加工运行状态进行实时采集,为计划控制和动态调度提供及时、准确的信息支持,使车间管理与控制真正做到实时。
  机床的开/停、加工运行状态进行实时采集的技术方案,将根据机床设备的具体情况确定。对于可以直接上网、支持OPC的机床,采用基于OPC的状态信息采集方案,通过标准的OPC接口和必要的软件配置,直接读取机床的各种状态信息即可。
  对于不支持OPC的数控设备开/关机与运行状态信息采集,要通过测量数控设备中的控制面板、机床电气控制电路中有关点的模拟信号及其变化,并进行适当的转换,再利用DNC接口上的I/O接口来实现。
  车间控制器可根据各单元设备配置情况与所记录的状态信息,可显示车间内各单元的数控设备分布情况及运行状态,并对设备的运行时间、停机时间和设备利用率等进行统计。

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10、运行操作支持,提供流程生产过程中频繁发生的设备、过程启停操作支持,包括在线操作指导电子手册、关键操作主意提示、操作结果模拟预测、基于远程网络咨询等。

  NC程序的传输技术
  对不同的数控机床进行NC程序的双向传输,对机械制造业MES系统具有十分重要的意义。在MES系统中,NC程序的双向传输主要解决具有不同传输协议的数控系统NC程序的传输问题。
  通常,NC程序的双向传输采用基于RS-232C的点对点通信联接。这种联接方式结构简单、传输可靠,在拓扑上为星形结构,通信协议简单,通讯速率一般在110-9600bit/s之间,技术上比较成熟,系统组成也相对简单,易于实现,是一种应用较多而又经济可靠的一种方案。
  但是,尽管RS-232C标准传输电平摆幅较大,抗干扰能力提高,但由于允许电容负载,因而传输距离受限。当主机与数控机床通讯距离超过30M(波特率为4800bps)时,不能直接用RS-232C进行通讯。延长通讯距离的方法有多种,如采用MODEM、串口服务器、RS-485/RS-422转换、长线收发器等。
  不同的数控系统与PC计算机的握手信号是不同的,通常有硬件握手、软件握手两种形式。如FANUC数控系统通常采用软件握手,Siemens的数控系统采用硬件握手,硬件握手信号有DTR、DSR、RTS和CTS。数控系统通信协议一般有XON/XOFF协议和自动重复请求的ARQ协议两大类。对不同的握手信号与通信协议,需要采用不同的通信控制方式。

▲小工具串联形成MES图

11、设备维护管理,提供重要设备的实时状态临近、设备故障预测、基于远程网络的设备技术咨询和备品采购等支持,实现对生产设备备件的库存管理。

  维修知识库的建立与维修向导技术
  维修知识库的建立与维修向导技术,也是MES的一项关键技术,它可以实现辅助故障诊断,诊断故障模块更多地考虑结构化问题的分析与判断。
  在对故障的统计、归类分析的基础上,建立故障现象与原因之间的关系,通过决策树的方式支持故障诊断。考虑到维修知识库的建立与完善是一个渐进的过程,因此考虑开发具有自学习功能的数控机床维修管理信息系统,将成功的维修案例记录到系统中,系统能提取相关信息,对决策树进行扩充,实现知识的积累。系统面向零件主题组织机床零备件更换的工艺,并将操作复杂,拆/装工艺要求高的操作过程保存为影像资料,便于以后的机床维修或维修操作培训参考。

其实MES本身具有一些小功能能完成这些事,但是由于MES本身需求难以界定,有些项目甚至将工艺、物流、成本核算等一系列需求添加在MES范围内,造成了同等成本下MES只能以串联为目的,而减轻了对各个功能模块的打磨,造成现场工人为了完成任务而使用MES。

12、生产流程模拟,以生产过程各类模块化模型为基础,提供MES管理系统中各个功能模块运行的可视化流程模拟支持。

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  名词解释

综上,MES是接收ERP的生产计划,最后以产品交付结尾,中间穿插计划员、调度、车间工艺、检验员、操作工人等角色,业务穿插的过程中有许多核心业务。

13、资产动态管理。与企业资源管理中心的资产管理相连接,对生产过程的中间库存和中间产品动态信息进行管理,提供动态成本和物流控制与管理的信息支持。


  ARQ:Automatic Repeat reQuest,自动重复请求
  CNC:Computer Numerical Control,计算机数控
  CTS:Clear To Send,清除发送
  DCS:Distributed Control System,大规模分布式控制系统
  DSR:Data Set Ready,数据设备准备好
  DTR:Data Terminal Ready,数据终端准备好
  MESA:MES Association,国际联合会)
  MRP:Material Requirement Planning,物料需求计划
  MRP II:Manufacturing Resources Planning,制造资源计划
  NC:Numerical Control,数控
  NIST:National Institute of Standards & Technology,美国国家标准与技术研究组织
  OLE:Object Link and Embed,对象的链接和嵌入
  OMG:Object Management Group,对象管理组织
  OPC:OLE for Process Control,用于处理控制的OLE。
  PLC:Programmable Logic Controllers,可编程逻辑控制器
  RS-232C:即EIA RS-232C,是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)在1969年颁布的串行接口标准。RS是Recommended Standard)的缩写,表示是“推荐标准”;232是标识号码;而C则表示该标准已被修改的次数。
  RTS:Request To Send,请求发送
  SCADA:Supervisory Control and Data Acquisition,数据采集与监控系统
  WIP:Work in Process,在制品
  Xon/Xoff: 流量控制方式两种之一,X代表Transmission,Xoff表示停止发送,Xon表示继续发送。

  MES部分模块介绍
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  资源分配和状态管理
  (Resource Allocation and Status)
  这个模块管理机床、工具、人员、物料、其它设备以及其它生产实体(例如进行加工必须准备的工艺文件、数控加工程序等文档资料),用以保证生产的正常进行。它还要提供资源使用情况的历史记录,确保设备能够正确安装和运转,同时提供资源的实时状态信息。对这些资源的管理,还包括为满足生产计划的要求对其所作的预定和调度。

MES最佳的方式是由单点业务的提升,由单点到整个线条的串联。重点解决单点的效率问题,最终很自然的拓展到全部业务链。直接在整体上打破现有MES实施模式的高风险。

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  工序详细调度(Operations/Detail Scheduling)
  在编制生产作业计划中,该模块提供与指定生产单元相关的优先级(Priorities)、属性(Attributes)、特征(Characteristics)以及处方(Recipes,此为可选项)的作业排序功能。其目标是通过良好的作业顺序最大限度减少生产过程中的准备时间。
  这种调度,是基于有限能力的调度并通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间。

详解ERP系统与MES系统的数据传递

工业互联网)

  生产单元分配(Dispatching Production Units)
  这一模块以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理生产单元间的工作流。当车间有事件发生时,要提供一定顺序的调度信息并按此进行相关的实时操作。生产单元分配模块,能够调整车间已制订的生产进度,对返修品和废品进行处理,用缓冲管理的方法控制任意位置的在制品数量。

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责任编辑:

  文档控制(Document Control)
  此模块控制、管理并传递与生产单元有关的信息文档,包括工作指令、配方、工程图纸、标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及各种转换操作间的通讯记录,并提供了信息编辑功能。
  文档控制模块将各种指令下达给操作层,包括向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产配方。此外,它还包括对其它重要数据(例如与环境、健康和安全制度有关的数据以及ISO信息)的控制与完整性维护。当然,还有存储历史数据功能。

导读:MES系统是一个以排产为核心的、功能上很完整的生产管理系统,它所需要的所有基础数据都可以在MES系统内部生成和维护。但是,MES用户一般要把MES系统与ERP系统同时使用。

  数据采集(Data Collection/Acquisition)
  该功能通过数据采集接口来获取并更新与生产管理功能相关的各种数据和参数,包括产品跟踪、维护产品历史记录以及其它参数。这些现场数据,可以从车间手工方式录入或由各种自动方式获取。数据采集的时间间隔差别很大,有时可达到分钟一级的精度。

MES系统是一个以排产为核心的、功能上很完整的生产管理系统,它所需要的所有基础数据都可以在MES系统内部生成和维护。但是,MES用户一般要把MES系统与ERP系统同时使用,这两个软件在数据上和功能上的连通将会给用户带来最大的效益。本文将按照数据的传递方向“从ERP到MES”和“MES到ERP”分别介绍MES系统如何与其他软件连接,才能让用户得到最大限度的收益。

  过程管理(Process Management)
  该模块监控生产过程、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。这些活动,可能是针对一些比较底层的操作,它们主要集中在被监视和被控制的机器上,需要连续跟踪生产操作流程。
  过程管理模块还应包括报警功能,使车间人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的加工过程。通过数据采集接口,过程管理可以实现智能设备与制造执行系统之间的数据交换。

从ERP传到MES系统的数据

 

1)物料信息

在MES系统所有基础数据中,物料信息,包含物料代码、名称、单位、成本等是非常重要而且维护工作量很大的基础数据。这部分数据正常应该在MES系统中生成和进行维护,但是已经实施ERP的企业都会认为这些数据已经存于ERP系统中,不必再次录入和维护。从ERP系统直接把物料数据导入到MES系统当然是一种方便可行的方法。但是MES对生产物料的管理非常细致,不同于库存和BOM-MRP模块对物料的要求。用户会发现MES系统所需要的很多生产中间品是ERP系统中以前从来没有出现过的,因此在MES系统中维护物料也是有必要的。而其中有些物料如办公用品也是MES系统所不需要的。这要求MES系统有对ERP中物料进行筛选和假如新物料的功能。

MES系统对此的解决办法是首先把所有ERP物料都引入到MES系统的一个标准物料表中,用户还可以直接把所需的物料加入此表,再通过对这些物料进行选择,把生产所需要的物料引入到另外一个最终的生产物料表中。除了初期的数据维护以外,用户日常性的在ERP系统中对物料的增加、修改和删除也需要同时反应到MES的生产物料中来,这个“同步”的过程需要ERP软件进行必要的二次开发。

2)采购到货信息

MES系统在进行排产计算的过程中需要提取物料的预计库存数量,才能保证原材料的供应满足生产需求。需要注意的是:这个预计库存数量与ERP库存模块所提供的库存数量有本质的区别。MES系统的目标是制定“未来”的计划,所以它需要的是未来的、预计的库存物料数量;而ERP库存模块所提供的是“以前”的和“当前”的物料数量。为了得到未来库存数量,MES系统需要得到原材料的预计到货数量和时间,这些信息本来需要在MES系统中进行手工录入,但是如果用户已经实施ERP的采购模块,就可以从采购单信息中得到这些数据。

对此,MES已有读取ERP采购单相关信息并导入MES系统的未来库存的功能。这需要ERP软件开放数据库中与采购单相关的数据表。

3)销售单信息

MES系统在做排产的时候首先需要“什么时间?生产什么?生产多少?”这样的信息。这些信息一般都保存在ERP系统中的销售订单,或者是主生产计划等模块中。除了在MES系统中手工把这些信息重新录入一遍以外,还可以直接把这些信息从ERP系统取过来,经过加工,就可以直接下达排产,得到具体的生产计划。

综上所述

MES从ERP中得到的数据主要是物料、采购、销售等基础数据。这些都是生产管理中最基础数据。需要注意的是另外一些基础数据,比如工序、工序时间、逻辑关系、生产资源等都是任何ERP中所没有的,都必须在MES系统中重新生成,这是MES系统理论与方式的独特性所决定的。对企业来说,对这些基础数据的准备同时也是企业自身生产管理的规范与完善的过程。

从MES传到ERP系统的数据

1)物料需求计划

MES系统提供的物料需求计划与传统BOM-MRP方式提供的物料需求计划有本质的不同。第一,它本身满足生产能力限制、多种生产约束条件,和优化排产提高工作效率的要求。第二:它有详细到分钟的时间信息。这个数据提供给ERP可以极大提高采购和库存模块的管理水准。

采购模块:MES的精确的物料需求计划是采购工作的重要基础,与采购模块原有的采购提前期、供应商资料、价格管理联系在一起,可以让企业得到更加精确和优化的采购计划。这个采购计划将可以直接降低生产原料的库存。

库存模块:MES的详细物料需求计划在ERP模块中将可以直接生成库存出入库单据,单据上有品种、数量、时间、计划号等详细信息,极大降低库存模块的工作量,也提高了库存的计划精度,让库存管理更加科学和规范。

2)产成品产出计划

MES系统的物料计划同时生成需求和产出计划。MES的产成品产出计划的特点与需求计划同样满足多种约束并且精确到分钟,企业可以以此制定详细和精确的销售计划,运输计划等,对提高这些模块的水准意义重大。

另外,MES强大的生产决策支持功能,可以让销售人员在最短时间内得到在什么时间可以完成哪些生产,企业的生产能力是否可以接受某张订单这样的信息,把销售工作与企业的生产能力直接联系在一起。

3)成本计划、成本分摊数据

MES系统根据生产作业计划以及物料成本和单位时间的资源成本,自动生成生产成本计划。MES系统还可以根据实际生产执行数据把成本分摊到每道工序,得到实际的发生成本。这些信息一起传递给财务模块,可以完善财务的成本管理功能。

4)细作业计划与人事工资、设备管理、质量管理

由于MES产生详细的作业计划或者工序计划,并因此产生生产资源的计划,而每道工序包含很丰富的信息,可能与一定的人员、工资管理相联系;也可能与设备、班组等资源相联系;还可能与质量管理等相联系。有了作业计划,就可以完善ERP对这些模块的管理。具体功能和方式还要与实际用户的需求和ERP软件联系起来。

5) MES计划与领导查询

ERP模块中包含的大量信息支持领导查询系统对企业进销存财务等多方位的查询统计分析,但是缺少对生产管理的相关信息。MES系统可以给这个功能增加最关键的生产相关的查询,包括如何、什么时间可以完成哪些生产?在什么时间、需要哪些、需要多少原材料?哪些资源是约束当前生产的关键和瓶颈资源?何时可以交货?用户的一张订单是否可以接受?当前生产是否与计划相符合,是否会发生异常?等等信息。以前ERP系统内无从谈起的这些信息在几分钟之内都可以从MES系统中得到,并反应在ERP的相关模块内。

综上所述

MES系统只需要从ERP获得比较简单的基础数据,但是提供给ERP很多很关键的信息。这些信息是原来一直缺少的,可以帮助ERP的采购、销售、成本、设备、质量、领导查询等很多模块在功能上有很大的改进,直接提高ERP软件的水准和档次。

附录:除了众人皆知的基本功能,MES还能做什么?

文/ 北京理工大学 王爱民

下面罗列一些,不做排序,权当抛砖引玉吧。

1、工时不准问题的解决

作为车间信息化系统最重要之一的基础数据,工时不准会产生生产计划制定依据不可靠、车间业务协调的时间基准等同于无的混乱局面。寄希望于一次将工时制定或整理准确,非常困难并且结果可能仍然不准确。可以通过MES对执行过程的记录,通过规范和严格的实际报工反馈,运用统计平均的方法获得真实或准真实的工时数据,逐步夯实基础。有那么一丝MES系统是在自己“长大”或“自愈合”的味道。

2、复杂分批周转下

精细管控问题的解决

这个问题需要解释一下的,订单执行过程中涉及到整体分批、过程分批甚至后续的合批,以及工序内的自检/互检/专检环节间的周转,以及工序间的等数量或变批量的周转等,都使得MES的复杂分批周转管控非常困难,更加难以支持全息全过程追溯。解决方法很简单,通过对订单中每一件均进行批次为1的控制,通过其组合实现对各种分批、交接和周转所谓批次的控制。有那么一丝以极端变化的高维从容应对各种中间状态的低维的味道,或者可称之为类似降维打击的举重若轻。

3、手工粗放管理痕迹

或习惯扰乱

系统正常运行问题的解决

很多企业在实施MES之前,可能之前一直是手工管理方式,比较粗放,突然上了一个系统,难免有不适应之处,甚至将很重的手工管理痕迹或习惯带入系统,系统运行阻力重重。这个问题必须线上线下共同出手解决。线下包括制定各种奖惩制度和系统运行规范。

线上就是MES系统自身应该能有助于推动自身有效规范地运行。举几个例子吧,比如,工人登录有自己的任务列表,为了防止工人挑活扰乱前后工作的有机关联顺序,应该限制非当前顺序的工序任务的开工条件,让其不具备开工条件,可以采取看不到工艺文件、获不得数控程序等措施;比如,上道工序反馈预完工状态,上道工序向下道工序推送周转物料,下道工序工人通过接受物料后,上道工序的预完工状态才转为正式完工状态,才能够看到下一道工序任务的工艺和数控程序等,不仅避免弄虚作假,谁违规处罚谁。

有那么一丝自组织规范化运行的味道,本来嘛,大家的协同平台大家协同推动运行才是应有之义。

上面分别举了从自愈合、升维解决、自组织等方面的运用例子,只是给大家抛了一个引子哈,还有很多综合心理学、组织行为学、社会动力学的方式可以运用,大家可以多琢磨。(飞机快落地了,不写了哈)

包括MES在内的信息化系统的实施方法论,是一门比技术更复杂,同时也更美妙的学问,能够体会洞察世事和动彻人心的味道,还是应引起足够的重视。

一点心得,仅供参考。

ERP知道“为什么”, MES知道“怎么做”!

制造型企业面临着紧张的经济和竞争压力:利润越来越少,交货时间越来越紧迫,生产周期缩短,同时产品变得更复杂。大部分企业已经在使用ERP系统,他们就会认为:我已经使用了ERP,为什么还需要MES?

MES能为制造企业解决什么问题

制造执行系统 (manufacturing execution system,简称MES);是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

1、MES能为制造企业解决什么问题?

要怎么解决这些鸿沟,答案就是MES!标准并模块化的MES是车间和高层ERP系统之间的协调信息系统,它提供了通常ERP系统所不能提供的生产车间信息的透明性;提供了连通上层管理系统与底层车间的可靠数据界面等,MES能为制造企业解决什么问题:

① 出现用户产品投诉的时候,能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息?能否立即查明它的:原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数?

② 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候,能否防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装?

③ 过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么?次品数量各是多少?

④ 目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少?要分别供应给哪些供应商?何时能够及时交货?

⑤ 生产线和加工设备有多少时间在生产,多少时间在停转和空转?影响设备生产潜能的最主要原因是:设备故障?调度失误?材料供应不及时?工人培训不够?还是工艺指标不合理?

⑥ 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析,精确区分产品质量的随机波动与异常波动,将质量隐患消灭于萌芽之中?

⑦ 能否废除人工报表,自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码?

通过减少负面的流程影响,并且持续地监视您的成果,完整的流程将会最大程度上被改善。这些将转换成为改善的利用率,功率和效率等等,减少生产成本,逐步提高产值效益,最后获得更高的利润!

2、MES系统为企业带来的具体效益

现代企业的目标是追求精益生产,也就是通过减少资源浪费以最小投入实现最大产出的生产理念以及以具有最优质量和最低成本的产品,对市场需求做出最迅速的响应的理念。MES是实施精益生产必须的环境条件。为了达到精益生产,MES必须实时监测、控制、统计、分析各个生产环节全部细节,这也是MES的主要功能。MES系统为企业带来的具体效益:

①确切掌握生产状况,提高交货准确度,理顺厂内配送物流,达成产、供、销配合;

②正确掌握在制品数量,及不良品追踪,降低在制品生产成本;

③以条码及RFID等手段追踪产品序号,收集完整资料及过程质量信息,提高产品售后服务水平及满意度;

④及时反应品质问题,追踪品质历史记录,提高产品品质;

⑤减少人工统计和手工报表,提高现场管理人员生产力;

⑥充分掌握工具、设备等使用状况,制造资源做有效运用等。

MES源自制造工厂经理们的底层管理需求,采用全新的理念设计,基于B/S结构可实现轻松部署,对基础数据依赖少,对企业初始管理水平要求低,系统操作简单、易行,支持用户行业化自定义,支持个性化的系统集成方案设计。MES倡导企业遵循精益生产模式,透过系统的数据分析达到精益化持续管理改善的目的,它帮助厂长经理们在键盘上即可轻松、科学地掌管生产动态。

2ERP需要MES系统功能的五个理由

在大多数制造企业中,生产价值链中的主要成本未能被详细并透明的反映出来。更重要的是,许多通常在ERP系统或者电子表单来维护的生产领域的目标数据全都是在假设或者过去的经验中估计出来的。

在车间的现场只有很有限的IT系统,并且这些系统通常以机械控制与自动化为导向;或者根本是没有IT系统,从而必须有额外的管理人员,花额外的时间,为了不必要的沟通、联络、接洽、电话咨询,产生了很多文件,时间耽搁,查找,增加了额外的成本。上层的管理(ERP系统,电子表单等等)与下层车间环境之间产生了鸿沟,因此产生了低效率与附加成本,从而降低整个公司的绩效。

1、我们的生产线经常出现如下问题:

①车间的反馈数据(设备运行时间、停滞时间、产能、废品原因、利用与生产效率、有效率等等)有多可靠?

②底层的车间数据反馈和高层的ERP系统的数据识别间的延滞到底有多少?

③哪些是真正的人工成本需要提供给上层的ERP系统?

④尽管我们还没有全负荷运行,为什么我们仍会有这么多交货时间问题?

⑤为什么尽管我们满负荷生产并且有最好的营业额,但我们并没有预期中的收益?

……

2、ERP需要MES系统功能的五个理由

①ERP不是车间级产品

尽管ERP系统包含着生产执行的功能,但目前没有一个ERP系统可以实现每生产一件就更新一次的功能。车间生产系统和ERP系统对“实时”的解释不同:ERP是从典型的企业战略管理角度上解释,而MES系统则是生产过程的实时概念。生产系统需要作为一个满足客户,监管机构,供应商以及内部员工的不断变化的需求无缝的整体。这,显然更适合MES的概念。

②ERP上微小的变动会造成大影响

ERP级别上的策略和市场改变造成的影响几乎是生产级别上的变动的10倍。因此,应该专门制造一个生产系统,用于管理生产过程中产量和生产速度的变化。

③ERP所提供的信息和生产人员所需的信息不同

不同需求的员工不仅信息不同,而且所需信息呈现的方式也不同。传统的ERP项目的界面是为那些分析,决策者设计的。在生产部门中,由于变化更快,应该更快的呈现这种变化。生产过程中,通常不会去分析过时的静态数据,而是会去分析正在发生的信息以及趋势。不同职位的人,需要的信息种类不同,系统呈现的方式也就不同。

④供应链需要在战略或商业级以上的层次整合起来

如今,公司间的竞争已经不仅仅是两个公司之间的事了,而是两条供应链之间的事。这也意味着提高效率不仅要从战略或商业层面上进行改善,而是要从整个供应链改善。信息整合只能从车间级开始的各个层次开始整合起来。只有具备及时,准确的信息流。供应链才能高效的运转起来。

⑤ERP知道“为什么”, MES系统知道“怎么做”

前者用来策略制定,而后者则是操作层面上的东西。知道怎么做的人给知道为什么的人做事,知道为什么的人需要知道怎么做的人实现他们的想法。这是一种很重要的互相依存的关系。

3MES与ERP如何分工合作?

MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时,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,这种对状态变化的迅速响应使MES软件能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产回报率。MES系统还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产品行为的关键任务信息。

从ERP和MES的分工进行比较。我们从管理范围、管理对象、管理内容、管理时效四个方面来看:

管理范围:ERP是对整个企业或企业集团业务的管理,而MES的管理是针对车间或生产分厂的。即使是功能最完备的MES系统,对整个企业来说,也只是提供了一个比较狭窄的视角,缺乏管理层管理和决策所需要数据的宽度和深度。

管理对象:ERP是对企业整个运营资源的管理,强调物流、资金流的统一,也即所谓的“业务财务一体化”。MES的管理则更集中于生产现场资源,即设备、工艺、物料等。

管理内容:ERP管理整个企业的内部价值链和供应链,即销售、采购、生产、库存、质量、财务、人力资源等,强调所有这些业务的整合,强调计划(销售计划、生产计划、采购计划等)的协调和控制;MES主要管理生产的执行,包括生产质量、生产作业调度、生产实绩反馈等。

管理时效:ERP对计划和业务管理的时间区段比较宽,以年、季、月、旬或周、日为单位;由于对生产现场管控的需要,MES的管理更加细致,管到日、班、小时。在ERP系统产生的长期计划指导下,MES根据底层控制系统采集的生产实时数据,进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。

总结:实现MES与ERP的整合,关键在于业务流程的优化和整合以及对所涉及MES和ERP系统的具体分析以充分发挥各系统的长项。首先,信息系统都是为业务服务的,MES和ERP各自解决一部分业务问题,分别反映一部分业务流程,流程是MES与ERP整合的“粘合剂”,通过流程的整体优化划分出哪些流程在MES中处理、哪些流程在ERP中处理。不管MES还是ERP,都有自己的实现逻辑,在决定某功能的“归属”时,一定要保证该功能在所选系统中实现逻辑的完整性。

附录:

制造业有了ERP,为什么还需要MES?

中国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。简单的说是从计划层到生产控制层:企业根据订单或市场等情况制定生产计划—生产计划到达生产现场—组织生产—产品派送。企业管理信息化的重点也大都放在计划层,以进行生产规划管理及一般事务处理。如ERP就是“位”于企业上层计划层,整合企业现有的生产资源,编制生产计划。

在下层的生产控制层,企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产的生产瓶颈,实现生产现场的自动化控制。

一个企业的良性运营是使“计划”与“生产”密切“配合”,在最短的时间内掌握生产现场的变化,是保证计划合理而快速修正的关键。为此,企业的计划层与生产控制层之间需要“直通车”,使计划与生产现场可以实时互动。

然而目前企业中从ERP中得出的生产计划与生产现场之间的信息传递,是依赖“手工作业”的,即人工将生产现场的信息输入到上层系统中。因此,在计划层和生产现场的过程控制层之间,存在一个信息流通上的断层。

市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新,开始越来越迫切地要求“消除断层”,即需要一种可以由下而上实时掌握生产现场状况的信息管理系统。

MES系统在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用——在MRP II、ERP系统产生的长期计划的指导下,MES系统根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据,对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。

携手上下层、优化数据流

从时间因素分析,在MES系统之上的计划系统考虑的问题域是中长期的生产计划(时间因子=100倍),执行层系统MES系统处理的问题域是近期生产任务的协调安排问题,控制层系统则必须实时地接收生产指令,使设备正常加工运转。它们相互关联、互为补充,实现企业的连续信息流。

作为一种计算机辅助生产管理系统,MES系统重要使命就是实现企业的连续信息流。它包含了许多功能模块。通过实践,MESA归纳了十一个主要的MES系统功能模块,包括工序详细调度、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、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集等模块。

从层次角度分析,制造企业的控制结构可划分为工厂层、车间层、单元层和设备层。其中,单元层相当于一般企业的工段或班组。通常,ERP系统处于工厂层和车间层,有时会扩展到单元层。设备控制系统处于设备层,有时会扩展到单元层。而MES系统则总是处于车间层与单元层。因此,MES系统与ERP在车间层在功能上会有部分重复,MES系统与设备控制系统在单元层有时也会有部分功能重叠。

与ERP优势互补

虽然ERP能够很好地解决生产计划问题,但是在车间这一层次的控制却往往不够完善。例如,ERP里面的车间控制模块计划功能一般很弱,主要是执行MRP计划。它把MRP计划变换为车间加工单和调度单,并按车间加工单和调度单执行,同时对计划执行情况进行反馈,并进行投入与产出控制。

ERP系统车间加工单和调度单的时间跨度常常比较长,通常为周。车间加工单和调度单中的设备资源,则是以工作中心为单位的,但对工作中心的定义往往没有严格规定,完全根据系统的实施要求和控制细度来确定的。通常,工作中心在ERP中被定义为一组设备资源,所有信息的反馈与成本的核算等都是以工作中心为单位进行的。

ERP通常采集主要工序现场信息的时候,基本靠手工录入,不仅效率低、易出错,而且输入的数据是基本上是前一个班或前一天的数据,信息滞后。

MES系统的优势

MES系统的计划调度功能与ERP车间层的功能有些类似,但MES的计划调度的功能比较强,制定的计划也比较详细。

MES系统一般按车间层和单元层分级制定作业计划,并对车间的每一台设备或操作人员分派任务。MES中的车间加工单与ERP的类似,MES中的调度单是对车间加工单在时间和空间范围内的进一步分解,通常会细化到计划期内每个单元每台设备每天的生产任务。同时,以分派工单的形式把第二天或下一班的生产任务分派到每一个操作人员上。

MES系统反馈的数据不仅包括每台设备、每个工序和每个操作人员的数据,还包括加工过程中的状态数据,而且由于采用自动化数据采集技术,使状态数据可实时采集。采集的数据经过层层汇总,最后可得到整个工厂的生产现场数据。

如果把MES系统与ERP集成起来,不仅能充分发挥它们各自的优势;同时,可使MES系统的生产计划更合理,使ERP系统的数据更及时有效,工作效率更高。MES与ERP间的集成数据与MES、ERP间的界面划分有关。一般而言,即可以由MES来承担所有车间层和单元层的功能,也可以由ERP承担车间层的功能,由MES来承担单元层的功能。但从系统的集成角度看,由MES来承担所有车间层和单元层的功能实施比较容易。

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