產(chǎn)品詳情
制造企業(yè)針對生產(chǎn)、庫存管理及銷售各個環(huán)節(jié)，實施ERP等管理信息系統(tǒng)，以幫助企業(yè)提高運作效率及管理水平。但ERP應用范圍被限制在企業(yè)計劃層，無法對車間級的生產(chǎn)過程進行實時的調(diào)度安排，導致生產(chǎn)與計劃相互脫節(jié)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（ MES系統(tǒng) ，www.hzjux.com，軟件）是位于企業(yè)上層生產(chǎn)計劃（MRPⅡ/ERP）和底層工業(yè)控制之間，面向車間層的生產(chǎn)管理技術與實時信息系統(tǒng)。MES系統(tǒng)軟件強調(diào)制造計劃的執(zhí)行，它在計劃管理層和過程控制層之間架起了一座橋梁，填補了兩者之間的鴻溝。
1、基于MES系統(tǒng)軟件的生產(chǎn)車間信息系統(tǒng)
針對上述當前制造企業(yè)生產(chǎn)管理中普遍存在的問題，通過對MES系統(tǒng)軟件功能本質的分析，筆者提出了以下三層結構——企業(yè)資源計劃（ERP）/制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES系統(tǒng)軟件）/過程控制系統(tǒng)（PCS）、兩級數(shù)據(jù)庫平臺——實時數(shù)據(jù)庫/統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫的信息化管理解決方案。
1.1 控制層（PCS）
PCS層主要負責生產(chǎn)過程的自動控制與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與初步分析。以PLC作為過程狀態(tài)和工藝、質量參數(shù)采集的基本單元，以AS-I總線和工業(yè)現(xiàn)場總線（ProfiBUS）構成基本網(wǎng)絡（含I/O接口模塊、傳感器、開關、智能儀表、AS-I總線主站、計算機通訊接口程序等）；工業(yè)現(xiàn)場總線采用總線拓撲結構（ProfiBUS-DP），總線兩端有終端電阻。這樣結構使系統(tǒng)具有擴展性，維護方便；高性能的工業(yè)控制計算機和對成熟組態(tài)軟件WinCC的二次開發(fā)形成車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)。
1.2 執(zhí)行層（MES系統(tǒng)軟件）
MES系統(tǒng)軟件層的主要功能是動態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)過程實時監(jiān)控和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析。MES系統(tǒng)軟件主要由MES系統(tǒng)軟件軟件、MES系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)庫服務器、MES系統(tǒng)軟件調(diào)度臺、車間作業(yè)信息顯示屏等構成，采用星型拓撲結構的工業(yè)以太網(wǎng)絡聯(lián)接；該網(wǎng)絡連接集中于中央節(jié)點，便于網(wǎng)絡維護和資源配置，當網(wǎng)絡中一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，易于進行隔離檢測和維護，不會對其他節(jié)點造成很大影響，不會導致整個網(wǎng)絡的崩潰，同時網(wǎng)絡節(jié)點的接線方式也便于系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
1.3 計劃層（ERP）
計劃層即企業(yè)資源規(guī)劃層（ERP），ERP層主要進行管理決策與生產(chǎn)計劃，重點突出ERP管理平臺的建設。目前，適于不同需求的ERP系統(tǒng)已較成熟，可直接用于計劃層的信息管理。通過建立企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)（Intranet），實現(xiàn)計劃層內(nèi)部信息的傳輸及計劃層、執(zhí)行層之間信息的交互；并通過與互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的連接，建立企業(yè)公共信息發(fā)布與電子商務的平臺。
2、車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設計與開發(fā)
MES系統(tǒng)軟件層是生產(chǎn)信息化管理方案的核心，即車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。它通過對制造過程的實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)度，根據(jù)ERP下達的生產(chǎn)計劃，利用車間的各種生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法和豐富的實時現(xiàn)場信息，快速、低成本地制造出高質量的產(chǎn)品。
車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)功能包括：從計劃管理層獲取日生產(chǎn)計劃；對生產(chǎn)車間資源的管理，如任務訂單、物料與在制品、生產(chǎn)設備、人員等；生產(chǎn)車間作業(yè)調(diào)度；車間生產(chǎn)過程監(jiān)控；車間生產(chǎn)過程信息在線統(tǒng)計；主調(diào)度終端與各工序終端之間進行消息傳遞和數(shù)據(jù)庫共享。
2.1 MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立
數(shù)據(jù)庫結構設計以能夠及時、準確、有效地滿足系統(tǒng)功能為首要目標。在數(shù)據(jù)庫建立時，需要將各種信息分類和歸納，通過建立不同功能的表和相應字段保障數(shù)據(jù)信息的完整性和有效性。以下數(shù)據(jù)庫的設計以滿足第三范式為標準，并嚴格遵守參照完整性規(guī)則，這里不再贅述。監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)服務器是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，它的數(shù)據(jù)庫結構和數(shù)據(jù)內(nèi)容是系統(tǒng)其他終端模塊建立的參照藍本。根據(jù)車間調(diào)度系統(tǒng)的功能需要，以及數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計和及時上報管理層的要求，調(diào)度系統(tǒng)服務器采用SQL Server7.0數(shù)據(jù)庫，分為統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫。
1）統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫
統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫是面向MES系統(tǒng)軟件/ERP層進行功能設計，用于提供MES系統(tǒng)軟件/ERP層所需的數(shù)據(jù)服務。統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫保存車間生產(chǎn)調(diào)度所需的基本數(shù)據(jù)信息；需要根據(jù)車間的生產(chǎn)布局、生產(chǎn)工藝流程以及產(chǎn)品類型的變化，而進行定期維護和更新。由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫跨越時間范圍大，歷史數(shù)據(jù)需要定期維護和備份。管理層的離線分析查詢終端可利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中的相應歷史數(shù)據(jù)，進行大時間段的信息統(tǒng)計和查詢。
2）實時數(shù)據(jù)庫
實時數(shù)據(jù)庫是面向PCS/MES系統(tǒng)軟件層進行功能設計，提供PCS/MES系統(tǒng)軟件層所需的數(shù)據(jù)服務。實時數(shù)據(jù)庫保存過程中檢測到的動態(tài)信息和臨時數(shù)據(jù)，并進行必要的刷新、匯總與統(tǒng)計，用以車間生產(chǎn)的實時動態(tài)調(diào)度。實時數(shù)據(jù)庫是調(diào)度系統(tǒng)服務器為完成生產(chǎn)過程監(jiān)控和實時調(diào)度功能，而直接操作的數(shù)據(jù)對象，是調(diào)度系統(tǒng)進行實時統(tǒng)計和分析的直接數(shù)據(jù)源，用于動態(tài)保存生產(chǎn)過程信息和監(jiān)控過程中檢測到的質量信息及相應的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并定時地向統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫發(fā)送需要備份的信息。
2.2 MES監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設計
生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)采用瘦客戶機/服務器（ThinClient/Server）體系結構，將調(diào)度系統(tǒng)應用程序的配置、管理、維護和運行都放在調(diào)度系統(tǒng)服務器上完成，而Windows終端只作為簡化的人機接口界面為用戶提供服務，從而極大地增強了系統(tǒng)的集成性和可維護性。
1）監(jiān)控模塊
監(jiān)控模塊主要包括設備狀況監(jiān)控和生產(chǎn)流程監(jiān)控兩個子功能模塊。設備狀況監(jiān)控子模塊，與系統(tǒng)控制層的PLC終端進行通信，用于對生產(chǎn)系統(tǒng)中各主要加工機床的運行狀況進行在線監(jiān)控。在被監(jiān)控的設備出現(xiàn)故障時，自動報警。生產(chǎn)流程監(jiān)控子模塊與監(jiān)控層的Windows終端進行通信，用于對生產(chǎn)系統(tǒng)中各任務的加工進程進行在線監(jiān)視。
2）用戶管理模塊
用戶管理模塊主要對該生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的用戶信息進行管理，包括系統(tǒng)登陸、添加用戶、刪除用戶、修改用戶密碼、設置用戶權限等功能。
3）生產(chǎn)信息管理模塊
生產(chǎn)信息管理模塊主要包括任務訂單管理、物料與在制品管理、生產(chǎn)設備管理和生產(chǎn)人員管理等四個子模塊。該模塊對實時數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫進行直接的讀寫操作，各子模塊的功能包括對車間相關信息的添加、查詢、刪除、更新等功能。
4）作業(yè)調(diào)度模塊
作業(yè)調(diào)度模塊主要功能是進行車間的生產(chǎn)調(diào)度。該模塊即可以采用基于瓶頸分析的啟發(fā)式算法對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進行自動的實時動態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度；也可以由車間調(diào)度員，根據(jù)自己的經(jīng)驗和對車間生產(chǎn)狀況的分析，采用調(diào)度模塊提供的一些常用的調(diào)度規(guī)則對各工序分別進行排產(chǎn)。
5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊
數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊主要是針對生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)質量等方面信息的在線統(tǒng)計，如機床利用率、平均在制品庫存、加權誤期任務數(shù)等。該模塊可以進行指點時間段內(nèi)相關信息的統(tǒng)計分析，如Pareto圖分析等。長期的統(tǒng)計分析結果可以從管理層統(tǒng)計系統(tǒng)查詢獲得；短期的統(tǒng)計分析可以統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進行在線數(shù)據(jù)分析，為確定生產(chǎn)瓶頸和在線生產(chǎn)與質量提供依據(jù)。
3、應用實例與效果評估
該生產(chǎn)車間管理信息系統(tǒng)模型作為某電纜廠“ 準時定長制造控制與管理系統(tǒng)”的核心部分，已被成功地應用于該廠的信號電纜生產(chǎn)車間，解決了生產(chǎn)與計劃脫節(jié)的問題，初步形成了對電纜制造過程的信息化管理模式，加強了生產(chǎn)計劃的可執(zhí)行性，實現(xiàn)了產(chǎn)品質量的過程控制與在制品的信息化管理?？s短了制造周期，任務的平均通過時間（Throughput Time）減少了22%。降低了成品、在制品庫存，形成了與按需要生產(chǎn)、準時定長制造相適應的生產(chǎn)調(diào)度能力。
4、結語
車間調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)處于車間生產(chǎn)信息系統(tǒng)的執(zhí)行層，起到連接管理層與控制層的承上啟下的作用，是整個車間生產(chǎn)信息系統(tǒng)的核心部分。本文所設計的基于 MES系統(tǒng)軟件 的生產(chǎn)車間信息管理系統(tǒng)，充分考慮系統(tǒng)的集成性、可擴展性與可重構性；所開發(fā)的車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)了車間的現(xiàn)場調(diào)度、生產(chǎn)過程控制、在線質量控制，以及對生產(chǎn)過程中“非常規(guī)信息”（設備故障等）的控制與管理，加強了制造計劃的可執(zhí)行性。
1、基于MES系統(tǒng)軟件的生產(chǎn)車間信息系統(tǒng)
針對上述當前制造企業(yè)生產(chǎn)管理中普遍存在的問題，通過對MES系統(tǒng)軟件功能本質的分析，筆者提出了以下三層結構——企業(yè)資源計劃（ERP）/制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES系統(tǒng)軟件）/過程控制系統(tǒng)（PCS）、兩級數(shù)據(jù)庫平臺——實時數(shù)據(jù)庫/統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫的信息化管理解決方案。
1.1 控制層（PCS）
PCS層主要負責生產(chǎn)過程的自動控制與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與初步分析。以PLC作為過程狀態(tài)和工藝、質量參數(shù)采集的基本單元，以AS-I總線和工業(yè)現(xiàn)場總線（ProfiBUS）構成基本網(wǎng)絡（含I/O接口模塊、傳感器、開關、智能儀表、AS-I總線主站、計算機通訊接口程序等）；工業(yè)現(xiàn)場總線采用總線拓撲結構（ProfiBUS-DP），總線兩端有終端電阻。這樣結構使系統(tǒng)具有擴展性，維護方便；高性能的工業(yè)控制計算機和對成熟組態(tài)軟件WinCC的二次開發(fā)形成車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)。
1.2 執(zhí)行層（MES系統(tǒng)軟件）
MES系統(tǒng)軟件層的主要功能是動態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)過程實時監(jiān)控和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析。MES系統(tǒng)軟件主要由MES系統(tǒng)軟件軟件、MES系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)庫服務器、MES系統(tǒng)軟件調(diào)度臺、車間作業(yè)信息顯示屏等構成，采用星型拓撲結構的工業(yè)以太網(wǎng)絡聯(lián)接；該網(wǎng)絡連接集中于中央節(jié)點，便于網(wǎng)絡維護和資源配置，當網(wǎng)絡中一個節(jié)點出現(xiàn)故障時，易于進行隔離檢測和維護，不會對其他節(jié)點造成很大影響，不會導致整個網(wǎng)絡的崩潰，同時網(wǎng)絡節(jié)點的接線方式也便于系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
1.3 計劃層（ERP）
計劃層即企業(yè)資源規(guī)劃層（ERP），ERP層主要進行管理決策與生產(chǎn)計劃，重點突出ERP管理平臺的建設。目前，適于不同需求的ERP系統(tǒng)已較成熟，可直接用于計劃層的信息管理。通過建立企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)（Intranet），實現(xiàn)計劃層內(nèi)部信息的傳輸及計劃層、執(zhí)行層之間信息的交互；并通過與互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的連接，建立企業(yè)公共信息發(fā)布與電子商務的平臺。
2、車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設計與開發(fā)
MES系統(tǒng)軟件層是生產(chǎn)信息化管理方案的核心，即車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。它通過對制造過程的實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)度，根據(jù)ERP下達的生產(chǎn)計劃，利用車間的各種生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法和豐富的實時現(xiàn)場信息，快速、低成本地制造出高質量的產(chǎn)品。
車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)功能包括：從計劃管理層獲取日生產(chǎn)計劃；對生產(chǎn)車間資源的管理，如任務訂單、物料與在制品、生產(chǎn)設備、人員等；生產(chǎn)車間作業(yè)調(diào)度；車間生產(chǎn)過程監(jiān)控；車間生產(chǎn)過程信息在線統(tǒng)計；主調(diào)度終端與各工序終端之間進行消息傳遞和數(shù)據(jù)庫共享。
2.1 MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立
數(shù)據(jù)庫結構設計以能夠及時、準確、有效地滿足系統(tǒng)功能為首要目標。在數(shù)據(jù)庫建立時，需要將各種信息分類和歸納，通過建立不同功能的表和相應字段保障數(shù)據(jù)信息的完整性和有效性。以下數(shù)據(jù)庫的設計以滿足第三范式為標準，并嚴格遵守參照完整性規(guī)則，這里不再贅述。監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)服務器是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，它的數(shù)據(jù)庫結構和數(shù)據(jù)內(nèi)容是系統(tǒng)其他終端模塊建立的參照藍本。根據(jù)車間調(diào)度系統(tǒng)的功能需要，以及數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計和及時上報管理層的要求，調(diào)度系統(tǒng)服務器采用SQL Server7.0數(shù)據(jù)庫，分為統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫。
1）統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫
統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫是面向MES系統(tǒng)軟件/ERP層進行功能設計，用于提供MES系統(tǒng)軟件/ERP層所需的數(shù)據(jù)服務。統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫保存車間生產(chǎn)調(diào)度所需的基本數(shù)據(jù)信息；需要根據(jù)車間的生產(chǎn)布局、生產(chǎn)工藝流程以及產(chǎn)品類型的變化，而進行定期維護和更新。由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫跨越時間范圍大，歷史數(shù)據(jù)需要定期維護和備份。管理層的離線分析查詢終端可利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中的相應歷史數(shù)據(jù)，進行大時間段的信息統(tǒng)計和查詢。
2）實時數(shù)據(jù)庫
實時數(shù)據(jù)庫是面向PCS/MES系統(tǒng)軟件層進行功能設計，提供PCS/MES系統(tǒng)軟件層所需的數(shù)據(jù)服務。實時數(shù)據(jù)庫保存過程中檢測到的動態(tài)信息和臨時數(shù)據(jù)，并進行必要的刷新、匯總與統(tǒng)計，用以車間生產(chǎn)的實時動態(tài)調(diào)度。實時數(shù)據(jù)庫是調(diào)度系統(tǒng)服務器為完成生產(chǎn)過程監(jiān)控和實時調(diào)度功能，而直接操作的數(shù)據(jù)對象，是調(diào)度系統(tǒng)進行實時統(tǒng)計和分析的直接數(shù)據(jù)源，用于動態(tài)保存生產(chǎn)過程信息和監(jiān)控過程中檢測到的質量信息及相應的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并定時地向統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫發(fā)送需要備份的信息。
2.2 MES監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設計
生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)采用瘦客戶機/服務器（ThinClient/Server）體系結構，將調(diào)度系統(tǒng)應用程序的配置、管理、維護和運行都放在調(diào)度系統(tǒng)服務器上完成，而Windows終端只作為簡化的人機接口界面為用戶提供服務，從而極大地增強了系統(tǒng)的集成性和可維護性。
1）監(jiān)控模塊
監(jiān)控模塊主要包括設備狀況監(jiān)控和生產(chǎn)流程監(jiān)控兩個子功能模塊。設備狀況監(jiān)控子模塊，與系統(tǒng)控制層的PLC終端進行通信，用于對生產(chǎn)系統(tǒng)中各主要加工機床的運行狀況進行在線監(jiān)控。在被監(jiān)控的設備出現(xiàn)故障時，自動報警。生產(chǎn)流程監(jiān)控子模塊與監(jiān)控層的Windows終端進行通信，用于對生產(chǎn)系統(tǒng)中各任務的加工進程進行在線監(jiān)視。
2）用戶管理模塊
用戶管理模塊主要對該生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的用戶信息進行管理，包括系統(tǒng)登陸、添加用戶、刪除用戶、修改用戶密碼、設置用戶權限等功能。
3）生產(chǎn)信息管理模塊
生產(chǎn)信息管理模塊主要包括任務訂單管理、物料與在制品管理、生產(chǎn)設備管理和生產(chǎn)人員管理等四個子模塊。該模塊對實時數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫進行直接的讀寫操作，各子模塊的功能包括對車間相關信息的添加、查詢、刪除、更新等功能。
4）作業(yè)調(diào)度模塊
作業(yè)調(diào)度模塊主要功能是進行車間的生產(chǎn)調(diào)度。該模塊即可以采用基于瓶頸分析的啟發(fā)式算法對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進行自動的實時動態(tài)的生產(chǎn)調(diào)度；也可以由車間調(diào)度員，根據(jù)自己的經(jīng)驗和對車間生產(chǎn)狀況的分析，采用調(diào)度模塊提供的一些常用的調(diào)度規(guī)則對各工序分別進行排產(chǎn)。
5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊
數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊主要是針對生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)質量等方面信息的在線統(tǒng)計，如機床利用率、平均在制品庫存、加權誤期任務數(shù)等。該模塊可以進行指點時間段內(nèi)相關信息的統(tǒng)計分析，如Pareto圖分析等。長期的統(tǒng)計分析結果可以從管理層統(tǒng)計系統(tǒng)查詢獲得；短期的統(tǒng)計分析可以統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進行在線數(shù)據(jù)分析，為確定生產(chǎn)瓶頸和在線生產(chǎn)與質量提供依據(jù)。
3、應用實例與效果評估
該生產(chǎn)車間管理信息系統(tǒng)模型作為某電纜廠“ 準時定長制造控制與管理系統(tǒng)”的核心部分，已被成功地應用于該廠的信號電纜生產(chǎn)車間，解決了生產(chǎn)與計劃脫節(jié)的問題，初步形成了對電纜制造過程的信息化管理模式，加強了生產(chǎn)計劃的可執(zhí)行性，實現(xiàn)了產(chǎn)品質量的過程控制與在制品的信息化管理?？s短了制造周期，任務的平均通過時間（Throughput Time）減少了22%。降低了成品、在制品庫存，形成了與按需要生產(chǎn)、準時定長制造相適應的生產(chǎn)調(diào)度能力。
4、結語
車間調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)處于車間生產(chǎn)信息系統(tǒng)的執(zhí)行層，起到連接管理層與控制層的承上啟下的作用，是整個車間生產(chǎn)信息系統(tǒng)的核心部分。本文所設計的基于 MES系統(tǒng)軟件 的生產(chǎn)車間信息管理系統(tǒng)，充分考慮系統(tǒng)的集成性、可擴展性與可重構性；所開發(fā)的車間監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)了車間的現(xiàn)場調(diào)度、生產(chǎn)過程控制、在線質量控制，以及對生產(chǎn)過程中“非常規(guī)信息”（設備故障等）的控制與管理，加強了制造計劃的可執(zhí)行性。
原文網(wǎng)址：http://www.hzjux.com/xinwenzixun/MESxitongruanjianzixun/601.html
