MES解决方案

制造执行系统(MES,anufacturing Execution System)是处于计划层和控制层之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源

MES功能及特点
制造执行系统(MES,anufacturing Execution System)是处于计划层和控制层之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。MES首先在半导体和电子制造领域取得了成功应用。
 
流程工业的生产方式受全球竞争和市场经济的影响,正经历着一些变革,对于多品种小批量的生产过程,生产方式逐渐由面向库存生产转为面向订单生产。企业资源计划(ERP)系统需要实时的生产信息辅助进行经营决策和订单管理。但是来自生产现场的状态信息和生产数据并不能直接反映经营者所关心的生产进度和质量变化等信息。

因此,需要MES在企业资源计划和过程控制之间提供信息的转换。MES执行由ERP制定的计划,并根据实时生产信息调整生产作出调度,并将有关资源利用和库存情况的准确信息实时地提供给ERP系统。MES还能将生产目标及生产规范自动转化为过程设定值,并对应到阀门、泵等控制设备的参数设置。同时,MES将从DCS采集来的生产数据与质量指标进行对比和分析,可以提供闭环的质量控制。可见,MES是ERP和DCS之间的信息纽带,是流程工业CIMS实施的核心。
 
流程CIMS中,MES软件系统的功能主要包括物料管理、资源管理、作业/订单管理、质量管理、操作管理及行业法规管理等。它在以下三方面具有区别于离散制造系统中MES的特点:
 
1)流程工业生产环境苛刻,生产过程包含复杂的物理、化学过程,及各种突变和不确定性因素。特别是启动、停机和应急处理等暂态过程的各项操作,不仅影响生产效率,而且存在着安全隐患。因此,操作管理是流程CIMS中MES的一项重要任务。它负责监督在所执行的每一项操作中遵守操作步骤和规范,在连续、混合及间歇生产环境下为操作员提供流程启动、平稳运行及停机等过程的标准操作指令。
 
2)流程工业CIMS不仅要集成信息流和物料流,还包括能源供应流。因此,流程CIMS中MES的调度决策功能需要对物料和能量提供最佳控制策略,同时决策不仅以提高生产效率和降低生产成本为目标,还应将节省能源、减少污染等目标考虑在内。
 
3)流程工业中MES的决策具有混杂性,不仅包括连续过程变量,而且包含离散过程变量。为了对生产过程及产品质量进行控制,必须建立反映连续过程主要物理、化学变化过程的过程模拟模型,并将过程模型与优化模型结合起来。
 
4)以往MES通常是一个很大的整体软件系统,其定制和维护的成本很高。随着计算机支撑技术的发展,开发更加模块化、更具柔性的MES系统成为可能,实施和维护MES的成本大大降低。因此,MES作为流程CIMS的核心,在石油、化工、制药及制浆造纸等流程工业的综合自动化进程中有好的应用前景。
 
MES(Manufacturing Execution System)是从产品的订货到产品的完成所有生产活动的到最佳化的信息系统。这是利用实时的数据让所有Plant离的所有活动得到“引导”,开始“着手”,得到“应答”及报告。把焦点放在根据状态变化的迅速的应答和没有价值的活动的减少,带来工厂内部和生产的计划的效率MES带来企业的资产的效率化,(Return on Operational Assets),正确的交货期,库存的循环,总利润,流动资金等这还可以为企业和提供关于通过Supply Chain的生产活动的Mission-critical的信息。MES广泛的使用在汽车,半导体,电子,食品处理,药业,医疗器械,织物,等制造行业。日程管理(Scheduling).设备管理(Maintenae Management),质量,时间,出勤率,等因数进入MES范围所有的制造工业范围。
 

MES是资源分配和状态,(Resource Allocation&Status),生产单元的派遣(Dispatching Production Units),数据的收集(Data Collection/Acquisition),质量管理(Quality Management),性能分析(Performae Analysis)工作/详细日程管理,文档管理(Document Management),计划管理(Process Management)人力管理(Labor Management)及产品的跟踪,可以标准化各种信息大部分上端的电算系统只能下达单纯的“作业指示”命令。制造现场完成作业后把结果报告到电算系统中。这样的话带来从作业指示下达到报告结果的中间过程完全不能跟踪/监视/控制的结果。所以需要起在制造现场和电算系统之间起桥梁作用的MES。
 
MES提供电算系统不包括的原价的增加/质量下降等、因数的跟踪和监视/控制功能。WIP,生产资财,持有设备的明细/现状,等信息的数据库化管理,以这些为基础可以标准化各种信息。MES仔细看有计划进行信息监视及控制,设备控制及监视,质量管理Tracking及Control,实绩信息的集合,仓库的运营管理,库存的管理,资财投入管理,人力管理,公务管理,等在现场能发生的所有信息的联合管理。MES的功能
 
11种功能:
1、资源分配及状态管理(Resource Allocation and Status)
机械,工具,工作者的熟练度,资财及文档,等可用于别的工作者的资源管理,资源分配及状态管理功能是提供资源的详细的历史,实时提供设备的状态,确认设备有没有好好的设置。这样的资源管理包括符合作业日程目标的预约和分配。
 
2,作业及详细日程管理(Operation/Detail Scheduling)
作业及详细日程管理功能是为已经有恰当的顺序的时候给setup最小化的工作提供以生产单元的连贯的方案,优先顺序,属性及特性为基础的顺序。日常管理带有有限性。为了正确的时间,设备的装载及移动类型等的详细计算的重复/并列的对应方案的掌握。
 
3,生产单元的分配(dispatching Production Units)
对于Batch,Lot及作业指示(workorder)等这样的作业形态管理管理生产单位的流程。分配信息是根据现场发生的事件来执行的作业的实时的变化的顺序来提供。随者再作业再处理计划是Buffer管理和所有始点的控制能力有关系.
 
4,文档管理(Document Control)
文档管理功能是,作业指示,处方,图面,标准作业步骤,部分程序,配制记录,技术上变化的要求事项,Team和Team之间的交谈意见。及已经计划好的和有什么组成。编辑这些信息的能力,和生产单元一起管理的记录形态等的控制。文档管理功能提供给作业者提供数据或给设备控制的处方,使作业指示下达到作业现场,还包括环境的控制及联合和健全,安全的规定几正确的操作步骤包含ISO等信息。
 
5,数据的收集(Data Collection/Acquisition)
数据的收集功能提供与大众化生产单元有联系的记录和形态的数据和为得到内部生产的I/F连接。上面的数据在生产现场手动或从设备一份为单位自动收集。
 
6,劳动管理(Labor Management)
劳动管理功能是以分为单位提供每个人的状态。以时间对比,出勤报告,坚定跟踪,及行为为基础的费用为基准,包含资财及工具准备作业,等这样的间接的行为跟踪能力。以上功能是和为决定最佳分配的资源分配相互作用。
 
7,计划管理(Process Control)
计划管理是监视生产提供为进行中的作业向上的作业者的议事决定支援,或自动的修改。这样的行为把焦点放在从内部起作用或从一个作用到下一个作业计划跟踪,监视,控制和内部作用的机械及装备。从外部包含为了让作业者和每个人知道允许的误差范围的计划变更的警报管理。着提供智能设备和MES之间的I/F是数据的收集功得到可能。
 
8,维修管理(Maintenae Management)
为了提高生产和日程管理能力的装备和工具的维修行为的指示及跟踪。为了给新问题提供帮助的维持过去事件的历史。
 
9,生产的跟踪及历史,(Product Tracking and Genealogy)
可以看出作业的位置和在什么地方完成作业,状态信息是谁在作业,供应商的资财,lot关联序号,现在的生产条件,警报状态,再作业后跟生产联系的其他事项,On-line跟踪功能生成赋予最终生产品各个的使用法和因数的跟踪能力的历史记录。
 
10,执行分析(Performae Analysis)
执行分析功能通过过去记录和预想结果的比较提供以分为单位报告实际的作业运行结果。执行分析结果包含资源活用,资源可用性,生产单元的周期,日程遵守,及标准遵守的测试值。可以包含PC/SQC。具体化从测试作业因数的许多异样的功能收集的信息。这样的结果应该以报告的形式准备或可以on-line提供对执行的现在评价。
 

ERP与MES的接口
MES是信息化重要组成部分
首先,对于制造业企业来说,信息化所涵盖的概念不仅仅是所谓的管理层次,它将企业的生产、库存、财务、客户、销售等层面集合在一起,用科学的方法和流程化的模式,实现企业的最高效率。而采用当前精确数据的MES,对生产活动进行初始化,及时引导、响应和报告工厂的活动,对随时可能发生变化的生产状态和条件作出快速反应。

MES要负责提供从接受订货到制成最终产品全过程的生产活动的信息,然后反馈给ERP生产模块。如果想从根本上提高生产线上的劳动生产率,还是需要从MES着手,加快生产线运作流程。可以这样理解,对于生产管理来说,MES是内因,是决定性因素,而ERP是外因,是负责调配好物料、质量控制等“边缘”因素,没有“边缘”固然会使效率下降,生产线会因为没有配料、没有工人等问题减速或停顿。但是,没有内因,则干脆就不能称之为现代化的生产线。
 
在生产控制领域,时间是以秒甚至毫秒计算的,一个生产线上多长时间走一个流程,经常精确到分秒不差的地步。而ERP则至少将这一时间放大到10倍甚至100倍,财务数据晚出来十分钟基本没有关系,库房配料早到一分钟也无非就是稍等一下而已。理清了这个概念,MES与ERP同属于信息化范畴,只是涵盖不同领域的道理不言自明。
 

MES与ERP实施无所谓先后
MES和ERP的实施到底有没有时间问题。既然ERP上的生产数据很多要从MES中来,那么是不是意味着,没有MES,ERP就成了无源之水?所以对于一个企业来说,必须先把MES成功上线了才行?
 
当然不是。ERP不仅仅是一个软件,它是一种管理思想,它所涵盖的不仅仅是生产领域,还有财务、库存等众多领域。ERP所要做的事情是将各个领域的资源进行搭配和管理,通过制定一定的规章制度,设置一定的规则,让企业所有的人都各司其职,让企业的所有“零部件”都正常运转。
 
这个时候,生产控制仅仅作为ERP中的一个模块存在,甚至在粗放型的ERP管理中,生产控制只需要控制好时间、配料、人工以及质量管理就可以,完全可以粗放到只把生产分出一定的段,按照一定的节奏控制每一段的运作流程,保证生产线既不会因为缺料而停工,也不会因为料多了形成二级库而造成浪费;不会因为质量不合格而返工,又能顺利计算出产品的单位时间、单位成本,甚至找到降低成本的方法。所以,当MES不存在的时候,ERP仍然能够控制生产,能够从一些外沿管理上将生产掌握在可调控范围内,
MES需要多出力气
 
那么,制造业企业需要面对的问题是,所谓做管理信息化的IT企业和做MES的工控企业并不合作,或者说是没在同一时期施工,也无所谓合作的事情。企业该怎么做,把接口这样一个重要的问题留给谁来完成?
很多ERP厂商都已经明白这样一个道理,不留接口,就管不着生产线,也就意味着ERP在生产方面永远是粗放管理。因此,ERP厂商需要留出一定的接口,为MES的数据上传做准备。MES厂商则负责按照ERP留出的接口进行数据的整合和管理,将数据上传。
 
所幸的是,很多工控厂商已经意识到这样的问题,而且开始有了一个平台或软件,将生产数据收集起来,成为上层ERP与下层MES的数据通道。这些软件类似于软件领域的中间件。
 
一个现状是,现在的制造业企业正在逐步长大,更多地向集团性企业领域发展,多元化发展的结果是真正的制造业务甚至没有占到整个企业营业额的一半,这让MES的上线甚至是MES与ERP接口的问题暂时没有那么突出。
 

如何实施MES
在引入MES系统的过程中,实施是一个极其关键却经常被忽视的环节。将MES系统导入到企业的运作体系之中,企业需要先完善管理基础,根据自身情况选择好“合身”的MES软件系统,而后采用科学的实施方法充分准备,才能促使MES正式运行、发挥效用。在引入MES系统的过程中,实施是一个极其关键也是经常被忽视的环节。MES项目,只有夯实管理基础并在一定的科学方法指导下实施,才能够成功实现企业的应用目标。
 
1.MES的管理基础
要想充分发挥MES系统的功效,企业需要先健全自身的管理体系——没有严格的管理约束机制,MES系统信息的及时维护就难以保证;没有先进的管理模式,MES整理出来的信息就不能得到有效利用,从而也不能产生效益。因此,信息技术可以成为提高企业管理水平的有效手段,但不会自动地解决企业的管理问题。要想成功实施MES,企业必须先在管理上下功夫——与MES密切相关的工作,包括车间环境、职责分工以及人员保障等方面。  定置,改善车间环境。
 
定置,是指通过对生产和工作环境的分析,把生产和工作需要的物品按照工艺的需要科学地确定位置。定置管理,则是指对现场物品定置的设计、组织、实施、控制,使现场管理达到科学化、规范化、经常化的全过程。定置管理为生产者在较短的时间内用较低的成本制造出高质量产品提供良好的客观条件。通过定置管理,理顺物流,可以为MES的实施提供良好的车间环境。
 
2.合理分工、明确责职
“计算机能够解决一切管理问题。”——这是相当一部分企业领导在实施MES时的一个误区。事实上,许多企业面临的管理问题是不可能靠计算机来解决的,必须靠企业自身通过科学的组织、严格的规章及有效的控制来解决。计算机只能通过信息的获取与加工、一定的流程控制来支持企业管理思想的贯彻。
 
有些企业的组织结构不合理、职能相互重叠,其结果是责任不清、相互扯皮。这一方面妨碍了MES的顺利实施,另一方面也难以保证MES正常高效地运行。因此,在实施MES时,必须对企业的业务流程进行合理重组,去除重叠的部门责能,减少无效劳动,合理分工、明确责职。这样既可以简化MES软件的权限设置和流程控制,又能够保证信息处理的及时性,为MES的实施提供组织保证。
 
3.提供人员保证
MES系统实施,通常涉及到计算机人员、企业管理人员、车间现场操作人员和具体业务人员等方面。不仅涉及面广,而且各类人员的文化水平、业务能力、计算机应用水平也参差不齐。因此,为了保证MES的顺利实施,必须对相关人员进行足够的培训。
 
对不同类型、不同层次人员的培训方式应有所不同。实际上,在整个MES实施过程中,培训工作是贯彻始终的。不仅要在实施准备阶段进行原理培训,而且在实施准备、模拟运行与试运行、切换运行、新系统运行过程中也要进行有关培训,如软硬件产品培训、系统管理员培训和持续扩大培训等。只有企业员工对MES软硬件产品有了一定的了解,才能够保证系统最终的顺利实施和应用。
 
完善了管理环节,就可以考虑实施MES项目了。一个典型的MES实施进程,主要包括前期工作、实施准备、模拟运行与试运行、切换运行以及新系统运行几个阶段,如图1所示。

图1 典型的MES实施进程
 
4.项目前期,打好基础
项目前期,是指MES软硬件安装之前的阶段。这个阶段非常重要,关系到项目的成败,但往往为实际操作所忽视。这个阶段的工作主要包括前面提到的MES培训、车间现场问题诊断、需求分析以及软件选型等方面的工作。
 
车间现场问题诊断,是指由企业的高层领导、车间(分厂)领导和项目组人员用MES的思想对车间(分厂)现行业务流程和存在问题进行评议和诊断,寻求解决方案,用书面形式明确预期目标,并确定评价实现目标的标准。
 
需求分析方面,企业需要理智地进行分析以下问题:
1)企业当前最迫切需要解决的问题是什么,MES系统是否能够解决?
2)MES系统的投资回报率如何?
3)在财力上,企业能不能支持MES的实施?
4)上MES的目的所在,系统到底能够解决哪些问题、达到哪些目标?
5)基础管理工作有没有理顺或准备在上MES之前让咨询公司帮助理顺?人员的素质够不够高?
认真考虑以上问题之后,企业应该将分析结果写成需求分析和投资效益分析正式书面报告,从而做出是否上MES项目的正确决策。
 
5.实施准备,“软”“硬”兼顾
在运行MES系统之前,要准备并录入一系列基础数据,部分基础数据是在运用系统之前往往没有或未明确规定的,故需要做大量分析研究的工作。基础数据通常包括产品结构、物料(包括物料编码规则、零件、毛坯、在制品、刀具、工装、工具、量检具等)、工艺路线、加工工时、物料库存、设备与人员资源、各种例外代码与原因代码等信息。
 
在MES系统安装和实施之前,必须把网络系统建设好。MES所需的网络,除了一般的局域网外,还涉及车间现场数据采集与控制网络。车间现场网络可采用多种形式,如工业以太网、现场总线、RS-485网络或RS-232网络等。具体的网络形式,应根据数据采集系统的要求来确定。
 
在人员、基础数据和网络基本准备好的情况下,可以将系统安装到车间(分厂)和相关的业务部门中,并进行一系列原型测试。原型测试用企业的典型数据对软件功能进行测试,也称计算机模拟。
 
由于MES系统是信息集成系统,所以在测试时,应当是全系统的测试,相关部门的人员都应该同时参与,这样才能理解各个数据、功能和流程之间相互的集成关系,找出不足的方面,提出解决问题的方案,以便接下来进行补充开发、二次开发或用户化。
 
由于行业与企业的特殊性以及MES系统的成熟性问题,在系统原型测试后常常会发现许多问题以及部分功能上的不足,需要对系统进行补充开发与二次开发。由于MES与ERP、数据采集系统、DCS系统等有数据集成要求,因此,为了简化数据准备时间,必要时应在系统二次开发的同时进行系统的集成开发。
 

MES软件的选型
目前,国内市场上的大部分MES软件还不是很成熟。因此,软件选型对MES项目的成败有重要影响。MES软件通常可分为三类:具有标准功能的、成熟的商品化软件;为满足特定需要而专门设计开发的软件;标准产品和其它系统的集成软件。
 
在选型过程中,首先要“知己知彼”。知己,就是要弄清楚企业的需求,即先对车间(分厂)本身的需求进行细致的分析和充分的调研;知彼,就是要弄清MES软件的管理思想和功能是否满足企业的需求。这两者是相互交织进行的,可以通过软件先进的管理思想来找出企业现有的管理问题。
 
企业要调查好行业、企业或车间(分厂)的特殊要求,根据这些要求来设计流程和功能,从“用户化”和“本地化”的角度来为MES选型。下面这些因素,需要重点注意:
 
1.厂商能力要过硬
MES产品,需要一个复杂的过程才能生产出来。如同我们考察制造企业一样,我们同样要看MES厂商的性质和开发能力,看看厂商的管理是否规范,工作是否严谨等,看看厂商是否有一支完整的开发队伍、实施队伍和系统维护队伍--从系统分析师、系统设计师、软件编程员、系统测试员、实施顾问直到系统维护人员。
 
2.产品要简单易用
MES软件产品,主要是为车间(分厂)的现场管理人员所使用的,这些现场管理人员不是IT人员,他们的文化水平通常也不高。所以,MES产品的使用要很方便,几乎要做到只要熟悉自己的业务就能使用软件系统,要将技术屏蔽在后台。
 
3.适应性要好
MES产品可在流程制造业、离散制造业应用。流程制造业和离散制造业又可细分为许多行业。即使同一行业,由于生产批量和产品定货方式的不同,其生产的组织方式也各不相同,其对MES产品要求也不完全相同。另外,同一企业的生产组织方式也不是一成不变的,也会随着企业的发展变化而变化。
 
通常,成熟的产品常有较多的应用,其适应性也相对较好。适应性较好的MES软件,用户可以根据需要自行进行系统配置,以协调企业在应用范围、组织结构、用户权限甚至业务流程等方面的变化。
因此,企业最好选择有一定成熟度的产品,至少在本行业是有过应用的,哪怕是失败的应用。因为失败的教训也是财富,这点不仅对软件公司,对用户也是一样。
 
4.扩展、集成要可靠
现在,企业实施信息与自动化系统都不是单一的一套系统,从制造业早期的财务管理软件、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺(CAPP)、产品数据管理(PDM)到企业资源计划(ERP)、办公自动化(OA)、集散控制系统(DCS),企业或多或少都会使用其中多套软件系统。为了防止出现信息孤岛问题,MES软件产品不仅在功能上要满足企业现在的需求,还要能尽可能满足未来的需求,这就要求软件具备一定的扩展性,将来能够和其他的系统(如ERP、DCS等)进行集成,以适应企业信息化整体的需求。
 
5.产品升级要保障
MES软硬件产品的升级,是一项必须要考虑的因素。IT技术发展速度日新月异,从开发平台到网络技术都在迅速改变,所以软硬件的更新速度也非常快。能否及时给企业使用的MES产品升级,而且是在不影响正常工作的前提下平滑升级,是判断产品好坏的基本条件之一,也是企业日后持续稳定应用的基本保障。
 
6.价格体系要明晰
大型软件产品的价格,很难说单一价格,大多数都是有一个体系构成的,分别包括软件产品价格、实施指导价格、客户化价格、二次开发价格、年服务费等。所以,一定要搞清楚供应商的价格体系,其中具体包括哪些项目。软件产品价格方面,各个厂商的数据都是比较明晰的。而其他部分的价格,就各有千秋了。现在行业内还没有统一的标准,基本上是各家软件公司自己定的,有的按人天计费,有的按人月计费等等。
 
7.运行阶段的管理
在用户基本掌握系统功能的基础上,企业可以将各种必要的数据录入或导入系统。带着车间(分厂)日常工作中经常遇到的问题,组织项目小组进行实战性模拟。此时,要对测试和模拟中发现的不合适系统界面与报表进行用户化。
MES系统运行前后业务人员的工作量对比
图2 MES系统运行前后业务人员的工作量对比
 
在模拟运行和制定工作规程的基础上,可以对系统进行试运行。试运行时既要按原来的手工管理模式进行操作,同时又要按MES的管理模式进行操作。此时,相关业务人员的工作量就会增加,特别是那些需要进行大量人工数据录入的工作岗位,工作量会大大增加,如图2所示。对此,企业领导需要采取相应的对策。

切换运行是指把原来并行运行的业务切换到只有MES单系统运行。系统切换要根据企业的条件来决定应采取的步骤,可以各模块平行一次性实施,也可以先切换一两个模块。在这个阶段,所有最终用户必须在自己的工作岗位上使用终端或客户机操作,处于真正应用状态。原则上,系统并行运行的时间不宜过长,在条件合适的情况下尽早切换。
 
一个新系统被应用到企业后,实施的工作其实并没有完全结束,而是将转入到业绩评价和下一步的后期支持阶段。这是因为我们有必要对系统实施的结果做一个小结和自我评价,以判断是否达到了最初的目标,从而在此基础上制定下一步的工作方向。
 
由于市场竞争形势的发展,将会不断有新的需求提出,再加之系统的更新换代,数据量的快速增加,IT技术的进步都会对原有系统构成新的挑战。所以,无论如何,都必须在巩固的基础上,通过自我业绩评价,制定下一目标,再进行改进,不断地巩固和提高。
 
班组考核
设置班组信息
 
1)设置倒班规则
 
2)通过DCS接口或生产日报自动形成报表
 
 
 
生产统计
1)车间产出明细表
 
2)车间投入明细表
 
3)车间投入明细表
 
 
生产管理解决方案价值分析
1.生产管理系统与库存系统集成,投产前充分了解原辅料库存情况,确定生产过程的正常进行,投产时,可按备料计划严格控制生产投料;
2.生产状态的实时监控,对生产异常情况及时记录并共享,最大限度减少对生产的影响;
3.完整的工序管理,适应企业分批、合批的特点,并严格控制生产报废与回收;
4.实时报告中间库的盘存量,加强在制品的管理;
5.与质量管理系统集成,对工序的产出及相应的检验信息紧密结合,提供完整的统计报表;
 
及时反映设备的运行状况,合理安排生产。
 
 
MES集成关键
1MES系统的标准
MES生产管理系统从总体设计上参照国际标准的MES规范和最新的计算机技术,以ProficyServer平台为核心,应用功能模块化,人机界面规范化,形成一个清晰的信息流,各模块之间通过平台高度集成,形成统一而高效的整体。简而言之,ISA95是目前国际组织对MES或者说是ERP与生产低层自动化系统之间的管理和信息交换部分的标准定义。

要解释什么是ISA95,先看一下什么是SP95。SP95是仪表、系统和自动化协会(ISA)的一个委员会。我们用SP95代表这个委员会,SP标示标准项目(Standard Project),而95代表是ISA的第95个标准项目,而且最巧合的是委员会的第一次会议在1995年召开。委员会标准的通过过程是所有委员会的投票代表必须在标准通过前同意,而标准的开发过程是由ANSI(美国国家标准协会)监督并保证其过程是正确的。此委员会开发一系列标准称作SP一95“企业控制系统集成”标准,它包括以下部分:

1)ANSI/ISA一95.00.01一2000“企业一控制系统集成一第一部分:模型和术语(Models and Terminology);
2)ANSI/ISA一95.00.02一2001“企业一控制系统集成一第二部分:数据结构和属性(Data Structures and Attributes);
3)ISA一95.00.03“企业一控制系统集成一第三部分:制造业运作模型
4)(Models of Manufacturing Operations)
5)ISA一95.00.04“企业一控制系统集成一第四部分:制造运作管理对象模型和属性 (ObjectModelsandAttributesofManufacturingOperationsManagement)
6)ISA一95.00.05“企业一控制系统集成一第五部分:商业系统与制造系统交易(Business to Manufacturing Transactions)。
 
综上所述,ISA95(以下简称S95)模型是这一系列标准中的部分,而这一系列标准的国际化认证过程如下:
SP95的国际化版本称为ISO/IEC62246,由IEC/SC65第15联合工作组共同工作。对于SP95第一部分的最终草案已经通过,称为ISO/IEC62246,第二部分的工作正在进第二部分的工作正在进行。ISO在第一部分的生产容量和生产能力部分增加了部分注解,并在不同语言版本上作了格式和表述的调整。ISA95企业控制集成标准的产生是来源于实际应用集成的需要。在实际应用集成中,不管是最终用户还是集成商都面临着一些问题,如集成没有公共模型、集成不同厂商的产品十分困难、与最终用户的需求之间沟通有问题,人们将时间化在统一技术术语上而不是解决问题上、集成的系统难于维护等。
 
为了解决相应的问题,国际上前几年不同的组织和用户一起做了大量的工作,80年代末期,一些用户、厂商和学术机构的团体在Purdue大学开发了计算机集成制造即著名的CIM标准,它包括了几个描述制造业公司的模型,它的一部分内容被包括在ANSI/ISA-95.00.01标准中。1992年由领先的MES软件供货商组成的MESA International则是非盈利性组织,旨在提供一个制造业技术的论坛,关注于现代制造业的MES和相应产品及服务。而1988年发起的SP88委员会则负责批次控制部分的标准建立。
 
2ISA95模型
ISA95标准定义了企业商业系统和控制系统之间的集成,主要可以分成三个层次,即其企业功能部分,信息流部分和控制功能部分。其企业功能基于Pursue大学当初建立的CIM功能模型;信息流部分基于Pursue大学的数据流模型图和S88批次标准,包括产品定义、生产能力、生产计划和生产性能4种信息流;而其控制功能则基于Pursue和MESA的功能模型。下图为一个简单的表述:
 
S95的不同部分对不同的层次的功能分别定义,第一层企业级的控制域定义在S95的第一部分,第二层次信息交换方面,4种信息流交换的分类和对象模型也定义在第一部分,而对象模型的属性定义在第二部分,而底层的生产制造和控制层的域也定义在第一部分。而S95的第三部分则对相应的生产活动做出定义,如下图所示:
 
在上图中,S95的第三部分定义了企业生产质量、生产和维护方面的常规活动,从高度上指出了各活动之间的数据流,同时定义了8种基本生产活动:定义管理,资源管理,生产详细计划,生产部署,生产执行,跟踪,分析和数据采集。
 
ISA95模型中的信息流
简单地说,S95中的信息流如前图中显示分为4种:
1)产品定义信息:通过交换产品的全周期管理信息描述如何制造一个产品。
2)生产能力信息:通过信息交换说明需要的和可获得的生产资源的容量和能力。
3)生产计划信息:通过信息交换说明何时何地生产何物以及需要何种资源。
4)生产性能信息:通过信息交换说明生产了什么,消耗了什么资源,也包括了所有商业系统所需要的生产产品的反馈信息。
 
整个信息流的定义关注于以下这些方面:
1)生产计划;
2)计划产量;
3)生产能力;
4)输入订单确认;
5)长期和短期的材料和能源需求;
6)材料和能源的库存;
7)目标生产成本;
8)实际生产性能和成本;
9)质量保证结果;
10)生产标准和客户需求;
11)在制品放弃请求;
12)成品库存;
13)过程数据;
14)产品和过程知识;
15)维护请求;
16)维护响应;
17)维护标准和方法;
18)维护技术反馈;
 
下面是各种信息类型的功能说明:
产品定义信息:
产品定义信息包括有产品的生产规则,资源清单,材料表,制造清单和产品段(ProductSegment)。产品的生产规则信息指特定产品在实际生产中的详细定义信息,如配方,工作指令等。资源清单指的是生产特定产品的计划信息,包括和生产无关的信息,如材料订单时间。材料表指的是生产特定产品的材料信息,包括和生产无关的信息,如发货的材料。而制造清单则包括配方公式等。产品段指的是为了完成一个生产步骤所需要的资源组(人,设备和材料),它是资源计划和生产特定产品之间的共享信息。
 
生产能力信息:
生产能力信息包括下列内容:维护信息,生产设备状态,定义生产系统何时何地能够做何事,计划产量信息,计划可用生产资源,预估/预防维护信息,生产容量。而过程段(Process Segment)的能力是其中一个重要的部分,而这里的过程段指的是某生产段所需资源的总和,资源可以是材料/能源,人员和设备。过程段的定义是根据商业活动的细化要求,例如计划和关键生产指标KPI的分析。过程段的能力综合了材料能力,人员能力,综合能力。
 
生产计划信息:
生产计划信息包括当前生产信息,生产库存信息,生产计划信息,生产材料信息,生产计划,库存控制和生产段信息。其主要内容由当前生产信息,生产库存信息,生产计划信息组成,其中包括当前的材料信息和预估的材料信息,生产库存控制和预期的产品产量。
 
生产性能信息:
生产性能信息实际上是生产状况的实际反馈信息,包括了生产,库存,计划的相关实际情况,以及生产历史和总体生产性能的评估,实际的产量,原材料消耗,实际的生产执行情况。
 
集成MES和ERP
各种数据采集器也是通过统一的数据连接服务完成,根据相连的数据源类型不同可以见下图模式:
 
 
1生产管理
生产管理是整个MES系统的基础数据部分,它依据S95标准的信息对象,对整个工厂进行虚拟化,建立基于产品,生产的设备单元和生产路径的生产流程,并提供与各个外部系统的连接。其主要部分的功能区包括工厂建模功能、产品建模功能、生产计划和跟踪功能、生产资源功能。
 
工厂建模:
工厂建模是整个MES所有功能的必须条件,工厂建模的过程是将整个工厂和生产相关的部分数字化。
系统工厂建模的能力通过多层次工厂对象定义完成,系统定义的对象层次包括车间→生产线/设备组→设备/主辅设备→生产检测变量组/工序/工段→生产变量。
 
上述五个层次的定义与国际标准中的企业区域设备定义方式完全吻合。而工厂建模最低层的生产变量的数据可以直接连接控制系统或数据采集系统的数据源,也可以是手工输入或计算得出,并同时支持多种用户定义的数据类型,如班次类型数据,产品等级类型数据等。每种设备可以自定义多条相应的用户属性,并可以在后续的复杂MES程序计算中使用。
 
系统同时支持多厂服务器形式,对于具有多地区的企业集团,可以支持在每个厂定义一台服务器,而客户机可以连接到不同的工厂系统中。
工厂建模不仅对厂中的生产对象进行定义,同时还将生产设备上可能发生的各种生产时间进行定义,例如批次生产事件,设备停机事件,废品事件,物料消耗事件等。用户可定义特定事件的生产状态,如生产中,生产准备,生产完成等。
 
工厂建模的另一个功能是可以定义生产路径,对于不同的设备组合可以定义相应的生产路径,但生产计划开始生产后必然在某一个指定的生产路径上生产。生产路径可以用来控制物料的移动和生产的自动化统计工作。而同时生产计划的执行控制以及报警可以通过生产路径中的定义自动完成。工厂模型中定义的各生产设备单元可以是生产设备,也可以是库存设备,同时可以定义其可能的物料输入来源,并以此来控制后续的生产跟踪能力。
 
产品建模:
产品建模建立以最终成品产品代码为对象的模型,以及各种质量过程参数,规范,检测方式乃至于生产指导文件的管理。其核心产品及其属性管理是质量和生产管理的关键,同时其中定义的产品BOM也是物料管理的基础。
 
产品建模的主要内容不仅包括各种产品型号的定义,同时可以对其进行不同的分类。这里的产品定义是广义的产品,不仅包括成品而且包括完成生产所需的各种原材料列表等。每种产品可以定义相应的产品描述,产品代码和相关的注解信息。产品的这些信息可以通过管理系统接口从管理系统中取得,也可以通过MES的管理客户手工维护,或者通过Excel表格形式一次性导入系统。
 
建立的产品可以有多种属性,每种属性又可以定义相关的特性。每种产品的属性类型可以有质量属性,材料构成属性,工序属性等,不同的属性具有不同的特性定义。如质量类型的属性包括的特性可以是一些质量检测项目。这里的每种检测项目均可以根据不同的牌号定义生产质量检测规范Specification。
 
生产计划和跟踪:
生产计划和跟踪是生产管理的核心功能部分,承担着从计划的执行到现场操作的很多重要功能,不过其主要功能是建立在基础数据模块的生产配置基础上的。主要的功能区分为生产计划管理、生产操作管理和生产流程跟踪。
 
生产计划管理:
生产计划管理从生产计划的分解生成开始到整个生产计划的执行和监控直至完成。生产计划管理主要包括的部分有生产计划的生成和执行监控的管理。
 
生产计划生成
生产作业生成与ERP中的生产计划部分有着相辅相成的关系,这里的生产计划通过更多的相关设备,物料和其它信息对ERP中生成的生产计划进行进一步的分解和排序,通过附加若干的约束条件进行一定程度上的优化工作。
 
综上所述,可执行的生产批次的制定具有多重约束条件,系统根据常规情况设立多重用于生产计划分解建立的模型,根据实际的生产,设备,库存的实时数据以及预先建立的规则进行模型计算,选择最为合理的生产计划模式。
 
根据目前工厂的实际情况,系统支持通过手工方式来生成基本的生产计划,然后通过预定义的约束条件检查和用户规则自动将总生产计划分解为针对于工段的日作业计划,该作业计划细化到每个机台并自动下达到车间的计划监视管理站。
 
系统对生产计划的基本操作可以是将主生产计划以文件形式导入到MES系统中,对其中内容进行分析并形成MES的主生产计划记录,管理员可以在客户端操作界面上查询和管理。系统将根据预定义的规则自动分解形成可执行的针对相应工艺段的日生产计划批次表,并等待执行确认。
 
生产计划调度和管理
生产作业调度的目的是根据预定的生产计划和市场和销售的信息,对已经建立的生产计划进行适当的调整,如修改生产批次的执行顺序,调整生产计划中某个批次的计划量等。
 
生产调度的完成通过系统的应用程序界面完成,系统中设定特定的应用程序界面对其进行管理和维护。通过此界面,特定的生产计划管理员或调度员可以对目前的生产计划批次状态进行调整,对生产计划批次进行手工处理,如分解,修改计划量等。生产计划调度人员在进行修改时可以同时对物料和设备进行实时查询。
 
整个生产计划的调度的功能可以根据类别分为这样三类:
1)生产批次日计划的执行:生产批次执行的确认和激活,生产批次查询,生产批次时间表;打印物料申领单,查询库房和设备状况。
2)批次生产状况监测:设备运行监测,工艺参数监测,批次完成情况监测,库存消耗监测。
3)批次生产统计:投入产出统计,批次消耗统计,在制品统计等。
 
生产跟踪:
MES的生产管理模块在控制系统和生产计划系统之间工作。可以通过它来做产品跟踪,从原材料开始一直到交付用户,管理在制品量,控制产品在多工序生产过程中的流向,向控制系统发送主辅料配方,根据生产计划跟踪生产。生产管理模块可以确切跟踪任何时间的生产过程的状况,帮助管理人员排除生产线的问题。
 
生产管理模块在实现生产跟踪相关功能时的主要功能包括:
1)对生产设备单位之间的成品流进行模型化和控制;

2)根据控制系统数据自动驱动产品的谱系变化和移动;

3)手动或自动从控制系统的数据捕获每个生产单元的生产信息;

4)手动或自动从控制系统的数据捕获每个生产单元的消耗信息;

5)监视全厂的效率和生产相关的关键性能指标;

6)接受生产计划并据此控制生产,接受制成品的客户,订单和发货信息;

7)将生产标识附加于订单,控制和报告订单;

8)自动打印和扫描条形码,手动驱动产品移动;

9)管理和报告在制品数额,生成基于生产,计划和产品跟踪问题的特定的报告;

10)为客户生成分析报告证书;

11)将库存,生产,计划和产品跟踪信息发布到Web上;

12)支持控件ActiveXcontrols,可以在任何ActiveX容器中快速开发用户系统MES系统与生产线控制系统留有接口,获得工件的识别信息。所获的
工件条码将被发送给PDU,监控站还将采集加工单元对该工件的加工信息,这些信息连同工件的条码数据将全部被线端监控站记录,并保存在SQL数据库中。
 
2物料管理
物料管理是对生产中的各种资源,包括人员,设备,物料,能源等的综合管理系统。下面是对不同部分功能的分别说明:
 
生产人员管理:
生产人员管理主要是针对生产人员的基本情况管理,包括岗位,班组,生产批次信息,人员的操作权限,根据不同人员的显示信息等的管理。
 
系统对于每个生产工段的操作站将提供一个用户界面,现场操作人员可以通过此界面登录,每次登录信息将被记录到数据库,并可以进行长期的历史查询。所有这些班次和人员登录记录将用于设备,生产批次,质量等的分析报告,可以以此形成基于人员和班次的生产报告。
 
生产人员管理的另一个特定是可以对不同的人员授权操作能力,如只授权工艺工程师可以修改工艺规范的参数等。同时系统可以定义基于用户的内容,不同的用户登录可以看到自己相关的内容,如厂长登录就可以看到专门为厂长组织的报表组,车间质量管理人员登录将看到质量报告和生产参数规范报告。
 
生产物料管理:
生产物料管理实现对整个生产过程的物料信息的全面实时管理。生产物料管理的功能与生产计划和生产跟踪管理紧密结合,通过物料消耗,设备状态和生产监控的实时数据,对物料的情况进行及时的监控和报告。

物料管理包括各生产主体单元的生产备料,生产计划执行过程中的物料消耗实时统计,根据生产计划变更或生产调度信息对物料需求进行更新,提高生产供应链的效率。基本的流程是系统根据生产计划的批次任务表,向相关的数据库检索产品型号和配方信息,据此生成物料消耗需求单。对于各车间的工艺不同,每个车间的主辅料来源不一样,故而数据会通过系统的多个数据接口获得并处理。而物料可得性检查是生产计划分解和批次任务表生产的必要条件之一,这样就保证了车间在生产执行前就获得可靠的物料保证。
 
在生产计划的执行过程中,系统会根据生产计划的完成情况,综合产品类型和BOM,对生产消耗的原材料进行统计计算,计算结果可以直接查询,生成基于班次,时间段的报告,同时检查剩余原材料库存,如果剩余原材料不能满足预定义的最低库存额则系统产生库存报警,告知相关人员处理。当批次完成后,系统根据成品量,废品量等生产统计信息计算生产消耗和成本,并产生相关报表。对于正在生产的批次,系统可以通过操作员界面显示当前的在制品情况,便于操作人员掌控。
 
生产物料管理系统的信息由系统实时计算和更新,并可以提供接口为其它系统提供实时数据。系统能够根据当前的生产计划状态,自动结合产品的BOM信息进行物料需求计算,完成计算后自动打印物料需求和配送报告,每班结束,系统根据实际消耗的物料确认尚未使用的物料并打印报告,以此为依据将物料退回。
 
3质量管理
质量监控:
现场质量管理也就是在线质量监控,在线质量监控的作用是及时、全面地反映部门的质量监测情况,便于管理、决策部门掌握当前的质量状况。
 
其控制和检测过程根据信号来源的自动手动方式不同,参照如下:底层自动化系统检测到实时质量数据->系统根据目前的产品和类型从质量标准定义库中提取质量规范->系统对比质量规范的工艺数据范围和实时质量数据->系统产生报警记录,显示实时报警提示于操作员画面,同时可以支持声光报警。
 
如果数据无法自动获取,系统支持MES质量检测站操作员手工输入数据,进行相应的报警检测和报警触发。
在质量管理中要检验的项目可以通过MES平台中工厂建模里建立相关的质量变量完成,每个工位或设备上均可定义无限的质量检验项目变量,实际的检验数据无论是自动还是手工均可以连接到相应的质量变量,而当前的质量标准则是通过当前生产线上的批次和相应的产品决定。
 
在质量管理中根据预定义的质量变量和工艺参数范围进行报警系统的定义是其一大主要功能。这里的报警系统定义根据报警规则来分主要有两类:过程报警和SPC报警。当所定义的报警变量发生报警时,同时产生了报警事件。报警的定义通过报警模板库完成。报警模板库存储所有用户定义的报警规则,每一个模板对应一条规则和相关的变量。
 
1.过程报警:过程报警定义是针对质量规格的定义进行报警规则,用户可以选取的报警规则包括所有的质量规格上下限,警告限,拒回限等。同时可以将报警与某一个特定的原因树相关联以及报警相关动作的原因,还可以定义报警Email的目的用户。另一个功能则是对报警附加相关的操作文档,以帮助操作规程的确认和指导;
 
2.SPC报警:SPC报警的基本功能与过程报警类似,但是其报警规则定义是根据相应的SPC规则,如7点采样值中有连续3点大于警告上限等。
 
对于任意质量报警,系统可以定义报警模板,报警模板可以支持设立高,中,低不同的报警优先级,客户定义报警提示信息等。对于不同类型的报警定义,可以对报警指定相应的报警原因和对报警采取的动作。
质量标准:
 
质量标准管理是在线质量监控的基础,所有的质量检测均建立在基于产品的生产标准库中,此标准库存放了任意产品相应的生产过程中的工艺变量参数范围和质量变量参数范围,当MES系统检测到产品或型号的更换时,系统将自动转化标准库的参数应用集到产品定义上。生产质量标准的定义可以支持多重级别,如厂级规范,车间设备级规范。
 
对于质量标准的定义在系统初始化时需要有初始化数据,此后的系统维护,修改通过MES系统维护站或MES开发站的特定客户应用完成。用户可以增加产品,增加相应的生产参数规格或修改以往的规格。每次标准的系统操作均提供数据库的内部记录。每一条质量标准的相关操作均支持批准确认操作和标准生效时间以及有效期的定义。
 
在质量管理中经常需要根据过程的需要进行一些计算,根据功能的复杂性可以通过下述三种方式完成,公式计算,VB Script脚本计算和SP数据库存储过程计算。这三种计算的能力和复杂度是逐级递升的。
 
不管是哪一种计算,均可通过系统的计算库定义计算模板。每个计算模板包括各种用户定义的参数,如输入输出的个数,各关联到哪个变量,存储程序的名称和其相关的参数,计算发生的触发类型是变量还是事件或时间。
 
质量跟踪:
质量跟踪的功能是与其它模块相结合,特别是生产跟踪的功能,当执行生产跟踪时在每个工位均可以根据当前的产品,工位位置查询到当前所应用的质量标准内容。同时所有这些信息均在数据库中有详细记录,当产品批次完工后,可以查询到相应批次在生产过程中使用的质量标准以及实际的质量检测数据,这些详细信息为将来的产品召回提供了可靠的依据。
 
同时,系统可以支持质量报告的自动打印,当某一个生产批次完成的同时,系统可以打印此批次生产过程的质量数据实际值,所采用的质量标准范围和偏差,此报告可以随同产品批此一起发送到客户。
 
质量跟踪的另外一个特点是可以提供实时的或历史的质量趋势图,以及SPC趋势图,操作人员可以对当前的产品质量情况一目了然,并能及时发现问题,确保生产的稳定运行。在显示的质量趋势图上可以很明显的看到当前的实际情况和质量规格的上下限值。
 
生产性能分析:
生产性能分析针对于生产过程中的主要生产指标进行分析,现代大企业经常说的OEE整体设备效率就是其中之一。生产性能分析利用MES的效率管理模块,使用户更好的利用工厂资产,该模块层层深入的分析能力,帮助发现需要改进的生产区域,使之成为那些希望通过增加设备、人员和原材料来提高生产的经理人的理想方案。其主要的一些功能区域包括:
 
1.识别和改进导致低效率操作的区域,最小化计划的和非计划的停机时间,减少消耗和返工,提高设备运行效率。执行根本原因分析,根据数据分析确定投资相应的生产过程,获得班次,设备或产品的生产操作情况,评估任何时间段的操作——从实时到每年总结,连接资金运作,提高效益通过综合报告管理实时生产操作。
 
2.通过基于web的关键性能指标记录开机时间、停机时间、工厂和机器的整体效率,给从操作员到经理层所有决策人的定时报表发生意外时及时得知并按预期操作实时调整。
 
从总体上来讲包括以下几方面功能:废品跟踪:利用对大多数过程类型均适用的灵活的废品Waste模型,生成一个全厂的物料消耗信息的中央信息存储,实现连续的物料平衡、半连续的物料平衡、部分和全部的批次拒回管理、批次取消管理,从控制系统数据自动捕获损耗并自动关联消耗原因;从手动输入捕获消耗事件,并关联消耗原因和消耗发生特定设备。
 
生产统计:同时适用于大量的非批次过程,生成一个全厂的生产统计信息的中央信息存储,计算:连续的物料平衡、半连续的物料平衡,中间产品和成品的包装计算,中间产品和成品统计,基于生产统计计算关键生产性能指标,从控制系统数据中自动捕捉生产统计,自动过滤控制系统数据来验证生产统计,将生产统计和停机时间以及物料消耗信息结合在一起,计算总体设备利用率OEE并生成报表。
 
可以通过平台提供的不同的标准报表显示生产和效率的趋势和其他生产性能计算。使用MES Excel加载宏生成客户化的特制生产报表、使用MES Web服务器发布报表和数据到网上。使用标准的接口或MES企业接口服务开发工具包反馈生产信息到生产计划系统或商业系统。
 
生产质量分析:
生产质量的统计分析是对生产过程中所采集的质量数据、缺陷和问题按照指定条件进行统计、排序,给质量控制提供直接依据和数据来源。指定的统计分析条件可以为:按年、月、周、班次、产品等,统计分析方法有:排列图法(也叫主次因素分析图、巴雷特图法)、直方图法、管理控制图法等等。
 
1)质量缺陷主次因素分析:把某个时段内,质量缺陷发生的频次、所占百分比按车间、班次、机台、产品等条件排列分析,便于找出主要的质量问题;
 
2)工段质量控制能力分析:特定工艺区间的质量控制能力分析等。同时,生产质量分析系统包括大量的质量报告,例如生产变量报告,生产规范报告,质量一致性报告。

生产消耗分析: 
生产消耗分析对生产中的各种消耗,包括原材料消耗,能源消耗,废品消耗分析等。这些分析报告不仅帮助管理人员对当前的生产情况有一个明确的认识,同时也帮助管理者来分析产品的成本构成,发现提高生产效率的另一个途径。另一方面,从原材料消耗来看,可以通过实时的原材料消耗分析来确保生产的正常进行和供货链的高效,为减少不必要库存和提高生产效率提供了数字化的依据。生产消耗分析可以包括能源消耗分析,物料需求报告,物料需求预测,废品分析报告,原材料消耗报告等。
 
 
 
 

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