在现代生产管理活动中,MES(制造执行系统)的作用日益重要。作为一个用于管理生产过程的软件系统,MES在提高生产效率、优化生产计划和实现生产数字化转型方面发挥着关键作用。而要理解MES如何运作,我们需要仔细研究它的体系架构。本文将从MES与生产环境融合、MES的IT体系架构、MES的功能结构三个方面,深入探讨MES软件体系架构的重要性及其设计原则。
----MES与生产环境融合----
MES软件与其他企业管理软件的最大区别为,MES的活动涉及到的整个制造企业管理的全过程,使用人员也涉及到企业各个层次,不但包括工艺技术、生产计划等办公室的人员使用,同时还包括生产现场操作人员、车间仓库的保管人员等。在实际进行MES的开发设计时,应从以下两方面与生产环境进行融合。
1、应当考虑到现场操作的对IT设施的操作能力。现场操作人员不同于办公室人员,在工作中可能很少需要操作或使用一些IT办公软件,企业突然推行数字化办公时可能会存在不适应或心理抗拒等现象,所以MES开发人员在界面设计时必须考虑到人机工程学方面的的要求,以适应各种现场操作人员可以简单无误的操作MES系统。简单而易于理解的操作界面是对MES系统设计时的一个非常关键要求,否则很难将MES系统进行全面推行。
2、应当考虑到现场操作环境对IT设施的影响情况。很多企业的生产环境条件较差,如油污、高温、湿度等。对这些恶劣的生产环境要考虑到配套IT设施的操作便利性、安全性、稳定性等。对IT设施需要采取适应的保护措施和方面的用户操作界面,如触摸屏或感应笔等或尽量采用数据传感采集进行配套使用,如二维码扫描或RFID读写数据等。
此外,不同行业的制造业也有各自的特殊要求,例如食品行业对于追溯性的需求更为严格,汽车行业对于实时监控和故障诊断的需求更为突出。因此,MES软件的设计必须考虑这些特殊的应用条件,以确保其能够与企业的生产环境完全契合。
----MES的IT体系架构----
MES软件的IT体系架构是指其在计算机系统中的组成和分层结构。通常,MES软件由多个模块组成,如生产运营管理、维护运行管理、库存运行管理、质量运行管理等。这些模块之间需要进行数据交互和协作,以实现整体生产过程的控制和监控。很多企业将MES的IT体系架构采用分布式架构,将不同的功能模块部署在不同的服务器上,并通过网络进行数据传输和通信。同时,为了提高系统的可靠性和稳定性,还可以采用冗余备份和容灾机制来保证系统的持续运行。此外,随着云计算和物联网技术的发展,越来越多的企业选择将MES软件部署在云端,以实现更灵活、可扩展的IT体系架构。
MES的中心部件是服务器,它被集成到现有的网络,一般需要安装生产数据库,数据库不但存放相关原始数据,而且还存储着大量的生产过程的采集数据。因为数据的调整和使用变化很大,所以通过MES服务器的设计,给出了相应的MES系统的可扩展性。
MES的实际应用中很多操作在标准的计算机上,这些计算机大多数据在办公室,包括生产部管理者、计划人员、工艺人员、质量人员等。一方面通过计算机操作显示、计算或变更相关数据,另一方面也给其他用户提供共享数据的使用。
同时为了获得现场更多数据,还可以使用一些其它终端,包括PDA、读卡器、打印机等。通过与MES服务器的在线通信,实现数据读取与采集。
----MES功能结构----
MES的设计一般需要参照ISO/IEC 62264标准,制造运行管理(Manufacturing Operations Management,MOM)主要范畴:生产运行管理、维护运行管理、质量运行管理和库存运行管理。这四大范畴之间及其与车间外部的交互,构成了整个工厂的运行管理模型。MOM以生产运行管理为主线展开的,其他三个范畴以及车间的管理模块(如订购单处理、成本核算、研究开发等)都是为了生产管理提供支持的。
MOM中针对生产运行管理的八大活动是:生产资源管理、产品定义管理、详细生产调度、生产分派、生产执行管理、生产跟踪、生产数据采集和生产绩效分析。
1.生产资源:提供关于制造系统资源的一切信息,包括人员、物料、设备和过程段;向业务管理系统(如ERP)报告当前有哪些资源可用。
2.产品定义管理:从ERP获取产品定义信息,及关于如何生产一个产品的信息。管理与新产品相关的活动,包括一系列定义好的产品段。
3.详细生产调度:根据业务系统下达的生产订单,基于人员、设备、物料和当前生产任务的状况,完成排产(生产顺序)和排程(生产时间),回答用什么,做什么的问题。
4.生产分派:将生产作业计划分解成作业任务后派发给人员或设备,启动产品生产过程,并控制工作量。
5.生产执行管理:保证分派的作业任务得以完成。对于全自动化设备,由生产控制系统(PCS)执行;对于人工或半自动生产过程,需要通过扫码、视觉监测等方式确认任务完成。本模块还要负责生产过程的可视化。
6.生产跟踪:跟踪生产过程,包括物料移动、过程段的启停时间等,归纳如下信息:(1)人员、设备和物料;(2)成本和绩效分析结果;(3)产品谱系;向业务系统报告做了什么和生产了什么。
7.生产数据采集:从PCS采集传感器读数、设备状态、事件等数据;通过键盘、触摸屏、扫码枪等方式采集人工输入、操作动作等数据。
8.生产绩效分析:用产品分析、生产分析、过程分析等手段对数据进行分析,确认生产过程完成并不断优化生产过程。
MES的功能结构一般遵循ISO/IEC 62264标准定义的生产运行管理、库存运行管理、质量运行管理和设备运行管理范畴中的主要管理活动进行设计,在此结构框架下,MES设计人员可以结合实际客户的产品生产特性及需求等,定制额外的功能模块,从而满足客户的生产管理要求。
综上所述,MES软件设计时需要考虑到生产中的特殊条件、IT体系架构和功能结构。一个良好的MES体系架构应当具备灵活性、可配置性和可扩展性,以应对不同行业和企业的需求。同时,它应当支持各种硬件设备的连接和数据传输,以及各种功能模块的集成和定制。通过合理的MES软件体系架构设计,企业可以更好地利用MES系统提高生产效率,优化生产流程,实现数字化转型的目标。
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