智能制造时代,MES系统的运用及改进

1、现在市场竞争十分激烈，制造企业想要猎取更多利润，就得要降低成本，而工厂的生产治理占了工厂成本很大的比例，通过对MES系统的细致研究，搜集包括物料，设备，人员，流程指令在内的所有工厂资源去帮助企业更加专业更加高效的治理车间，提高企业的竞争力,企业的生存环境是实时改变的，通过对MES系统的研究，能让公司的治理顺应时代的改变,格外是智能制造时代的来临，作为企业车间信息化治理技术的系统，制造执行系统MES在实现生产过程的自动化、智能化、网络化等方面发挥着重要作用，因此研究MES就显得格外重要，企业想要搭上智能制造的快车，就得在MES系统的研究上不断投入。关键词：智能制造；MES系统的运用；MES系统的

2、改进AbstractInthefiercemarketcompetition,manufacturingenterpriseswanttoobtainmoreprofits,itisopensource2isthethrottle,andtheproductionmanagementofthefactoryfactorycostaccountforalargeproportionof,in-depthstudyofthistopicbasedonMES,controlincludingtheequipment,personnel,materials,processinstructions,al

3、lfactoryresourcestohelpenterprisesmoreprofessional,moreefficientmanagementofworkshop,enhancethecompetitivenessofmanufacturing,isarealtimechangeofenterprise'ssurvivalenvironment,throughtheresearchofMESsystem,canmakethemanagementofthecompanyconformtothechangesofTheTimes,especiallythecomingoftheera

4、ofintelligentmanufacturing,asacarrieroftheworkshopinformationmanagementtechnology,MESmanufacturingexecutionsystemintheimplementationoftheproductionprocessautomation,intelligentandnetworkedplaysahugerole,itisveryimportantsotheMES,enterpriseswanttobuildontheexpress,intelligentmanufacturinghavetobeinon

5、theresearchofMESsysteminput.Keywords:IntelligentManufacturing；TheapplicationofMESsystem；MESsystemimprovement目录引言11 MES概述11.1 （空一格）MES勺概念11.2 MES系统国内外发展史22 MES系统的现状和发展前景42.1 智能制造的时代背景42.2 MES系统的现状52.2.1 MES系统的国内现状52.2.2 MES系统的国外现状53 MES系统的优势与不足63.1 MES系统的优势63.2 MES系统在实际生产中存在的不足74结合实际对ME繇统的展望与改进74.1 M

6、ES系统的发展趋势74.2 企业MESS用中存在的问题84.3 如何改进企业在实际使用ME繇统时遇到的问题85结论94.4 104.5 献11引言智能制造技术进展十分迅速，带领我们的社会进入到信息技术时代，制造业若想在智能制造的时代背景中不被落下，一定要走信息化的道路。很多企业通过数字化的建设来提高竞争力。在企业在走向智能化的时候，许多企业实施了各种各样的企业资源打算治理系统例如物料需求打算，企业资源打算；还有产品数据治理系统，它以产品设计治理为主；生产过程监控软以收集数据远距离控制与数据收集为代表。在一定的程度上企业依靠这些系统获得不少利润，却也有一些新的问题出现，比如让制造单元控制软件和企

7、业生产治理不能相互沟通，没有精确的生产数据给到上层的MRP/ERP软件系统，制造单元因为不能准时得到指令所以无法立马调整工作状态，企业在迈向智能制造信息化的时候受到不小阻碍。企业在应用智能化的时候渐渐意识到解决这一问题的有效途径是将打算与制造过程统一起来的制造执行系统。企业提高整体治理水平的关键是通过MES系统集成来实现实时化的ERP、MES、SFC车间层控制。通过对各个企业调查，美国先进制造研究机构AMR在1990年提出MES概念。三层的企业集成模型在两年后被ARM提出。同一年，一部分聪慧人开始发觉到MES对制造业的重大影响，于是乎组织了国际性组织制造执行系统国际协会。加入这一非盈利性组织的

8、有国际上一些大的软件厂商，企业界也表示支持并加入。MEAS的是为了宣传MES产品，帮助大家制定了一系列开发研究打算并且推广MES。1 MES概述1.1 （空一格）MES的概念ARM将MES定义为：治理信息系统属于中间的车间层，就工艺本身指导工业控制。”1992年MEAS将MES定义为：“MESg够专业的猎取订单从下达到完成的所有数据，并通过对数据的分析对治理进行优化。在工厂的实时生产过程中，MES能立马反应、并作出报告，并对它们进行指导和处理利用当时的准确数据。这样的快速反应让企业减少内部没有价值的活动，并高效地指挥工厂的生产过程，以此去改善物料的流通性能，又能提高生产回报率，同样提高了工厂准

9、时交货能力。MES提供在产品从头到尾的供应链中，还有企业内部之间的双向直接通讯，以提供关键任务信息国家863专家关于MES的定义为：执行层是负责调度执行和生产治理的制造执行系统。它通过把控工厂的所有资源来提高制造竞争力，给以了一种集成诸如文档治理、质量控制、生产调度等功能的方式。1.2 MES系统国内外进展史MES的国外进展：第一阶段：专用MES(PointMES:P-MES)70年代效果为了解决制造周期的竞争力、产品积压、产品质量低、设备利用率低、缺乏过程控制等，提供相应的软件系统来解决这个问题，是一个独立的系统。优点：对特定的问题找到最优的解决方案。缺点：信息共享和集成比较困难第二阶段：集

10、成MES-8090年代效果：基于P-MES的开发，提供一套可同时解决多种生产问题的一套集成应用软件。MES产品的主流具有很多的优点，例如统一的规律数据库，丰富的应用功能，还有单一的车间产品及过程模型等。优点：功能多样，一体性强，在一定的范围内实现了数据共享。缺点：对车间环境过于依赖，过于固定化、难开发性、可重构性差，不好扩充以及修改，难以适应各种复杂多变制造环境。第三阶段：传统MES(TraditionaMES：T-MES)：基于第一阶段信息控制技术，信息系统是比较传统的MES,这种系统很不稳定，在生产过程的一些小改变就可能让系统不能正常运行，隐含了较大危险，系统稳定性也比较差。具体表现为:通

11、用性差、集成度弱、互操作性差、重构能力差、灵活性差(适应性)。第四阶段：可集成MES(IntegratabieMES:1-MES)AME在90年代的时候向KIST提供的先进制造研究咨询报告(AMEC)中中提出了可集成MES的概念。效果：在T-MES的基础上进展起来，在MES的系统开发中应用模块化应用组件。T-MES的处理规律，数据库，数据模型和通信机制在每个系统中都不相同。系统就很难因为技术的更新而进行升级是因为MES应用常常是要满足关键任务的系统。如果想实现与外部系统的集成，就需要采纳在线处理(OnLineAnaryticaProcessing:OLAP)技术，应用程序编程接口(Appiic

12、ationProgrammingInterface:API)技术和相应的通信机制，这些技术也是MES功能的核心部分。其中，使用API的方式进行外部应用系统的调用和插入，而应用电子数据交换与外部环境进行数据交换，让整个系统重构性能变弱，使得随生产过程的改变而进行功能配置和动态改变变难。为了优化T-MES的缺点，T-MES开始成为研究的热门。可集成MES通过使用高效的基础框架满足了关键事物的处理，极大的增加了系统的集成性和适应性。NlllP/SMART协会提出的一个分布式对象和信息交换模型为整个MES应用领域，代表了进展中MES的技术模型。从这个模型中可以发觉，在面向对象的应用中，不同对象都使用自

13、身具有的功能和方法来操作数据，分别完成系统的各种功能。但别的功能都从功能规律中分离出来如：产品数据治理，知识治理，工作流治理等。使不同软件商的对象相互交换信息和进行互操作通过对象恳求代理(ORB)(如CORBACOM/DCOM)。优点：能更简单实现各个厂商之间系统的集成，是目前MES的进展方向。第五阶段：智能第二代解决方案MESll具核心目标是记录以猎取更多的数据来更便利的进行生产治理通过更精确的过程状态和更完整地的数据，它通过分布在设备中的智能来保证生产的自动化。MES与ERP能智能的联结和断开，具有更加智能的操控系统。MES的国内进展虽然MRPll、CAD、CAM比MES的进展历史都要长，

14、但它能更好地实现"以时间为关键”的制造思想，所以在发达国家进展十分迅速，并给工厂带来了相当可观收益。MES的研究和推广，也深深影响了国外的治理界。最近的十几年来，我国的制造业水平上了一个崭新的台阶，全靠863CIMS项目应用的研究和推广大大提高了企业的竞争力，尽管如此，我国制造业水平仍然需要提高，需要进步，尽力缩小与发达国家的差距。在企业智能化方面，一些制造企业仅仅重视物流的自动化，这些自动化的物流运输存储等设备虽然取代了部分人工劳动也解决了部分问题，但没有相应的信息集成系统，这些系统形成所谓的“自动化孤岛"因为不能充分发挥其功效。制造业的智能化，不仅仅是使用自动化的设备，

15、更重要的是提高生产治理信息系统的效率。在我国，在开发与应用面向制造执行层的MES软件方面是比较落后。我国对车间层、单元层的研究很少站在MES这一角度从应用出发来研究并开发面向制造过程的集成化治理和控制软件，大都着重于控制模型的研究，。现在，我国的科研院所和许多高等院校都在致力于应用开发上的工作也取得了不少有益的成果。尽管如此在成果的推广应用、软件的商品化等等方面还有着不小的差距。国内目前还没有广泛应用且自主开发的很成熟的MES软件。现有的车间层控制(ShopFioorContro:SFC),功能十分有限，多数是猎取有关数据再通过批处理方式录入而已。随着企业智能化应用水平的不断提高，企业也意识到

16、提高企业敏捷性的一个重要因素是实现企业打算层与车间执行层的双向信息流交互，通过连续信息流来实现企业信息全集成。所以，形成实时化的ERRMES、SFC是提高企业整体治理水平的关键是通过MES来实现企业信息的全集成，这对制造业整体水平的提升有着巨大意义。我国在MES的实际应用和理论研究方面，需要投入更多的精力。2 MES系统的现状和进展前景2.1 智能制造的时代背景在改革开放后，我国制造业进展十分迅速，形成了独立完整、门类齐全的产业体系，极大地推动了现代化、工业化进程，使得我国国立显著增加。但是，中国制造业与世界的先进水平相比仍然落后，格外是我们的创新能力，还有资源利用效率和产业结构水平，以及信息

17、化程度和质量效益等方面差距明显，所以转型升级迫在眉睫。目前，国际产业分工格局正在重塑，工业革命4.0已经到来。我们不能错过重大历史机遇，按照四个全面”战略布局要求，实施制造强国战略，加强统筹规划和前瞻部署，努力把中国建设成为智造强国国民经济的基础工业部门是制造业国家进展水平的最基本因素之一也是制造业。从机械制造业进展的历程来看经历了从手工作坊制作到泰勒化制造再到高度自动化，然后是柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化来说，或许是每十年一升级：50-60年代是单机数控70年代以后则是CNC机床及由它们组成的自动化岛80年代全世界出现柔性自动化热潮。这个时候也出现了与有用化相

18、距甚远的计算机集成制造。在计算机的问世后机械制造一是借助计算机和自动化科学的制造技术与系统的进展，二是传统制造技术的进展。80年代以来，传统制造技术进展中存在着很多问题。这些年，因为从1870年到1980m可，制造过程的效率提高了20曲所以人们对自动制造化有着很大大的研究热忱与之相反的是产品设计的效率只提高了1.2倍，生产治理效率也仅仅只提高了1.8-2倍，这表明脑力劳动的自动化程度(其实质是决策自动化程度)很低，人还没有从复杂的生产过程中解放出来，还得靠人解决各种问题，并下达最终决策。制造过程的自动化程度的提高在面对批量小、品种多、质量高、更新快的产品时会出现很多问题,比如：(1)一些专业人

19、才的流失导致需要专门技能的岗位不能稳定得到提供；(2)现代制造业在制造过程中的信息复杂而且量大，传统的信息处理方式已无法解决，许多的信息资源急需处理和共享；(3)制造环境的包容性要求更大，决策的过程与以往相比更加复杂，然而对决策时间要求却更短了；制造过程的智能化程度受制于智能水平；(5)专家们需要更准时更广泛的合作，不管是企业内部的各个生产环节，还是全世界各个范围内的制造企业。因为制造过程所面临的众多问题的核心是"制造智能”和制造技术的"智能化"，所以互联网与计算机科学以及其它高新技术的进展，通过人工智能、集成制造等技术而进展起来的一种新型制造工程一智能制造技术与

20、智能制造系统(intelligentmanufacturingsystem,IMS)使我们有可能解决这些问题。IMT是指通过计算机模拟人类专家的智能分析行为，在制造工业的各个环节以一种高度包容性与高度集成的方式，进行分析、推断、推理、构思和决策，为了在取代企业制造环境中人类的部分脑力劳动；并对人类专家的制造智能进行收集、存贮、完善、共享、继承与进展。使得未来工业生产决策自动化。2.2 MES系统的现状2.2.1 MES系统的国内现状国内在智能制造系统与技术方面投入很多，但目前大多数仍处在探索人工智能在制造领域中的应用的阶段。这些年，对制造环境的全面"智能化”研究工作还处于刚刚起步阶段

21、，虽然开发出了许多水平各异的面向制造过程中特定环节、不同类型的系统，比如专家系统或者智能辅助系统等。国家自2009年5月装备制造业调整和振兴规划出台以来对智能制造装备产业的政策支持力度一直在加大，在2012年时有关部委更是公布了一系列专项政策和规划，让我国智能制造装备产业的进展方向更加明确。工业与信息化部公布了«高端装备制造业"十二五”进展规划，同时公布了智能制造装备产业"十二五”进展规划子规划，更是明确提出到2020年将我国智能制造装备产业培育成为具有国际竞争力的先导产业。科学技术部也公布了智能制造科技进展“十二五”专项规划；国家进展改革委员会、财政部、工业与信

22、息化部三部委组织实施了智能制造装备进展专项；工业与信息化部制定和公布了智能制造装备产业"十二五”进展路线图，该路线图明确把智能制造装备作为高端装备制造业的进展重点领域，以实现制造过程智能化为目标，以突破九大关键智能基础共性技术为支撑，其思路是：以推进八项智能测控装置与部件的研发和产业化为核心，以提升八类重大智能制造装备集成创新能力为重点，促进在国民经济六大重点领域的示范应用推广。2.2.2 MES系统的国外现状美国作为世界智能制造思想的发源地之一，智能制造作为领先世界制造中的重要一环，美国政府对智能制造的前景十分的重视。在1990年左右，美国国家科学基金(NSF)就开始关注这一方面，

23、并资助相关研究,项目包含了基于多施主(m3ti-agent)的智能协作求解、智能决策技术、智能并行设计等。2005年，美国国家标准与技术研究所(NIST)公布了"聪慧加工系统(smartmachiningsystem,SMS)"研究打算实质是智能化，聪慧加工系统的主要研究内容和目标包括：(1)优化系统动态。就是把相关设备知识和工艺过程进行集成后建模，优化系统的动态性能；(2)设备特征化。就是将测量方法、模型和标准特征化，然后对机床性能进行测量和通信在运行状态下；(3)下一代数控系统。就是与STEP-NC兼容的数据格式和接口与机器控制能够无缝运行；(4)状态监控和可靠性。就是

24、开发测量、传感和分析方法。2011年，奥巴马宣布实施"AdvancedManufacturingPartnershipPian"(先进制造联盟打算)后，马上得到了积极响应，与同日公布的"实现21世纪智能制造"新报告遥相辉映。在这份由美国智能制造领导联盟(smartmanufacturingleadershipcoaiition,SMLC)公布的报告中，确定了十大优先行动目标，还描绘了该领域未来的进展蓝图，而且准备通过采纳新技术例如自动化技术，加快对美国工厂进行现代化改造改变以往的制造方式以此让美国的制造企业拥有更强的竞争力。在1990年日本首先提出了10

25、年的智能制造系统(IMS)的国际合作打算，并与美国，欧洲自由贸易协定国在内的多个国家开展了以克服柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)的局限性为目标的联合研究，通过合作把美国的系统技术和日本工厂和车间的专业技术、欧盟的周密工程技术充分地结合起来，为了开发出不受生产操作和国界限制高技术生产系统。在2010年欧盟启动了第七框架打算(FP7)的制造云项目E31,德国作为工业强国，在国家大力支持下又启动了工业4.0(Industry之后在实施智能工厂(Smartfactoy)4.0）项目投入达2亿欧元。2010年德国政府制定的高技术战略2020打算行动中设想以"工业4.0&q

26、uot;奠定德国在关键工业技术上的国际领先地位这个正式打算推出是在2013年4月举行的汉诺威工业博览会上。"工业4.0”概念最初是在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，目前其已上升为国家级战略。3 MES系统的优势与不足3.1 MES系统的优势a、MES系统能够通过强化过程治理和控制，优化企业生产制造治理模式达到精细化治理目的0b、MES系统提高了工作效率，使得各生产部门的协同办公能力加强，降低了企业生产成本0c、MES系统能准时准确地统计分析生产数据，排除员工的干扰，促使企业标准化治理。d、MES系统能有效、规范的治理企业的产品、中间产品、

27、原材料等质量检验。e、MES系统使各相关部门准时发觉打算、调度、质量、工艺、装置运行等存在的问题，并准时解决问题。f、通过MES系统建立起规范的生产治理信息平台，使企业内部现场控制层与治理层之间的信息互联互通，以此提高企业核心竞争力。3.2 MES系统在实际生产中存在的不足随着国家的大力推广，MES在国内的应用已经取得了很大的进展，并且国内制造型企业对MES系统的认识也不断提高。其中存在的不足主要表现为：轻视治理。MES系统起到把企业治理目标分解下达，链接不同工序的重要作用，他处于企业信息化系统ERP-MES-PCS£层架构的中间层，具有治理与控制的双重功效；但国内很多人简单忽视了其

28、重要的治理功能，只重视MES系统与底层自动化的集成与控制，往往使得MES系统管控一体成为一句空话。对于集成化的轻视。很多企业研究开发了很多的单项功能的系统针对生产的突出问题，比如：生产调度系统，智能优化排产系统和仓库出货系统等，种类繁多却不注意系统的集成，让很多的信息变成孤岛，对MES系统的进展有着很大的影响。而大量事实证明，集成化MES系统才会让企业在治理中提升更大。过于重视平台，而轻视了应用。因为MES系统需要很深的行业背景，具有非常明显的系统行业特点，所以，很多开发商无法在行业应用上下功夫，往往只注重计算机平台技术研究与开发。MES没能标准化。虽然MES的推举标准在国内外已经制定了许多多

29、。然而，国内企业开和发商在实施MES系统时，却少有关注标准的指导作用，不但国内MES系统产品繁杂，同时不利于对MES系统进行推广。4结合实际对MES系统的展望与改进4.1 MES系统的进展趋势MES系统在经过多年的进展之后，有一部分MES系统软件产品已经相当成熟，并且一部分MES系统解决方案也十分完善，出现了一批工业企业治理应用软件公司专门以MES系统为核心产品的，并且在为MES系统的标准化努力，企业信息技术应用的主要精力也已经转向MES系统。由于中国企业对MES系统了解比较晚，对MES层的认识相对落后，所以一些问题比国外突出，比如信息孤岛和缺损环链现象，但也有一些公司在认识观念上由关注ERP

30、系统转变到关注MES系统，在加快开发中国式的MES系统软件或应用国外的MES系统软件中起到了带头作用。从技术研发上看，MES系统的应用不但向控制层渗透也在向打算层渗透。MES系统智能打算排产与执行调度模块功能正在普及。功能的单一专用MES系统正逐步被淘汰，而集成MES系统和整体全面的MES系统解决方案得到了长足进展。MES系统正逐步得到进展和推广信息技术领域的标准化。我国目前现有的MES制造执行系统应用得较好的只有在冶金、石化、机械等行业，其他行业没有建立面向产品设计与制造一体化的知识库支撑体系，严峻缺少模型库对繁杂的制造过程进行优化调控的措施；所以，我国MES系统的进展趋势是实现智能制造治理

31、和自适应化治理，同时这也是世界各国MES系统的进展趋势。4.2 企业MES使用中存在的问题MES的优势毋庸置疑，但是是我们的企业上了之后却频频出现各种问题，许多企业抱怨上MES找死，不上MES等死”，不少企业在使用了MES系统后没有起到提升性的作用在生产制造方面，以至于很多制造企业十分的纠结、无奈对于是否要上MES系统软件那么导致了这么多企业的MES项目实施失败的原因是什么呢？我认为原因并不在于软件本身，主要原因是以下几点厂商不能猎取合理利润、项目维护人员不断流失、不断地的更换项目总负责人，企业对软件的需求不够明白导致软件产品不停更改。4.3 如何改进企业在实际使用MES系统时遇到的问题实现企

32、业信息交流的其中重要的一个环节是MES系统，它集成和沟通企业中的各个工位和系统内部的各个功能，车间的底层生产控制系统是MES系统，在上层则是治理打算决策系统。工序详细调度、资源安排和状态治理、生产单元安排、过程治理、人力资源治理、维护治理、质量治理、文档控制、产品跟踪和产品清单治理、性能分析和数据采集等属于MES系统内部功能模块。在对以上功能的和谐操作中，MES系统在工厂自动化起到承上启下作用。工厂从层次角度分析，把控制结构可划分为以下几层，分别是工厂层、车间层、单元层和设备层。处于车间层和单元层的一般是MES系统,所以在执行过程中可能会与ERP系统重叠。在ERP系统负责决策打算指导的前提下，

33、MES系统根据车间生产情况产生的实时数据，对短期生产打算进行分析、通过实时控制实现数据的优化。所以说，对数据的收集、分析、层层汇总是MES系统优化的主要表现，越来越多的数据使MES系统的功能也是愈加强大。在信息交互方面，MES系统对向上一层提交周期盘点、生产能力、材料消耗、劳动力性能等数据也会进行优化，并向底层执行指令公布各类参数。5结论在智能制造的时代背景下，制造企业的转型显得尤为重要，智能制造从本质上讲就是将制造与生产、使用的各个环节的信息相结合。企业生产治理集成的核心软件之一是MES系统。制造企业想要实现智能制造，最重要的就是企业首先要实现数字化工厂，而制造执行系统（MES）作为数字化工厂的核心在制造业的重要性不言而喻。在智能制造和中国制造2025的背景下，我们需要把MES系统进一步向前看，我进行了以下归纳 移动化，可以使用各种例如手机的移动终端分散控制； 标准化，标准化不但有利于M