MES关键技术优化方案

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：为了满足车间生产管理的需求，MES必须很好地解决上面的4个问题，为此本书认为以下5项技术是MES系统中的关键技术和问题：1.面向产品全生命周期的xBOM研究由于MES是面向车间生产管理的，MES大量涉及产品的BOM、零部件的工艺信息、制造过程的质量管理信息及制造成本的控制信息等。总之，在面向产品全生命周期的xBOM研究当中将体现MES与PDM集成及工作流管理技术的应用。因此，车间工序级调度必然成为MES的关键问题。

在本书提出MES理论体系结构的10个组成部分中，其核心组成部分是：xBOM管理、物料管理/物料跟踪、车间工序级调度及外协生产管理。为了满足车间生产管理的需求，MES必须很好地解决上面的4个问题，为此本书认为以下5项技术是MES系统中的关键技术和问题：

1.面向产品全生命周期的xBOM研究

由于MES是面向车间生产管理的，MES大量涉及产品的BOM、零部件的工艺信息、制造过程的质量管理信息及制造成本的控制信息等。具体来说，在车间生产过程中，MES使用制造BOM产生物料配套表，供库房检验物料的有效性及发放物料；监控生产过程的物料短缺情况及使用情况；帮助确定物料在车间的存放货位及方法；进行成本累计和成本控制。另一方面，MES使用制造BOM和产品的工艺文件安排生产作业计划并按照工艺要求实施质量控制。因此，产品BOM数据在MES中起着重要作用。

由于产品的生命周期愈来愈短，客户的个性化需求日益强烈等原因，使得产品的设计数据和生产工艺发生经常性更改和变化，造成生产现场随时充斥着众多不同的制造订单、不同的产品、不同的在制品和零部件，并随时面临经常性的工程设计变更的困惑。因此，车间生产管理系统需要拥有获取产品设计数据的有效途径，并保证MES中产品基础数据与产品的设计数据相比，具有正确性、一致性和完整性。

另外，产品的设计过程和产品的制造过程是密不可分和互相影响的。良好的产品设计会降低产品制造的成本，提高产品的生产效率和生产质量；反过来，制造产品的过程中也是检验产品设计的过程，为产品的设计提供来自生产现场的经验和反馈信息，供产品设计人员参考以提高产品的设计水平。因此，MES与企业的产品设计系统之间既有顺序关系，也有并行协同的关系。

近年来，产品数据管理（PDM）技术已经成为产品设计过程和设计数据管理的趋势，大量CAD/CAPP系统都是在PDM平台上建立起来，如在著名的PTC公司的Pro/E身后便是Pro/Intralink产品数据管理系统。

面向产品全生命周期的xBOM研究便是在PDM的基础上，通过BOM转换计算，从产品的设计数据（设计BOM/工艺BOM）中，产生支持MES的制造BOM、工艺BOM、成本BOM等产品的相关基础数据，并在此基础上，把BOM的转换技术扩充到产品的全生命周期，使得在产品的全生命周期中，在企业的各个使用部门都能够借助BOM的转换技术获得正确、一致和完整的产品基础数据。另一方面，面向产品全生命周期的xBOM研究还将借助工作流技术建立BOM转换模型，以支持BOM转换过程各种控制策略，加强产品数据转换过程管理，同时也为产品的设计过程和制造过程乃至产品全生命周期的各个过程提供一个协同工作的桥梁。

总之，在面向产品全生命周期的xBOM研究当中将体现MES与PDM集成及工作流管理技术的应用。

2.物料的工艺状态描述

工厂从原材料购进入库起，直到成品库的成品发送为止，这一全过程的物流活动称为物料流动。物料流动和生产流程同步。原材料、半成品按照工艺流程在各个加工点之间不停顿地移动、流转，形成了物料流动。物料流动过程也体现了生产调度指令，正是由于生产调度指令作用于物料，才导致了物料的流动。伴随着物料的流动，物料的物理形态、工艺状态、存放位置等也在发生着改变。因此，物料管理和物料跟踪必然成为MES中的一个核心问题。

在物料管理和物料跟踪中，需要随时管理物料的各种相关信息，总体上来看，物料的相关信息可以分为两类：一是物料的静态信息，如物料的编码、物料名称、物料的ABC码、物料重量等信息；二是物料的动态信息，如物料的工艺状态信息、物料的存放位置、物料的成本等信息。物料的静态信息一般不随物料的加工状态而发生改变；然而伴随着物料的加工生产和物料的流动，物料的动态信息随时发生改变。因此，在物料管理和物料跟踪中，最重要的是管理物料的动态信息。

在物料的动态信息中，物料的存放位置信息随着物料的出入库和在制品在设备上的移动而发生改变，物料的存放位置信息与物料的存放库位或存放地点相关，而物料的存放库位或存放地点是客观的，因此，物料的存放位置信息易于维护；然而，随着物料的加工，物料的工艺状态信息发生改变，在制品的成本增加，其中在制品的成本变化又完全与在制品物料的工艺状态相对应。另外在实际的机械制造行业中，物料的加工很可能不依照产品的工艺文件中所规定的顺序来进行，同时产品的工艺路线往往也不是固定不变的，这些都增加了描述物料工艺状态信息的难度。

基于上面的分析，可以得出：物料管理和物料跟踪中的关键技术是物料工艺状态信息的描述。

3.车间工序级调度

MES与MRPⅡ/ERP之间的关键差别之一是MES要实现车间工序级生产调度，而MRPⅡ/ERP一般只作零部件级物料需求计划。

实现工序级生产调度比编制零部件级物料需求计划要困难得多，这主要是由于生产调度问题本身就是一个困扰人们很多年的复杂难题，至今也未出现一种完善、高效、适应性强的调度算法和理论。另外，实际的车间业务过程比较复杂，生产环境相关的各种因素经常发生变化，各种不确定性的事件经常发生等，也使得车间生产调度问题更加复杂。因此，车间工序级调度必然成为MES的关键问题。

车间调度问题的研究大体上可以从两个方面入手：一是车间生产调度问题的描述；二是寻找和设计有效的调度算法。

4.外协生产中合作企业选择

在敏捷制造模式下，当车间的生产任务不能完成时，可以通过网络或者其他途径寻找协作伙伴，实现跨车间乃至跨企业的资源组合，实现企业之间的加工设备、人力资源等资源的共享，构成一个虚拟生产车间；另外一方面，车间也可能接受其他车间或企业的生产任务，成为其他虚拟车间的组成部分。

关于MES的外协生产管理有三个方面的问题：外协生产任务的确定、最优合作企业的评价和决策及外协产品的制造过程组织和管理问题。就确定外协生产任务而言，要么是车间的生产能力不足以完成的生产任务，要么是车间生产成本高的产品；一旦确定了外协生产任务，为了按照预定的生产计划完成外协产品的生产或者为了降低生产成本，就必须对承担外协生产任务的企业或车间进行评价，并从众多的合作企业中选择出最优的合作企业；当合作企业确定后，车间将把其他企业或车间的资源纳入自己的范围，可以按照本车间范围的资源的同样处理模式组织和管理外协产品的生产。

基于上面的分析，可以看出：在MES的外协生产管理和建立虚拟车间过程中，核心的问题是如何选择外协产品生产的合作企业问题。

5.MES软件的设计和开发研究

MES作为车间生产管理的理论和方法，必须在MES软件中体现，由于车间生产管理要面向生产车间，而各个企业的生产车间，甚至一个企业内部的各个生产车间，所生产的产品各不相同，企业管理模式和企业文化也有很大的差别。本书将从MES软件的重用性、重构性以及可集成性角度出发，探讨如何构建MES软件的体系结构，使得MES软件能够在不同的企业和车间快速实现MES管理思想和理念。

MES关键技术优化方案

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