济中的地位起到重要的推动作用
其意义在于
1
解决资源重复浪费实现区域/行业内资源优化配置通过建立网络经协同设计制造环境利用遍布全球的信息网络企业可以在广泛的地域范围内寻求合作伙伴构成网上虚拟企业联盟该联盟以市场为驱动以共同利益为纽带将不同企业和机构的制造资源动态联接起来进而实现资源优化重组并提高资源的利用率2提高创新能力采用数字化网络化技术
改造传统产业
提高劳动生产率
通过推进各地区/
行业技术创新体系的建设提高
企业的产品创新能力3建立信息技术支持的市场环境迎接全球化的竞争对于中西部地区的企业来说客观上与沿海地区存在着地理位置上的差距采用网络化制造技术可以直接与外界进行合作与交流
从而跨越地理位置所带来的障碍4建立信息技术服务体系推进高新技术的应用通过在各地区建立网络化设计制造技术服务中心可以解决许多企业专业技术人材不足问题另外通过全国范围的网络化技术协作可以实现专业配套
降低开展网络化设计制造技术应用的难度5通过
实施区域网络化制造战略
实现企业间集成和动态联盟优化运行提高区域/行业的经济竞争力6加强国际合作参与国际竞争的需求 1.2.3 网络化制造系统国内外研究与应用
网络化制造技术是在Internet
技术得到广泛应用的情况下出现的先进制造模式其概念形成和初步的应用是在20世纪90年代中期在随后的几年网络化制造技术得到了迅速的发展其应用也取得了显著的成果
国外的相关研究有1NIIIP 研究项目NIIIP National Industrial Information Infrastructure Protocols 项目从事关于虚拟企业方面的工作目的是通过研究企业间合作的方案使得合作者之间消除由于不同的数据结构不同的过程和不同的计算环境所造成的障碍2网络化设计网络化设计的典型研究项目有DICE SHARE 和
4 PACT 等DICE 是基于计算机的设计系统在这个设计系统中提供了一个共享工作空间多个设计人员可以按照各自的工程学科进行设计在该项目中采用了基于全局控制机制的面向对象的数据库管理系统以此来解决设计人员之间的协调和交流此项目较为系统地研究了分布式协同设计的问题目前研究工作已拓展到以Internet 为基础的异地协同问题上来美国Lowa 大学工业工程系建立了一个Internet 实验室其主要研究项目包含如何利用WWW 技术建立基于客户服务器形式的协同设计模型3网上制造CyberCut 项目发发了网上设计系统WebCAD 网上工艺设计指导系统
WebCAPP
和访问机床的开放式控制器
以对零件进行加工
CAMNET 项目提供材料选择生产性能分析等一系列服务 在国外网络化制造技术也已经得到了较好的应用比如美国通用电器公司利用网络与其经销商和客户直接通信GM Access 系统通过卫星使总部工厂和公司的9000
个经销商互相联系
进行订单管理
销售分析
预报和维修等
思科系统公司CISCO 每天通过因特网实现的销售超过4000
万美元87%的订购是通过网上完成的而在中国100%的业务都是通过网络完成的
国内对网络化制造的研究部分见1.2.1节至于对网络化制造的应用起步也较晚始于90年代初具体应用有四川省科技厅和西南交通大学进行的成德绵区域网络化
制造方案设计[13]周丹晨等进行的基于B/S 架构三层体系的企业初步实施[14]以及现
代集成制造系统应用网络CIMSNET 的使用等其中CIMSNET 是面向制造业的全国性虚拟网络是为适应制造业的发展趋势而建设的我国第一个以高技术为依托面向制造业的专业性分布式应用型网络系统该网络于1999年2月开始建设利用已有三大主干物理网络在全国范围充分调动和发挥了十几所高校和科研院所的技术优势实现了全国现代集成制造技术信息与资源的有机集成
1.3 MES 系统研究综述
1.3.1 MES 的概念模型以及功能
MES 的概念最早形成于80年代末进入90年代逐步成型并获得迅速发展它的目标是最终实现制造资源管理生产过程计划与物料流动质量控制工艺等的全面集成并为网络化制造战略的实施奠定基础
美国先进制造研究机构AMR Advanced Manufacturing Research 将MES 定义为
5
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情况以及跟踪所有资源
人
设备
物料
客户需求等的当前状态[6][15]
AMR 于90年代提出的企业集成模型清楚地描述了
MES 在企业系统中的位置见图
1-1
图 1-1 企业集成模型
计划层
(MRP/ERP)
强调企业的计划性它以客户定单和市场需求为计划源头,充分利用企业内的各种资源降低库存提高企业效益执行层(MES)强调计划的执行通过MES 把ERP/MRPII 与企业的现场控制有机地集成起来控制层(Control)强调设备的控制包括PLC 数据采集器条形码各种计量及检测仪器机械手等
的控制
从这模型可以看出
MES
在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁填补了两者之间的空隙
以下的MES 的概念模型包括系统的定位模型和功能模型其中系统的定位模型
反映了MES 与企业其它应用系统的关系
具体如图1-2所示
[16][17][18]
图 1-2 MES 定位模型
从图1-2可知作为生产管理系统核心的MES 为其他各种企业应用系统提供现
6 场的数据信息
ERP 系统需要MES 提供成本制造周期和预计产出时间等实际生产数据供应链从MES 中取到生产订单的实际状态企业当前的实际生产能力情况以及企业中生产换班的相互约束关系销售和客户服务模块的成功报价和准时交货决定了每个时刻生产的实际情况所以它必须和MES 有密切的联系
生产工艺管理是基于MES 的产品产出和质量数据进行优化的而控制模块则必须每时每刻从MES 中取
到生产配方或操作指导技术资料
另一方面MES 也要从其他的系统中获取到自身需要的数据ERP 的计划数据是MES 进行生产调度的依据供应链通过外来物料的采购和供应时间控制着生产计划的制订和某些零件在工厂中的生产活动时间销售和客户服务模块提供的产品配置和报价为实际生产订单信息提供基本的参考数据生产工艺管理提供实际生产的指导文件和各种配方及操作参数从控制模块传来的实时生产状态数据被MES 用于实际生产性能评估和操作条件的判断总之MES 和其他系统之间是具有功能重叠但又价值唯一的关系
[16]
MES 本身的主要功能概述如下
[16]
资源管理对资源状态及分配信息进行管理包括机床辅助工具(如刀具
夹具量具等
)
物料劳动者等其他生产能力实体以及开始进行加工时必须具备的
文档(工艺文件数控设备的数控加工程序等)
详细计划
基于现有资源状况
负责生成操作计划提供基于指定生产单元相关的优先级属性特征方法等的作业排序功能
生产调度
以作业
订单批量成批以及工作订单等形式管理和控制生产
单元中的物料流或信息流
文档管理管理与生产单元相关的记录/单据该部分还完成包括对生产历史数据的存储进行维护的操作
现场数据采集
负责采集生产现场中的各种必要的数据信息这些现场数据可以从车间手工输入或由各种自动方式获得
人力资源管理
提供按分钟级更新的员工状态信息数据人力资源管理可以与设备的资源管理模块相互作用来决定最终的优化分配
质量管理
把从制造现场收集到的数据进行实时分析以控制产品质量并确
定生产中需要注意的问题
过程管理
监控生产过程
自动修正生产中的错误提高加工效率和质量或者向用户提供纠正错误并提高在制行为的决策支持
设备维护管理跟踪和指导企业维护设备和刀具以保证制造过程的顺利进行
7 并产生除报警外的阶段性周期性和预防性的维护计划,也提供对直接需要维护的问题
进行响应
生产跟踪提供工件在任意时刻的位置及其状态信息
性能分析
此模块能提供按分钟级更新的实际制造过程的结果报告
并将这些结果与过去的历史记录及所期望出现的经营目标进行比较
可以看到MES 每一个相关的功能模块事实上都是以车间底层的制造资源为对象的可以说对车间资源合理的集成和管理是MES
功能更好的扩展
1.3.2 MES 的发展现状和发展趋势
鉴于MES 的重要性近年来美日欧等工业发达国家非常重视对MES 技术的研究开发与系统应用先后提出过传统的MES
Traditional MES, T-MES
可集成的
MES Integratable MES 等概念[5][19][20]并开发出一些相关的MES 软件产品T-MES 是
指在第一阶段发展起来的信息系统
可以简单地将它分为两大类1专用的MES 系统
Point MES 这类系统是自成一体的应用系统它只能解决某个特定领域的问题针如车间维护生产监控有限能力调度或是SCADA 等2集成化MES 系统
Integrated MES 这类系统针对一个特定的规范化的环境而设计的如航空装配半导体食品和卫生等行业目前已扩展到整个工业领域但此类系统依然是针对一个特定的行业缺少通用性和广泛的集成能力目前市场上占主要地位的还是传统的
MES 随着信息技术和网络技术的飞速发展很多企业的生产模式逐渐向网络化制造发展车间除了具有常规的生产管理和控制功能外还应具有实现单元动态重构以及通过网络对外交流和合作的功能[21][22]而前面提到的MES 体系结构和设计方法的共同
特点是以本企业生产为核心
着眼的是如何
管好自身研究的范围限于单个车间环境下的MES 集成在区域化乃至全球化市场形成的今天采用这样的体系结构所建立的单个企业范围内的信息系统对其他企业而言
在一定程度上是一个相对封闭的
自动化孤岛由于缺乏有效的支持网络化制造的车间制造资源集成与过程管理系统因而无法实现企业远程监控与管理以及异地企业间实时协作和即时的客户服务等网络化制造功能针对上述情况近来有学者提出了一种对传统车间实施网络化改造与性能提升以支持网络化制造的MES 即扩展的网络化MES [21][22][23][24][25]它是基于Intranet 和Fieldbus 的制造系统内部管理信息智能网与控制信息智能网的集成以及基于Internet 的制造系统的外集成扩展的MES 作为集成的分散化智能制造系统中的
