制造执行系统在船舶制造企业的应用

    目前国内船舶制造企业的现代化管理水平已经有了较大提高，国内骨干船厂及配套企业都已开始实施信息化工程，但尚未到达预期的效果。对于制造企业来说，需要解决3个问题：生产什么、生产多少、如何生产。前两个问题可以由以ERP为代表的企业生产资源计划系统提供，而第3个问题则需要一个企业生产现场过程控制系统来回答。对于计划如何下达到生产环节，生产过程中变化因素如何快速反映给计划，在计划与生产之间需要有一个实时的信息通道，制造执行系统（manufacturing execution system，MES）有可能成为计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。

    MES是位于企业上层生产计划（MRPⅡ／ERP）和底层工业控制之问，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时做出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对计划进行相应的指导和处理。

    目前MES系统在国内应用的最成功的要属钢铁、石化等行业，同时MES系统在我国航天、机械制造等领域也已取得成功应用。MES是通过对企业生产组织和管理的实践进行总结后发展起来的应用系统，因此，并不具有高深的理论性，而带有很强的可操作性。企业应用的实践证明，MES对企业生产制造平台的优化确有许多明显的帮助和指导作用，对企业的效益带来明显的提高。

1 船舶MES的体系结构和功能模块

    1.1 船舶MES体系结构

    MES的体系结构，目前比较有影响的有基于CORBA的NIIIF-SMART体系结构和基于COM／DCOM的面向制造业的Windows DNA。两者各有优势，考虑到后者广泛的应用基础，因此建议采用Windows DNA体系结构。MES的三层结构将MES系统划分为表示层、应用逻辑层、数据服务层3个独立的单元，见图1。

图1 船舶MES系统三层体系结构

    1）表示层（Web浏览器）。表示层为用户接口部分，是用户与系统之间信息交互的界面，其主要功能是提供用户数据输入的界面和显示系统输出的数据。它的任务实由web浏览器向网络上的某一Web服务器提出服务请求，Web服务器经对用户身份进行验证后把需要的资料传送给客户端，并显示在客户端的Web浏览器上。

    2）应用逻辑层。应用逻辑层是系统功能应用的主要部分，位于Web服务器端。它包括系统的全部业务处理程序。即除了表示层的数据输入输出和数据服务层的数据库功能外，全部的统计、分析、调度等功能都存放在应用逻辑层。当客户端提出任务请求时，它首先向数据服务层的数据库提出数据提取请求，并对提取得数据进行处理，将处理的结果通过Web服务器传送回客户端。

    3）数据服务层。数据服务层是系统底层的数据库管理系统，负责管理对数据库数据的读写。其任务是接受应用逻辑层传来的对数据库数据的操作要求，实现对数据库数据的查询、修改和更新等功能。

    1.2 船舶MES系统功能模块

    目前国内造船企业仍存在如下问题：①生产计划的制定仍不够详细，仍只精确到日生产计划，应进一步精确到小时，乃至分钟；②生产计划执行过程中信息反馈不及时；③生产过程控制和物料管理不透明；④生产过程中产品信息、工时信息的基础数据未得到有效收集。因此，造船MES应重点发展工序详细调度、资源分配和状态管理、生产过程管理、质量管理等模块，并将产品跟踪和产品清单管理、人力资源管理以及数据采集模块整合为一个综合的数据采集和管理模块，再加一个用户界面模块，构成了船舶MES的基本组成。各功能模块的主要作用如下：

    1）工序详细调度。该模块主要负责从造船CIMS系统接收企业的日生产计划，根据日生产计划、通过基于有限资源能力的作业排序和调度，经人工干预，制定出车间近期的详细生产计划，并将该计划发布给车间现场和底层控制系统。本工序调度系统，生成各工序生产作业计划（含制造命令、制造标准、作业标准、作业计划等）下达到生产线，并进行全线生产管理。可以适应各种生产工艺变化，实现生产制造的柔性化。
工序详细调度功能是MES系统的核心所在，它将企业的整个生产过程有机的结合在一起，使企业能够有效地降低库存，提高效率。其功能可划分为：生产计划管理、物料需求计划、能力需求平衡、生产计划调度。

    2）资源分配和状态管理。该模块根据车间近期的生产计划，协调和分配车问的劳动力、机器、丁具和物料等资源，并跟踪其即时的工作状态和刚刚的完工情况。其包括设备故障统计、设备检修计划、设备台帐查询、各种备品、材料等库存台帐查询、出入库管理及各种物品的消耗统计。

    3）过程管理。执行生产作业计划，对生产过程进行实时监控和管理，协调生产中的各要素的管理，提供对异常情况的处理和在线帮助。

    4）质量管理。船舶制造车间中间产品的质量管理包括车间自检，企业内部质检部门的检测和船检的检测。根据船舶制造企业对产品质量体系管理的特殊要求，需要建立一个系统的质量管理标准和模型。船体装配的主要质量问题是其装配的精度问题和焊接的质量问题。船舶MES系统的质量管理模块将根据产品的质量要求实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的精度与质量，以保证产品质量并确定生产中需要注意的问题以预防可能产生的质量问题。

    5）基础数据采集和管理。对产品基础数据、工艺设备基础数据、工艺参数、工艺规程、质量检验标准等数据进行管理。这些基础数据信息来自两方面，一方面是来自生产计划系统的信息，主要是来自TRIBON系统的生产信息包括装配信息、物料清单、加工工艺等；另一方面是来自工作现场的信息收集，通过监视和收集来自人员、机器和底层控制系统的操作数据以及工序和物料信息，收集标准船型的工作包和派工单的物量、计划工时、实际工时，并通过数据整理建立标准船型基础制造信息数据库。

    对这些信息进行实时的处理，提取出工厂车间调度和管理系统和ERP系统所需要的正确信息，如产品质量信息、订单完成情况、设备故障诊断信息及成本核算信息等，为企业ERP系统和车间层的调度管理系统提供数据基础和决策支持。现场信息数据的采集可由车间手工输入或由各种自动化设备自动获取。

    6）用户界面。该模块主要提供上述各系统的数据综合查询功能，根据用户的权限可以进行包括生产调度和计划查询、物料和设备信息查询、生产执行状况查询、人事档案管理查询、产品历史信息查询、生产信息统计查询等工作；对于部分需要人工进行输入的数据，该模块也是其输入的界面。