MES解决方案与系统设计

1、沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所制造车间制造车间MES系统设计系统设计吴宝举 等中国汽车工程学会焊接学组七届二次会议暨学术交流会中国汽车工程学会焊接学组七届二次会议暨学术交流会沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-52主要内容 MESMES系统概述系统概述 MESMES系统需求分析系统需求分析 MESMES系统体系结构系统体系结构 MESMES系统网络结构系统网络结构 结论和意义结论和意义沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程

2、有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-53主要内容MES (Manufacturing Execution System）制造执行系统CIMS （Computer Integrated Manufacturing Systems）计算机集成制造 ERP （Enterprise Resource Planning )企业资源计划系统FCS （Fieldbus control system）现场控制系统 CIMS覆盖企业的多种经营活动，包括生产经营管理、工程设计和生产制造各个环节，即从产品报价、接受订单开始，经计划安排、设计、制造直到产品出厂及售后服务等的全过程

3、 FMS (Flexible Manufacturing System) 柔性制造系统沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-54MESMES系统概述系统概述FCS（MES）ERP/CRM/SCMCIMS沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-55MESMES系统概述系统概述系统体系机构沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-56MESMES系统概述系

4、统概述MES系统能够完成对制造车间生产过程相关信息的集成管理，实现了系统信息资源的共享，对生产线故障进行自动诊断，对产品质量进行控制。 制造执行系统(MES)(Manufacturing Execution System）是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段.制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理信息系统。目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强企业的竞争力。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2

5、021-7-57MESMES系统概述系统概述MES处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-58MESMES系统概述系统概述MES对制造车间生产过程相关信息的集成管理，实现了系统信息资源的共享；MES可以实时监控车间状态、及时反馈车间生产状况给企业管理层；接受产品生产计划；能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。MES特点沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学

6、院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-59MESMES系统概述系统概述柔性制造柔性制造故障诊断故障诊断信息管理MES功能物流管理物流管理混线生产故障点查找材料需求管理层MES系统上集成生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化信息体系。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-510MES

7、MES系统概述系统概述冲压车间焊装车间总装车间制止执行系统（MES）ERP系统CRM系统MIS系统优化指标车间控制层现场网络涂装车间动力总成间以时间，产量，能源，价格，销量，设备情况等指标进行统一优化。整个车间的数字化连接和建模。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-511MESMES系统概述系统概述MES系统以实时数据库和网络为支持平台，对生产过程进行全面管理和控制，它提供了企业所需的基础构架和决策支持工具，打破了生产单元间的信息壁垒，它的目标是优化生产资源，实时监控生产运行，实现成本最低化、利益最大化的目标

8、。使用MES解决方案后企业可以提高产品质量、缩短制造时间、减低制造成本等。MES系统可以和ERP 、CRM、SCM、电子商务进行数据交换。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-512MES系统需求分析系统需求分析FSClient客户批量Company 产品/厂商 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-513MES系统需求分析系统需求分析目前制造企业基本上都实现了企业资源管理系统（ERP）和车间内的现场控制系统（FCS），车间生产

9、已经高度自动化，但是如何按照客户的订单要求来最优化安排生产，如何分析控制质量，如何面对用户的特殊要求，如何将车间的有效生产数据及时传递到ERP系统，如何更有效地控制人力资源和物料损耗，如何更有效地安排仓库管理和运输等等问题又出现在企业管理者面前。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-514MES系统需求分析系统需求分析在企业中，ERP系统和FCS系统都具有各自的局限性，使得在企业范围的信息化过程中暴露出上层计划系统与底层控制系统之间的生产执行领域的空白.沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中

10、国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-515MES系统需求分析系统需求分析制造车间往往有多条生产线、设备复杂，产品生产要经过多个工序、完全靠人工的方式进行管理和控制几乎是不可能的；MES对产品订单、质量、设备、资源等进行全面的动态管理；作为将ERP等业务系统与生产设备的控制系统相连接的神经系统，在信息集成中起着承上启下的重要作用，它为管理与过程控制系统之间提供了一个通道，使两者之间有机地构成一个整体。 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-516MES系统需求分析系统需求分析MES作为

11、企业信息化建设的重要组成部分，起到承上启下、前后贯穿的作用，它通过收集生产过程中大量的实时数据，并对实时事件进行及时的反应和处理，来进行生产过程的优化管理，既接收生产实绩数据并反馈生产结果给上一层管理系统（ERP），又把上一层管理系统的生产指令下达到现场控制层（FCS）。上下连通现场控制设备与企业管理平台，实现数据的无缝连接与共享；前后贯通所有生产线，实现全过程的一体化产品质量跟踪、一体化计划与物流调度、一体化生产控制与管理，从而形成以MES为核心的企业信息系统。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-517ME

12、S系统需求分析系统需求分析由于生产装置和生产线控制系统规模大小不一（单一控制系统从几十个I/O到几千个I/O）、控制网络结构复杂、与管理网络的接口情况不同（软件的接口和硬件的接口），我们利用先进的实时历史数据库以及相关软、硬件接口技术，快速、高效地从生产线控制系统中直接取得第一手现场实时数据，并且利用先进的实时数据库技术完成海量数据的高效压缩和安全存储，为建立其他实时生产管理系统（如生产成本动态跟踪系统、生产实时调度系统、设备故障诊断、经济运行、产能优化、质量管理、生产过程可视化等）提供各种在线（如产量、温度等）或离线（质量分析、实验数据等）的过程数据。从而消除信息孤岛，实现资源共享、集中指挥

13、。PlantManageInterface沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-518MES系统体系结构制造车间的信息化架构可分为三个层次：企业管理层、制造执行层，现场控制层。MES的重点是产品生产的执行过程；对产品的制造过程进行跟踪，并在ERP和FCS之间进行双向传递信息；管理的范围通常是整个工厂或整条生产线。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-519MES系统体系结构沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司

14、中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-520MES是处于管理层和控制层之间的执行层，主要服务于企业的生产管理和调度指挥。使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/FCS信息体系。MES系统体系结构沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-521MES系统体系结构沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研

15、究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-522 实时数据库不仅能将分散在各生产现场的实时信息集成起来，为管理者全面地实时监控全企业生产过程提供一个集成化的平台，而且能够通过对生产过程数据的再次加工处理，提炼出真正对生产管理、计划调度、经营决策有用的数据，从而在生产经营管理和实时过程控制之间架起一座桥梁，达到两者之间的信息交换和紧密集成。 实时数据库作为实时数据的存储工具，与管理系统的关系数据库系统通过开放接口进行数据交互，实现了与管理系统的无缝连接；同时利用成熟的压缩、存储技术，使数据存储的容量更加庞大，性能更加稳定，维护也更加容易。MES系统体系结构实时数据库实时数据库沈阳中科机械电子工

16、程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-523采集DCS、PLC等系统中的生产实时数据和生产管理过程中的部分离线数据，通过对这些数据的加工分析、整理和传送。把数据存入实时数据库。控制系统接口方面：在与控制系统的采集器方面，系统提供OPC采集器、文件采集器、计算采集器等，可以支持一般标准的通信接口，如OPC、DDE 等接口方式及数值、字符串、浮点等多种数据类型。OPC技术是连接现场设备与上层监控软件的信息通道，它提供了一套标准的OLE接口，通过这些接口，客户可以按照统一的数据访问标准的访问不同厂商的硬件产品，使得系统集成变的非常简单

17、。SIACON-SmartOPC是国内第一个OPC服务器快速开发工具，该软件可以为现场设备添加OPC接口，实现与各种流行监控组态软件的无缝集成。 MES系统体系结构数据采集接口数据采集接口 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-524MES系统体系结构数据采集接口数据采集接口 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-525MES系统体系结构防火墙防火墙管理系统管理系统企业数据库企业数据库采集系统采集系统PLC/DCS实时数据库实时

18、数据库网关网关数据流数据流 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-526MES系统网络结构系统网络结构MES系统把车间控制层和企业管理层连成统一的网络。该网络具有节点分布广、层次多的特点，这些特点决定了必须有一个健全的网络平台来保证各项业务的顺利运作。因此，在设计时必须充分考虑厂内的组织管理模式、基础设施和机构节点分布、以及业务操作流程等方面的情况，从实际情况出发设计本项目网络系统的总体结构。在采用的网络集成方案中，遵循有关的网络互联标准、规范、选用合适的网络互联技术及产品（包括交换，路由及接入设备），构筑起一

19、个结构合理、性能良好、安全可靠的网络通信平台，在其基础上可以实现高质量的数据、话音图像、视频等的通信服务，结合高速千兆以太网技术，可达到提供高质量通信服务的目标。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-527现场总像是实现工厂自动化及MES系统的基础。向MES系统数据库提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。 Foundation Fieldbus, Profibus PA, HART ,CAN, Profibus DP, Industrial EthernetMES系统体系结构现场总线

20、现场总线 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-528MES系统体系结构现场总线现场总线 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-529 安装实时数据库和关系型数据库，通过接口机采集来的实时数据存储于实时数据库中，为历史数据回滚、质量跟踪等分析提供依据，并为ERP提供统计数据，对于非采集数据存储于关系型数据库中，与实时数据共同完成MES的各功能模块。同时，该系统可以与ERP、MRP、SCM等上层管理系统无缝连接，为这些系统输送基于

21、实时数据的综合生产信息。两台服务器冗余配置。采用集群方式，两台服务器冗余配置，同时也可以采用美国容错技术有限公司的容错服务器MES系统体系结构数据库服务器数据库服务器 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-530从数据库服务器获得实时/历史数据，运行各种应用功能软件，将计算结果回写到数据库服务器或通过客户端显示出来。MES系统体系结构应用服务器应用服务器 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-531 考虑到各层次网络的相对独立性

22、和安全问题，为了防止黑客攻击、人员的非法操作、病毒的侵害，保障系统的运行安全，在ERP网络与MES网络、MES网络与PCS网络之间配备了防火墙，入侵检测系统实现了信息单向隔离，即保证了系统的安全性又不影响信息的传输。MES系统体系结构防火墙防火墙客户端客户端显示并检索数据，根据需要配置。可以采用C/S结构，也可采用B/S结构。客户的访问采用优先级和身份验证方法。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-532 采用星型拓扑结构，系统主干网使用1000M以太网，主干网的连接介质采用1000M单模光纤和1000M铜缆；

23、采用核心双网冗余机制，保证系统可靠运行；系统可靠且可扩展。MES系统体系结构管理层网络管理层网络磁盘阵列磁盘阵列 为加强系统的容错能力，可采取双服务器冗余结构，磁盘阵列可满足海量数据的存储，每台服务器内置RAID 5等容错工作方式；核心交换机采用双引擎和双电源，网络模块可在线热插拔。通过这些必要的技术手段，可保证一台主机失败的情况下，仍能正常继续工作。沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-533MES系统网络结构系统网络结构沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科

24、学院沈阳自动化研究所2021-7-534MES系统功能系统功能 生产订单管理生产订单管理物料管理物料管理 焊接工艺信息管理焊接工艺信息管理 MES系统系统AVI系统系统 监控管理监控管理ANDON系统系统 焊接质量监控焊接质量监控 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-535 该模块是企业供应链中的一个重要环节，制定生产计划，跟踪生产计划的执行情况，并随时对生产计划进行动态调整，保证企业对生产状况的随时控制，可以有效地保障供应链的平滑性，减少内部的消耗，降低生产成本。MES系统功能系统功能生产订单管理生产订单管

25、理 MESREQUIRESTORAGE沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-536 车身自动识别(AV1)系统 其英文缩 写AVI（Automatic Vehicle Identification) 作为MES系统的重要组成部分。AVI通过一系列的自动化和信息设备自动的对车身进行识别监视车体在重要区域的移动并根据生产计划车体信意向控制系统发出数据决定车体的下一步位置。MES系统功能系统功能 AVI系统系统 生产过程生产过程零部件零部件整车整车AVI沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学

26、院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-537 安装在生产线上的ANDON系统是用来帮助流水线上的工人在给定生产节拍内完成质量可靠的装配任务，起到了在生产流水线上传递信息提高生产率的作用在由传送带拉制的流水线上各个工位上应安装拉绳，每条生产线安装一块ANDON显示板当操作工发现质量问题或需要请求班组长的帮助时操作工拉下拉绳此时ANDON且示板上的指示灯应点亮 ANDO系统还播放音乐来提示班组长 MES系统功能系统功能监控管理监控管理ANDON系统系统 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-53

27、8 操作人员可以通过现场的物料呼叫面板进行物料选择，呼叫库房接受物科呼叫备料并确认，系统数据库对物料使用过程进行数据自动记录，现场安装工人根据现场实际需要选择对应的物料触摸屏上相应的信息后反映出来物料室埠作工在库房中根据物料实际到位后点击 到位确认按钮对物料到位进行确认触摸屏上状冬由已出库变为无呼叫同时报警塔灯的报警灯灭表示物抖呼叫取消整个物料呼叫过程结束。MES系统功能系统功能物料管理物料管理 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-539 利用CAD，CAM对工艺进行设计和编制，优化操作流程。将工序内容、结构图、零件构成的相应关系、零件数量和尺寸 、设备型号、数量、工装夹具型号、操作顺序、操作人员等级及工时、规范说明等全部实行计算机管理。 管理人员可通过上位管理机检查生产系统运行情况、对工艺参数进行数据采集与显示、并通过简单的操作对其进行设定与修改，从而实现高效的非现场化管理。MES系统功能系统功能工艺信息维护工艺信息维护 沈阳中科机械电子工程有限公司沈阳中科机械电子工程有限公司中国科学院沈阳自动化研究所中国科学院沈阳自动化研究所2021-7-540MES系统体系结构Design设计设计Produce生产生产Use应用应用QC检测检测质