MES系统整体解决方案V20之欧阳计创编.docx
《MES系统整体解决方案V20之欧阳计创编.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MES系统整体解决方案V20之欧阳计创编.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MES系统整体解决方案V20之欧阳计创编
MES系统解决方案
时间：
2021.02.11
创作：
欧阳计
文件版本V2.0
版权所有
未经允许，文档内容不可全部或部分发表、复制使用于任何目的
1项目概述
1.1项目背景
该项目重点是实现生产组织全过程中技术准备，生产计划及调度，产品加工，资源保障等部门的信息共享协同工作，保证设备利用率，合理配置和调度资源，提高生产能力。
实现业务流程的可视化，促进业务流程的持续优化。
当前所面临的问题主要焦点集中在“针对计划、物料、生产过程问题的解决”。
计划层与执行层存在空隙，造成这种空隙的是资源物料，计划，生产过程的不断更新导致。
主生产计划及物料需求计划都是建立在理想稳定的状态基础上，然而计划，资源等会在计划到生产这段时间内发生改变，制造环境也可能发生变化，设备的突然故障或者更换以及不合格品率不符合要求都会导致计划的混乱。
那么需要计划排程来规避这些问题的发生，有机的将计划，资源，生产串联起来，做到实时化，智能化，集成化的更新。
现公司为了更好的管控车间现场，需要对生产车间内生产设备进行监控管理，并由设备管理延伸到整个车间的生产管控。
故需要一套适合机修厂自身的生产管理软件结合设备监控系统来提高工厂对生产现场的管控能力，优化生产。
1.2项目目标
以柔性制造系统、敏捷制造等信息化改造为建设目标，利用传感技术、无线通信技术、计算机网络技术、智能数字化技术、物联网应用服务平台技术等多种现代化技术，打造基于物联网的综合示范平台，建立起一个示范性应用基地。
通过WIP（在制品管理）+SCADA（设备联网）实现敏捷制造的生产管理目标，以信息可视化提供的数据支撑，准确掌握各类生产的资源负荷状况，提高瓶颈资源利用率，提升原料工装夹具配送精准度、提升生产应变能力。
以信息可视化达到问题预判、问题预防，减少生产问题。
及时传递操作中的生产作业状态信息，促使解决问题流程的实施及现场管理组体系的完善。
以信息化手段，实现可视化全息车间管理。
提供多种统计分析，为决策者提供充足的数据依据。
打造具有先进性、科学性、前瞻性的现代化生产体系。
可视化的车间管理，提升效益，通过原料准备、生产计划信息、加工过程的透明化、实时化，提升配送精准度，监控生产设备运行情况，确保及时生产配送，提高效率。
以设备信息可视化，提高设备信息化水平，提升效率，降低不合格品率，提高用户满意度。
以产品生命周期可视化，分析流程瓶颈，有效推进生产协调，降低生产执行出错率，提升部门协作效率。
以工艺内容可视化，加强员工自主性，提高数据共享效率，增加产线应变能力。
以异常信息可视化，快速响应并有效解决，避免停线，降低风险。
通过库存信息透明化、实时化，避免信息传递延时而导致的物料出入库出错，降低仓储成本。
行成透明化、实时化、现代化的智慧车间。
1.打造具有先进性、科学性、前瞻性的现代化生产标杆。
2.通过信息化手段实现智能调度排产、生产数据跟踪，提高生产协同效率。
3.通过信息可视化促进精益生产以提升管理过程的问题解决能力，达到问题预判、问题预防的效果，可视化包括：
1）生产进度可视化：
实时对生产进度进行跟踪，挖掘生产瓶颈，提升交期把控。
2）生产质量可视化：
分析生产过程中的不良问题，归纳总结不良原因，整理解决方案，提高生产质量。
3）异常信息可视化：
提高异常情况响应速度，保证生产过程流畅性，提高生产效率。
4.打造信息化工艺流程，生产排产、生产过程高度自动化，将生产工艺标准化，准确化。
5.通过信息化，智能化，缩减人工成本，提升设备高度协同能力。
6.通过物联网技术实现设备数据自动采集，设备数据和生产数据自动报工。
7.提供多种统计分析，为决策者提供充足的数据依据。
1.3适用规范标准
依据设计施工图纸和技术要求，本项目的材料、设备、施工必须达到下述规范、标准的要求，如下述标准及规范要求相互间有出入时则以最新的较严格者为准。
本设计遵循的相关标准规范包括：
1）GB/T18725制造业信息化技术术语
2）GB/T18757工业自动化系统企业参考体系结构与方法论
3）GB/T10113分类与编码通用术语
4）GB/T22124.3面向装备制造业产品全生命周期工艺知识第3部分通用制造工艺描述与表达规范
5）GB/T26327企业信息化系统集成实施指南
6）GB/T26335工业企业信息化集成系统规范
7）GB/T25486网络化制造技术术语
8）GB/T25487网络化制造系统应用实施规范.pdf
9）GB/T25489网络化制造系统功能规划技术规范
（1）
10）GB/T26119绿色制造机械产品生命周期评价
11）GB/T25111网络化制造环境下的制造资源分类
12）JB/T88231998机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则
13）GB/T22454企业集成企业建模构件
14）GB/T16642企业集成企业建模框架
15）GB/T18726现代设计工程集成技术的软件接口规范
16）GB/T18729基于网络的企业信息集成规范
17）GB/T20720.3企业控制系统集成第3部分：
制造运行管理的活动模型
18）GB/T20720.2企业控制系统集成第2部分：
对象模型属性
19）GB/T20720.1企业控制系统集成第1部分：
模型和术语
20）GB/T166421996计算机集成制造系统体系结构
22）GB/T18999工业自动化系统企业模型的概念与规则
23）GB/T25109.3企业资源计划第3部分：
ERP功能构件规范
24）GB/T25109.4企业资源计划第4部分：
ERP系统体系结构
25）SJ/Z11362企业信息化技术规范制造执行系统（MES）规范
26）SJ/T11293企业信息化技术规范第1部分企业资源规划系统（ERP）规范
27）GB/T25485工业自动化系统与集成制造执行系统功能体系结构
28）GB/Z18727企业应用产品数据管理（PDM）实施规范
29）GB/T166641996企业供配电系统节能监测方法
30）GBT15587工业企业能效管理导则
31）GB/T8222用电设备电能平衡通则
32）GB17167用能单位能效计量器具配备和管理通则
33）GB/T2589综合能效计算通则
34）GB/T23331能效管理体系要求
35）GB/T3484企业能量平衡通则
36）GB/T7119节水型企业评价导则
37）GB/T13471节电技术经济效益计算与评价方法
38）GB50174电子信息系统机房规范
39）GB50311综合布线系统工程设计规范
40）GB50115工业电视系统工程设计规范
41）GB50464视频显示系统工程技术规范
42）GB50348安全防范工程技术规范
43）GB50395视频安防监控系统工程设计规范
44）GB50394入侵报警系统工程设计规范
45）GB50396出入口控制系统工程设计规范
46）GB50371厅堂扩声系统系统设计规范
47）GB50174电子信息系统机房设计规范
48）GB50635会议电视会场系统工程设计规范
49）GB50799电子会议系统工程设计规范
50）GB50343建筑物电子信息系统防雷技术规范
除执行国家的有关标准外，还应执行机械制造行业的相关标准。
无规范和标准时，以设计部门提出经业主同意的标准执行。
2需求分析
2.1计划管理
根据订单和生产计划制定详细排程和车间生产作业计划（是一种资源分配的决策活动。
考虑订单优先级、交货期、库存、加工路径、产品特性、加工工序、设备负荷、资源限制等条件，将生产计划与用户订单转化为具体的生产作业计划，排出高效率的日（班、线、台等）的作业顺序，并将设备的调整降低到最小程度。
在系统设计过程中主要由以下需求：
1）总厂计划（系统集成）：
在系统设计过程中需要考虑与整厂对各类订单的加工产线计划导入以及和交货期进行控制管理，并在在MES中进行车间现场详细排产工作。
2）手动排产：
该功能模块主要是根据从总厂中读取的主计划进行分解，企业工作人员根据现场设备负荷、交货期等情况在系统中进行手动排产、派工等操作，可具体到人员、设备、工位等。
3）生产进度跟踪：
可实时了解车间产线现场的各订单的实际进度。
2.2工艺管理
工艺管理是MES系统中必不可少的一个重要环节，工艺管理是企业重要的基础管理，是稳定、提高产品质量、提高生产效率、保证安全生产、降低消耗、增加经济效益、发展生产的重要手段和保证。
系统主要需求如下：
（该功能可根据企业已有PDM系统中功能进行集成，把MES需要的信息从PDM系统中读取出来，避免重复工作，该工作需PDM系统开发商配合，提供接口和相关字段）
1）工艺文件和图文的管理：
可在系统中对生产工艺图文和相关文件进行统一管理。
2）工艺流程管理：
可在系统中自定义工艺路线等。
3）工艺版本管理：
可通过版本管理工艺路线等。
4）审批管理：
当系统中工艺流程或工艺版本变更时需进行审批，审批流程可自定义。
2.3设备管理
设备管理是一套对生产设备、操作规程、管理制度、运行监控、故障诊断、维修维护、运行统计等进行全面管理的模块。
该模块需要和设备联网系统集成，一起完成该功能。
主要需求如下：
1）设备台账管理；
2）实时运行监控（设备联网PLCC系统）；
3）设备故障报警（设备联网PLCC系统）
4）设备运行统计分析（设备联网PLC系统）；
5）点巡检信息化管理（MES中实现）；
6）维修维护管理（MES中实现）；
7）备品备件管理（MES实现）；
8）零配件采购（MES实现）
2.4生产报工
生产进度的实时报工在MES系统中是最重要的一个节点，每一个工序或零件的完成与否将直接决定整个生产任务是否能够完成，甚至影响整个企业的计划安排，所以通过车间实时数据报工，能最大限度地贯彻好调度结果的有效执行。
主要需求如下：
1）操作终端：
每条线关键工位或每几台设备放置一条工位终端，用来进行任务查看、生产进度提交、异常呼叫、图文查看等。
2）生产任务查看：
在车间现场指定位置放置操作终端，员工在现场终端刷卡来了解自己的生产任务，并卡查看相关工位文件、操作说明等。
3）生产进度提交：
通过现场工位机或设备数据采集直接提交生产数量。
2.5异常管理
生产过程中有可能出现的异常情况，如设备故障、缺料、加工异常等情况。
出现异常时，系统进行异常报备、异常跟踪处理、异常紧急预案处理设置及异常短信通知设置，并定时生成异常处理报告和报表。
实现快速的信息传递、申请呼叫、实时显示、统计分析、报表生成等，就工序作业、设备状态、质量问题、供应物料情况等过程进行实时的信息传递和管理，对生产全过程构成支撑。
当品质，工艺，设备，设备参数出现异常报警时，系统会根据预先设定的人员、处理时间及提醒方式，若责任人在时间内未处理报警则逐级进行提醒。
主要需求如下：
1）可在系统中自定义设置异常类型；
2）可以通过短信、邮件、看板的方式通知相关人员，根据故障类型的不同设定不同的处理人员；
3）当出现异常时，处理人员处理超时时可以逐级上报。
4）可以通过现场操作终端进行异常呼叫，呼叫时需刷员工卡记录呼叫人员信息、呼叫时间、呼叫工位、处理人员、处理时间等。
2.6质量管理
生产质量管理主要是为了控制产品生产过程质量，降低生产风险，提高合格率和客户满意度，针对关键工序设置检验指导内容、质检项及参数供质检人员对比确认，大大降低了因上道工序存在的质量问题继续加工生产而带来的损失。
主要需求如下：
1）通过现场终端可以提交生产过程中产品自检、报废、返修等数据。
2）移动检验：
检验人员配备移动终端，如PDA，PAD等。
通过移动终端选定生产任务进行检验，并提交检验数据。
3）工作人员可通过系统实时查看当前生产任务的检验记录和统计结果。
4）通过设备数据采集，可自动获取检验设备的检验数据并向系统提交。
2.7看板管理
看板是把相关人员需要的数据直观的展示出来，需要了解这些信息的员工能一目了然的看到这些信息，帮助操作人员和管理人员进行生产管控。
主要需求如下：
1）可在每条产线、关键工位、关键部门放置对应的看板。
看板位置和看板内容需详细调研后确定。
2）看板类型：
可选液晶看板或LED看板，大小待定。
2.8统计报表
在企业中,只有把收集的统计数字经过多次加工处理,进行系统地、深入地分析，才能转换成各种有用的信息，使大量的统计数据完全实现它们的使用价值，才能发挥统计的服务和监督作用。
本系统可根据各种数据源生成各种报表，如设备故障统计报表，设备运行统计报表等等，并支持自由选取时间跨度，对象进行统计等功能。
具体报表内容和报表展示方式需详细调研后系统根据已有数据及企业需要生成。
2.9系统安全管理
企业生产管理系统在设计过程中需要考虑到系统权限划分功能，每个菜单、每个操作、每个登录人员都需要进行详细的权限划分。
如果一个对系统都不清楚的人就拥有过高的权限，对系统，对数据任意的操作，很可能导致系统崩溃，数据紊乱，造成不可预估的损失。
相反，对于一个管理层来说，没有足够的权限及时查看数据，进行分析总结，那么就会导致信息获取屏障，问题发现不及时，响应迟缓等问题。
由此可见，系统权限的设置必不可少，他是软件安全运行的基础条件。
本案在权限划分中，采取等级制，明确权限高低，操作范围，信息知晓范围等等，从而保证系统信息及运行安全。
达到精确控制信息的私密性，独立性。
2.10系统接口
系统在设计、分析、开发过程中，一方面应充分考虑到企业已有信息系统的对接（如OA、PDM、CAPP、ERP、DNS等），确保客户的投资；另一方面，还应考虑到系统的后续扩展，为以后的扩充预留接口。
已有系统的数据对接主要如下：
Ø与ERP系统的的接口：
把MES中需要且ERP中存在的内容通过集成读取到MES系统中，如设备管理、BOM管理等模块的部分或全部信息。
Ø与PDM系统的接口:
实现生产现场加工任务和零件工艺图纸、工艺路线等的无缝连接；
Ø与PLCC系统的接口：
由于PLCC系统可作为一个独立的系统存在，故PLC和MES直接的数据交互需通过系统集成的方式实现。
3系统解决方案
3.1网络拓扑图
3.2数据采集应用架构示意图
3.3PLC设备数据采集平台
数据采集平台架构
生产线现场加工设备为西门子等国际通用的PLC，采用DAServer的方式与现场PLC进行通信交互，将现场加设备中的工艺参数，报警信息、产量等设备信息采集到系统历史数据库中，与当前的生产工单、加工工序、加工产品、加工时间相对应，通过报表的形式展示。
原料、工装夹具扫描确认无误后，在工位终端（触摸屏）点击开始加工，现场工控级实时获取加工过程中的工艺实时数据，上传到系统服务器中，并显示在工位终端，供加工工人查看，业务流程如下图所示：
3.4系统方案结构图
3.5生产计划排产
3.5.1ERP集成
由于企业存在多个管理系统，包括ERP和PDM等。
MES中的部分功能是和ERP中的一些功能重合的，为了避免员工重复的工作，MES系统需要和ERP系统做系统集成。
在生产计划方面MES系统需要读取ERP系统的生产主计划及交期信息，MES系统再根据从ERP中得到的主计划进行详细任务分解。
3.5.2生产任务分解
该模块主要功能为把从ERP读取的主计划进行进一步任务分解，根据产品的工艺路线或工艺标准，把任务分解到车间或产线。
3.5.3生产任务派工
该模块主要功能为，车间一线管理人员可根据MES系统下达到车间或产线的任务进行进一步详细分解，可具体到人、数量、工位、设备、时间等。
3.5.4返修任务派工
该模块主要用来对生产过程中或检验后不合格且需要返修的产品重新进行任务派工，可派工到原生产人员处也可指定其他人员。
3.5.5生产任务管理
可对生产任务进行管理，如暂停任务，重启任务，关闭任务等，任务处于不同的状态时，会对生产过程产生不同影响。
3.6设备数据采集管理系统
3.6.1设备监控系统
3.6.1.1网络架构
3.6.1.2远程监控设备状态
一台计算机可以同时监控超过256台设备的实时状态，以电子看板的形式随时查看所有机床的状态（运行、空闲、故障、关机、维修等状态）。
3.6.1.3数控设备加工信息
实时获知每台设备的当前运行的状况、当前生产数量，更可进一步采集到当前报警或故障信息、机床主轴功率、机床刀具信息、机床倍率、机床坐标信息、机床进给速度及主轴转速等。
对高端带网卡的机床，如Fanuc/Siemens840D带网卡机床可方便地获知更多实时信息：
坐标信息，能够实时反馈刀具的坐标情况，包括绝对坐标、相对坐标、剩余移动量等。
机床操作信息，实时显示机床当前所处的状态，如编辑状态、自动运行状态、MDI状态、试运行状态还是在线加工状态。
转速和进给，可以实时反馈机床的主轴转速和进给速度。
报警信息，如报警号、报警内容等。
图电子看板
图设备电子地图
双击设备图后可查看当前机床状态，如下图示：
●SIEMENS机床实时信息
●FANUC机床实时信息
3.6.1.4PLC设备信息采集
对于具备网络接口的自动化生产线或设备，MDC系统直接通过网络与设备的PLC进行数据交换，可以采集到如下生产数据：
同时可与上层生产管理，以实现对底层设备的监控，使车间透明化。
。
✧生产线或设备的工作状态（手动、自动、运行或停止等等）；
✧生产线或设备的运行参数；
✧生产线或设备的故障及报警信息；
✧其他相关生产信息，如：
生产数量、生产周期/节拍、停机次数及时间；等等；
✧可以形成直观形象的图形界面，为管理人员提供现场的实时信息；为维修工程师快速定位和分析现场故障、确定解决方案提供有效的帮助；
✧可以实时展示生产线或设备的关键工艺参数，实现加工过程的数字化监控，供管理人员进行生产工艺参数分析；
3.6.2程序管理及仿真
目前，一般情况下，加工所用的程序是按照程序名放在不同的目录下的，有时同一程序又往往存在不同的版本，这样查找所需的程序就较为困难，很容易出现误调用、误操作的情况。
既想准确快速地调用相应零件的程序，又要保证程序的版本正确。
CIMCONCBaseV5是一套基于PDM理念并充分考虑到数控加工行业特点而开发数控程序专业管理系统。
该系统可以单独运行也可与MES、ERP集成。
它具有以下功能：
3.6.2.1系统架构
✧完全基于ORACLE开发，适合管理大量数据文件，用户无数据量过于庞大的担忧。
✧采用产品结构树的形式，可根据零件建立多级程序目录，可读性好。
完全避免了共享文件夹等系统安全问题，系统无网络安全、病毒攻击、人为破坏等潜在危险。
✧对程序文档可以按加工单元、加工设备和产品零件分类的树型结构管理，每种管理结构支持向下多级树型结构，树型结构可由用户自行定制。
✧采用服务器/客户端架构，完全支持网络浮动版，客户端可在网上任意浮动。
✧完全支持总厂/车间架构，只需总厂设置一台管理服务器，各车间人员登陆时自动进入本车间系统，数据具有最大程度的安全性。
3.6.2.2NC管理
✧操作简单，效率高。
✧与DNC系统无缝集成，DNC系统直接从数据库读取数控程序，机床上传的程序直接保存在数据库里。
✧可对数控程序的各种信息，如程序号、图号、零件号、机床、用户信息等进行数据库管理。
✧自动产生刀具清单文件，包括刀具名称、几何参数等，并自动关联到该程序上。
✧程序信息自动提取功能，比如系统对程序的图号、编程员、机床等信息自动进行提取。
✧智能的程序查询功能，可按照产品、编程员、机床、操作者等进行组合和模糊查询。
✧强大的角色管理功能，如编程员、编程主管、检验员、技术主任等，对加工程序进行可靠的权限管理，不同的人员设置不同的权限。
3.6.2.3流程管理
✧对程序有完善的流程签审管理，完全支持编制、校对、审核、批准等流程，用户并可以根据企业实际情况进行流程的自定义。
✧系统具有严格的权限安全措施，只有根据相关授权才能访问系统相关资料，权限精度具体到每一菜单、每一文件、每一机床。
3.6.2.4版本管理
✧具有完善的版本管理功能，每次更改均产生新版本，可自动跟踪、记录程序文件的所有变更，允许用户比较/恢复老版本。
✧能实现对在同一目录下同名程序存在不同扩展名时提供提示、修改、更名的操作。
3.6.2.5无纸化制造
✧可对程序注释、刀具清单、工艺卡、模型图、工程图、加工状态图片等相关文件进行关联管理。
✧可以直接浏览NC、TXT、DOC、BMP、PDF、Autocad、Solidworks、CATIA、PRO/E、UG等各种数据文件，对CATIA、PRO/E、UG等三维图形文件能直接进行缩放、旋转、平移、剖切。
✧具有触摸屏大图标界面，适合操作者在触摸屏上方便操作。
浏览三维实体
浏览PDF文件
浏览CAD图纸
3.6.2.6过程追溯
自动产生程序管理记录，包括创建、修改、试切、批准、删除等事件的时间及人员，使程序具有可追溯性，完全符合ISO9001管理标准，并可对记录进行分类管理。
3.6.2.7程序统计
具有机床程序负荷统计功能，自动生成编程员、操作员、每台机床的程序负荷及程序进度统计报告。
并以醒目直观的柱图、饼图等形式表现出来。
3.6.2.8备份和恢复
具有数据自动备份和手动备份功能，服务器会对数据进行自动定期备份，在需要时可快速恢复。
3.6.3运行统计分析
MDC系统提供丰富的统计报告模板供您选择，可方便、整齐地显示您需要的各种数据，可准确知道您的设备出现了什么情况及生产计划完成情况。
如：
每个操作工或每班组加工的工件数量；机床开机时间、机床停机时间、机床故障时间、机床运行时间；操作工的效率、机床利用率（OEE）等。
各种形式的日报、月报、季报、年报。
可以具体统计到每个机床、一个班组、整个车间。
可以以饼图、柱图、折线图、统计表格等多种方式统计、分析数据。
3.6.3.1电子地图
车间的管理人员通过WEB报表中机床布局图，可详细了解到厂房设备的现状，通过机床4种基本颜色可直观了解机床当前状态，（运行）、空闲（黄色）、报警（红色）、关机（灰色）。
图MDC报表布局图显示实时信息（红色故障、蓝色正常）
3.6.3.2设备效能分析
在选定时间内（如一周、一月或自定义时间）查看行效率图，通过查看运行效率的平均数据，来了解整个部门数控设备运行效率的高低。
见下图：
图MDC报表效能分析
图MDC报表运行效率曲线
3.6.3.3设备状态统计
机床详细信息图包含机床24小时机床四种基本状态（运行、空闲、报警、关机）和提供对应时间段详细的内容，了解员工工作实际工作情况和机床状态时间分布。
机床12小时状态甘特图
3.6.3.4利用率走势
系统提供的走势图，可以对每台设备/每个生产线/每个分厂等进行每天/每周/每月的走势分析，方便用户对设备生产效率的横向对比，通过对比来查找影响生产利用低的原因。
图MDC报表走势图分析
3.6.3.5设备生产信息统计
图MDC报表加工信息统计
图MDC报表加工详细信息
3.6.3.6空闲时间统计
可查看每台机床在选定时间内的四种基本状态时间以及百分比（运行、空闲、报警、关机）的统计，了解机床在选定时间内机床空闲时间及百分比
3.6.3.7设备工艺参数监控
通过网络对设备数据采集,页面展示实时数据，并通过颜色判定工艺参数是否正
升级会员 