制造执行系统第一章.ppt

1、制造执行系统制造执行系统主讲人：葛茂根主讲人：葛茂根合肥工业大学合肥工业大学主主讲教教师：葛茂根葛茂根 联系系电话：13866123801工作地址：工作地址：机械楼机械楼505室室电子子邮件：件：教学教材和参考书教学教材和参考书教材教材：李李清清 编著，著，制造制造执行系行系统，北京：中国，北京：中国电力出版社，力出版社，2007参考参考书：王志新王志新 金寿松金寿松 编著，制造著，制造执行系行系统MES及及应用，中国用，中国电力出版社，力出版社，20061.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念1.2 制造执行系统主要功能制造执行系统主要功能1.3 制造执行系统制造执行系统IT架构架构

2、1.4 制造执行系统关键技术制造执行系统关键技术1.5 制造执行系统发展趋势制造执行系统发展趋势1、概述、概述制造执行系统制造执行系统1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念1.工程问题与达到的目标工程问题与达到的目标MRP/ERP等上层管理软件存在的工程问题：等上层管理软件存在的工程问题：1）缺乏来自车间生产现场的反馈而导致计划的不准确。2）在对车间级制造执行过程的管理上基本不能或不能完善的解决生产调度过程中的复杂多变问题。3）生产计划的适应性明显跟不上市场变化。MES要达到的目标：要达到的目标：解决生产计划的适应性以及增加车间底层生产过程的信息流动，提高计划的实时性和灵活性，通过M

3、ES的实施，跨越计划管理和底层控制的鸿沟。2.制造资源制造资源u广义制造资源广义制造资源是指完成产品整个生命周期的所有生产活动的软、硬件元素，包括了设计、制造、维护等相关活动过程中涉及的所有元素。u狭义制造资源狭义制造资源主要指加工一个零件所需要的物质元素，是面向制造系统底层的制造资源，它主要包括机床、刀具、夹具、量具和材料等。1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念制造车间的布局制造车间的布局 就是按一定的原则，正确地确定车间内部各作业单位以及机床设备之间的相互位置，从而使它们组成一个有机整体，实现车间的具体功能和任务。目标在于协调生产，减少不合理的生产物流，提高企业生产运作效率。3

4、.制造车间的布局制造车间的布局1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念制造车间的布局制造车间的布局 的作用及意义：的作用及意义：u随着国际竞争的日趋激烈化，使得企业迎来了更大的挑战，要求企业能够充分利用车间现有的生产资源，以降低生产成本，快速响应市场变化。u研究表明：企业生产系统中有大约20%50%的加工费用来自于物料搬运，而优良的设备布局可以均衡设备负荷，使物料的流通更加畅通，减少在制品的滞留，提高物料的处理效率，使物料搬运费用至少减少10%30%1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念下达到车间的零件加工任务：下达到车间的零件加工任务：u从ERP和承接外协加工订单包含交货期

5、、批次、批量、质量要求等信息，通过CAPP等工艺规划方案将零件级的加工任务信息细化到车间级、工序级的作业任务。4.下达到车间的零件加工任务下达到车间的零件加工任务1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念u下达到车间的零件加工任务就是MES的输入，通过MES的执行，车间可以提高零件加工任务完成的效率，从而降低零件的总体加工成本。5.制造执行系统的起源及发展史制造执行系统的起源及发展史1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念研究机构研究机构发布时间发布时间发布内容发布内容先进制造研究机构AMR1990年对MES进行了定义1992年提出

6、了企业信息集成的三层模型1998年提出了制造业务过程的REPAC模型国际制造执行系统联合会MESA1997年对MES进行了定义1997年提出了MES功能组件和集成模型2004年提出了协同的制造执行系统的概念美国仪器系统自动化协会ISA2000年ISA-SP5.00.01：模型和术语2001年ISA-SP5.00.02：对象模型和属性2002年ISA-SP5.00.03：制造运作管理行为模型2003年ISA-SP5.00.04：制造运作管理对象模型及属性正在制定ISA-SP5.00.05：B2M事务未来ISA-SP5.00.06：制造运作管理事务日本标准化与制造科技中心1999OpenMES标准

7、美国先进制造研究机构（美国先进制造研究机构（AMR）MES定义：定义：u“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。u制造执行系统协会（MESA）、美国国家标准技术局（NIST）6.MES定义、作用与特点定义、作用与特点1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念LEVEL 1LEVEL 2LEVEL 3LEVEL 4LEVEL 5生产运营管理生产运营管理离散离散控制控制ERPSCMCRMPLM 经济经济 计划和调度计划和调度 市场和营销市场和营销 人力资源人力资源

8、 物料管理物料管理MES 权限管理权限管理 资源管理资源管理 具体调度具体调度 配送执行配送执行 产品产品/资源追溯资源追溯 数据采集数据采集 产品和过程分析产品和过程分析SCADAHMI 监督控制监督控制 数据采集数据采集/可视化可视化PLCs/BES传感器传感器实际生产过程实际生产过程 MES是以精益生产和”订单拉动”式生产模式为目标,在集成了作业计划排程与生作业计划排程与生产调度、在线质量控产调度、在线质量控制、车间物料流规划制、车间物料流规划与控制、生产谱系追与控制、生产谱系追溯、可视化过程监控溯、可视化过程监控和生产状态分析生产状态分析等功能的基础上，实现对生产制造过程中包括产品、物

9、料、设备、产品、物料、设备、人员、流程指令人员、流程指令(在线过程指导)在内的所有车间制造资源及其执行状态的可视化监测与控制，为车间现场制造过程监测、控制和管理提供一个统一的工作平台。企业规划与物流企业规划与物流离散离散控制控制离散离散控制控制1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念MES作用及特点：作用及特点：整合数据采集渠道，集成车间中生产调度、工艺管理、质量管理、设备维护、过程控制等相互独立的系统使这些系统之间的数据实现完全共享。实现计划层和生产控制层双向通信能力，解决信息孤岛状态下的数据重叠和数据矛盾的问题。实现产品追踪追溯功能，

10、进行生产WIP状况监视，实现性能与品质分析。MES系统系统是多种生产过程控制和管理功能的软件集合，其中主要功能包括：生产排程与调度、生产过程控制、库存控制、生产维护、制造数据库等。7.主要功能简介主要功能简介1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念MES生产过程控制库存控制生成维护辅助管理功能制造数据库生产排程与调度 MES系统的功能系统的功能除了以上五大主要功能，还包括文档管理、作业人员管理、产品跟踪和清单维护、性能分析等辅助功能。1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念8.运行逻辑运行逻辑1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念发货运送（发货运送（O,I）承接的加工

11、任务（承接的加工任务（I）l基于全局加工任务的生产排程与调度，包括甘特图生成等lNC/加工工艺规则（工艺部门做，并下达车间）基于时间的当前加工任务派发（基于时间的当前加工任务派发（O,I）l生产过程控制l库存控制l生产维护设备设备/损耗性资源的损耗性资源的运行工况（运行工况（O/I）在制品物流（在制品物流（O,I）设备设备/损耗性资源的维护损耗性资源的维护/保障结果（保障结果（O/I）完成的零件（完成的零件（O,I）在制品物流在制品物流（O,I）损耗型损耗型资源资源1.1 制造执行系统基本概念制造执行系统基本概念1.2 制造执行系统主要功能制造执行系统主要功能1.3 制造执行系统制造执行系统I

12、T架构架构1.4 制造执行系统关键技术制造执行系统关键技术1.5 制造执行系统发展趋势制造执行系统发展趋势1、概述、概述制造执行系统制造执行系统 生产排程与调度：生产排程与调度：在考虑能力和设备的前提下，在物料数量一定的情况下，安排各生产任务的生产顺序，优化生产顺序，优化选择生产设备，使得减少等待时间，平衡各机器和工人的生产负荷。从而优化产能，提高生产效率，缩短生产时间。1.2制造执行系统主要功能制造执行系统主要功能1.生产排程与调度生产排程与调度 特点：特点：在排满计划的车间，调度指令牵一发而动全身，一个插单、一个工序，后面一连串的计划都要调整。快速做出准确判断，从而平衡计划、生产、物流部门

13、的矛盾。调度指令调度指令生产任务生产任务能力和设备能力和设备优化生产计划优化生产计划生产排程与调度生产排程与调度反馈反馈 生产过程控制：生产过程控制：通过一定方法确保生产过程处于受控状态，对直接或间接影响产品质量的生产、安装和服务过程所采取的作业技术和生产过程的分析，诊断和监控。1.2制造执行系统主要功能制造执行系统主要功能2.生产过程控制生产过程控制 特点：特点：对生产过程的质量控制进行系统的安排，对直接或间接影响过程质量的因素进行重点控制并制定实施控制计划，确确保过程质量保过程质量。调度指令调度指令加工要素加工要素统计控制方法进行生产过程控制，统计控制方法进行生产过程控制，如控制图、统计抽

14、样程序和方案如控制图、统计抽样程序和方案关键节点重点控制关键节点重点控制及时发现不合格品及时发现不合格品可追溯性可追溯性生产过程控制生产过程控制编制和执行专门的质编制和执行专门的质量控制程序量控制程序物资控制、可追溯性和标志生产关键过程控制管理不合格产品检测设备的控制和维护文件控制 库存控制：库存控制：解决由于发生原材料、零部件的备货不足导致的停工，或半成品、原材料的库存水平过高导致的库存积压和成本提高，从而在目前工厂的管理体系下，确定应该在什么时候什么环节准备多少库存。1.2制造执行系统主要功能制造执行系统主要功能3.库存控制库存控制 特点：特点：在保证企业生产、经营需求的前提下，使库存量经

15、常保持在合理的水平上；掌握库存量动态，适时、适量提出订货，避免超储或缺货；减少库存空间占用，降低库存总费用；控制库存资金占用，加速资金周转。采购订单采购订单生产任务单生产任务单能力和设备能力和设备优化的采购计划优化的采购计划库存控制库存控制反馈反馈销售订单销售订单降低库存总费用降低库存总费用 生产维护：生产维护：保证生产计划的如期的执行以及响应客户的市场需求，同时能够有效地降低企业的制造成本，维修与维护成本以及其他管理（人工、时间）成本，从而能够有效降低不良品的产生机率。1.2制造执行系统主要功能制造执行系统主要功能4.生产维护生产维护 特点：特点：从过去认为维护只是生产费用的管理提升为企业在

16、市场竞争力的关键项目之一，最终提高企业的经济增值水平。生产计划生产计划响应客户的市响应客户的市场需求场需求发现问题、发现问题、解决问题解决问题提高企业的经济提高企业的经济增值水平增值水平生产维护生产维护预防性维护预测性维护降低企业的制降低企业的制造成本造成本 制造数据库：制造数据库：由于MES系统中有不同的MES模块实现不同的功能，许多MES模块实际上是一个大杂烩。每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制。为了实现MES多个功能模块的关联控制，需要开发统一的制造资源数据库和制造信息数据库。1.2制造执行系统主要功能制造执行系统主要功能5.制造数据库制造数据库 特点：特点：制造数据库是MES系统的核心，是整个系统能够协调运行的基础。生产过程控制生产过程控制库存控制库存控制生产维护生产维护其他辅助功能其他辅助功能制造数据库制造数据库静态数据库动态数据库生产排程与调生产排程与调度控制度控制 作业人员管理：作业人员管理：提供作业人员的状态和相关数据（工时，出勤等），基于人员资历，工作模式，业务需求等相关信息，辅助管理者对作业人员的安排进行指导。1.2制造执行系统主要功能制造执行系