MES解决方案与系统设计剖析

沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所制造车间MES系统设计吴宝举等中国汽车工程学会焊接学组七届二次会议暨学术交流会沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/152主要内容•MES系统概述•MES系统需求分析•MES系统体系结构•MES系统网络结构•结论和意义沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/153主要内容MES(ManufacturingExecutionSystem）制造执行系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystems）计算机集成制造ERP（EnterpriseResourcePlanning)企业资源计划系统FCS（Fieldbuscontrolsystem）现场控制系统CIMS覆盖企业的多种经营活动，包括生产经营管理、工程设计和生产制造各个环节，即从产品报价、接受订单开始，经计划安排、设计、制造直到产品出厂及售后服务等的全过程FMS(FlexibleManufacturingSystem)柔性制造系统沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/154MES系统概述FCS（MES）ERP/CRM/SCMCIMS沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/155MES系统概述系统体系机构沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/156MES系统概述MES系统能够完成对制造车间生产过程相关信息的集成管理，实现了系统信息资源的共享，对生产线故障进行自动诊断，对产品质量进行控制。制造执行系统(MES)(ManufacturingExecutionSystem）是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段.制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理信息系统。目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强企业的竞争力。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/157MES系统概述MES处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/158MES系统概述MES对制造车间生产过程相关信息的集成管理，实现了系统信息资源的共享；MES可以实时监控车间状态、及时反馈车间生产状况给企业管理层；接受产品生产计划；能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。MES特点沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/159MES系统概述柔性制造故障诊断信息管理MES功能物流管理混线生产故障点查找材料需求管理层MES系统上集成生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化信息体系。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1510MES系统概述冲压车间焊装车间总装车间制止执行系统（MES）ERP系统CRM系统MIS系统优化指标车间控制层现场网络涂装车间动力总成间以时间，产量，能源，价格，销量，设备情况等指标进行统一优化。整个车间的数字化连接和建模。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1511MES系统概述MES系统以实时数据库和网络为支持平台，对生产过程进行全面管理和控制，它提供了企业所需的基础构架和决策支持工具，打破了生产单元间的信息壁垒，它的目标是优化生产资源，实时监控生产运行，实现成本最低化、利益最大化的目标。使用MES解决方案后企业可以提高产品质量、缩短制造时间、减低制造成本等。MES系统可以和ERP、CRM、SCM、电子商务进行数据交换。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1512MES系统需求分析FＭSClient客户批量Company产品/厂商沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1513MES系统需求分析目前制造企业基本上都实现了企业资源管理系统（ERP）和车间内的现场控制系统（FCS），车间生产已经高度自动化，但是如何按照客户的订单要求来最优化安排生产，如何分析控制质量，如何面对用户的特殊要求，如何将车间的有效生产数据及时传递到ERP系统，如何更有效地控制人力资源和物料损耗，如何更有效地安排仓库管理和运输等等问题又出现在企业管理者面前。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1514MES系统需求分析在企业中，ERP系统和FCS系统都具有各自的局限性，使得在企业范围的信息化过程中暴露出上层计划系统与底层控制系统之间的生产执行领域的空白.沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1515MES系统需求分析制造车间往往有多条生产线、设备复杂，产品生产要经过多个工序、完全靠人工的方式进行管理和控制几乎是不可能的；MES对产品订单、质量、设备、资源等进行全面的动态管理；作为将ERP等业务系统与生产设备的控制系统相连接的神经系统，在信息集成中起着承上启下的重要作用，它为管理与过程控制系统之间提供了一个通道，使两者之间有机地构成一个整体。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1516MES系统需求分析MES作为企业信息化建设的重要组成部分，起到承上启下、前后贯穿的作用，它通过收集生产过程中大量的实时数据，并对实时事件进行及时的反应和处理，来进行生产过程的优化管理，既接收生产实绩数据并反馈生产结果给上一层管理系统（ERP），又把上一层管理系统的生产指令下达到现场控制层（FCS）。上下连通现场控制设备与企业管理平台，实现数据的无缝连接与共享；前后贯通所有生产线，实现全过程的一体化产品质量跟踪、一体化计划与物流调度、一体化生产控制与管理，从而形成以MES为核心的企业信息系统。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1517MES系统需求分析由于生产装置和生产线控制系统规模大小不一（单一控制系统从几十个I/O到几千个I/O）、控制网络结构复杂、与管理网络的接口情况不同（软件的接口和硬件的接口），我们利用先进的实时历史数据库以及相关软、硬件接口技术，快速、高效地从生产线控制系统中直接取得第一手现场实时数据，并且利用先进的实时数据库技术完成海量数据的高效压缩和安全存储，为建立其他实时生产管理系统（如生产成本动态跟踪系统、生产实时调度系统、设备故障诊断、经济运行、产能优化、质量管理、生产过程可视化等）提供各种在线（如产量、温度等）或离线（质量分析、实验数据等）的过程数据。从而消除信息孤岛，实现资源共享、集中指挥。PlantManageInterface沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1518MES系统体系结构制造车间的信息化架构可分为三个层次：企业管理层、制造执行层，现场控制层。MES的重点是产品生产的执行过程；对产品的制造过程进行跟踪，并在ERP和FCS之间进行双向传递信息；管理的范围通常是整个工厂或整条生产线。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1519MES系统体系结构沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1520MES是处于管理层和控制层之间的执行层，主要服务于企业的生产管理和调度指挥。使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/FCS信息体系。MES系统体系结构沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1521MES系统体系结构沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1522•实时数据库不仅能将分散在各生产现场的实时信息集成起来，为管理者全面地实时监控全企业生产过程提供一个集成化的平台，而且能够通过对生产过程数据的再次加工处理，提炼出真正对生产管理、计划调度、经营决策有用的数据，从而在生产经营管理和实时过程控制之间架起一座桥梁，达到两者之间的信息交换和紧密集成。•实时数据库作为实时数据的存储工具，与管理系统的关系数据库系统通过开放接口进行数据交互，实现了与管理系统的无缝连接；同时利用成熟的压缩、存储技术，使数据存储的容量更加庞大，性能更加稳定，维护也更加容易。MES系统体系结构实时数据库沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1523•采集DCS、PLC等系统中的生产实时数据和生产管理过程中的部分离线数据，通过对这些数据的加工分析、整理和传送。把数据存入实时数据库。控制系统接口方面：在与控制系统的采集器方面，系统提供OPC采集器、文件采集器、计算采集器等，可以支持一般标准的通信接口，如OPC、DDE等接口方式及数值、字符串、浮点等多种数据类型。•OPC技术是连接现场设备与上层监控软件的信息通道，它提供了一套标准的OLE接口，通过这些接口，客户可以按照统一的数据访问标准的访问不同厂商的硬件产品，使得系统集成变的非常简单。SIACON-SmartOPC是国内第一个OPC服务器快速开发工具，该软件可以为现场设备添加OPC接口，实现与各种流行监控组态软件的无缝集成。MES系统体系结构数据采集接口沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1524MES系统体系结构数据采集接口沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1525MES系统体系结构防火墙管理系统企业数据库采集系统PLC/DCS实时数据库网关数据流沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1526MES系统网络结构MES系统把车间控制层和企业管理层连成统一的网络。该网络具有节点分布广、层次多的特点，这些特点决定了必须有一个健全的网络平台来保证各项业务的顺利运作。因此，在设计时必须充分考虑厂内的组织管理模式、基础设施和机构节点分布、以及业务操作流程等方面的情况，从实际情况出发设计本项目网络系统的总体结构。在采用的网络集成方案中，遵循有关的网络互联标准、规范、选用合适的网络互联技术及产品（包括交换，路由及接入设备），构筑起一个结构合理、性能良好、安全可靠的网络通信平台，在其基础上可以实现高质量的数据、话音图像、视频等的通信服务，结合高速千兆以太网技术，可达到提供高质量通信服务的目标。沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1527•现场总像是实现工厂自动化及MES系统的基础。向MES系统数据库提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。•FoundationFieldbus,ProfibusPA,HART,CAN,ProfibusDP,IndustrialEthernetMES系统体系结构现场总线沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1528MES系统体系结构现场总线沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所2020/2/1529安装实时数据库和关系型数据库，通过接口机采集来的实时数据存储于实时数据库中，为历史数据回滚、质量跟踪等分析提供依据，并为ERP提供统计数据，对于非采集数据存储于关系型数据库中，与实时数据共同完成MES的各功能模块。同时，该系统可以与ERP、MRP、SCM等上层管理系统无缝连接，为这些系统输送基于实时数据的综合生产信息。两台服务器冗余配置。采用集群方式，两