工业生产过程综合自动化控制系统与制造执行系统有什么区别

制造执行管理系统(MES)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。本文介绍了MES的概念、功能模型，以及MES与ERP及现场自动化系统之间的关系，并且描述了MES系统的典型结构。概述制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中心地位。伴随中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一点，就是以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力的跨越式发展。纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统(ShopFloorControlSystem,SFC)两个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新的局面。工厂制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem,MES)恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业(家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药)，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。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自身的核心竞争力。返回企业计划层与过程控制层之间的信息“断层”问题我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。简单的说是从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划—生产计划到达生产现场—组织生产—产品派送。企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层，以进行生产规划管理及一般事务处理。如ERP就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。在下层的生产控制层，企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产(制程)的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：?出现用户产品投诉的时候，能否根据产品文字号码追溯这批产品的所有生产过程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？?同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？?过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？?目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？?生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？?能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？?能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？MES的定位，是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。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、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的ERP/MES/SFC信息体系。CIM计算机集成制造(ComputerIntegratedManu-facturing,简称，CIM。20年来，CIM概念不断得以丰富和发展。CIM在世界各工业国的推动下，历经了百家争鸣的概念演变而进入蓬勃发展时期。80年代初，美国和日本关于CIM的定交基本上都是紧密围绕制造和产品开发这一范围。德国自80年代初期开始注意探讨CIM这一主题，出现了各种不同的概念定义，直到1985年(联邦)德车经济和平委员会(AWFA)提出了CIM的推荐性定义，取得了一定程度上的统一。其推荐的定义是：CIM是指在所有与生产有关企业部门中集成地用电子数据处理，CIM包括了在生产计划和控制、计算机辅助设计、计算机辅助工艺规划、计算机辅助制造、计算机辅助质量管理之间信息技术上的协同工作，其中为生产产品所必需的各种技术功能和管理功能应实理由集成。1990年美国IBM公司对CIM的定义是应用信息技术提高组织的生产率和响应能力。1991年日本能率协会提出CIM的定义为：为实现企业适应今后企业环境的经营战略，有必要从销售市场开始对开发、生产、物流、服务进行整伍优化组合。CIM是以信息作为媒介，用计算机把企业活动蝇多种业务领域及其职能集成起来，追求整体效率的新型生产系统。最近欧共体CIM-OSA(开放系统结构)课题委员会(21个欧洲自动化公司和研究机构，包括IBM，DEC，HP公司在欧洲的分公司，概括了上述各国CIM定义的基本要点，其一是业的各个生产环节是不可分割的，需要统一考虑：二是整个制造生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。它对CIM的定义是：“CIM是信息技术和生产诉综合应用，其目的是提高制造型企业的生产率和响应能力，由此，企业的所有功能、信息、组织管理方面都是一个集成起来的整体的各个部分”。我国经过7年多863计划对CIM的实践，认为“CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，它助计算机硬、软件，综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素集成起来，并将其信息流与物流有机地集成及优化运行，以实现产品高质、上市快、面本低、服务好(简称T.Q.C.S)，从而使企业赢得市场竞争”。对上述定义可进一步阐述为如下5点：1.CIM是一种组织，管理与运行企业生产的哲理，其宗旨是使企业的产品质量高、上市快、成本低、服务好、从而使企业赢得竞争。2.企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺规划、加工制造、销售、售后服务等全部活动过程是一佣不可分割的有机整体，要从系统的观点进行协调，进而实现全局优化。3.企业生产的要素包括人、技术及经营管理。其中，尤其要重视发挥人在现代化企业生产中的主导作用。4.企业生产活动中包括信息流(采集、传递和加工处理)及物流两大部分，现代企业中尤其要重视信息流的管理运行及信息流与物流间的集成。5.CIM技术是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。具体讲，它综合并发展了企业生产各环节有关的计算机辅助技术，包括计算机辅助经营管理与决策技术、计算机辅助建模、仿真、实现技术及计算机辅助质量管理与控制技术等。CIM是组织现代化生产的一种哲理，一种指导思想。CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)——计算机集成制造系统便是这种哲理的实现。CIMS可定义为是通过计算机硬、软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统成并优化运等到的复杂的系统。企业类型不同，例如单件生产的企业与多品种、中小批量生产的企业或大批量生产的企业，其生产经营辨认式是不同的；离散型制造业和流程工业与经营目标不同，企业的基础条件不同，原有计算机资源不同，其实现CIM的方案、过程与结果也将是淡同的。因而，我们说企业的类型不同、生产的产口不同、生产的批量不同、生产的工艺不同、自动化的基础不同、管理的体制不同、经营的策略不同就会在CIMS的规模、组成、实现途径及运行模式等方面有所差异。近年来，国际上在CIMS的研究与实践上有进一步的发展，提出了一些新的概念，如并行工程(ConcurrentEngineering,简称CE)、精良生产(LeanProduction)和灵敏制造(AgileManufacturing)等。1987年美国防分析研究所提出并行工程的定义是：“并行工程是对产品设计及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因系，包括质量、成本、进度与用户需求。”可见CE和CIMS的目的是相同的，二者都是通过加速新产品的开发周期、提高产品质量、压缩成本、提供优质服务，即T.Q.C.S，来赢得竞争。CIMS着重于信息集成及信息共享，即通过风格、数据库把企业中形成的自动化系统集成起来，实现生产计划自楠向下的统一制订与运行，但是生产过程运行的组织结构及管理基本上是传统的，各部门与环节在运行中，基本仍是顺序独立进行的。管理者在CIMS信息集成基础上，有了对整个进程的了解，可以实现有效的监控，因此在T.Q.C.S方面取得一定成效。但随着竞争的激烈，不断开利用资源(技术、人、设施)，尽可能压缩开始时间，因而必须对每一上产品生命周期中的各个阶段进行分解、分析、开发全过程的优化设计与集成，按产品大小，涉及范围及处理方式，组织多专业开发组负责整个产品开发，减少开发过程中的“反复改动”。这种开发过程要求开发组内协调工作(TeamingWork)，过程交互的并行进行。为了适应多专业的协调工作，必须建立一个环境，从而对集成提出更高的要求，即建立一个内部可以交互操作的CE支持环境，包括信息交换平台和数据交换标准，这个环境并行进行。为了适应多专业的协调工作，必须建立一个环境，从而对集成提出更高的要求，即建立一个内部可以交互操作的工作，必须建立一个环境，从而对集成提出更高的要求，即建立一个内部可以交互操作的CE支持环境，包括信息交换平台和数据交换标准，这个环境并行地支持产品开发的全过程。这使得CIMS从信息集成境入功能集成和优化，这也必将涉及人与组织体制。1985年美国麻省理工学院(MIT)成立了“国际汽车计划(IMVP)”的专门机构，通过5年对美国、日本及一些欧洲国家汽车工业的全面、深入的调研，于1990年写了“改变世界的机器(TheMachineThatChangedtheWorld)”一书，该书作者詹姆斯.沃麦克、丹尼尔‘琼斯、丹尼尔，鲁斯总结了日本的制造业几十年成功经验，首先提出了“人”为中心，生产经理上的每一个工人在生产出现故障时都有权让一个工区的生产停下，以消除故障；企业里所有工作人员都是企业的终身雇员；职工是多面手，公司各部门间人员密切合作，并精良生产方式第二个特点是以“简化”为手段排除生产中一世不产生价值的工作。它是需求驱动的简化生产，简化了产品开发过程，采用并行开发方法，在产品开发一开始就将设计、工艺和工程等方面的人员组成项目组，各方面的人集中起来，大量的信息处理在组内即可完成，简化了信息的传递，使系统反应十分灵活，使产品开发时间得资源都减少。还简化了组织机构和减少了非生产的费用，撤掉如修理工、清洁工、检验员和零件库存管理员等间接工作岗位和中间管理层，从而减少了资金积压，减少了大量非等到产费用。精良生产不断改进，以“尽善尽美”为最终目标。它的核心是精简，精简产品开发、设计、生产管理过程中一切不产生附加值的环节。它是多方面的管理，从管理角度解决T.Q.C.S问题以赢得竞争。