MES在机械加工生产线质量信息管理系统中的应用研究

第一章　绪　论机械制造业作为我国工业及其它行业的基础在经济建设中具有非常重要的地位,现代制造业改变着人们的方方面面:包括生产以及生活模式、经营管理模式以及社会的组织结构及文化。随着全球经济的不断发展以及各个行业所带来的激烈竞争，制造行业对工业产品的质量、品种的多样性、产品的快速化设计流程、产品的快速检测及响应功能有着十分严格的要求。随着工业化程度的不断加深以及拓展，提出了“以信息化带动工业化和以工业化促进信息化”的概念。制造业信息化的五个重要的内容及方面包括：设计和生产的数字化、装备和管理的数字化以及企业的数字化等等。产品的质量在一个企业的生存与发展中具有十分重要的地位，它是未来市场竞争中最有竞争力的武器。某位世界非常著名的质量管理专家J.M朱兰预言：“在21世纪的经济大舞台中，谁能保证产品的质量占领着制高点，谁将占领整个市场。因而质量也成为未来经济发展以及企业竞争的最强大的驱动力量”。在这种十分严峻的事实及现状面前，如何合理有效的降低企业的生产成本、提高产品的质量并发掘产品质量潜在的价值，是我国制造行业面临的最重要的也是难度最大的问题之一1.1论文研究的背景随着计算机软硬件技术的成熟发展，企业开始使用计算机软件系统进行生产经营上的管理，经历了由单一的生产管理，发展到若干子系统的集成，乃至当前的整个企业资源的全面规划和管理。正如计算机技术在不断发展一样，计算机辅助生产管理也是一个不断进化的过程。早在20世纪70年代已经有企业开始开发或引入单一功能的软件产品和软件系统，如设备状态监控系统、质量管理系统、生产管理系统等，所有这些系统可以简单理解为单一功能的MES系统。到了80年代美国在总结MRPII实施成功率较低教训的同时，并吸收日本当时生产系统(JIT)经验教训的基础上，提出了重视计划，又重视执行的管理新思路。为此产生了一种制造执行系统即EMS系统（ManufacturingExecutionSystem），这种系统是将制造过程与计划有效地进行统一，截止到1990年左右，EMS的概念才被美国的AMR研究机构（ManufacturingExecutionSystem）第一次提出。因此，EMS是在现代企业生产管理的需求以及环境下的产物。我国，早在“十五”期间，国家就将MES作为重点研究项目下达了研究课题；并且将流程工业领域的MES技术研究作为突破口，预期实现最终几个目标：获得MES技术研究成果、形成平台系统、实现产品的工程应用。目前，MES已经在钢铁、石化、机械等行业得到应用，其应用效果是得到客户认可；并且推进了企业信息化、系统化不仅仅停留在ERP实施，不断深化创新，部分企业的MES已经成为信息化的主体。过去的10年，MES理念、技术和软件产品已经显著成熟。它的概念的层次顺序是由计划层到生产控制层面：首先，企业的生产计划处于变化之中，它是根据市场的订单以及其它方面的变化情况而决定的。接着，生产计划从生产车间到组织生产，最终对产品进行供给。市场的形势比较复杂且变化莫测，因此作为一个成功的制造企业要始终保持着良性的运营，就得使处于上层的“订单计划”与处于下层的“生产质量”密切的配合，车间以及企业的生产和管理人员必须在较短的时间内密切掌握生产与供需之间的变化关系，从而可以准确的对应对措施加以分析、判断和总结。以保证产品的计划得到及时的更正，从而和市场的需求保持同步。虽然目前的ERP技术以及市场自动化水平发展到一个相对比较高的水平，但是ERP系统只是对企业的上层管理进行服务，而忽视了对一般车间层设备的管理以及技术层面的监督和支持。而现场自动化系统设备的功能主要应用于两个方面即：工艺技术参数监控以及现场设备的使用。因此它可以通过向管理人员提供统计分析方面的数据，但这种功能并不是它自身所带的功能。因此，ERP系统的管理信息出现了断裂的危险，从而导致上层的计划不能有效得到中层和下层信息的及时有效的支持，最终导致上层及下层控制之间不能有效协调的运行。当前国内正处在MES系统迅速开发的时期，MES正是为了消除这一“断链”而设计产生的。虽然MES的发展历史并不长，但它却实能给企业带来巨大的经济效益，使它迅速走进了企业的视野。MES的发展和创新正成为一个被关注的热点。1.2国内外相关研究现状及总结中共“十六”大明确提出“建设节约型社会，走新型工业化道路”。目前我国制造行业在设备状态监控系统、质量管理系统、生产管理系统等很多方面都存在一些问题，加快推动MES应用，进一步来提高生产管理水平和资源配置的效率。MES作为信息化的重要组成部分，也在此背景下得到了相当大的关注与重视。国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强企业的核心竞争力。适当的MES系统可以为客户提供一个快速反应的对策、有分析、有判断、精细化的制造业环境，帮助企业减低生产成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量有明显的意义。根据生产力发展的需要。我国的众多高等院校、科研院所以及相关的部门，都加入了MES的研究与开发的应用工作，第八届中国制造业MES应用年会，重点讨论了以下几点问题：MES标准参数、技术及发展要求。实时数据库与数据共享和软件平台及应用，MES在中国制造业应用的更深层次需求；国内MES应用的机械、汽车、机电等实例分析及实施关键等。中石化集团有限公司开发出了具有自主知识产权、符合我们中国石化企业特色的中国石化MES系统，上海宝信软件公司联合清华大学、浙江大学、东北大学、上海文大冶金自动化院等多家研究院校，提出了符合我国国情并具有国际较先进水平的钢铁制造业MES控制策略与产品构架，制定了行业推荐标准《企业信息化技术规范制造执行系统(MES)》等。国际联合会对EMS有着如下的定义：它是通过传递各种信息对基于订单的产品进行各种优化管理以及生产加工以期达到产品质量的最优化。从上述定义可以总结得出，EMS的核心部分是整个生产过程的优化，它的运作过程比较复杂，通过集中大量在实际生产中的统计性数据，及时应对各种出现的变更，保持计划层以及双向层之间的信息互相沟通的能力。从上层以及下层等多个层面之间接收重要的数据并根据各种反馈信息和结果处理相应的任务。它作为一种重要的生产管理模式可以把生产中各个重要的环节集中在一起进行考虑，包括：整个生产与制造系统的设计和进度安排，对产品的跟踪和监视以及整个过程的质量控制，物料的流动，除此之外还包括整个设备的控制以及计算机集成制造的接口等等。对这些进行“整体化”的考虑，以期最终实现各种机械制造自动化方面的战略方针。MES系统是接受了ERP系统的客户订单开始运作，通过产品订单分析判断，行质量和产品外形设计；根据设计结果，进行生产计划制定，下达生产作业指令；机械加工生产线根据生产工序流程指令，组织实施生产，质量检查监督部门进行质量检查和复合，MES系统自动完成质量的判别，跟踪、分析、异常材的处理以及市场突发变化的情况下，在产品的质量及数量、交付时间上保证订单的要求，同时将产品的生产情况以及产品质量进行实时的严密监控；并反映出每个生产环节的情况，为ERP系统提供所需统计分析的数据。根据以上功能的需求MES系统总体功能见图1.1：MES系统质量管理作业管理工序计划管理质量标准管理质量库管理相互之间的接口管理相互之间的接口管理库管理生产车间管理生产管制工序计划生产统计管理各个生产线管理订单管理质量统计分析管理质量过程管理质量规划管理系统数据管理进程管理图1.1MES系统总体功能图从MES系统总体功能图中可以看出质量管理体系作为MES系统的核心功能，在MES系统中起着至关重要的作用。目前在国内外各种科研结构以及高等院校的专家学者们关于MES进行了大量的总结和研究。一个名为MESA的研究结构关于MES发布了七分白皮书，这些白皮书中对MES的各个方面的阐述比较详细和深入。对象管理组织（OMG）于2000年1月份在OMG会议上制定了各种创新性的EMS路线图的草案，该组织主要是致力于通过集体力量构建MES的各种参考性体系。图1.２MES路线图美国工业信息的框架协议通过开展一项名称为SMART（SolutionforMESAdaptableReplicableTechnology)的研究项目旨在提供MES在通用组件方面的性能，以及提高其可用性。它通过提供一种可以扩展，开放式的，具有互相操作功能的信息产品结构以降低MES在开发过程以及配置环节的成本。从而实现MES的应用以及最大化的拓展。它可以支持各大企业内不同的MES产品之间的各种横向集成以及SCM系统(SupplyChainManagement)的供应链条管理系统。关于ERP系统在纵向方面的合成，以及支持企业的敏捷快速性制造。有日本的研究结构在一项关于电子商务的基础性建设项目中提出了一种关于OpenMES的独特性框架体系。土耳其的中东技术大学的制造工程系的有关专家通过集成采用各种MicrosoftWindowsDNA技术来实现各种MES分布式的管理系统原型。1.2.2质量管理国内外研究现状一个企业产品的质量对于一个企业的长远发展具有十分重要的意义和价值。质量可以铸造各种优秀的品牌。无论是发展中的国家还是发达的国家，都非常重视产品的质量以及各种服务质量。并且都过客户端的满意度调查来不断更新产品质量以期望得到用户的最满意的肯定。很多实例证明，一个具有良好质量的品牌能够使得企业得到长久性的发展，因此努力提高产品质量以及企业的服务质量已经是一个企业生存和发展的最关键性的因素。目前为止，国际公认的质量管理体系已经经历了四个阶段的过程：第一个阶段是产品的质量检验阶段；其目的是检验各种单个的产品是否满足与符合样件的标准体系。第二个阶段是统计和检验的阶段，由于生产规模的扩大和生产力的大幅度提高，产品数量的增加，所以必须通过抽样的方法对产品质量加以检验；第三，此阶段是产品质量的全面性管理阶段，它的目的是通过调动企业的各个部门或者员工的全体积极性，以最为廉价和有效地方式去满足客户的要求，对企业产品的质量进行不断的提高；第四个阶段，此阶段是现代化的质量管理体系建设阶段。它是以ISO900的质量管理体系为基础和平台，在充分利用现代化的质量管理理念和方法的基础之上，使企业的经营体系走向有效的绩效管理模式。随着质量管理体系的不断发展和完善，国外的某些质量管理体系方面的学者都提出了许多全新的有建设性的管理理念和体系标准。随着我国经济市场的不但发展以及完善，进入20世纪70年代以后，我们国家的质量管理体系尚处于初步的检验阶段，所采用的是前苏联的20世纪40年代到60年代之间的最为简单和常见的百分比抽样的方法，自从20世纪70年代之后，我们国家开始吸取日本的经验，并且结合我们国家自身市场的特点，开始逐步的普及和应用这种质量管理体系，取得了良好的成效。因此我们国家的质量管理阶段也开始逐步迈入到第三个阶段。1985年，随着我们国家的经委组织开始颁布《工业企业全面质量管理方法》，全面性的质量管理在我们国家开始得到普遍的推广。虽然我们国家对质量管理的研究起步比较晚，但是我们国家的一些学者在这些领域取得了一些比较好的研究成果。前苏联在企业技术管理方面认为某些比较落后的生产企业，特别是某些比较典型的国有企业比较适合采取的是业务流程的重新组合模式，该模式通过引进各种新型设备或者改造淘汰掉旧的设备，以及裁减人员，确立新的管理制度和体系。这种模式比较适合目前的ISO900质量管理模式，因为基于这种模式下的在职人员素质比较低下，管理模式比较落后，但是在技术层面上却具有一定的优势。因为ISO900采用的是标准化的条款模式，其特点是方面强制化执行，虽然员工的素质比较低下，也能够积极的参与进来。对于某些员工素质比较高的企业，可以通过实施这种全面的质量管理模式和体系（TQM）去鼓励员工的积极参与，通过各种创新、发现、改进等等手段来使得产品的质量达到一个较高的水平。对于某些处在同一行业且生产力水平层次比较高的企业结合自身的特点采用绩效管理模式，以实现不断的自我创新以及自我改革，从而使得企业具有较强的市场化能力。质量管理体系是个体系，质量管理是项活动，是包括一个企业质量管理方面的一切活