MES解决方案与系统设计.ppt

制造车间MES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 2020 3 15 2 主要内容 MES系统概述MES系统需求分析MES系统体系结构MES系统网络结构结论和意义 2020 3 15 3 主要内容 MES ManufacturingExecutionSystem 制造执行系统 CIMS ComputerIntegratedManufacturingSystems 计算机集成制造 ERP EnterpriseResourcePlanning 企业资源计划系统 FCS Fieldbuscontrolsystem 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 FMS FlexibleManufacturingSystem 柔性制造系统 2020 3 15 4 MES系统概述 FCS MES ERP CRM SCM CIMS 2020 3 15 5 MES系统概述 系统体系机构 2020 3 15 6 MES系统概述 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 ManufacturingExecutionSystem 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 2020 3 15 7 MES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 2020 3 15 8 MES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 2020 3 15 9 MES系统概述 柔性制造 故障诊断 信息管理 MES功能 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 2020 3 15 10 MES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 2020 3 15 11 MES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 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 2020 3 15 12 MES系统需求分析 F S Client客户 批量 Company产品 厂商 2020 3 15 13 MES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 2020 3 15 14 MES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 2020 3 15 15 MES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 2020 3 15 16 MES系统需求分析 MES作为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 2020 3 15 17 MES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 Plant Manage Interface 2020 3 15 18 MES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 2020 3 15 19 MES系统体系结构 2020 3 15 20 MES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 2020 3 15 21 MES系统体系结构 2020 3 15 22 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 2020 3 15 23 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 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 2020 3 15 24 MES系统体系结构 数据采集接口 2020 3 15 25 MES系统体系结构 防火墙 管理系统 企业数据库 采集系统 PLC DCS 实时数据库 网关 数据流 2020 3 15 26 MES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 2020 3 15 27 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 FoundationFieldbus ProfibusPA HART CAN ProfibusDP IndustrialEthernet MES系统体系结构 现场总线 2020 3 15 28 MES系统体系结构 现场总线 2020 3 15 29 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 2020 3 15 30 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 2020 3 15 31 考虑到各层次网络的相对独立性和安全问题 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 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 2020 3 15 32 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 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 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RAID5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 2020 3 15 33 MES系统网络结构 2020 3 15 34 MES系统功能 生产订单管理 物料管理 焊接工艺信息管理 MES系统 AVI系统 监控管理ANDON系统 焊接质量监控 2020 3 15 35 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 生产订单管理 MES REQUIRE STORAGE 2020 3 15 36 车身自动识别 AV1 系统其英文缩写AVI AutomaticVehicleIdentification 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 AVI系统 生产过程 零部件 整车 AVI 2020 3 15 37 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 监控管理ANDON系统 2020 3 15 38 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 物料管理 2020 3 15 39 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 工艺信息维护 2020 3 15 40 MES系统体系结构 Design设计 Produce生产 Use应用 QC检测 质量管理 每辆车由上百个工件 数千个焊点组成 若某一个零件或焊点出问题 会影响到整台车的质量 所以对每辆车的零件 焊点参数进行记录是由必要的 记录的参数和车身绑定 管理系统能够准确的找到生产定单中的每一辆车的生产参数情况 闭环质量控制 2020 3 15 41 结论和意义 设计的焊接车间MES系统实现了车间信息共享 使车间控制和企业计划实现了无缝连接 提高了劳动生产率和设备利用率 它的成功运用对提高车间管理效率 降低生产成本 持续改进车间的生产质量等方面将起到积极的推动作用 2020 3 15 42 结论和意义 提高了工作效率 极大方便了各级管理人员了解生产运行情况 生产数据都进入到计算机系统中 能监督操作工认真负责地在岗操作 对操作工的操作有了一个科学的量化的考核依据 为生产管理提供一个有效的平台 使企业管理效率进一步提高 有效改善了企业形象 本系统的使用 为企业管理提供一个信息平台 使生产更加平稳 生产成本进一步下降 事故进一步减少 带来巨大的经济效益和社会效益 2020 3 15 43 研究成果 国家863 CIMS系统集成技术实验室辽宁省制造业信息化发展中心全国现代集成制造网络中心多年来承担并完成了多项国家 省市重大科研及工程项目 承接了大量的交钥匙工程 2020 3 15 44 研究成果 完成山西大同齿轮集团装配生产线MES系统 陕西FAST齿轮有限公司装配生产线MES系统 沈阳鼓风机厂 沈阳飞机工业 集团 有限公司 鞍钢冷轧薄板厂 渤海造船厂 沈阳变压器有限责任公司 江苏钢绳集团等企业CIMS应用示范工程10余项 涉及汽车 装备制造 军工 航空 造船等多个行业 含盖离散 连续和混合三种不同的生产类型