侧边栏壁纸
博主头像
问道

问道的小花园,总能给你带来惊喜

  • 累计撰写 68 篇文章
  • 累计创建 35 个标签
  • 累计收到 4 条评论

MES知识梳理

问道
2023-02-05 / 0 评论 / 0 点赞 / 539 阅读 / 9,272 字 / 正在检测是否收录...
温馨提示:
本文最后更新于 2023-02-05,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

目录

生产管理是企业价值链的主要环节,是构成企业核心竞争力的关键内容。 MES是企业级的资源计划系统和工厂底层的控制系统之间的各种工厂管理系统的集合,是提高企业工厂制造能力和生产管理能力的重要手段。主要包括生产计划与调度、物料平衡及物流、库存、工艺技术、过程监控、质量、HSE、设备、能源、成本、绩效管理等。

MES的功能地位

MES主要管理4种资源,包括生产活动中的人力资源(Personnel Resources)、生产设备(Equipment)、物料和能源(Material and Energy)以及工艺过程链(Process Segments);在企业经营计划层面与生产过程控制层面之间,实现生产能力信息的交换、产品信息的交换、生产调度信息的交换、生产绩效信息的交换(4P交换功能)。

AMR组织定义的MES有11个功能:

(1)生产资源分配与监控;
(2)作业计划和排产;
(3)工艺规格标准管理;
(4)数据采集(装置在线连接采集实时数据和各种参数信息,控制系统接口,生成生产数据记录、质量数据、绩效信息、台账累计);
(5)作业员工管理;
(6)产品质量管理;
(7)过程管理(过程控制、APC、基于模型的分析与模拟、与外部解析系统接口);
(8)设备维护;
(9)绩效分析;
(10)生产单元调度;
(11)产品跟踪。

AMR组织则又把按着11个功能实现的整体解决方案称为MESⅡ(Manufacturing Execution Solution)。其中生产资源计划、排产与调度是主线。如图所示。
image.png

MES十大核心要素

1.技术架构

虽然绝大多数的用户不会关心MES设计的技术架构,但如果是好的MES产品,需首先必须具备先进的技术支撑(如SOA架构),只有先进的开发平台配合上可配置的模块模组,才可快速构建出符合不同用户场景的业务功能。

试想一下:在制造管理中每个人的业务愿景和管理风格都不一样,有的要求严谨、有的希望灵活,有的注重管控、有的专注执行,如果没有一个强大的平台龙骨而无限制地堆积客制化模块,那么再好的系统都会崩塌、宕机。

这就是为什么西门子、达索等工业软件产品大多采用SOA架构的原因,在此基础上,再配合上MVVM模式的代码编写规则,往往用几百、数千个灵活的、低耦合性的基础模组就能构建出百万种不同的业务功能,让众口不再难调。因此,对于有高要求、特别是以面向智能制造为目标的客户,有必要在选择MES产品之前,先了解一下该产品的底层技术。

2.基本功能

从功能涵盖性上而言,功能全面的MES系统需具备产品和工艺管理、计划调度生产管理、物料物流管理、生产质量管理、车间设备维护管理的五大基本模块,当然也应同时包括生产资源管理等模块。而面对智能制造的MES,还必须具备系统集成和设备接口模块(另述),否则无法实现车间内部各类信息互通,并支撑智能化车间所需的智能调度、优化、可视化等功能。这也是即将发布的国标《数字化车间通用技术要求》、《智能工厂通用技术要求》中所明确要求的,因此,具备以上功能的MES才具备了建设智能车间的基础条件。

3.平台化

市场上的MES主要分为基于客户需求的项目级、客制化产品,以及通用的平台化产品两种类型。项目级别MES优点是:个性化、适用性强、低成本、快速交付,但带来的缺点是:开发需求描述中会缺少行业的普遍性规则,容易造成系统不符合多变的业务需求及行业规则,一旦企业未来发展后有新的需求就需要投入大量的二次开发,这对软件架构的稳定性也是严峻的考验。所以在条件允许的前提下,推荐选用产品级别的、并具有很好可扩展性能的平台化MES,虽然前期投入的资金、人力较大,但该类产品的稳定性也将有很大的保障,降低了上线应用风险、并大大延长了产品的应用期。

4.应用性

平台化MES产品要求开发者们能够深入理解并且熟悉各行业的实际制造流程,甚至对主要工序的深入到的工艺也要了解,而不是仅从程序开发的角度来设计MES。

同时,开发者们更要根据生产的实际需求将所有的工序流程关系梳理清楚,并按照ISA95等标准构建平台化MES产品,以利于与其它各类标准化的软件实现业务关联及数据共享。以上的产品需求不仅需要开发者们具有横向的广度,而且在应用深度上也是选型的重要考量。优秀、资深的MES企业应该具备行业专家,可以根据该行业生产特性的需求,在软件上依靠模块化、可插拔等技术自由配置系统,促使工厂快速实施既符合行业共性,又满足企业个性需求的MES系统。

5.易操作性

随着IT技术的快速发展,新的视觉感及操作正在深刻影响着用户的应用习惯。特别作为基于工厂实际应用的软件产品,由于用户是基于车间层,因此需具备易学、易用、快速上手的特点,如:采用一目了然的界面功能图标、以流程引擎来推动快速应用的操作方式。在实际应用过程中,每个操作人员进入系统后,不管是熟手还是新手都能快速的进入自己的应用界面、并找到自己需要的功能菜单,并明晰与自己有关的全业务流程,并大量采用拖拉、链接等类似于Win7、Win10等操作模式实现快速、便捷的组合、拆分、放大、缩小、隐藏等操作。当然,不仅限如此,易操作性还包括美观、绿色、适用的界面以及既适用鼠标又适用与触摸屏等方式的显示器等。

6.库房管理功能

大多传统的MES只能管控到物料,而将仓库交给ERP或WMS进行管理。但在近些年智能工厂的建设中,由于生产对柔性化、动态性、实时性的要求更高,MES仅对物料管理已经无法满足这一需求,因此势必将向仓库端延伸,以获得更多管控、调度权限。

MES的一个重要作用是把各类库房高效有序地管理起来。因为很多企业的陨落不是其产品或者市场做的不好,而是其过低的库存周转率导致大量原料、产品、资金积压而造成的。MES的设计者必须将其中包括的:原材料库、电子料库、装配件库、保税库、外协库、线边仓、物料塔、立体库、半成品库、成品库等最基本的物流关系梳理清楚,并按照ISA95标准构建新一代MES,以便把ERP非实时的静态库房变成MES实时的动态库房,并且与之一一对应、双向同步起来。

如果上了ERP系统还要在用WMS系统去和制造的数字化数据对接,这将严重影响到生产计划的节拍,造成更多的管理资源浪费并产生更多的孤岛数据。所以一个好的MES系统必须覆盖WMS库房管理的基本功能,做到与ERP直接衔接。

7.数字化排产

作为计划调度和生产管理人员,他们最关心的是如何按时快速交付生产订单?这就要求MES系统考虑如何对接ERP里面的无限排产MRP运算结果?如何根据已知的工单数量、产线配置、工序时间、人员分布、生产成本、交付时间等约束条件做出MES里面的自动APS高级计划与排程?如何一目了然的在APS数字化排产界面中看到动态的工单执行状态?如何自动计算工单发料、生产的实时数量和库房实际物料数量的齐套性?如何将自动APS高级计划与排程数据发送到仿真系统进行全面的模拟生产和闭环优化排产?

很多企业在数字化都没实现的情况下就过高的要求上全自动排产,结果导致大幅的人力资源投入、并引发利润被这些增加的成本蚕食。反之毫无数字化要求的纸质人工排产势必让企业离智能制造的趋势渐行渐远,最后彻底掉队,失去了中国制造2025这个弯道超车的机会和政策红利。以上这些数字化自动排产的基本要素都是大家选择一个适合的MES产品的依据。

8.可视化功能

随着中国制造水平的突飞猛进,以前很多国外的所谓先进制造技术在中国已经严重落后了。比如传统的IT人员根据使用部门固化的需求去开发一个个水晶报表和看板的客制化模式,已经远远不能满足当今中国制造快速的个性化生产管理需要。再比如以前单调乏味的报表&看板的格式内容,早就难以满足现今客户的要求和品位。好的MES产品可视化表现形式已经越来越丰富:点状图、线状图、柱状图、饼状图、雷达图、甘特图、漏斗图、三维图等都不在话下。基本要求:美观震撼、一看就懂、信息全面。

MES的可视化功能还要满足多变的客户报表要求、灵活的用户参观看板需要,越来越多的移动端访问数据等,这些都在要求MES可视化背后的技术必须是便捷的组建方式:智能化可配置、客户可任意搭建、自由拖拽方式、所见即所得等。

9.系统集成能力

这里所说的系统集成包括两个方面:

(1)与信息系统的集成:作为面向智能制造的MES系统,系统集成能力应为重要考量,这包括与SQL Server、Oracle等数据库集成,与PDM(对接BOM、工艺)、ERP(对接计划、物料)、WMS(对接物流、运输)、仿真(对接数据)等软件集成,与iOS、Android移动端集成等。

(2)与数据格式的集成:这是上面描述的那些信息集成的技术实现方式,比如:XML、CSV、TXT、双方约定的中间表、Web service、开放的API接口等。

10.设备接口能力

最近工业互联网、工业物联网、工业大数据等概念越来越多的被大家提及,说白了其核心就是让制造执行系统或其他系统去和各种类型的物理设备做虚拟对接,并提取到生产测试数据。类型包括下图所示七个不同物理层的各种设备:仪器仪表、传感器、AGV、机器人、工控设备、数控装备、贴片机、AOI等等。一个好的MES系统不但能够收集这些设备的数据,而且采用的收集方式也是以符合国标要求和国际标准的通用格式为主。在MES选型时请注意考察其数据采集的规范性和可拓展性,而不仅仅是达到暂时的目的。

各种工业总线的集成(例如OPC),其设备通讯协议例如:Profibus、Profinet、Modbus、 DF1协议、SNP协议、设备专用API、自定义等。

还有一些是直接用设备数据格式对接,例如JSON、XML、CSV、TXT等。

为何实施MES

MES一词相对其他信息系统在中国流行较晚。很多企业决策者开始常提到:为何实施MES?外国也有同论:Why MES ?因为许多规划是先实施ERP,后实施MES。因此产生了为ERP实施MES的结论。其实不尽然。

① 企业生存环境的客观需要

因为工厂级、车间级管理面临着新的挑战:需要上下游车间的高效沟通,信息的及时性、准确性,随时面临的计划变动,越来越小的任务单元,越来越高的质量追溯要求,管理人员成本的不断升高等。

② 企业管理的内在规律

MES从时间空间角度以及业务链条看,是企业管理中的不可或缺的领域和环节。

③ 是信息技术发展的必然结果

信息技术在企业中的应用,首先是解决生产过程控制的问题,而且发展迅速。接着就是提升经营管理水平和手段,产生了以ERP为代表的一大批软件。

但是,在实施ERP的过程中,人们发现:ERP的规模大、周期长,导致ERP项目有46%逾期完成;支出多、投入大,导致41%超过预算;多种原因致使49%没有达到预期的社会效益、经济效益和目标。其中一个重要因素是与生产现场的连接与集成被忽略了,而生产现场的数据,即完美的生产信息是ERP的基础,是集成的关键。

由于ERP层和DCS层的工作是分别进行的,因此产生了两个问题:一是横向系统之间的信息孤岛(Island of Information),二是ERP和DCS两层之间形成缺损环或断缺链接(Missing Ring or Link)。 这也是催生MES的重要原因。

因此,国际上公认的信息化总体架构是原则上将框架划分为3层:PCS层、MES层、ERP层。

PCS层为底层,以硬设备为主,主要面向操作工人, 实现生产过程操作运转自动化,减少操作工人编制;

MES层为中间层,承上启下,以生产运行管理软件为主,主要面向生产管理人员,实现生产管理信息化,以及管理组织的扁平化和紧密化;

ERP层为最高层,以经营管理软件为主,主要面向经营管理和决策人员,实现经营决策管理信息化以及管理组织的扁平化和集约化。

近期从最上层分离出决策层,演变成4层结构。突出实时制造性能监控、实时运营智能等管理理念。

MES实施难点

但是在MES实施过程中,会有各种各样的难点与痛点,因此导致国内MES的成功率并不是太高。

MES贯穿了整个生产流程,从制造业信息化的角度,需要对整个生产流程建模。为了让不了解制造业的朋友有一个比较具象化的了解,我们以GE这份制造业生产过程的整体业务流程(如下图)为例来讲解,MES系统主要负责其中从原材料到产成品的全过程,包括生产调度、工单协调与 执行、现场生产控制与监控、设备管理、质量监控等过程。

那如何实现上面所谓的生产流程的建模呢?为实现生产流程的建模与后续分析,需要进行数据采集与解析、工艺建模、工厂建模。

1. 数据采集与解析

如今谈及各种数字化工厂、信息化改造或是智慧工厂,自动化的数据采集都是其中及其关键的一环。但是由于工业场景的复杂性,对于有些场景而言,数据采集难度极高(如下图某国内发动机工厂数据采集流程)

实现自动化的数据采集与解析需要MES厂商对各类硬件设备所支持的通讯协议(数据采集)以及设备输出数据的含义(数据解析)有较深入的了解,而这需要对各类通讯协议以及行业Know-How有持续的研究。

2.工艺建模

不同行业、不同工厂产品生产流程不一致的原因主要在于车间的生产过程环节, 这些环节与工艺有关。制造企业的核心竞争力之一即为其生产工艺,生产工艺在较大程度上决定了产品的质量与价格。因此,由不同厂商生产的同一种产品因生产工艺不同, 其工艺建模也会大相径庭。

因此,标准化的、同时适用于多个企业的MES系统基本不存在,需要MES厂商为每个企业量身定制符合其自身工艺流程的MES系统,这对MES厂商的工艺流程理解能力提出了较高要求,同时也延长了MES的实施周期。

3. 工厂建模

工艺建模仅是建立从原材料到产成品的变化路径,而推动原材料质变或形变需要企业人员的干预,即使在自动化、智能化程度较高的阶段。例如,紧急加工一批短缺产品时,需要对当前生产任务进行中断,这就需要各级生产管理人员的审批。

因此,工厂建模就必不可少。简单理解,工厂建模即对工厂管理中的生产组织方式(例如车间各级人员架构、管理与从属关系、不同岗位工作职责)、生产流程进行建模,其中需要考虑的是企业本身自动化和信息化水平、员工技能等多个因素。

即使工艺完全一样,生产类似产品的制造企业的生产流程建模也不会完全一样, 因为各企业生产组织方式、自动化和信息化水平等方面可能都不一样。这就使得MES厂商在实施过程中需要反复向企业确认其生产流程、不同岗位人员职责等个性化特点,并且,项目实施周期也将随之延长。

4.管理模式~

MES是将很多管理理念(如JIT、精益等)提炼出来,并用IT工具来实现,是精益管理理念与IT工具的结合。前面说到的数据采集与分析、工艺建模、工厂建模等更多是使用IT技术对业务与流程进行梳理与实现,但MES系统涉及多个部门,横跨多个领域,业务复杂且多变,挑战更大的反而是管理理念。

对企业调研与需求分析不是为了确定用哪种IT手段,而是寻找分析企业的痛点、弊端,构思企业管理的蓝图。所以MES很大程度是一种管理思路的咨询。北京航空航天大学刘强教授曾提出“三不要理论”:不要在落后的工艺基础上搞自动化,不要在落后的管理基础上搞信息化,不要在不具备数字化网络化基础时搞智能化”。阐明了如今制造与数字化转型底层逻辑,前面我们在介绍西门子数字化工厂架构的时候:

就阐述了工业数字化转型不是一蹴而就前期需要根据自身现状规划建立一个灵活度高、可扩展性强、集成性好、适合公司未来发展的顶层设计,然后再分步实施

5. 行业Know-How

行业Know-How在MES的搭建过程中至关重要。就像前面我们说到的西门子、罗克韦尔的工业巨头MES的不同行业套件一样,MES本质还是依靠IT工具实现的一套浓缩了精益理念的管理系统,帮助客户进行管理上的升级。在缺乏行业Know-How时,即使完成了工艺建模、工厂建模、数据采集与解析,  客户也很可能并不认可最终搭建完成的MES。只有通过对行业生产工艺、工厂岗位设定、生产设备数据以及生产管理体系等多方面的深入理解,并结合精益管理念与IT工具,才能真正使MES的作用发挥出来,使其与公司的、生产、工艺与管理等更加匹配~

实施MES的关键

① 对企业制造执行能力进行分析

MES是制造执行系统,为生产制造管理服务,旨在提高生产制造执行能力和水平。 因此,实施MES前,首要问题是对现有的制造执行能力进行评估。从制造战略、制造质量、供应链协调、信息收集、绩效管理与改进、制造与IT基础设施等角度把企业的制造执行能力成熟程度划分为劣、可、良、优、未来追求目标共5个等级。使用该成熟度模型,根据企业目前状况和环境对企业的要求,对企业进行评价,找出差距,定出目标。

② 选好功能模块

MES系统中最重要的模块——生产运行管理模块的核心,即生产计划、统计与调度。 生产运行的基础是设备及其运行,因此设备管理模块和数据采集和存储(实时数据库),也应是MES的基本模块。一般还有产品质量管理模块,成本管理模块,物料平衡与仓储管理模块等。目前,随着管理的集约化和精细化,又有新的需求。产生了新的信息技术和软件,增加了MES的功能。

③ 做好集成

随着信息技术的进步,企业管理的空间、时间范围在扩大,同时管理的细度或粒度又在缩小。从宏观和微观上都要求可视化和实时化,这就需要集成技术。一是MES各模块的集成,二是MES和PCS层面、ERP层面的集成,三是企业内部与企业外部的集成。 目前流行的理念和技术是实时绩效管理、制造绩效服务,如图所示。

主流的MES厂商有哪些

MES位于数字化厂体系架构中间位置,主要负责生产管理和调度执行。从MES供应商的初始业务角度看,MES厂商可分为5类:

(1)初始为企业层软件(ERP、PLM等)供应商,后通过收购或自研等方式逐 步由上至下拓展至MES,典型如SAP、Oracle以及国内的鼎捷、用友等;

(2)成立之初即为MES厂商,专注于部分细分行业,例如专注于食品饮料、消费包装等行业的MountainSystem(后被GEFanuc收购);专注于食品行 业的CompexITplantsolution(后被西门子收购);

(3)初始为行业头部厂商产品的实施服务商。在实施的过程中,随着经验及技术的积累,这些厂商通常会从较边缘的功能模块开始,尝试自主开发,甚至最终推出自主全套MES产品。典型公司包括赛意信息、汉得信息等。

(4)初始业务主要为硬件设备数据采集与展示,后逐步向MES拓展,典型即为Wonderware(后并入施耐德,目前属于AVEVA),其成立之初的核心产品为InTouch,一款 HMI软件;

(5)由硬件设备厂商发展而来,典型如西门子、施耐德等,这类厂商一般有较长的发展历史,且硬件基因较重,往往倾向于通过并购补强其MES能力。

整体而言,MES市场依然及其分散,并没有真正的具有绝对优势的巨头。

MES这样的行业,只有合适的才是最好的,不要过度迷信于其外在宣传和知名度,相比于霍尼韦尔、西门子、达索系统、GE、ABB、罗克韦尔等国际大厂商,或许国内MES厂商的知名度并不算高,但是国内众多MES厂商通过多年的深耕,在部分行业和市场却具有更大的灵活性与优势,MES和CAD/CAE/CAM等工业软件不一样,外国的月亮还真不一定比国内圆,比如宝信软件靠着多年积累就在钢铁行业占有极高的市场份额,某些国外大牌厂商看着再高大上的平台,忽悠得多么牛逼的技术,最后也是落得一地鸡毛

MES的小结

(1)信息化普遍设计为有机相连的3或4层架构。

(2)ERP与MES的界限是模糊的,有些功能有重叠。所以,其模块边界的划分是有学问的。ERP不能代替MES,对流程行业尤其是这样。

(3)以DCS为重点的控制系统,以ERP为代表的经营管理系统,以MES为核心的生产运行指挥调度系统,是企业信息化的3大领域,其中MES的效率和效益最具潜力。

(4)MES重点关注“人、财、物”的“物”,”产、供、销”的“产”,以及生产运行的“安、稳、长、满、优”。

(5)实施MES可先从基础的、基本的模块做起,再实施扩充的、增强的、高级的模块。

(6)没有一家的产品能包打天下。MES模块应优中选优,再通过第三方集成平台软件进行综合集成是上策。

(7)除了选取MES应用模块、软件外,选取集成商或主承包商提供整体解决方案和集成最关键。

参考资料

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg3ODU2MTg2MQ==&mid=2247495834&idx=1&sn=5fd2df82a28af753ad1bdf82f121249e&chksm=cf136fb0f864e6a66b1ccd5f1bf51f860ba1add007fa2d1452f159a1b703a352fdc386b50701&mpshare=1&scene=1&srcid=1205uhSPiRNAI6Al7nX6PPF9&sharer_sharetime=1670251716548&sharer_shareid=16946500bbeb185b4f1b77cc23d2fa38#rd

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2NjMxMTgwNA==&mid=2247583476&idx=3&sn=7c0b907ebe01ddf5e884c38be19be286&chksm=ea93c7e7dde44ef1daa9c2093898f9fd0e46d6b35df6a065a2f3d33710b1c13ffc5eafc4adc1&mpshare=1&scene=1&srcid=0103IwCnUz32mQs0QH4DT4m9&sharer_sharetime=1672736438012&sharer_shareid=16946500bbeb185b4f1b77cc23d2fa38#rd

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMjMxODAzNA==&mid=2247589968&idx=1&sn=50900fd8e6262fbb4f143e520c4d4c01&chksm=96e3a9eda19420fbecc3e1258d18becec10c3a346e3cafb98c9bdac7b7090486ec5efb20e26a&mpshare=1&scene=1&srcid=0130PuhL72zmGJqBdTTnWpbN&sharer_sharetime=1675052889996&sharer_shareid=16946500bbeb185b4f1b77cc23d2fa38#rd

0

评论区