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先进制造模式下的MES应用与发展趋势

2017/10/29    来源:互联网    作者:王起功  郑富全  贾磊      
关键字:MES  先进制造模式  
本文概括了我国制造业向先进制造转型面临的由规模生产向品种生产、虚拟企业与产业聚集两大特点,围绕MES适应于这一制造模式转变而应进行提升的方向进行了研究。

1 前言

    全球经济和国际市场的变化,为我国的制造业转型发展提供了机遇。如:从劳动密集型的加工基地到中高端制造基地;在大力发展消费品制造业的同时,加大装备制造业的发展;努力降低能源消耗;加大产品创新设计等。除了产业方向、产业结构的调整外,另有三个明显特征:

    (1)向先进制造业的转型,既是转型的重要内容,又是转型的主要手段;既包括先进制造技术的应用改造,更包括先进制造模式的提升。

    (2)面向区域经济化的产业聚集。产业集群更强调企业间的合作和产业链的和谐。

    (3)企业竞争方式和价值目标的转移。由面向稳定市场的产能型向适应多样变化市场的敏捷型,由产品体现到核心制造能力体现。

    向先进制造业的转型发展,促进了企业竞争力内容和价值目标的改变。相应地,这对于制造业企业信息自动化技术的应用,无论是其框架构成,还是核心功能与关键逻辑,都有直接的影响。如图1所示的研究路线,本文重点围绕适应于制造模式变化的MES提升进行研究。

主体研究路线

图1 主体研究路线

2 MES适应于制造业转型的整体发展趋势

    2.1 MES是制造企业信息化自动化系统的重点和当前热点

    区别于服务业,制造活动是制造企业的核心活动。作为制造活动的实体单位,计划目标和企业价值的实现环节,车间管理是企业管理的焦点。

    伴随着制造业信息化技术的应用,特别是以ERP为代表的上层管理应用的推广实施,一方面,企业在解决了合理投入/产出计划之后,开始回归到对车间管理活动的关心;另一方面,由于上层应用系统中对车间问题和制造执行过程的弱化,缺少全面及时的执行过程及现场设备支撑和支持,使得计划的执行效果和计划的进一步优化受到制约;更为重要的是,车间现场作为整个生产系统物流和信息流的交汇点,其管理除了具有多部门和多系统的集成性、数据交互处理量大且实时性高等特点外,更因其涉及到的资源的变化性而需要复杂的自我调整能力和灵活适应能力,因而,难以由其他的系统功能代替。

    早期的制造资源计划MRPII因其囊括了包括制造执行车间现场管理在内的制造企业当时的所有功能,而在制造业得到了有效推广。但一方面,因受当时的技术水平和管理需求所限,在管理时间粒度、信息实时性、上下层应用的集成能力上,已难以满足当前的需求;另一方面,由于市场不再具备当时相对平稳的特点,MRPII复杂的计划过程、僵硬的提前期等致命缺陷,难以弥补计划与执行的间隙,而不适于当前的市场环境。

    企业资源计划ERP源于制造企业MRP和MRPII,定位于企业信息集成框架、企业功能和过程的集线器,并迅速扩张为包括非制造企业在内的各行各业的通用解决方案。尽管为摆脱其在功能上面面俱到却不深入的局面,后期集成了客户关系管理CRM、供应链管理SCM、先进计划与排程APS、电子商务EB、商务智能BI等许多优秀的单项软件功能,但因没有顾及其最基本的生产管理功能(特别是生产现场管理功能)的扩展,在制造业中的应用效果不近理想。

    目前,以MESA提出的“计划一执行一控制”三层结构模型为基础,以ERP为主体形成上层的各种企业级资源计划和决策分析应用,以MES为主体,并结合CAD/CAM等形成围绕产品设计制造过程管理的中间层应用,以产线、装置、设备等不同层面的监测与控制作为下层的自动化应用,并通过先进的软件架构技术,实现层间的信息集成和功能集成,已成为制造业企业信息自动化系统的整体框架。这一框架的发展,呈现出了“二头优先、中间落后”现状,MES已成为近年来的应用和发展热点。

    2.2 MES及其发展趋势

    面向AMR集成,MES作为上下层应用间的信息集线器,从上层接收中长期计划,向上层提交作业实绩等生产运行数据,向下层发布生产指令及控制参数、接收汇集下层数据采集和设备运行状态等,要求较高的实时性。

    在功能上,区别于单纯的车间管理系统,而是面向包括制造作业和控制(M0&C)间的整个企业制造活动。抛开其面向不同过程和工艺的行业性,普遍采用基于11个功能模块的“龟甲”功能模型。这些基本模块包括:工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。计划、调度是核心,优化是关键。

    除了流程生产、离散生产、混合生产等带来的MES具体功能配置的差异外,面向不同的制造模式和管理目标,MES在核心功能的配置及其逻辑、系统的架构实现技术等方面都有明显的不同。在国际上,MES已从专用功能系统发展到了数据、网络、应用的集成系统(I-MES),并逐步向在系统、接口、业务上可重构的智能MES发展。

    面向MES的可重构和智能性,除了在支撑技术上采用构件技术、Agent技术、服务技术等提升系统架构外,更应结合我国制造业转型的特征,对MES进行核心功能的提升,才能更好地适应并促进这一转型。

    如图2所示,MES的整体发展趋势是:功能拓展与系统集成,模块和支持业务的可重构能力加强,核心功能与系统的智能性提高。本文面向市场环境变化带来的由规模生产到品种生产的制造模式变化、产业链优化带来的动态联盟与产业聚集的产业模式转型趋势,把MES在核心功能与实现目标上的提升方向分为以下三个层面:

    (1)面向市场的快速变化和分类需求,突出制造执行过程的敏捷响应能力,适应于企业敏捷制造、精益制造等先进制造模式的应用;

    (2)面向产业聚集趋势,突出制造执行过程的协同能力,促进产业链和谐,提升企业在产业链中的竞争优势;

    (3)面向企业核心价值体现由产品向核心能力的转变,拓展企业核心制造能力系统,促进转变并增强企业的核心竞争力。

适应于市场环境与产业模式变化的MES发展趋势与提升方向

图2 适应于市场环境与产业模式变化的MES发展趋势与提升方向

责任编辑:程玥
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