CIMS組成與體系-MES課件

專題二：

CIMS組成與體系之MES現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)朱海平haipzhu@機械學院制造裝備數(shù)字化國家工程中心/工業(yè)工程系專題二：

CIMS組成與體系之MES現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)朱海平1WhyMES?設(shè)想自己是一個汽車生產(chǎn)車間管理者，請你回答以下問題如何告訴客戶何時能交貨？如何告訴企業(yè)領(lǐng)導本車間每月/每日生產(chǎn)效率如何？如何告訴物流系統(tǒng)什么時候該送哪些零部件到生產(chǎn)線上？如何告訴車間操作者今天的工作任務(wù)是什么？如何告訴車間設(shè)備維修者哪些設(shè)備已經(jīng)到了臨界期，需要維護或維修了？如何迅速找到某個汽車產(chǎn)品所用的發(fā)動機是何時生產(chǎn)的？輪胎是哪個供應(yīng)商提供的？如何為ERP提供每天庫存物料的消耗數(shù)量？WhyMES?設(shè)想自己是一個汽車生產(chǎn)車間管理者，請你回答以2WhyMES?工廠管理所面臨的問題無法立即知道與掌握生產(chǎn)線狀況必須投入大量人力收集報表資料及重復抄寫所得到的資料已失去時效性不同部門會投入人力收集類似的資料不同部門會提出不同的數(shù)據(jù)并各執(zhí)一詞資料太過龐大與復雜，難以整理與分析難以找到問題的重點WhyMES?工廠管理所面臨的問題3什么是MES？制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES，ManufacturingExecutionSystem）是用來輔助生管人員收集現(xiàn)場資料及控制現(xiàn)場制造流程的應(yīng)用軟件，是提供企業(yè)改善制造過程、提高生產(chǎn)效益的工具。它是將企業(yè)生產(chǎn)所需的核心業(yè)務(wù)如訂單、供貨商、物管、生產(chǎn)、設(shè)備保養(yǎng)、品管等流程整合在一起的信息系統(tǒng)，它提供實時化、多生產(chǎn)型態(tài)架構(gòu)、跨公司生產(chǎn)管制的信息交換；可隨產(chǎn)品、訂單種類及交貨期的變動彈性調(diào)整參數(shù)等諸多能力，能有效的協(xié)助企業(yè)管理存貨、降低采購成本、提高準時交貨能力，增進企業(yè)少量多樣的生產(chǎn)控管能力。什么是MES？制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES，Manufacturin4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的定義：定義一（AMR定義）

MES是在公司的整個資源按其經(jīng)營目標進行管理時，為公司提供實現(xiàn)執(zhí)行目標的執(zhí)行手段，通過實時數(shù)據(jù)庫連接基本信息系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)和工廠的實際數(shù)據(jù)，并提供業(yè)務(wù)計劃系統(tǒng)與制造控制系統(tǒng)之間的通信功能。定義二（MESA定義）

MES能通過信息的傳遞，對從訂單下達開始到產(chǎn)品完成的整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的管理，對工廠發(fā)生的實時事件，及時作出相應(yīng)的反應(yīng)和報告，并用當前準確的數(shù)據(jù)對進行相應(yīng)的指導和處理。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的定義：5制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的發(fā)展歷史：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的發(fā)展歷史：6MES的產(chǎn)生Purdue五層模型MES的產(chǎn)生Purdue五層模型7MES的產(chǎn)生ERP/MES/SFC三層結(jié)構(gòu)MES的產(chǎn)生ERP/MES/SFC三層結(jié)構(gòu)8國際標準？ISA-95MESAOpenMES…國際標準？ISA-959制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）ISA-95MES功能模型制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）ISA-95MES功能模型10MESA的模塊化分MESA將MES的按照功能劃分為11個模塊：資源分配與狀態(tài)管理（ResourcesAllocationandStatus）運作/細化調(diào)度（Operation/DetailScheduling）生產(chǎn)單元分派（DispatchingProductionUnit）文檔控制（DocumentControl）數(shù)據(jù)采集與獲?。―ataCollection/Acquisition）勞動力管理（LaborManagement）質(zhì)量管理（QualityManagement）過程管理（ProcessManagement）維護管理（MaintenanceManagement）生產(chǎn)跟蹤與記錄（ProductTrackingandGenealogy）性能分析（PerformanceAnalysis）MESA的模塊化分MESA將MES的按照功能劃分為11個模塊11MES的功能Controls車間設(shè)備控制SCM供應(yīng)鏈管理MRPII/ERP企業(yè)資源規(guī)劃SSM服務(wù)銷售管理MES制造執(zhí)行系統(tǒng)P/PE產(chǎn)品及工藝設(shè)計MESA的功能模型MES的功能Controls車間設(shè)備控制SCM供應(yīng)鏈MRP12MES功能概述序功能項目英文全稱功能概述備注1資源分配與狀態(tài)ResourceAllocationandStatus管理車間資源狀態(tài)及分配信息MESA/NIST2操作/詳細調(diào)度Operations/DetailScheduling生成操作計劃，提供作業(yè)排序功能M/N3分派生產(chǎn)單位DispatchingProductionUnits管理和控制生產(chǎn)單位的流程M/N4文檔管理DocumentControl/SpecificationManagement管理、控制與生產(chǎn)單位相關(guān)的記錄M/N5數(shù)據(jù)采集/獲取DataCollection/Acquisition采集生產(chǎn)現(xiàn)場中各種必要的數(shù)據(jù)M/N6員工管理LaborManagement提供最新的員工狀態(tài)信息M/N7質(zhì)量管理QualityManagement記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品及過程特性M/N8過程管理*ProcessManagement監(jiān)視生產(chǎn)，糾偏或提供決策支持MESA9維護管理MaintenanceManagement跟蹤和指導設(shè)備及工具的維護活動M/N10產(chǎn)品跟蹤和譜系ProductTrackingandGenealogy提供工件在任意時刻的位置及其狀態(tài)信息M/N11性能分析PerformanceAnalysis提供最新的實際制造過程及對比結(jié)果報告M/N12物料管理*Materialmanagement管理物料的運動、緩沖與儲存NISTMES功能概述序功能項目英文全稱功能概述備注1資源分配與狀態(tài)13MES功能詳解1.資源分配與狀態(tài)(ResourceAllocationandStatus)：管理各種資源（包括設(shè)備、工具、材料和其它輔助設(shè)備，以及派工單、領(lǐng)料單、工序卡等相關(guān)作業(yè)指令和文件等確保設(shè)備正常開工所必需的實體），跟蹤資源狀態(tài)并維護一個詳細的歷史記錄，提供資源的實時狀態(tài)信息。它保證設(shè)備能夠適時地安裝調(diào)整以及其它資源（如文檔）能夠及時獲取。資源管理包括對資源的保存與分派以支持操作/詳細調(diào)度功能，滿足操作調(diào)度目標。

MES功能詳解1.資源分配與狀態(tài)(ResourceAl14MES功能詳解2.操作/詳細調(diào)度(Operations/DetailScheduling)：基于優(yōu)先級、屬性、特性以及制造方法與工藝等進行作業(yè)排序，使得設(shè)備的調(diào)整或準備時間最少。根據(jù)不同的加工路徑以及加工路徑的重疊與并行情況，通過計算出它們加工時間或設(shè)備負荷獲得較優(yōu)的加工順序或路徑。生成工序計劃（即詳細計劃）以滿足用戶定義的運行目標。MES功能詳解2.操作/詳細調(diào)度(Operations/D15MES功能詳解3.分派生產(chǎn)單位(DispatchProductionUnits)：根據(jù)生產(chǎn)計劃和詳細排程，管理作業(yè)、訂單、批次、工作指令等形式的生產(chǎn)單位的流程。以適當?shù)捻樞蚍峙尚畔?，使其在正確的時間到達正確的地點。針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的突發(fā)問題及時修改作業(yè)指令，調(diào)整加工順序。它具有變更預定排程/生產(chǎn)計劃的能力，通過重新安排生產(chǎn)和補救措施，改變已下達的計劃，并具有通過緩沖管理來控制在制品數(shù)量的能力。MES功能詳解3.分派生產(chǎn)單位(DispatchProdu16MES功能詳解4.文檔管理(DocumentControl)：控制、管理、交付與生產(chǎn)單位相關(guān)聯(lián)的信息包，包括工作指令、制造方法、圖紙、標準操作規(guī)程、零件加工程序、批次記錄、工程更改通知以及交班信息等。它支持編輯預定信息和維護文檔歷史版本。還包括對環(huán)境、健康、安全等方面法規(guī)以及ISO標準信息的管理。MES功能詳解4.文檔管理(DocumentContro17MES功能詳解5.數(shù)據(jù)采集/獲取(DataCollection/Acquisition)：獲取和更新用于產(chǎn)品跟蹤、維護生產(chǎn)歷史記錄以及其它生產(chǎn)管理功能的生產(chǎn)信息（如對象、批次、數(shù)量、時間、質(zhì)量、過程參數(shù)、設(shè)備啟停時間、能源消耗等）。它可使用掃描儀、輸入終端、與制造控制者的軟件界面以及其它軟件等方式相結(jié)合，以手工或自動方式在車間采集最新的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)上述功能。這些數(shù)據(jù)可能存在于生產(chǎn)單位相關(guān)的文檔/記錄中、來源于底層DCS或PLC裝置中，或采用其它方式獲得，它們是性能分析的數(shù)據(jù)源。MES功能詳解5.數(shù)據(jù)采集/獲取(DataCollect18MES功能詳解6.勞工管理(LaborManagement)：提供最新的人員狀態(tài)信息，包括時間和出勤記錄、資質(zhì)跟蹤以及追蹤其間接活動的能力（如領(lǐng)料、備料、準備時間等），作為成本分析和績效考核的依據(jù)。它與資源分配進行交互以確定最優(yōu)的人員分派。MES功能詳解6.勞工管理(LaborManagemen19MES功能詳解7.質(zhì)量管理(QualityManagement)：從生產(chǎn)過程實時采集質(zhì)量數(shù)據(jù)，對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析、跟蹤、管理和發(fā)布。運用數(shù)理統(tǒng)計方法對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，監(jiān)控產(chǎn)品的質(zhì)量，同時鑒別出潛在的質(zhì)量問題。分析造成質(zhì)量異常的操作、相關(guān)現(xiàn)象與原因，提出糾正或校正的措施，或提出質(zhì)量改進意見和計劃。也可以包括SPC/SQC跟蹤、離線檢測操作以及在實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)中分析。MES功能詳解7.質(zhì)量管理(QualityManagem20MES功能詳解8.過程管理(Processmanagement)：監(jiān)視生產(chǎn)過程，自動糾偏或為操作者提供決策支持以糾正和改善在制活動（這種活動既可以是工序內(nèi)，也可以是工序間）。它可包括報警管理?？赡芡ㄟ^數(shù)據(jù)采集/獲取提供智能設(shè)備與MES的接口。NIST認為過程管理活動已在分派與質(zhì)量管理中描述；MESA將其單列，是因為該活動可能由一個單獨的系統(tǒng)來執(zhí)行。MES功能詳解8.過程管理(Processmanagem21MES功能詳解9.維護管理(MaintenanceManagement)：跟蹤和指導設(shè)備及工具的維護活動以保證這些資源在制造進程中的可獲性，保證周期性或預防性維護調(diào)度，以及對應(yīng)急問題的反應(yīng)（報警），并維護事件或問題的歷史信息以支持故障診斷。對生產(chǎn)過程中的設(shè)備(含刀具、夾具、量具、輔具)進行管理，記錄設(shè)備的基本信息(加工范圍、精度、對象、持續(xù)工作時間等)、設(shè)備當前狀態(tài)(設(shè)備負荷、可用性)、設(shè)備維修計劃、設(shè)備故障和維修情況等。MES功能詳解9.維護管理(MaintenanceMan22MES功能詳解10.產(chǎn)品跟蹤和譜系(ProductTrackingandGenealogy)：提供所有時期工作及其處置的可視性。其狀態(tài)信息可包括：誰在進行該工作；供應(yīng)者提供的零件、物料、批量、序列號；任何警告、返工或與產(chǎn)品相關(guān)的其它例外信息。其在線跟蹤功能也創(chuàng)建一個歷史記錄，該記錄給予零件和每個末端產(chǎn)品使用的可跟蹤性。在制品(WIP)跟蹤；產(chǎn)品/生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)存儲和管理MES功能詳解10.產(chǎn)品跟蹤和譜系(ProductTrac23MES功能詳解11.性能分析(PerformanceAnalysis)：提供實際制造操作活動的最新報告，以及與歷史記錄和預期經(jīng)營結(jié)果的比較。運行性能結(jié)果包括對諸如資源利用率、資源可獲取性、產(chǎn)品單位周期、與排程表的一致性、與標準的一致性等指標的度量。MES功能詳解11.性能分析(PerformanceAna24MES功能詳解12.物料管理：管理物料（原料、零件、工具）及消耗品的運動、緩沖與儲存。這些運動可能直接支持過程操作或其它功能，如設(shè)備維護或安裝調(diào)整。該功能為NIST所追加，它認為上述物料管理活動與資源分配和跟蹤功能的關(guān)系并不明確。MES功能詳解12.物料管理：管理物料（原料、零件、工具）及25MES功能分類核心功能：與生產(chǎn)過程管理直接相關(guān)，提供生產(chǎn)管理最基本功能。相互關(guān)聯(lián)，集成而不可分割。主要涉及制造資源和工作訂單管理。輔助功能：生產(chǎn)過程管理的外圍或支持活動。擴展MES涵義的廣度。MES功能分類核心功能：與生產(chǎn)過程管理直接相關(guān)，提供生產(chǎn)管理26核心功能（5+1）資源分配與狀態(tài)管理（ResourcesAllocationandStatus）運作/細化調(diào)度（Operation/DetailScheduling）生產(chǎn)單元分派（DispatchingProductionUnit）數(shù)據(jù)采集與獲?。―ataCollection/Acquisition）生產(chǎn)跟蹤與記錄（ProductTrackingandGenealogy）物料管理（Material

Management）計劃系統(tǒng)接口(PlanningSystemInterface)“生產(chǎn)管控”是貫穿于整個MES核心功能的主線核心功能（5+1）資源分配與狀態(tài)管理（ResourcesA27輔助功能（6）文檔控制（DocumentControl）勞動力管理（LaborManagement）質(zhì)量管理（QualityManagement）維護管理（MaintenanceManagement）性能分析（PerformanceAnalysis）過程管理（ProcessManagement）例外管理(MaintenanceManagement)員工考勤管理(TimeandAttendance)供應(yīng)商管理(SupplierManagement)……輔助功能（6）文檔控制（DocumentControl）28MES的發(fā)展與應(yīng)用情況財務(wù)系統(tǒng)MRPP/SMESMRPII預測DRPI-MESERP新一代解決方案同步化模塊化面向?qū)ο笮袠I(yè)集中具有伸縮性基于戰(zhàn)略SCM1960197019801990未來MES的發(fā)展與應(yīng)用情況財務(wù)系統(tǒng)MRPP/SMESMRPII29MES技術(shù)在國際上的發(fā)展歷程專用MES（PointMES）集成化MES（IntegratedMES）可集成的I-MES（IntegratableMES）智能化第二代MES（MESII）下一代MES19852000200319901995MES技術(shù)在國際上的發(fā)展歷程專用MES（PointMES30MES在國際上的應(yīng)用情況MES在發(fā)達國家已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其應(yīng)用覆蓋離散與流程制造行業(yè)和領(lǐng)域:半導體、電子、機械、航空、汽車、醫(yī)療、食品、釀酒、石油、化工、冶金等，并給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。據(jù)AMR和MESA于1997年提供的數(shù)據(jù)：1993年MES的市場銷售額為1.5億美元，1994-1995年的銷售額以大約30%的速度增長，這一增長速度將繼續(xù)保持到2000年。MES的出現(xiàn)和普及，對國外生產(chǎn)管理界也產(chǎn)生了深遠的影響。在國外很多行業(yè)應(yīng)用中MES已和ERP相提并論。MES是目前世界工業(yè)自動化領(lǐng)域的重點研究內(nèi)容之一。MES在國際上的應(yīng)用情況MES在發(fā)達國家已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其應(yīng)31MES在國際上的應(yīng)用情況MES在國際上的應(yīng)用情況32MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況33MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況MES思想在20世紀90年代中期引入我國，1999年國家863高技術(shù)發(fā)展計劃首次將MES納入CIMS主題進行探索性研究。國家“十五”863將流程MES作為重點項目進行資助，取得了一批研究與應(yīng)用成果（如可集成的MES、基于構(gòu)件的可重構(gòu)MES、知識化MES、基于WEB的MES、敏捷化MES理論等），并對離散MES進行初步研發(fā)。MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況MES思想在20世紀90年代中34MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況制造業(yè)水平的提高，不單是采用設(shè)備自動化，提高生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的效率顯得更為重要。在我國，MRPII、ERP已逐漸趨于成熟與普及，而面向制造執(zhí)行層的MES軟件在開發(fā)與應(yīng)用方面還比較薄弱。隨著企業(yè)信息化應(yīng)用水平的不斷提高，企業(yè)逐漸認識到實現(xiàn)企業(yè)計劃層與車間執(zhí)行層的雙向信息流交互，通過連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成，是提高企業(yè)敏捷性的一個重要因素。MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況制造業(yè)水平的提高，不單是采用設(shè)35MES給企業(yè)帶來的利益MESA分別在1993年和1996年以問卷方式對若干典型企業(yè)進行了兩次有關(guān)MES應(yīng)用情況的調(diào)查這些典型企業(yè)覆蓋如下七大行業(yè)：醫(yī)療產(chǎn)品，塑料與化合物，金屬制造，電氣/電子，汽車，玻璃纖維，通訊這些企業(yè)中，75%為離散制造企業(yè)，16%為批量/流程制造企業(yè)，9%為混合型企業(yè)，它們平均應(yīng)用MES的時間為2.3年以下數(shù)據(jù)是這兩次調(diào)查的結(jié)果……MES給企業(yè)帶來的利益MESA分別在1993年和1996年36可量化的直接經(jīng)濟利益獲益項目平均獲益（獲益范圍）調(diào)查1（1993年）調(diào)查2（1996年）縮短產(chǎn)品制造周期45%（2-80%）35%（10-80%）減少或消除數(shù)據(jù)輸入時間75%（25-100%）36%（0-90%）減少在制品數(shù)量17%（25-100%）32%（0-100%）減少或消除作業(yè)轉(zhuǎn)換中的文書工作56%（5-100%）67%（0-200%）縮短產(chǎn)品交付周期32%（2-60%）22%（0-80%）改進產(chǎn)品質(zhì)量(減少次品)15%（5-25%）22%（0-65%）消除損失的文書/藍圖57%（10-100%）55%（0-100%）可量化的直接經(jīng)濟利益獲益項目平均獲益（獲益范圍）37難以量化的間接經(jīng)濟利益滿足客戶要求的高質(zhì)量響應(yīng)；提高制造系統(tǒng)對變化的響應(yīng)能力以及客戶服務(wù)水平；均衡企業(yè)資源的利用率，優(yōu)化產(chǎn)能，提高運作效率；大大縮短企業(yè)投資回報周期；通過員工授權(quán)，大大提高企業(yè)員工的工作能力與效率；提高企業(yè)敏捷性，增強企業(yè)核心競爭力。某企業(yè)的觀點頗具代表性：“MES的實時數(shù)據(jù)不僅給工廠日復一日的運作帶來了顯著的優(yōu)勢，更重要的是改善了對客戶的服務(wù)”。難以量化的間接經(jīng)濟利益滿足客戶要求的高質(zhì)量響應(yīng)；38MES對生產(chǎn)運作管理的最大影響實時的訂單狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、庫存可視性；實時的作業(yè)優(yōu)先級，提供對工廠管理的實時信息；調(diào)度，分派，發(fā)到車間的e-mail；客戶訂單的跟蹤與可跟蹤性；實時的車間數(shù)據(jù)采集。另一個顯著發(fā)現(xiàn)：知識化和員工授權(quán)改變了員工的精神狀態(tài)，減少了監(jiān)督，提高了工作效率。MES對生產(chǎn)運作管理的最大影響實時的訂單狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、庫存39MES給生產(chǎn)運作人員帶來的好處某汽車供應(yīng)制造企業(yè)：生產(chǎn)線上的員工操縱數(shù)據(jù)，工頭做他們自己的作業(yè)分派——對所有的班次都是如此。某扣件系統(tǒng)制造企業(yè)：工頭現(xiàn)在能夠批準薪水冊，并且不用離開辦公室就可以對其手下員工的工作進行調(diào)度。某醫(yī)療產(chǎn)品制造企業(yè)：它允許操作者訪問e-mail信息并參與到該系統(tǒng)中來，而不是抵觸。某電氣設(shè)備制造企業(yè)：每個操作者可以完全訪問所有的訂單信息和過程/裝配信息，操作者不再被動地從工頭那里等信息。MES給生產(chǎn)運作人員帶來的好處某汽車供應(yīng)制造企業(yè)：生產(chǎn)線上的40MES給生產(chǎn)運作人員帶來的好處人們不再問：下一步干什么？積極適應(yīng)新系統(tǒng)，操作者成為主人對定單和庫存的更好控制即時可獲的更多信息使員工為“知識工人”，他們熱情高漲管理人員可在線訪問更全面的信息(不再通過手工方式)，有更多時間從事管理工作生產(chǎn)流程可視化，管理人員成為了教練便于進行庫存控制，利于減低成本、規(guī)劃生產(chǎn)更快的反應(yīng)時間，生產(chǎn)經(jīng)理能夠下到車間而不是在桌子處理數(shù)字MES給生產(chǎn)運作人員帶來的好處人們不再問：下一步干什么？41MES給生產(chǎn)運作人員帶來的好處豐富的員工授權(quán)，人們不必等事做，即時可獲的信息使工作更有效，能作出更好的決策知道下一步工作是什么，并且能夠獲得更好的準備時間改善了制造和計劃調(diào)度之間的通訊條形編碼的容器提高操作自動化，它沒有MES系統(tǒng)將無法運行能夠從桌面獲得信息，車間不必有MRP，減少了文書工作，具有更好的責任性及時提供的信息使員工能夠?qū)崟r看到有什么，需要干什么數(shù)據(jù)的訪問率從10%提高到100%整個車間對每個人而言都是“可見的”MES給生產(chǎn)運作人員帶來的好處豐富的員工授權(quán)，人們不必等事做42制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）ISA-95：MES的應(yīng)用范圍制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）ISA-95：MES的應(yīng)用范圍43制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES與CIMS中其他模塊的關(guān)系制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES與CIMS中其他模塊的關(guān)系44？MES的主要作用填補了上層生產(chǎn)計劃與底層工業(yè)控制之間的鴻溝上層生產(chǎn)計劃層底層設(shè)備控制層生產(chǎn)什么控制指令計劃控制執(zhí)行？MES的主要作用填補了上層生產(chǎn)計劃與底層工業(yè)控制之間的鴻45車間計劃/執(zhí)行/控制三層之間的信息流MRPII/ERP時間因子：100XMES時間因子：10X控制層時間因子：1X人員設(shè)備要生產(chǎn)什么？生產(chǎn)方法指令生產(chǎn)了什么操作結(jié)果操作狀態(tài)生產(chǎn)了什么？是如何生產(chǎn)的？

生產(chǎn)方法及人員指令生產(chǎn)結(jié)果及人員反饋

設(shè)備操縱控制輸入/輸出傳感器值車間計劃/執(zhí)行/控制三層之間的信息流MRPII/ERPMES46MRPII/ERP與MES之間的信息流MRPII/ERP預測成本生產(chǎn)計劃產(chǎn)品定義工藝定義人力資源采購分銷……MES資源分配/狀態(tài)操作調(diào)度生產(chǎn)分派文檔控制數(shù)據(jù)采集在制品狀態(tài)/跟蹤質(zhì)量管理性能分析過程管理產(chǎn)品跟蹤及譜系維護管理產(chǎn)品需求BOM/圖紙/零件程序生產(chǎn)方法/資源工藝規(guī)程人員特性庫存狀態(tài)生產(chǎn)指令…訂單狀態(tài)/完成情況資源狀態(tài)/利用情況人員狀況/利用情況物料狀況/利用情況實際的BOM/圖紙/方法實際的加工路線/工藝產(chǎn)品譜系，廢品/次品…MRPII/ERP與MES之間的信息流MRPII/ERPME47MES與控制層之間的信息流CONTROL監(jiān)視與傳感過程，設(shè)備，環(huán)境人員，物料控制機器控制調(diào)整控制實時質(zhì)量控制高級過程控制操作過程排序機器與過程指令人員指令人機接口安全，維護MES資源分配/狀態(tài)操作調(diào)度生產(chǎn)分派文檔控制數(shù)據(jù)采集在制品狀態(tài)/跟蹤質(zhì)量管理性能分析過程管理產(chǎn)品跟蹤及譜系維護管理過程指令：方法/工作指令/零件程序…操作員指令：預定/預防性維護物料安全指令（文檔）機器操作指令（文檔）……過程狀態(tài)（工序進展）批次結(jié)束報告特別查詢（設(shè)備運行參數(shù)）物料分析（使用狀況）事件:時間/日期/批/警報數(shù)據(jù)采集……MES與控制層之間的信息流CONTROLMES過程指令：過程48MES與CIMS中

其他模塊的關(guān)系MES與CIMS中

其他模塊的關(guān)系49ENDEND50專題二：

CIMS組成與體系之MES現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)朱海平haipzhu@機械學院制造裝備數(shù)字化國家工程中心/工業(yè)工程系專題二：

CIMS組成與體系之MES現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)朱海平51WhyMES?設(shè)想自己是一個汽車生產(chǎn)車間管理者，請你回答以下問題如何告訴客戶何時能交貨？如何告訴企業(yè)領(lǐng)導本車間每月/每日生產(chǎn)效率如何？如何告訴物流系統(tǒng)什么時候該送哪些零部件到生產(chǎn)線上？如何告訴車間操作者今天的工作任務(wù)是什么？如何告訴車間設(shè)備維修者哪些設(shè)備已經(jīng)到了臨界期，需要維護或維修了？如何迅速找到某個汽車產(chǎn)品所用的發(fā)動機是何時生產(chǎn)的？輪胎是哪個供應(yīng)商提供的？如何為ERP提供每天庫存物料的消耗數(shù)量？WhyMES?設(shè)想自己是一個汽車生產(chǎn)車間管理者，請你回答以52WhyMES?工廠管理所面臨的問題無法立即知道與掌握生產(chǎn)線狀況必須投入大量人力收集報表資料及重復抄寫所得到的資料已失去時效性不同部門會投入人力收集類似的資料不同部門會提出不同的數(shù)據(jù)并各執(zhí)一詞資料太過龐大與復雜，難以整理與分析難以找到問題的重點WhyMES?工廠管理所面臨的問題53什么是MES？制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES，ManufacturingExecutionSystem）是用來輔助生管人員收集現(xiàn)場資料及控制現(xiàn)場制造流程的應(yīng)用軟件，是提供企業(yè)改善制造過程、提高生產(chǎn)效益的工具。它是將企業(yè)生產(chǎn)所需的核心業(yè)務(wù)如訂單、供貨商、物管、生產(chǎn)、設(shè)備保養(yǎng)、品管等流程整合在一起的信息系統(tǒng)，它提供實時化、多生產(chǎn)型態(tài)架構(gòu)、跨公司生產(chǎn)管制的信息交換；可隨產(chǎn)品、訂單種類及交貨期的變動彈性調(diào)整參數(shù)等諸多能力，能有效的協(xié)助企業(yè)管理存貨、降低采購成本、提高準時交貨能力，增進企業(yè)少量多樣的生產(chǎn)控管能力。什么是MES？制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES，Manufacturin54制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的定義：定義一（AMR定義）

MES是在公司的整個資源按其經(jīng)營目標進行管理時，為公司提供實現(xiàn)執(zhí)行目標的執(zhí)行手段，通過實時數(shù)據(jù)庫連接基本信息系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)和工廠的實際數(shù)據(jù)，并提供業(yè)務(wù)計劃系統(tǒng)與制造控制系統(tǒng)之間的通信功能。定義二（MESA定義）

MES能通過信息的傳遞，對從訂單下達開始到產(chǎn)品完成的整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的管理，對工廠發(fā)生的實時事件，及時作出相應(yīng)的反應(yīng)和報告，并用當前準確的數(shù)據(jù)對進行相應(yīng)的指導和處理。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的定義：55制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的發(fā)展歷史：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES的發(fā)展歷史：56MES的產(chǎn)生Purdue五層模型MES的產(chǎn)生Purdue五層模型57MES的產(chǎn)生ERP/MES/SFC三層結(jié)構(gòu)MES的產(chǎn)生ERP/MES/SFC三層結(jié)構(gòu)58國際標準？ISA-95MESAOpenMES…國際標準？ISA-9559制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）ISA-95MES功能模型制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）ISA-95MES功能模型60MESA的模塊化分MESA將MES的按照功能劃分為11個模塊：資源分配與狀態(tài)管理（ResourcesAllocationandStatus）運作/細化調(diào)度（Operation/DetailScheduling）生產(chǎn)單元分派（DispatchingProductionUnit）文檔控制（DocumentControl）數(shù)據(jù)采集與獲?。―ataCollection/Acquisition）勞動力管理（LaborManagement）質(zhì)量管理（QualityManagement）過程管理（ProcessManagement）維護管理（MaintenanceManagement）生產(chǎn)跟蹤與記錄（ProductTrackingandGenealogy）性能分析（PerformanceAnalysis）MESA的模塊化分MESA將MES的按照功能劃分為11個模塊61MES的功能Controls車間設(shè)備控制SCM供應(yīng)鏈管理MRPII/ERP企業(yè)資源規(guī)劃SSM服務(wù)銷售管理MES制造執(zhí)行系統(tǒng)P/PE產(chǎn)品及工藝設(shè)計MESA的功能模型MES的功能Controls車間設(shè)備控制SCM供應(yīng)鏈MRP62MES功能概述序功能項目英文全稱功能概述備注1資源分配與狀態(tài)ResourceAllocationandStatus管理車間資源狀態(tài)及分配信息MESA/NIST2操作/詳細調(diào)度Operations/DetailScheduling生成操作計劃，提供作業(yè)排序功能M/N3分派生產(chǎn)單位DispatchingProductionUnits管理和控制生產(chǎn)單位的流程M/N4文檔管理DocumentControl/SpecificationManagement管理、控制與生產(chǎn)單位相關(guān)的記錄M/N5數(shù)據(jù)采集/獲取DataCollection/Acquisition采集生產(chǎn)現(xiàn)場中各種必要的數(shù)據(jù)M/N6員工管理LaborManagement提供最新的員工狀態(tài)信息M/N7質(zhì)量管理QualityManagement記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品及過程特性M/N8過程管理*ProcessManagement監(jiān)視生產(chǎn)，糾偏或提供決策支持MESA9維護管理MaintenanceManagement跟蹤和指導設(shè)備及工具的維護活動M/N10產(chǎn)品跟蹤和譜系ProductTrackingandGenealogy提供工件在任意時刻的位置及其狀態(tài)信息M/N11性能分析PerformanceAnalysis提供最新的實際制造過程及對比結(jié)果報告M/N12物料管理*Materialmanagement管理物料的運動、緩沖與儲存NISTMES功能概述序功能項目英文全稱功能概述備注1資源分配與狀態(tài)63MES功能詳解1.資源分配與狀態(tài)(ResourceAllocationandStatus)：管理各種資源（包括設(shè)備、工具、材料和其它輔助設(shè)備，以及派工單、領(lǐng)料單、工序卡等相關(guān)作業(yè)指令和文件等確保設(shè)備正常開工所必需的實體），跟蹤資源狀態(tài)并維護一個詳細的歷史記錄，提供資源的實時狀態(tài)信息。它保證設(shè)備能夠適時地安裝調(diào)整以及其它資源（如文檔）能夠及時獲取。資源管理包括對資源的保存與分派以支持操作/詳細調(diào)度功能，滿足操作調(diào)度目標。

MES功能詳解1.資源分配與狀態(tài)(ResourceAl64MES功能詳解2.操作/詳細調(diào)度(Operations/DetailScheduling)：基于優(yōu)先級、屬性、特性以及制造方法與工藝等進行作業(yè)排序，使得設(shè)備的調(diào)整或準備時間最少。根據(jù)不同的加工路徑以及加工路徑的重疊與并行情況，通過計算出它們加工時間或設(shè)備負荷獲得較優(yōu)的加工順序或路徑。生成工序計劃（即詳細計劃）以滿足用戶定義的運行目標。MES功能詳解2.操作/詳細調(diào)度(Operations/D65MES功能詳解3.分派生產(chǎn)單位(DispatchProductionUnits)：根據(jù)生產(chǎn)計劃和詳細排程，管理作業(yè)、訂單、批次、工作指令等形式的生產(chǎn)單位的流程。以適當?shù)捻樞蚍峙尚畔?，使其在正確的時間到達正確的地點。針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的突發(fā)問題及時修改作業(yè)指令，調(diào)整加工順序。它具有變更預定排程/生產(chǎn)計劃的能力，通過重新安排生產(chǎn)和補救措施，改變已下達的計劃，并具有通過緩沖管理來控制在制品數(shù)量的能力。MES功能詳解3.分派生產(chǎn)單位(DispatchProdu66MES功能詳解4.文檔管理(DocumentControl)：控制、管理、交付與生產(chǎn)單位相關(guān)聯(lián)的信息包，包括工作指令、制造方法、圖紙、標準操作規(guī)程、零件加工程序、批次記錄、工程更改通知以及交班信息等。它支持編輯預定信息和維護文檔歷史版本。還包括對環(huán)境、健康、安全等方面法規(guī)以及ISO標準信息的管理。MES功能詳解4.文檔管理(DocumentContro67MES功能詳解5.數(shù)據(jù)采集/獲取(DataCollection/Acquisition)：獲取和更新用于產(chǎn)品跟蹤、維護生產(chǎn)歷史記錄以及其它生產(chǎn)管理功能的生產(chǎn)信息（如對象、批次、數(shù)量、時間、質(zhì)量、過程參數(shù)、設(shè)備啟停時間、能源消耗等）。它可使用掃描儀、輸入終端、與制造控制者的軟件界面以及其它軟件等方式相結(jié)合，以手工或自動方式在車間采集最新的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)上述功能。這些數(shù)據(jù)可能存在于生產(chǎn)單位相關(guān)的文檔/記錄中、來源于底層DCS或PLC裝置中，或采用其它方式獲得，它們是性能分析的數(shù)據(jù)源。MES功能詳解5.數(shù)據(jù)采集/獲取(DataCollect68MES功能詳解6.勞工管理(LaborManagement)：提供最新的人員狀態(tài)信息，包括時間和出勤記錄、資質(zhì)跟蹤以及追蹤其間接活動的能力（如領(lǐng)料、備料、準備時間等），作為成本分析和績效考核的依據(jù)。它與資源分配進行交互以確定最優(yōu)的人員分派。MES功能詳解6.勞工管理(LaborManagemen69MES功能詳解7.質(zhì)量管理(QualityManagement)：從生產(chǎn)過程實時采集質(zhì)量數(shù)據(jù)，對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析、跟蹤、管理和發(fā)布。運用數(shù)理統(tǒng)計方法對質(zhì)量數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析，監(jiān)控產(chǎn)品的質(zhì)量，同時鑒別出潛在的質(zhì)量問題。分析造成質(zhì)量異常的操作、相關(guān)現(xiàn)象與原因，提出糾正或校正的措施，或提出質(zhì)量改進意見和計劃。也可以包括SPC/SQC跟蹤、離線檢測操作以及在實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)中分析。MES功能詳解7.質(zhì)量管理(QualityManagem70MES功能詳解8.過程管理(Processmanagement)：監(jiān)視生產(chǎn)過程，自動糾偏或為操作者提供決策支持以糾正和改善在制活動（這種活動既可以是工序內(nèi)，也可以是工序間）。它可包括報警管理。可能通過數(shù)據(jù)采集/獲取提供智能設(shè)備與MES的接口。NIST認為過程管理活動已在分派與質(zhì)量管理中描述；MESA將其單列，是因為該活動可能由一個單獨的系統(tǒng)來執(zhí)行。MES功能詳解8.過程管理(Processmanagem71MES功能詳解9.維護管理(MaintenanceManagement)：跟蹤和指導設(shè)備及工具的維護活動以保證這些資源在制造進程中的可獲性，保證周期性或預防性維護調(diào)度，以及對應(yīng)急問題的反應(yīng)（報警），并維護事件或問題的歷史信息以支持故障診斷。對生產(chǎn)過程中的設(shè)備(含刀具、夾具、量具、輔具)進行管理，記錄設(shè)備的基本信息(加工范圍、精度、對象、持續(xù)工作時間等)、設(shè)備當前狀態(tài)(設(shè)備負荷、可用性)、設(shè)備維修計劃、設(shè)備故障和維修情況等。MES功能詳解9.維護管理(MaintenanceMan72MES功能詳解10.產(chǎn)品跟蹤和譜系(ProductTrackingandGenealogy)：提供所有時期工作及其處置的可視性。其狀態(tài)信息可包括：誰在進行該工作；供應(yīng)者提供的零件、物料、批量、序列號；任何警告、返工或與產(chǎn)品相關(guān)的其它例外信息。其在線跟蹤功能也創(chuàng)建一個歷史記錄，該記錄給予零件和每個末端產(chǎn)品使用的可跟蹤性。在制品(WIP)跟蹤；產(chǎn)品/生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)存儲和管理MES功能詳解10.產(chǎn)品跟蹤和譜系(ProductTrac73MES功能詳解11.性能分析(PerformanceAnalysis)：提供實際制造操作活動的最新報告，以及與歷史記錄和預期經(jīng)營結(jié)果的比較。運行性能結(jié)果包括對諸如資源利用率、資源可獲取性、產(chǎn)品單位周期、與排程表的一致性、與標準的一致性等指標的度量。MES功能詳解11.性能分析(PerformanceAna74MES功能詳解12.物料管理：管理物料（原料、零件、工具）及消耗品的運動、緩沖與儲存。這些運動可能直接支持過程操作或其它功能，如設(shè)備維護或安裝調(diào)整。該功能為NIST所追加，它認為上述物料管理活動與資源分配和跟蹤功能的關(guān)系并不明確。MES功能詳解12.物料管理：管理物料（原料、零件、工具）及75MES功能分類核心功能：與生產(chǎn)過程管理直接相關(guān)，提供生產(chǎn)管理最基本功能。相互關(guān)聯(lián)，集成而不可分割。主要涉及制造資源和工作訂單管理。輔助功能：生產(chǎn)過程管理的外圍或支持活動。擴展MES涵義的廣度。MES功能分類核心功能：與生產(chǎn)過程管理直接相關(guān)，提供生產(chǎn)管理76核心功能（5+1）資源分配與狀態(tài)管理（ResourcesAllocationandStatus）運作/細化調(diào)度（Operation/DetailScheduling）生產(chǎn)單元分派（DispatchingProductionUnit）數(shù)據(jù)采集與獲取（DataCollection/Acquisition）生產(chǎn)跟蹤與記錄（ProductTrackingandGenealogy）物料管理（Material

Management）計劃系統(tǒng)接口(PlanningSystemInterface)“生產(chǎn)管控”是貫穿于整個MES核心功能的主線核心功能（5+1）資源分配與狀態(tài)管理（ResourcesA77輔助功能（6）文檔控制（DocumentControl）勞動力管理（LaborManagement）質(zhì)量管理（QualityManagement）維護管理（MaintenanceManagement）性能分析（PerformanceAnalysis）過程管理（ProcessManagement）例外管理(MaintenanceManagement)員工考勤管理(TimeandAttendance)供應(yīng)商管理(SupplierManagement)……輔助功能（6）文檔控制（DocumentControl）78MES的發(fā)展與應(yīng)用情況財務(wù)系統(tǒng)MRPP/SMESMRPII預測DRPI-MESERP新一代解決方案同步化模塊化面向?qū)ο笮袠I(yè)集中具有伸縮性基于戰(zhàn)略SCM1960197019801990未來MES的發(fā)展與應(yīng)用情況財務(wù)系統(tǒng)MRPP/SMESMRPII79MES技術(shù)在國際上的發(fā)展歷程專用MES（PointMES）集成化MES（IntegratedMES）可集成的I-MES（IntegratableMES）智能化第二代MES（MESII）下一代MES19852000200319901995MES技術(shù)在國際上的發(fā)展歷程專用MES（PointMES80MES在國際上的應(yīng)用情況MES在發(fā)達國家已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其應(yīng)用覆蓋離散與流程制造行業(yè)和領(lǐng)域:半導體、電子、機械、航空、汽車、醫(yī)療、食品、釀酒、石油、化工、冶金等，并給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。據(jù)AMR和MESA于1997年提供的數(shù)據(jù)：1993年MES的市場銷售額為1.5億美元，1994-1995年的銷售額以大約30%的速度增長，這一增長速度將繼續(xù)保持到2000年。MES的出現(xiàn)和普及，對國外生產(chǎn)管理界也產(chǎn)生了深遠的影響。在國外很多行業(yè)應(yīng)用中MES已和ERP相提并論。MES是目前世界工業(yè)自動化領(lǐng)域的重點研究內(nèi)容之一。MES在國際上的應(yīng)用情況MES在發(fā)達國家已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其應(yīng)81MES在國際上的應(yīng)用情況MES在國際上的應(yīng)用情況82MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況83MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況MES思想在20世紀90年代中期引入我國，1999年國家863高技術(shù)發(fā)展計劃首次將MES納入CIMS主題進行探索性研究。國家“十五”863將流程MES作為重點項目進行資助，取得了一批研究與應(yīng)用成果（如可集成的MES、基于構(gòu)件的可重構(gòu)MES、知識化MES、基于WEB的MES、敏捷化MES理論等），并對離散MES進行初步研發(fā)。MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況MES思想在20世紀90年代中84MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況制造業(yè)水平的提高，不單是采用設(shè)備自動化，提高生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的效率顯得更為重要。在我國，MRPII、ERP已逐漸趨于成熟與普及，而面向制造執(zhí)行層的MES軟件在開發(fā)與應(yīng)用方面還比較薄弱。隨著企業(yè)信息化應(yīng)用水平的不斷提高，企業(yè)逐漸認識到實現(xiàn)企業(yè)計劃層與車間執(zhí)行層的雙向信息流交互，通過連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成，是提高企業(yè)敏捷性的一個重要因素。MES在中國的發(fā)展與應(yīng)用情況制造業(yè)水平的提高，不單是采用設(shè)85MES給企業(yè)帶來的利益MESA分別在1993年和1996年以問卷方式對若干典型企業(yè)進行了兩次有關(guān)MES應(yīng)用情況的調(diào)查這些典型企業(yè)覆蓋如下七大行業(yè)：醫(yī)療產(chǎn)品，塑料與化合物，金屬制造，電氣/電子，汽車，玻璃纖維，通訊這些企業(yè)中，75%為離散制造企業(yè)，16%為批量/流程制造企業(yè)，9%為混合型企業(yè)，它們平均應(yīng)用MES的時間為2.3年以下數(shù)據(jù)是這兩次調(diào)查的結(jié)果……MES給企業(yè)帶來的利益MESA分別在1993年和1996年86可量化的直接經(jīng)濟利益獲益項目平均獲益（獲益范圍）調(diào)查1（1993年）調(diào)查2（1996年）縮短產(chǎn)品制造周期45%（2-80%）35%（10-80%）減少或消除數(shù)據(jù)輸入時間75%（25-100%）36%（0-90%）減少在制品數(shù)量17%（25-100%）32%（0-100%）減少或消除作業(yè)轉(zhuǎn)換中的文書工作56%（5-100%）67%（0-200%）縮短產(chǎn)品交付周期32%（2-60%）22%（0-80%）改進產(chǎn)品質(zhì)量(減少次品)15%（5-25%）22%（0-65%）消除損失的文書/藍圖57%（10-100%）55%（0-100%）可量化的直接經(jīng)濟利益獲益項目平均獲益（獲益范圍）87難以量化的間接經(jīng)濟利益滿足客戶要求的高質(zhì)量響應(yīng)；提高制造系統(tǒng)對變化的響應(yīng)能力以及客戶服務(wù)水平；均衡企業(yè)資源的利用率，優(yōu)化產(chǎn)能，提高運作效率；大大縮短企業(yè)投資回報周期；通過員工授權(quán)，大大提高企業(yè)員工的工作能力與效率；提高企業(yè)敏捷性，增強企業(yè)核心競爭力。某企業(yè)的觀點頗具代表性：“MES的實時數(shù)據(jù)不僅給工廠日復一日的運作帶來了顯著的優(yōu)勢，更重要的是改善了對客戶的服務(wù)”。難以量化的間接經(jīng)濟利益滿足客戶要求的高質(zhì)量響應(yīng)；88MES對生產(chǎn)運作管理的最大影響實時的訂單狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、庫存可視性；實時的作業(yè)優(yōu)先級，提供對工廠管理的