智能制造:MES系统架构设计

随着全球制造业的快速发展,智能制造已经成为行业发展的核心趋势。智能制造不仅仅是设备的智能化,更重要的是通过信息技术的深度融合,对制造流程、生产管理及设备控制进行全方位优化。在这一过程中,MES(制造执行系统)作为连接企业管理层与车间操作层的关键系统,发挥了至关重要的作用。本文将深入探讨MES系统的架构设计与应用,以及它在智能制造中的核心作用。

MES是什么

MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统;

MES是对整个车间制造过程的优化,而不是单一的解决某个生产瓶颈;

MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能,并作出相应的分析和处理;

MES需要与计划层和控制层进行信息交互,通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成;

企业软件服务于当下,需求是明确的,只需要满足需求,即可为需求方带来实际利益,或是收益增加、或是成本降低。

企业软件重视的是功能、效率,相比工作人员、软件提高的效率和节省的成本就是软件的价值。

企业软件一般制作周期较长,实际业务到软件功能的逐层"转译"。

为什么要用MES

智能制造的本质是利用新一代信息技术和智能设备,如物联网大数据、云计算和移动互联,对传统制造业进行深入和广泛的转型升级,实现制造要素和资源,如人、设备、产品和服务的相互识别、实时交互和信息集成,促进产品设备、生产方法、管理和服务的智能化发展。

智能制造的本质是实现实时性、多品类、小批量甚至个性化定制产品制造。

由于客户要求提升,导致管理成本、管理收益上升,提升管理最佳点右移,故而企业提升自身管理要求。

MES能干什么

以计划的调拨与分配、生产的监控,分析和追踪、设备和工艺过程的管控为重点。对各系统在车间部分进行管理的深化。

作为ERP、CRM、PDM、APS等在车间部门的延伸,收集处理车间级别数据,向上汇总处理,解决车间信息孤岛。

软件设计的核心

结构决定特性,特性支持功能

软件需要什么功能,决定软件需要什么要的特性;软件具有什么特性,决定了软件要采用什么样的结构。

MES是对整个车间的各类信息整合;

MES要便于对小批量,多品类,个性化的生产需求进行管理记录;

高实时性的收集和分析现场数据以及现场控制;

是各系统在车间级别的延伸和细化;

能实现设备之间、人与设备间的信息交互;

MES设计的核心问题

各系统数据的整合与交互

例如:接受ERP生产计划,反馈ERP生产实绩;发送WMS拉动计划,接受WMS拉动实绩;接受设备数采数据,发送设备控制指令。

高实时性的数据要求

现场设备故障实时控制,现场数据不良实时剔除。

小批量的数据记录

基于每个品、每个批次生产数据、设备数据、库存数据的记录。

与现场设备的交互与控制

接受设备数据,控制设备动作,拉动仓库物料,发送安灯报警。

MES的业务作用

数据采集与物联网标签

MES的基础是数据采集与物联网标签,由于支持MES系统需要的数据量的颗粒度和实时性,部分数据手动录入无法满足要求,通过自动识别与控制,数据的颗粒度和准确度才具有深度分析意义。

生产计划与生产实绩

对车间生产过程的管理是MES主要管控范围,将数采系统采集到的生产计划数据、设备运行数据、物料投入产出数据、物流配送数据、生产工艺数据等连接绑定。

质量追溯与产线控制

生产时,综合现场数据对设备(或人)进行综合控制,生产后,复现生产现场的实际情况,是MES系统的最终目标。需要对生产数据进行分析。

物流与供应链

物流和供应链是串联生产过程的重要环节,由于每个生产环节是相对独立的,各环节间通过仓库、物流或供应链过程连接,如果需要串联各环节,则需要管理相关环节。

产品数据管理部分要点

产品维度管控颗粒度提升MES产品数据上游一般来着MDM、ERP、PDM/PLM。

产品特性管理问题:上游同一产品,基于特性不同,在某些情况下需分开管理。例如:尺码、品级等。

方案示例:在生产过程中,增加物料特性,生产过程中收集绑定数据,通过存货单或物联网标签据进入库存/物流下环节通过库存数据或物联标签绑定,实现上下环节贯通。

产品中间品管理

问题:不管理的中间品,在MES需要进行一定管理,例如:在制品、在途品。

方案示例:基于存货管理逻辑,增加在途、在制的管理逻辑。

仓库部分数据要点

存货维度数据管控颗粒度MES仓库数据上游一般来着MDM、ERP、WMS.

工装容器与定制定位的管理问题:由于MES自动识别绑定的要求,需要基于工装容器进行识别和数据绑定,或进行设备码放等存货控制。相关信息要进到存货信息,已进行上下游串联。

方案示例:MES或三方系统,建立工装、库位、批次对照管理。WMS系统记录工装信息(二开、使用批次字段)。

产品物联网标签

问题:对于关键产品,MES参与一物一码的管理方式。记录相关物流过程信息。

方案示例:在存货信息和物流单据上建立对应关系。

线边仓与存货仓的拉动

问题:由于MES管理颗粒更小,需要更精确的控制两边料、品线边仓的存量。

方案示例:拉动管理和拉动对照关系维护。

产品数据管理部分要点

工艺设备维度管控颗粒度提升MES工艺设备数据上游一般来着ERP、PDM/PLM。

精确到设备的工艺管理要求问题:ERP工艺管控普遍到工作中心(产线),基于设备对接要求MES管控到设备。

方案示例:在工作中心、标准工艺、生产工艺、工单工艺等工艺相关位置,建立工作中心设备的对照关系,工单创建/同步时,进行细化选配。

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