MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的體系結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)介
[摘要]本文主要介紹了流程工業(yè)中MES的體系結(jié)構(gòu)，常用的五層信息化架構(gòu)，并說(shuō)明了相關(guān)的協(xié)作關(guān)系，說(shuō)明了體系結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)思想，及涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)。并對(duì)MES的主要功能模塊進(jìn)行了分析。
[關(guān)鍵詞]MES ERP 體系結(jié)構(gòu) 功能
1、流程工業(yè)ＭＥＳ的體系結(jié)構(gòu)
流程工業(yè)主要是指化工、煉油、冶金、造紙、電力等原材料加工和能源工業(yè)行業(yè),其特點(diǎn)是對(duì)生產(chǎn)原料伴有化學(xué)、物理、相變等反應(yīng)、變化過(guò)程的連續(xù)加工。作為描述構(gòu)成ＣＩＭＳ的宏觀框架MES/PCS已成為國(guó)外流程工業(yè)CIMS理論和產(chǎn)品的主流框架,大有替代五層結(jié)構(gòu)(決策 管理 調(diào)度 監(jiān)控 直接控制)的趨勢(shì)。流程工業(yè)CIMS中,ＰＣＳ層的信息集成技術(shù)已相當(dāng)成熟,ERP層的理論與技術(shù)與離散工業(yè)大同小異,下層生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)信息和上層企業(yè)資源管理等的各類信息都在MES層中融合與貫通,并通過(guò)信息集成形成優(yōu)化控制、優(yōu)化調(diào)度和優(yōu)化決策等的判斷或指令。可以說(shuō),流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全、穩(wěn)定、均衡、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和少污染目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),企業(yè)內(nèi)部物流的控制與管理、生產(chǎn)過(guò)程成本的控制與管理等生產(chǎn)管理活動(dòng)都在MES層完成,因此MES層的信息集成至關(guān)重要,它是流程工業(yè)CIMS研究與發(fā)展的關(guān)鍵,而實(shí)施MES的關(guān)鍵又在于體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的解決。針對(duì)流程工業(yè)的特點(diǎn)和目前CIMS技術(shù)的發(fā)展,MES可采用開放性的、柔性的、可擴(kuò)展的、模塊化的、面向?qū)ο蠛蛻?yīng)用的基于知識(shí)的體系結(jié)構(gòu)。
常用五層架構(gòu)如圖1所示：
2、體系結(jié)構(gòu)的完善思想：
(1) MES作為ERP/MES/PCS框架的流程工業(yè)CIMS體系中的關(guān)鍵層,其本身的體系必須體現(xiàn)它在CIMS中的重要性和紐帶作用,包括與上下層的關(guān)系。
(2) MES的體系結(jié)構(gòu)必須是合理性的模塊化結(jié)構(gòu),如對(duì)象分布式模型,并體現(xiàn)出具有開放性、柔性以及能夠與應(yīng)用方便聯(lián)接的集成平臺(tái)的新思想,各模塊通過(guò)信息集成形成優(yōu)化控制、優(yōu)化調(diào)度、優(yōu)化決策等判斷或指令。
(3) MES的體系結(jié)構(gòu)必須以知識(shí)為主線,采用數(shù)據(jù)或信息驅(qū)動(dòng)或執(zhí)行驅(qū)動(dòng)的思想,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理等不同信息集成的功能,并可通過(guò)集成的數(shù)據(jù)提取提高生產(chǎn)效益的競(jìng)爭(zhēng)能力所需的知識(shí)。
(4) MES的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)與參考模型相聯(lián)系,以指導(dǎo)設(shè)計(jì)與實(shí)施,建議采用CIMOSA的分解思想和PURDUE的階段性設(shè)計(jì)思想,同時(shí)應(yīng)適當(dāng)體現(xiàn)管理環(huán)和控制環(huán),并在不同的層次和模塊上體現(xiàn)不同的時(shí)間尺度。
(5) MES的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)采用面向?qū)ο蟮乃枷? 并考慮到人為因素的集成。
(6) MES的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)流程工業(yè)的特色,如模塊的設(shè)置、數(shù)據(jù)流、接口的設(shè)置與關(guān)鍵技術(shù)的呼應(yīng)等。
3、流程工業(yè)ＭＥＳ的關(guān)鍵技術(shù)
MES是以知識(shí)為主線,對(duì)不同類型和屬性的信息進(jìn)行融合和貫通,為了實(shí)現(xiàn)上述MES體系結(jié)構(gòu)中的各功能模塊,下列關(guān)鍵技術(shù)的解決尤為重要。
(1) 生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)獲取技術(shù)：包括統(tǒng)計(jì)分析方法、基于規(guī)則和決策樹算法、基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法、基于ROUGHSET理論的方法、遺傳算法、模糊邏輯方法等。
(2) 復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的智能建模技術(shù)。
(3) 高級(jí)控制技術(shù):包括多變量APC、狀態(tài)推斷控制、非定常狀態(tài)控制等。
(4) 生產(chǎn)過(guò)程成本控制技術(shù):包括成本指標(biāo)與分解、監(jiān)控、模型、預(yù)報(bào)等。
(5) 生產(chǎn)過(guò)程計(jì)劃、調(diào)度、調(diào)優(yōu)的流程模擬技術(shù)。
(6) 物流仿真、控制與管理技術(shù)。
(7) 基于知識(shí)的生產(chǎn)過(guò)程支持技術(shù)。
(8) 異常生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行智能體技術(shù):包括生產(chǎn)過(guò)程安全運(yùn)行智能體、故障診斷與預(yù)報(bào)智能體、異常工況過(guò)程重組智能體等。
(9) 基于工藝目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的在線智能優(yōu)化技術(shù)。
(10)重大設(shè)備在線故障診斷、預(yù)報(bào)與維護(hù)支持技術(shù)。
(11)統(tǒng)計(jì)過(guò)程/質(zhì)量控制(SPC/SQC)技術(shù)。
(12)基于事例的推理技術(shù)。
(13)智能實(shí)時(shí)調(diào)度技術(shù)。
(14)演化計(jì)算技術(shù)。
4、MES的主要功能結(jié)構(gòu)
(1) 資源配置與狀態(tài)(Resource Albbbbbbbb and Ssttus):管理機(jī)器、工具、勞工技能、材料、設(shè)備和其它實(shí)體,使其在操作前按順序可得,同時(shí)提供資源的具體歷史信息,保證設(shè)備正確安裝并提供實(shí)時(shí)狀態(tài)。
(2) 操作/詳細(xì)調(diào)度(Operations Detailed Scheduling):提供基于優(yōu)先權(quán)、屬性、特性、工藝等的合適順序,從而縮短安裝過(guò)程。
(3) 派遣生產(chǎn)單元(Dispatching Production Untis):管理以工件、訂單、批量、時(shí)序等為形式的生產(chǎn)單元流程,提供派遣信息,并可改變預(yù)先的調(diào)度方案和通過(guò)緩沖區(qū)管理來(lái)控制加工數(shù)量。
(4) 文檔控制(Document Control):控制與生產(chǎn)單元相關(guān)的記錄,具有編輯和指令下達(dá)等功能。
(5) 數(shù)據(jù)收集/獲取(Data Collection Acquisition):提供獲取內(nèi)部數(shù)據(jù)的接口,構(gòu)成相應(yīng)的表格和記錄,數(shù)據(jù)的收集可以是自動(dòng)或手動(dòng)方式。
(6) 勞工管理(Labor Management):提供職員有關(guān)狀態(tài),并與資源配置關(guān)聯(lián)來(lái)決定最優(yōu)分配。
(7) 質(zhì)量管理(Quality Management):提供度量的實(shí)時(shí)分析來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量控制并鑒定需注意的問(wèn)題,建議更正的建議,也包括SPC/SQC的跟蹤和離線檢查操作的管理。
(8) 過(guò)程管理(Process Management):監(jiān)視生產(chǎn)或自動(dòng)糾正或提供決策支持來(lái)改善操作中的活動(dòng),也包括報(bào)警管理,提供智能設(shè)備和MES的接口等。
(9) 維護(hù)管理(Maintenance Management):跟蹤和指導(dǎo)設(shè)備和工具維護(hù)的活動(dòng)來(lái)保證生產(chǎn)和調(diào)度的進(jìn)程,也提供緊急問(wèn)題的反應(yīng),如報(bào)警,并維護(hù)歷史信息來(lái)支持問(wèn)題的診斷。
(10)產(chǎn)品跟蹤和記錄(Product Tracking and Genealogy):提供工作的可見(jiàn)度和相關(guān)的狀態(tài)信息,在線跟蹤功能可產(chǎn)生歷史記錄。
(11)性能分析(PERbbbbANCE anlysis):通過(guò)分析不同功能的匯總信息,提供實(shí)際生產(chǎn)操作與歷史記錄和期望結(jié)果的報(bào)告。
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