MES的技术架构..doc

MES的技术架构 ??南京航空航天大学 楼佩煌教授 叶文华教授???2003-8-5 中国计算机用户 ??? MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用——在MRP II、ERP系统产生的长期计划的指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。那么，MES依靠哪些技术、模块实现这一目标？尤其是与ERP、控制系统如何实现协作呢？　　作为一种计算机辅助生产管理系统，MES重要使命就是实现企业的连续信息流。它包含了许多功能模块。通过实践，MESA（MES国际联合会）归纳了十一个主要的MES功能模块，包括工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集等模块。　　对于这个归纳，业界还有一点争议。NIST（美国国家标准与技术研究组织）在向OMG（Object Management Group，对象管理组织）提交的《NIST Response to MES Request for Information》报告中就认为：MESA的归纳中，过程管理不应单独作为一个功能模块，而应该添加一个物料管理模块。我们也认为，MES应具有物料管理功能。　　携手上下层、优化数据流　　通过上述这些模块有效协作，MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用。在MES下层，是底层生产控制系统，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或这几种类型的组合；在MES上层，则是高层管理计划系统，包括ERP、MRP II。　　从时间因素分析，在MES之上的计划系统考虑的问题域是中长期的生产计划（时间因子＝100倍），执行层系统MES处理的问题域是近期生产任务的协调安排问题（时间因子＝10倍），控制层系统则必须实时地接收生产指令，使设备正常加工运转（时间因子＝1倍）。它们相互关联、互为补充，实现企业的连续信息流。　　从层次角度分析，制造企业的控制结构可划分为工厂层（或公司层）、车间层、单元层和设备层。其中，单元层相当于一般企业的工段或班组。通常，ERP系统处于工厂层和车间层，有时会扩展到单元层。设备控制系统处于设备层，有时会扩展到单元层。而MES则总是处于车间层与单元层。因此，MES与ERP在车间层（有时包括单元层）在功能上会有部分重复，MES与设备控制系统在单元层有时也会有部分功能重叠，如图1所示。? 　　图1 计划控制与信息反馈流程及MES与ERP、设备控制系统之间的关系 　　在MRP II、ERP系统产生的长期计划的指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。图2描述了MES在企业中的数据流图。 ?　　图2 MES在企业中数据流图 　　控制与信息反馈流程以及MES与ERP、设备控制系统之间的关系。在图1中，计划与控制指令自上而下越来越详细与具体，而由分布在生产现场的数据采集系统采集的实时数据自下而上经过层层汇总，数据的综合性越来越强。　　在信息交互的具体内容方面，MES向上层提交周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品(WIP)存放位置和状态、实际定单执行等涉及生产运行的数据；向底层控制系统发布生产指令控制及有关的生产线运行的各种参数等。图3描述了MES与计划层和控制层的信息交互关系。 　　图3 MES与计划层及控制层信息交互 　　与ERP优势互补　　ERP的不足　　虽然ERP能够很好地解决生产计划问题，但是在车间这一层次的控制却往往不够完善。例如，ERP里面的车间控制模块计划功能一般很弱，主要是执行MRP计划。它把MRP计划变换为车间加工单和调度单，并按车间加工单和调度单执行，同时对计划执行情况进行反馈，并进行投入与产出控制。　　ERP系统车间加工单和调度单的时间跨度（或计划期）常常比较长，通常为周。车间加工单和调度单中的设备资源，则是以工作中心为单位的，但对工作中心的定义往往没有严格规定，完全根据系统的实施要求和控制细度来确定的。通常，工作中心在ERP中被定义为一组设备资源，所有信息的反馈与成本的核算等都是以工作中心为单位进行的。　　ERP通常采集主要工序现场信息的时候，基本靠手工录入，不仅效率低、易出错，而且输入的数据是基本上是前一个班或前一天的数据，信息滞后。　　MES的优势　　MES的计划调度功能与ERP车间层的功能有些类似，但MES的计划调度的功能比较强，制定的计划也比较详细。　　MES一般按车间层和单元层分级制定作业计划，并对车间的每一台设备或操作人员分派任务。MES中的车间加工单与ERP的类