西门子中文MES

1应用MES（生产执行系统），对工厂设备进行整体优化WernerKlein，西门子（中国）有限公司摘要：中国加入世界贸易组织后，中国的钢铁工业正在面临挑战，需要进行更为灵活的生产，满足产品质量方面的更高要求，并进行具有竞争力的成本定位。这些目标的实现，只能通过投资具有成本效益的生产线，使用最新的科技才能够达到。目前，独立的工序已经实现了自动化，并进行了优化，因此很少留有改进的空间。ERP（企业资源规划）系统在总体生产规划方面的作用是有限的。对实际工厂设备状况的知识，以及生产工序在工艺方面的限制，都是ERP系统所不能提供的。因此，现代工厂设备需要新的工艺，这是企业IT的重要内容，能够将不同的独立工序联系在一起，组成一个最佳的工序链，并与自动化建立联系，使工序水平达到管理水平的要求。2根据MESA（生产执行系统协会）的定义，MES交付的信息能够优化从定单到成品全过程的生产活动。本报告详细说明了MES对技术工业和典型系统架构的不同技术功能。通过对具有高度精密功能的实际MES进行分析，报告阐述了工厂设备所有者能够获得的益处。MES系统是企业信息化建设的重要组成部分中国加入世界贸易组织后，中国的钢铁工业正在面临几个主要的挑战；它们是：更为灵活的生产钢铁工业的客户期望在定单执行、定单更新方面有更大的灵活性，同时缩短和保证交货时间。产品质量方面的更高要求即使在提高产品组合，以向所有客户提供服务的情况下，优异的产品质量也是企业成功的关键因素。此外，国际质量保证还要求对生产过程中的产品质量，进行详细而完整的记录。具有竞争力的成本定位3具有竞争力的成本定位，对立足于全球钢铁市场是至关重要的。这一目标的实现，需要增加生产率、产量和设备可用性来提高生产力和成本效率。这些目标的实现，只能通过高成本效率生产工序方面的投资，并使用最新技术水平的工艺。目前，独立的生产线已经实现了自动化，并进行了优化，因此很少留有改进的空间。另一方面，ERP（企业资源规划）系统在总体生产规划方面的作用是有限的。对实际工厂设备状况的知识，以及生产工序在工艺方面的限制，都是ERP系统所不能提供的。因此，现代工厂设备需要新的工艺，这是企业IT的重要内容，能够将不同的独立工序联系在一起，组成一个最佳的工序链，并与自动化建立联系，使工序水平达到管理水平的要求（水平和垂直整合）。能够实现这一具体任务的系统叫做MES（生产执行系统）。根据MESA（生产执行系统协会）的定义，MES交付的信息能够优化从定单到成品全过程的生产活动。图（1）显示了信息处理的垂直和水平渗透：4图（2）显示了MES在企业IT内的重要地位：MES对冶金企业的功能5作为企业IT的一项重要内容，根据它在具体工厂设备环境中的任务，以及它的期望益处，MES可以包括不同的功能。图（3）概括了MES可能具有的功能：备注：这是根据MESA模型建立的MES功能说明1至11。MES功能1－资源分配这项功能管理各种资源，包括机器、工具、劳动力技能、材料、气体设备，以及其它各项内容，如开始操作时6必须提供的文件。它提供详细的资源历史，保证设备的正确设置，并提供实时的设备状况。这些资源的管理包括资源的保存和调度，以满足操作时间安排方面的目标。MES功能2－操作/详细的时间安排这项功能根据与具体生产单位有关的优先级、属性、特征和/或配方，在操作中对生产顺序，如颜色排序的形态（shapeofcoloursequencing）或其它特征进行优化，从而可以通过正确的顺序，使对设备的调整降低到最小。系统限制和识别生产路径并考虑生产的重叠性与并行性，从而计算出精确的时间和设备负载并对生产调度进行调整。MES功能3－生产单位的调度这项功能管理生产单位的流动；生产单位的形式有工件（jobs）、定单、批量产品、份额（lots）和工作定单。调度信息以完成工作所需要的顺序提交，并随着工厂现场事件的发生进行实时变动。它可以在工厂现场更改预定的时间表。它还可以提供返工和补救工序，以及使用缓7冲管理（buffermanagement），对生产过程任何一点的工作量进行控制的能力。MES功能4－文件控制这项功能可以控制生产单位必须维护的记录/表格，包括工作指示、配方、图纸、标准操作程序、部分程序（零件加工程序？）、批量产品记录、工程设计变动通知、班次间的通讯，以及编辑“按计划角度”和“按制造角度”的信息。它对操作现场下达指示，包括向操作人员提供数据，或向设备控制装置提供配方。它还将包括环境、健康和安全条例的控制和完整性，以及ISO信息，如纠正措施程序。历史数据的存储。MES功能5－数据采集/获取这项功能提供一个接口链接，用来获取操作中生产（intra-operationalproduction）和参数数据，填写在生产单位的表格和记录中。这些数据既可以从工厂现场进8行人工收集，也可以从设备中自动收集，并保证数据的及时更新。MES功能6－劳动力管理该功能提供工厂员工情况的实时报道。时间和出勤率报告、认证追踪，以及追踪间接活动（如材料制备或工具间的工作）的能力，为活动成本计算提供依据。它可以与资源分配互动（1），来决定最佳分配方案。MES功能7－质量管理对生产过程中收集的测量数据进行实时分析，确保正确的产品质量控制，并发现需要加以注意的问题。它可以建议纠正问题的措施，包括将征兆、措施和结果联系在一起，来确定问题的原因。它还可以包括SPC/SQC（统计过程控制/统计质量控制）追踪，离线检验操作的管理，以及实验室信息管理系统（LIMS）分析。9MES功能8－过程管理对生产进行监测，并进行自动纠正，或向操作人员提供纠正及改进完工前活动的决定支持。这些活动可以是操作中的（intra-operational），并注重于监控下的机器或设备，也可以是操作之间的（inter-operational），即追踪从一个操作到下一个操作的过程。它可以包括报警管理，以确保工厂的工作人员意识到超出可接受容差的过程变化。它可以通过数据采集/获取，提供智能设备和MES之间的接口。.MES功能9－维护管理追踪和指导维护设备和工具的活动，以确保它们在生产过程中的可用性，并保证定期或预防性维护以及对直接问题的响应（报警）的时间安排。它可以维护过去时间或问题的历史记录，以协助对问题进行诊断。MES功能10－产品追踪及归类10使工作的位置以及工作的布置始终一目了然。状况信息可以包括具体的工作人员；按供货商、批量、序列号、当前生产状况，以及任何报警、返工或其它与产品有关的例外情况分类的部件和材料。在线跟踪功能还可以创建一个历史纪录。这项记录允许对每个终端产品的组件或使用情况进行追踪。MES功能11－性能分析提供实际生产操作结果的最新报告，并与过去的历史纪录和期望业务成果进行比较。性能结果包括各种测定数据，如资源利用情况、产品单位周期、满足时间表的情况以及性能的达标情况。还可以包括SPC/SQL（统计过程控制/结构化查询语言）。提取从不同工作参数测量功能收集来的信息。这些结果可以整理成一份报告，或进行在线提交，作为当前的性能评估。运输后勤保障作为材料跟踪和归类的组成部分，金属行业在生产准备、生产中或生产结束方面的运输后勤保障，主要涉及堆料场管理。11优化和模拟这项功能虽然不是MESA直接定义的功能，但是对MES的完整性却是不可缺少的。材料使用情况方面的过程优化，可以通过实施削减方案计算（cuttingschedulecalculation）等功能加以实现。一个合理规划的、使用适当工具的模拟，对试车前或软件更新后所有MES模块的测试是不可缺少的。能源管理这项功能虽然不是MESA直接定义的功能，但是对MES的完整性却是不可缺少的。在金属厂，尤其是在液态/热钢阶段，要消耗大量的能源。任何能源管理系统的主要目的，是向企业能源管理人员提供信息和工具，使他们能够通过能源流动管理，以最为有效的方式降低成本。12能源信息实时地提供给所有的工厂设备，并且采用方便的格式。能源工具应该确保最佳的分析、时间安排和计划，从而能够制定出能源方案，并保证本地和全球的“peak-shaving”（调节高峰负荷）潜力。客户定单管理这项功能虽然不是MESA直接定义的功能，但是对MES的完整性却是不可缺少的。这项功能的表现形式独立于上面的（ERP）系统。它至少可以取代一部分ERP功能，或包括在本报告中。这项功能可以反映客户-生产商的关系，以及他们的供货协议。因此，与采购和供应链之间的紧密联系是必要的。从技术上讲，这是一个把顾客要求转化为具体生产数据的过程。此功能需要一套完整的工艺数据和工艺规则的支持。同时该功能也可以用于平衡原料和成品的定货量。先进的计划功能该功能不是MESA（MES协会）直接定义的功能，但是对于完整的MES系统是必要的。它的表现形式取决于上级13管理系统（ERP）。该功能为工厂所有的生产单元制定长期生产计划和生产能力计划。因此，可以详细编排出客户定单的交付日期，从而平衡工厂的全部生产资源。数据仓库该功能不是MESA直接定义的功能，但是由于必须对数据进行长期保存（可以达10年），所以对于完整的MES系统而言，该功能是必要的。这些数据可以用于日后的数据评估（如：统计、工艺研究、客户投诉）。同时长期数据存储也是一种法律义务。MES系统结构除了MES系统功能，另一个重要问题是MES系统成熟的系统结构。如果下列的系统结构要求不能被满足，所有的MES系统功能将无任何价值可言。高性能14系统（软件和硬件）设计必须能够实时响应其任务的要求（实时响应能力）建议：o多处理器环境o充足的内存o正确的系统参数和数据库参数o高速网络o瘦服务器软件设计高可靠性由于冶金企业的连续生产的要求，为避免生产波动甚至由于系统错误造成的停产，必须采取措施使系统更为可靠。建议：o重要硬件的冗余，如：供电，硬盘及其控制器，处理器o使用人工或自动故障恢复策略，如：备用系统，集群系统o数据安全，如：有效的备份策略，硬盘镜像（RAID）15硬件和软件的可测量性和可维护性MES系统必须易于在基础投资上进行经济的扩展。鉴于此，较高的初次安装的投入是必要的。建议：o选择在过去生产线的操作中向上和向下兼容性稳定的硬件和软件提供商o硬件和软件必须易于扩展由于每个MES系统都处理着大量的数据，拥有一个先进的数据管理系统是很重要的。在使用奥拉克尔公司的关系数据库系统（RDBMS）时，这一优势很突出。在类似冶金行业的连续作业环境的作业中该数据库的威力得到了证实。现代的数据库正如我们所期望的那样是以关系概念为基础的，因为象表格这样的数据库对象通过定义关系可以进行互相链接（如：外国的密钥）关系数据库的实时功能通过使用事件驱动机制得以发挥。这些事件驱动机制，如数据库触发和警告能够使数据库在发生类似数据电报或操作员输入这样的事件时，促使16应用软件即刻产生反应。此外，在实物和逻辑上对数据库及其应用进行合理设计对确保实时运作很有必要。用于移动服务器接入的无线通讯在工厂里有许多工作场所无法在固定地点设置客户机，或设置后无法使用。过去，操作员不得不离开工作场所而来到有固定安装的人机接口客户机进行通讯。从工作场所到集线器管理接口客户地的不适当的信息传输，如电话、书面通知等，造成了时间的浪费甚至是数据的丢失。用先进的移动设施武装起来的现代的无线通讯方式，使得操作者能够在厂内的任何地方都能够在不耽误工作的情况下使用MES进行通讯。应用举例：·维护·质量检查·料场管理·材料输入／调度·生产使用准备长期数据储备17由于国际质量标准的提高，每个产成品和中间生产步骤，相关的数据都需要进行存储，并且能够在长时间内方便使用。为达到此目的，在MES中必须融入适当的数据仓库概念。概念需求如下：·从生产数据库到仓库数据库的数据传输必须迅速而持久。·存储数据的工具要便捷、能够观测和记载。为达到此目的，一个重要的问题就是在仓库数据库存储大量数据的方法。为能够性能良好地接入表格内容中的一部分，推荐使用数据库表格分区功能将数据库的表格内容细分为不同的逻辑区域。西门子MES业绩西门子为中国提供MES系统以有20多年历史。宝钢的