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MES

MES的技能架构

  2011年06月14日  

        MES在工厂概括主动化体系中起着中间层的效果——在MRP II、ERP体系发作的长时刻方案的指导下,MES依据底层操控体系收集的与出产有关的实时数据,对短期出产作业的方案调度、监控、资源装备和出产进程进行优化。那么,MES依托哪些技能、模块完成这一方针?尤其是与ERP、操控体系怎么完成协作呢? 
        作为一种计算机辅佐出产办理体系,MES重要任务便是完成企业的接连信息流。它包含了许多功用模块。经过实践,MESA(MES世界联合会)概括了十一个首要的MES功用模块,包含工序具体调度、资源分配和状况办理、出产单元分配、进程办理、人力资源办理、保护办理、质量办理、文档操控、产品盯梢和产品清单办理、功用剖析和数据收集等模块。
  关于这个概括,业界还有一点争议。NIST(美国国家规范与技能研究安排)在向OMG(Object Management Group,方针办理安排)提交的《NIST Response to MES Request for Information》陈述中就以为:MESA的概括中,进程办理不该独自作为一个功用模块,而应该增加一个物料办理模块。咱们也以为,MES应具有物料办理功用。
  携手上基层、优化数据流

  经过上述这些模块有用协作,MES在工厂概括主动化体系中起着中间层的效果。在MES基层,是底层出产操控体系,包含DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或这几种类型的组合;在MES上层,则是高层办理方案体系,包含ERP、MRP II。
  从时刻要素剖析,在MES之上的方案体系考虑的问题域是中长时刻的出产方案(时刻因子=100倍),履行层体系MES处理的问题域是近期出产任务的和谐安排问题(时刻因子=10倍),操控层体系则有必要实时地接纳出产指令,使设备正常加作业业(时刻因子=1倍)。它们彼此相关、互为补充,完成企业的接连信息流。
  从层次视点剖析,制作企业的操控结构可区分为工厂层(或公司层)、车间层、单元层和设备层。其间,单元层相当于一般企业的工段或班组。一般,ERP体系处于工厂层和车间层,有时会扩展到单元层。设备操控体系处于设备层,有时会扩展到单元层。而MES则总是处于车间层与单元层。因而,MES与ERP在车间层(有时包含单元层)在功用上会有部分重复,MES与设备操控体系在单元层有时也会有部分功用堆叠,如图1所示。

 


  图1 方案操控与信息反应流程及MES与ERP、设备操控体系之间的联系

  在MRP II、ERP体系发作的长时刻方案的指导下,MES依据底层操控体系收集的与出产有关的实时数据,进行短期出产作业的方案调度、监控、资源装备和出产进程的优化等作业。图2描绘了MES在企业中的数据流图。


   图2 MES在企业中数据流图

 

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  操控与信息反应流程以及MES与ERP、设备操控体系之间的联系。在图1中,方案与操控指令自上而下越来越具体与具体,而由散布在出产现场的数据收集体系收集的实时数据自下而上经过层层汇总,数据的概括性越来越强。
  在信息交互的具体内容方面,MES向上层提交周期盘点次数、出产才能、材料耗费、劳动力和出产线作业功用、在制品(WIP)寄存方位和状况、实践定单履行等触及出产作业的数据;向底层操控体系发布出产指令操控及有关的出产线作业的各种参数等。图3描绘了MES与方案层和操控层的信息交互联系。


  图3 MES与方案层及操控层信息交互

  与ERP优势互补
  ERP的缺乏
  虽然ERP能够很好地处理出产方案问题,可是在车间这一层次的操控却往往不行完善。例如,ERP里边的车间操控模块方案功用一般很弱,首要是履行MRP方案。它把MRP方案变换为车间加工单和调度单,并按车间加工单和调度单履行,一起对方案履行状况进行反应,并进行投入与产出操控。
  ERP体系车间加工单和调度单的时刻跨度(或方案期)常常比较长,一般为周。车间加工单和调度单中的设备资源,则是以作业中心为单位的,但对作业中心的界说往往没有严厉规则,彻底依据体系的施行要求和操控细度来确认的。一般,作业中心在ERP中被界说为一组设备资源,一切信息的反应与本钱的核算等都是以作业中心为单位进行的。
  ERP一般收集首要工序现场信息的时分,根本靠手艺录入,不只功率低、易犯错,并且输入的数据是根本上是前一个班或前一天的数据,信息滞后。
  MES的优势
  MES的方案调度功用与ERP车间层的功用有些相似,但MES的方案调度的功用比较强,拟定的方案也比较具体。
  MES一般按车间层和单元层分级拟定作业方案,并对车间的每一台设备或操作人员分配任务。MES中的车间加工单与ERP的相似,MES中的调度单是对车间加工单在时刻和空间范围内的进一步分化,一般会细化到方案期内每个单元每台设备每天(或每班)的出产任务。一起,以分配工单的办法把第二天或下一班的出产任务分配到每一个操作人员(或设备)上。
  MES体系反应的数据不只包含每台设备、每个工序和每个操作人员的数据,还包含加工进程中的状况数据,并且因为选用主动化数据收集技能,使状况数据可实时收集。收集的数据经过层层汇总,最终可得到整个工厂的出产现场数据。
  如果把MES与ERP集成起来,不只能充分发挥它们各自的优势;一起,可使MES体系的出产方案更合理,使ERP体系的数据更及时有用,作业功率更高。MES与ERP间的集成数据与MES、ERP间的界面区分有关。一般来说,即能够由MES来承当一切车间层和单元层的功用,也能够由ERP承当车间层的功用,由MES来承当单元层的功用。但从体系的集成视点看,由MES来承当一切车间层和单元层的功用施行比较简略。
  MES的独特技能
  MES触及的技能领域,许多方面与MRP II、ERP所用技能相相似。这儿,仅就MES中较有特征的技能进行阐明。
  作业状况实时收集技能
  这种技能是对机床的开/停、加工作业状况进行实时收集,为方案操控和动态调度供给及时、精确的信息支撑,使车间办理与操控真实做到实时。
  机床的开/停、加工作业状况进行实时收集的技能方案,将依据机床设备的具体状况确认。关于能够直接上网、支撑OPC的机床,选用根据OPC的状况信息收集方案,经过规范的OPC接口和必要的软件装备,直接读取机床的各种状况信息即可。
  关于不支撑OPC的数控设备开/关机与作业状况信息收集,要经过丈量数控设备中的操控面板、机床电气操控电路中有关点的模拟信号及其改变,并进行恰当的转化,再利用DNC接口上的I/O接口来完成。
  车间操控器可依据各单元设备装备状况与所记载的状况信息,可显现车间内各单元的数控设备散布状况及作业状况,并对设备的作业时刻、停机时刻和设备利用率等进行计算。

 

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  NC程序的传输技能
  对不同的数控机床进行NC程序的双向传输,对机械制作业MES体系具有十分重要的含义。在MES体系中,NC程序的双向传输首要处理具有不同传输协议的数控体系NC程序的传输问题。
  一般,NC程序的双向传输选用根据RS-232C的点对点通讯联接。这种联接办法结构简略、传输牢靠,在拓扑上为星形结构,通讯协议简略,通讯速率一般在110-9600bit/s之间,技能上比较老练,体系组成也相对简略,易于完成,是一种使用较多而又经济牢靠的一种方案。
  可是,虽然RS-232C规范传输电平摆幅较大,抗干扰才能进步,但因为答应电容负载,因而传输距离受限。当主机与数控机床通讯距离超越30M(波特率为4800bps)时,不能直接用RS-232C进行通讯。延伸通讯距离的办法有多种,如选用MODEM、串口服务器、RS-485/RS-422转化、长线收发器等。
  不同的数控体系与PC计算机的握手信号是不同的,一般有硬件握手、软件握手两种办法。如FANUC数控体系一般选用软件握手,Siemens的数控体系选用硬件握手,硬件握手信号有DTR、DSR、RTS和CTS。数控体系通讯协议一般有XON/XOFF协议和主动重复恳求的ARQ协议两大类。对不同的握手信号与通讯协议,需求选用不同的通讯操控办法。
  修理常识库的树立与修理导游技能
  修理常识库的树立与修理导游技能,也是MES的一项关键技能,它能够完成辅佐毛病确诊,确诊毛病模块更多地考虑结构化问题的剖析与判别。
  在对毛病的计算、归类剖析的基础上,树立毛病现象与原因之间的联系,经过决议方案树的办法支撑毛病确诊。考虑到修理常识库的树立与完善是一个渐进的进程,因而考虑开发具有自学习功用的数控机床修理办理信息体系,将成功的修理事例记载到体系中,体系能提取相关信息,对决议方案树进行扩大,完成常识的堆集。体系面向零件主题安排机床零备件替换的工艺,并将操作杂乱,拆/装工艺要求高的操作进程保存为印象材料,便于今后的机床修理或修理操作训练参阅。
  名词解释
  ARQ:Automatic Repeat reQuest,主动重复恳求
  CNC:Computer Numerical Control,计算机数控
  CTS:Clear To Send,铲除发送
  DCS:Distributed Control System,大规模散布式操控体系
  DSR:Data Set Ready,数据设备预备好
  DTR:Data Terminal Ready,数据终端预备好
  MESA:MES Association,世界联合会)
  MRP:Material Requirement Planning,物料需求方案
  MRP II:Manufacturing Resources Planning,制作资源方案
  NC:Numerical Control,数控
  NIST:National Institute of Standards & Technology,美国国家规范与技能研究安排
  OLE:Object Link and Embed,方针的链接和嵌入

  OMG:Object Management Group,方针办理安排
  OPC:OLE for Process Control,用于处理操控的OLE。
  PLC:Programmable Logic Controllers,可编程逻辑操控器
  RS-232C:即EIA RS-232C,是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)在1969年公布的串行接口规范。RS是Recommended Standard)的缩写,表明是“引荐规范”;232是标识号码;而C则表明该规范已被修正的次数。
  RTS:Request To Send,恳求发送
  SCADA:Supervisory Control and Data Acquisition,数据收集与监控体系
  WIP:Work in Process,在制品
  Xon/Xoff: 流量操控办法两种之一,X代表Transmission,Xoff表明中止发送,Xon表明继续发送。

 

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  MES部分模块介绍
  资源分配和状况办理
  (Resource Allocation and Status)
  这个模块办理机床、东西、人员、物料、其它设备以及其它出产实体(例如进行加工有必要预备的工艺文件、数控加工程序等文档材料),用以保证出产的正常进行。它还要供给资源使用状况的历史记载,保证设备能够正确装置和作业,一起供给资源的实时状况信息。对这些资源的办理,还包含为满意出产方案的要求对其所作的预订和调度。
  工序具体调度(Operations/Detail Scheduling)  在编制出产作业方案中,该模块供给与指定出产单元相关的优先级(Priorities)、特点(Attributes)、特征(Characteristics)以及处方(Recipes,此为可选项)的作业排序功用。其方针是经过杰出的作业次序最大极限削减出产进程中的预备时刻。
  这种调度,是根据有限才能的调度并经过考虑出产中的交织、堆叠和并行操作来精确计算出设备上下料和调整时刻。
  出产单元分配(Dispatching Production Units)

  这一模块以作业、订单、批量、成批和作业单等办法办理出产单元间的作业流。当车间有事情发作时,要供给必定次序的调度信息并按此进行相关的实时操作。出产单元分配模块,能够调整车间已制定的出产进展,对返修品和废品进行处理,用缓冲办理的办法操控恣意方位的在制品数量。
  文档操控(Document Control)
  此模块操控、办理并传递与出产单元有关的信息文档,包含作业指令、配方、工程图纸、规范工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记载、工程更改告诉以及各种转化操作间的通讯记载,并供给了信息修改功用。
  文档操控模块将各种指令下达给操作层,包含向操作者供给操作数据或向设备操控层供给出产配方。此外,它还包含对其它重要数据(例如与环境、健康和安全准则有关的数据以及ISO信息)的操控与完整性保护。当然,还有存储历史数据功用。
  数据收集(Data Collection/Acquisition)
  该功用经过数据收集接口来获取并更新与出产办理功用相关的各种数据和参数,包含产品盯梢、保护产品历史记载以及其它参数。这些现场数据,能够从车间手艺办法录入或由各种主动办法获取。数据收集的时刻距离不同很大,有时可到达分钟一级的精度。
  进程办理(Process Management)
  该模块监控出产进程、主动纠正出产中的过错并向用户供给决议方案支撑以进步出产功率。这些活动,可能是针对一些比较底层的操作,它们首要会集在被监督和被操控的机器上,需求接连盯梢出产操作流程。
  进程办理模块还应包含报警功用,使车间人员能够及时察觉到出现了超出答应差错的加工进程。经过数据收集接口,进程办理能够完成智能设备与制作履行体系之间的数据交换。

 

标签:MES 技能架构我要反应
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