制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用ZHIZAOZHIXINGXITONGYINGYONG智

能

制

造

工

程

技

術(shù)

專

業(yè)2.2

MES系統(tǒng)集成技術(shù)MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技術(shù)專業(yè)2.2

MES系統(tǒng)集成技術(shù)MES在運(yùn)行中需要多方系統(tǒng)集成，達(dá)到資源調(diào)度。如MES 與 ERP系統(tǒng)集成、 MES 與高級(jí)計(jì)劃與排程(APS)系統(tǒng)集成、MES與PLM系統(tǒng)集成、MES與質(zhì)量管理系統(tǒng)(QMS)集成等。本節(jié)主要介紹MES系統(tǒng)集成需求、集成方式和數(shù)據(jù)集成平臺(tái)。2.2.1

MES系統(tǒng)集成需求MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技術(shù)專業(yè)1、MES與ERP系統(tǒng)集成從生產(chǎn)計(jì)劃的角度看，

ERP在生產(chǎn)計(jì)劃的前端，MES在生產(chǎn)計(jì)劃的后端。ERP的生產(chǎn)計(jì)劃以訂單為對(duì)象制定的產(chǎn)能計(jì)劃，MES以執(zhí)行為導(dǎo)向，生成以生產(chǎn)物料和生產(chǎn)設(shè)備為對(duì)象的生產(chǎn)排程。MES

需要得到ERP生成的"粗"計(jì)劃作為其計(jì)劃的源頭和基礎(chǔ)。(1)

MES與ERP工作流過程車間任務(wù)開工前，MES需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)的進(jìn)度安排到ERP系統(tǒng)中領(lǐng)料；車間任務(wù)完成后，MES需要將完工信息反饋給ERP進(jìn)行入庫(kù)登記，ERP自動(dòng)關(guān)聯(lián)到相應(yīng)訂單并進(jìn)行完工處理，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的閉環(huán)控制管理。(2)

ERP系統(tǒng)與MES集成包括的功能(1)ERP系統(tǒng)向MES提供車間生產(chǎn)任務(wù)數(shù)據(jù)，作為MES排程計(jì)劃的依據(jù)。(2)MES向ERP系統(tǒng)提供領(lǐng)料需求及領(lǐng)料請(qǐng)求,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)領(lǐng)料。(3)ERP系統(tǒng)向MES提供零件領(lǐng)料的詳細(xì)信息,使車間及時(shí)了解生產(chǎn)準(zhǔn)備情況。(4)

ERP系統(tǒng)與MES集成包括的功能MES向ERP系統(tǒng)提交完工信息、半成品／成品入庫(kù)信息，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)入庫(kù)。ERP系統(tǒng)接收MES提供的零部件完工信息后自動(dòng)反饋到生產(chǎn)計(jì)劃,使生產(chǎn)管理人員及時(shí)掌握車間任務(wù)進(jìn)度。3.1

MES與APS系統(tǒng)集成APS通常被用來制定車間作業(yè)計(jì)劃，是一套基于優(yōu)化生產(chǎn)原理的生產(chǎn)排程軟件。對(duì)于高級(jí)計(jì)劃與排程功能，最重要的是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確及業(yè)務(wù)管理需求的明確。3.2

APS系統(tǒng)需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)物料信息，包括生產(chǎn)提前期、采購(gòu)提前期、最大／最小庫(kù)存量、現(xiàn)存量等。BOM,包括BOM版本、材料消耗定額、替代件等。工藝信息，包括工藝路線、替代工序、工序優(yōu)先級(jí)、工序制約關(guān)系、工序加工等。工作中心信息，包括設(shè)備能力、設(shè)備效率、替代設(shè)備、瓶頸設(shè)備等3.3

APS向MES輸出的信息(1）排程仿真及結(jié)果對(duì)比分析。APS系統(tǒng)引擎內(nèi)置大量的排程策略，采用不同的排程策略將得到不同的排程結(jié)果。(2)排程結(jié)果。準(zhǔn)備下達(dá)給車間的排程方案可細(xì)化到何時(shí)在某設(shè)備上加工某工序，同時(shí)需要配備何種工裝工具及刀具，準(zhǔn)備何種物資輔料。2.2.2

MES系統(tǒng)與其他系統(tǒng)集成MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEMGAISHU智能制造工程技術(shù)專業(yè)4.MES與PLM系統(tǒng)集成PLM是管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品研發(fā)過程的工具。PLM 系統(tǒng)保存了結(jié)構(gòu)化工藝文件數(shù)據(jù)。PLM系統(tǒng)和MES的集成，需要保障MES按照產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)和總生產(chǎn)任務(wù)的要求展開工藝級(jí)別的生產(chǎn)計(jì)劃。4.1PLM向MES提供信息PLM系統(tǒng)向MES提供的信息包括產(chǎn)品的加工圖樣、產(chǎn)品的工藝信息等。MES收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類數(shù)據(jù)，為后期產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品裝配指導(dǎo)等進(jìn)行優(yōu)化改型和設(shè)計(jì)變更。5.1

MES與QMS(ERP質(zhì)量管理模塊)集成MES雖然包括部分質(zhì)量管理功能，但與QMS的側(cè)重點(diǎn)有所不同。QMS是為生產(chǎn)提供質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的管理，其精度是針對(duì)產(chǎn)品及車間關(guān)鍵點(diǎn)的檢查。而MES是對(duì)各個(gè)工位、工序進(jìn)行質(zhì)量追蹤，實(shí)時(shí)性更高。5.2

QMS向MES提供的信息QMS向MES提供質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)信息，以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)工位、工序的質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果及合格狀況。MES向QMS提供關(guān)鍵點(diǎn)的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果。6.1

MES與EMS集成MES包括部分設(shè)備管理功能，但EMS的功能更全面。EMS存儲(chǔ)設(shè)備的基礎(chǔ)信息和各類計(jì)劃信息。設(shè)備基礎(chǔ)信息主要包括設(shè)備臺(tái)賬信息，設(shè)備操作、日檢、保養(yǎng)、維修等；計(jì)劃信息主要包括各類保養(yǎng)計(jì)劃、維修計(jì)劃、潤(rùn)滑計(jì)劃等。6.2

MES向EMS提供的信息主要有作業(yè)實(shí)施信息、生產(chǎn)調(diào)度信息、設(shè)備狀態(tài)信息和設(shè)備運(yùn)行信息。通過對(duì)這些信息的統(tǒng)計(jì)分析，可以獲取設(shè)備管理的決策信息，如設(shè)備故障頻率、設(shè)備能力數(shù)據(jù)等。7.1

MES與WMS集成WMS向MES傳遞物料供應(yīng)商信息、準(zhǔn)確精細(xì)的倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存信息，用以指導(dǎo)

MES

的生產(chǎn)計(jì)劃及其執(zhí)行。MES向WMS傳遞生產(chǎn)計(jì)劃和作業(yè)調(diào)度，并向 WMS 及時(shí)反饋物料耗用及成品下線狀況。8.1

MES與PCS集成MES向PCS提供執(zhí)行指令，PCS向MES反饋執(zhí)行結(jié)果和實(shí)時(shí)采集的工藝參數(shù)、設(shè)備性能參數(shù)等。PCS或SCADA系統(tǒng)將設(shè)備編號(hào)、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、任務(wù)單號(hào)等生產(chǎn)過程信息反饋給MES。2.3.1

MES系統(tǒng)集成方式MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技術(shù)專業(yè)2.3

MES系統(tǒng)集成方式MES的集成方式?jīng)Q定了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和安全性。主要有API函數(shù)調(diào)用、基于中間件技術(shù)以及基于XML的信息集成，這些集成方式主要適用于MES于其他軟件系統(tǒng)的集成。1.1、封裝的作用封裝是將對(duì)象的屬性和操作方法同時(shí)封裝在定義對(duì)象中。模塊外部設(shè)有接口，接口作用于對(duì)象的操作集上是對(duì)象唯一可見的部分，用戶無需關(guān)心對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過調(diào)用的方式來使用對(duì)象。封裝以后通過接口調(diào)用就可以有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成。1.2 API的函數(shù)調(diào)用典型的調(diào)用方法是基于API的函數(shù)調(diào)用方法，如JDBC(Java 數(shù)據(jù)庫(kù)連接API目前在系統(tǒng)集成中使用非常普遍，軟件自身具有 API 接口。兩個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互通過設(shè)在其間的接口進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)集成。該方法適合異構(gòu)系統(tǒng)之間的信息集成。1.3 基于API的MES系統(tǒng)集成模型該圖為基于API的MES系統(tǒng)集成模型，它通過API接口、數(shù)據(jù)傳輸與通信實(shí)現(xiàn)了MES信息集成。2.1、中間件集成模式中間件集成模式主要通過中間文件、中間數(shù)據(jù)庫(kù)、

XML數(shù)據(jù)流以及消息中間件等來實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)與

MES

系統(tǒng)的集成。2.2、中間件集成的三種模式模式一

通過中間文件的集成模型可以把MES系統(tǒng)需求的其他系統(tǒng)文檔，做成適合MES

系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的或者統(tǒng)一格式的文件，通過訪問中間文件庫(kù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成。2.2、中間件集成的三種模式模式二

通過中間數(shù)據(jù)庫(kù)的集成模式建立中間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一定義。通過訪問中間數(shù)據(jù)庫(kù)抽取數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)其他系統(tǒng)與

MES

系統(tǒng)的信息集成。這種集成模式的關(guān)鍵是多數(shù)據(jù)庫(kù)集成技術(shù)的應(yīng)用，比較適合完整的

ERP

/

MES

系統(tǒng)的自行開發(fā)和實(shí)施2.2、中間件集成的三種模式模式三

通過消息中間件的集成模式利用高效的消息傳遞機(jī)制進(jìn)行與平臺(tái)的數(shù)據(jù)交流，并基于數(shù)據(jù)通信來進(jìn)行分布式系統(tǒng)的集成常見的消息中間件產(chǎn)品有IBM的

MQSeries

等。消息中間件適用于任何需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的系統(tǒng)，負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)通信通道，進(jìn)行數(shù)據(jù)或文件發(fā)送。2.3、基于對(duì)象請(qǐng)求代理的MES模型案例

基于對(duì)象請(qǐng)求代理的MES模型美國(guó)政府資助的NIIIP-SMART聯(lián)盟提出的基于對(duì)象請(qǐng)求代理的MES系統(tǒng)集成參考模型。通過ORB，客戶可以便捷使用服務(wù)器對(duì)象，而不論服務(wù)器是在同一機(jī)器上還是通過網(wǎng)絡(luò)訪問。更加方便高效。2.3.2

XML的信息集成方式MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEM

GAISHU智能制造工程技術(shù)專業(yè)1、XML技術(shù)的定義可擴(kuò)展標(biāo)記語言(extensible markup language , XML)是一種用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語言。該技術(shù)出現(xiàn)之前，將某一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到各個(gè)不同的目標(biāo)數(shù)據(jù)源中，只能在每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中都實(shí)現(xiàn)一次數(shù)據(jù)分析處理。2

XML技術(shù)的作用XML的關(guān)鍵特點(diǎn)是作為不同應(yīng)用數(shù)據(jù)交換的通用格式。作為一種對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行描述的通用元語言標(biāo)準(zhǔn)，目前是跨平臺(tái)數(shù)據(jù)集成的最佳解決方案。MES與ERP等系統(tǒng)的集成中，采用XML能夠使不同數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)通過

XML數(shù)據(jù)流進(jìn)行集成。3

XML在MES中的應(yīng)用Web Service 為一個(gè)應(yīng)用程序，它向外界暴露出一個(gè)能夠通過Web進(jìn)行調(diào)用的API ，而 XML正是Web Services 平臺(tái)中表示數(shù)據(jù)的基本格式。圖中ERP

、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃和分布式數(shù)控等系統(tǒng)各有不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和表現(xiàn)格式。圖1

基于Web

Ser

vices的MES系統(tǒng)集成架構(gòu)4

XML在MES中的應(yīng)用Web Services 是完全與MES平臺(tái)無關(guān)，它定義應(yīng)用程序在Web上的互相通信，從而屏蔽了不同系統(tǒng)的底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。不同的系統(tǒng)對(duì)外提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，MES與各系統(tǒng)集成的底層接口可分別封裝成 Web Services ，彼此相互調(diào)用?；赬ML的Web Services技術(shù)架構(gòu)模式為Web的MES提供最佳理想方案5

其他技術(shù)在MES中的應(yīng)用除XML外，

JSON作為一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，由于它采用完全獨(dú)立于編程語言的文本格式來存儲(chǔ)和表示數(shù)據(jù)，使其成為一種理想的數(shù)據(jù)交換語言。相比于XML

,

JSON具有易于閱讀和編寫，同時(shí)更易于機(jī)器解析和生成，并能夠更有效地提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的優(yōu)點(diǎn)。6

其他技術(shù)在MES中的應(yīng)用ESB及面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸成為IT集成的主流技術(shù)。ESB將傳統(tǒng)中間件技術(shù)與XML、 Web服務(wù)等技術(shù)相結(jié)合，為網(wǎng)絡(luò)提供最基本的連結(jié)中樞，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜 IT 系統(tǒng)環(huán)境的應(yīng)用集成。國(guó)內(nèi)外對(duì) ESB 的研究都比較活躍， IBM 的 ISV 、開源的Mule等2.4

數(shù)據(jù)集成平臺(tái)DataIntegration

Platform智能制造工程技術(shù)專業(yè)1.MES數(shù)據(jù)平臺(tái)的意義MES系統(tǒng)作為制造車間集成化生產(chǎn)管理的最佳解決方案，為生產(chǎn)管理信息化的實(shí)現(xiàn)提供了統(tǒng)一的、平臺(tái)化的數(shù)據(jù)集成(data

integration,DI）平臺(tái)。同時(shí)MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)也為MES系統(tǒng)集成化的高效車間生產(chǎn)管理提供了強(qiáng)大的支撐,特別是對(duì)于流程工業(yè)的MES/PCS數(shù)據(jù)集成,提供了最佳的解決辦法2

MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的產(chǎn)生MES的核心是優(yōu)化生產(chǎn)過程，需收集并處理生產(chǎn)中大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)來自生產(chǎn)、檢測(cè)等底層設(shè)備，來源多樣（如PLC、DCS）且協(xié)議格式不同。若不統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，會(huì)導(dǎo)致MES依賴PCS層環(huán)境、開放性差，還難解決異構(gòu)集成問題，影響運(yùn)行效率。因此誕生了MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，其通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口與存儲(chǔ)格式，成為解決該問題的最佳方案。3

MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的結(jié)構(gòu)MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)通過采用RTDB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),使得MES系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、整理、分析、報(bào)警生成、事件記錄、時(shí)間同步、歷史歸檔管理與維護(hù),實(shí)現(xiàn)覆蓋全工廠的集成化生產(chǎn)管理。3

MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的功能功能一

數(shù)據(jù)通信功能MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)集成了

OPC、DDE、ODBC等數(shù)據(jù)集成接口,使MES系統(tǒng)能夠輕松地將底層自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)、監(jiān)控軟件、應(yīng)用程序和各種數(shù)據(jù)庫(kù)中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成到MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)上，同時(shí)也能將上層生產(chǎn)指令快速及時(shí)地下達(dá)至底層（2）MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的主要功能功能二

數(shù)據(jù)錄入與輸出：MES

系統(tǒng)可處理進(jìn)出其數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的各類數(shù)據(jù)、信息與指令，具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、格式及量程轉(zhuǎn)換、報(bào)警設(shè)定、歷史數(shù)據(jù)歸檔等功能。（2）MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)的主要功能功能三

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與重連：為保障數(shù)據(jù)正常傳輸，MES數(shù)據(jù)集成平臺(tái)借助

RTDB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)重連，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)可提示或報(bào)警，恢復(fù)后能檢測(cè)并自動(dòng)重連。（2）