汽车发动机装配线中的MES订单管理系统

汽车发动机装配线中的MES订单管理系统

 

 

引言

 

    20世纪90年代初,工业界开始认识到需要一个可以将业务系统和控制系统集成在一起的中间层。同时,企业信息化建设的过程又是变革管理思想、改进管理模式、优化管理流程、提高员工素质的过程.是提升企业经营管理水平、缩小企业目标与资源能力之间缺口的有力手段。在基于ERP/MES/PCS的三层体系结构中,ERP完成从销售订单到生产订单的转化,而从生产订单投入到产品完成的整个生产过程中生产订单信息在各级系统中流动,经各级系统的不同处理,直到产品完成的整个订单在制造执行阶段的管理任务由MES实现”。MES介于ERP与底层控制和自动化系统之间,起着承上启下的作用,是ERP系统数据基础和保证。本文介绍的生产订单管理系统是汽车发动机生产线制造执行系统(MEs)的一个子系统。该系统承担MES所赋予的生产订单管理业务,同时MES实现与ERP系统集成的关键,是MES正常运行的前提和基础。

    本系统运用Visual C#编程语言编写,采用SQLserver 2008作为后台数据库。目前,本系统正在某汽车发动机生产线投入使用,运行稳定。

 

 

1 生产订单管理系统结构

 

    本系统主要由订单信息导入,订单信息下达,计划调度,查看订单状态等部分组成。

    订单信息导入模块是负责把SAP生成的生产订单信息(包括发动机订单计划、发动机装配指南、操作指导等信息)自动导入到sQL server 2008数据库。通过订单信息下达模块把生产订单信息自动下达到各个工控机的MES中。查看订单信息模块可以查询和维护订单信息并且可以查询历史订单的执行状况,如果发现订单执行出现异常可以手动管理这些订单信息。通过计划调度调模块调整生产订单的执行顺序。

    根据现场的设备情况和要求,网络结构采用图1所示的结构。本信息系统服务器和SAP服务器放置在不同的地理位置,通过光纤进行连接。所有装配线上的工控机通过100M以太网卡与交换机连接,与本信息系统服务器实时通讯。

  

图1 系统结构

    该企业信息系统中存在着异构数据库。异构数据库系统是指异构的多数据库系统,即组成它的成员数据库的硬件、系统软件(如操作系统)不同,或成员数据库具有不同数据库管理系统(DBMS),例如该企业SAP系统的后台Oracle数据库与MES系统的后台SQL Server2008数据库。那么在进行系统之间的数据整合过程中,将不可避免的涉及到异构数据库之间的无逢的数据访问。因此在导人订单信息之前先解决不同数据库之间数据交互问题是实现整个系统的第一步。

    在Oracle数据库访问SQL Server2008数据库中需要利用Oracle中提供的透明网关技术。针对Oracle与其他异构平台之间的数据访问,Oracle通过异构服务实现对异种数据源的连接,根据代理程序的不同,分为透明网关和普通连接2种技术。普通连接是一种使用ODBC或者OLEDB驱动程序访问任何ODBC或OLEDB兼容的非Oracle系统的通用解决方案。透明网关是一种为非Omcle系统特别编码、量身定制的解决方案,它提供一种比普通连接拥有更多功能和更好性能的优化解决方案。普通连接依赖于业界标准,而透明网关使用它的本地接口访问非Oracle系统。

 

 

2 订单信息自动导入模块

 

2.1 SQL Server2008中的CLR集成技术

    SQL Server2008引入了Microsoft Windows的.NET Framework的公共语言运行库(CLR) Common LanguageRuntime组件的集成。CLR是Microsoft .NET Framework的核心,为所有. NET Fmmework代码提供执行环境。这意味着可以使用任意.NET Fmmework语言编写存储过程、触发器、用户定义类型、用户定义函数、用户定义聚合函数以及流处理表值函数。

2.2 基于UDP协议的网络通信技术

    用户数据报协议(UDP)是ISO参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向操作的简单非可靠信息传送服务。UDP协议在数据传输之前,通信双方不需要建立连接,因此不需要维护连接状态,UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的建立连接并20个字节信息包的额外开销很小,因此本系统采用UDP协议来实现通讯。C#中UDP的编程有两种方式:直接使用Socket类和使用uDP类。UDPCIient类对基础的Socket进行了封装、发送和接受数据时不必考虑底层套接字收发时必须处理的一些细节问题,开发简单、效率较高。因此本系统利用.NET中的UDP.Client类对UDP协议进行编程,实现网络通讯。

2.3 自动导入订单模块设计与实现

    建立SQL Server2008数据库与Oracle数据库之间的连接后,本系统会监测到Oracle数据库中的新生成的订单信息并把订单信息自动导人到本系统的后台SQL server2008数据库中,订单信息导人到本系统的SQL Server2008数据库时,需要检测该订单在本系统数据库中的合法性(包括订单计划是否已经存在,发动机号是否存在,工位号是否存在,装配指南的订单号是否有重号,发动机类型是否正确等),因此并没有实际导人到实际表中,而存储在数据库所在的计算机内存中的临时表里,此过程由数据库来负责检测。如果检测成功数据库把订单信息导人到实际表中,同时把订单导入成功结果反馈给Oracle数据库。如果检测失败则把导人失败信息反馈给Omcle数据库以便于SAP计划员根据此信息维护订单信息。如图2所示。

  

图2 生产订单流程图

    为了实现自动化,SQL Server2008数据库成功导入订单信息后,需要主动通知生产订单管理系统。此功能通过SQL Senrer 2008中的CLR集成技术和基于UDP协议的网络通信技术来实现的。

 

 

 

3 订单信息自动下达模块

 

    订单管理系统接收到SQL Server2008数据库的导人成功信号后,自动把生产订单信息通过UDP通信协议下达到各个工控机的MES中。各个工位的工控机接收订单信息后,把收到信息结果写入到数据库中,以便管理员查出订单下达的执行情况。

 

 

4 查询订单状态模块

 

    系统在自动导入并下达订单时,不可避免出现异常,导致自动订单导人失败、订单下达失败,因此需要管理员查询订单的执行状态,并手动管理订单信息。

4.1 查询历史生产订单导入状态信息

    管理员可以查询历史生产订单导入状态,订单导人状态分别为导人成功,导人失败,可以导入。导入成功:订单信息成功导入到本系统的SQLServer2008数据库。

    导入失败:订单信息没有成功导人到本系统得sQL Server2008数据库。

    可以导入:SAP系统根据本系统反馈的导入失败信息,修改相应的错误信息后把导入状态从导入失败改成可以导入,本系统管理员根据此状态手动导入。

    单击界面上的SAP导入按钮把SAP中的订单信息显示在界面上。管理员查看订单状态,如果其中订单状态为【可以导入】,就说明此订单可以从SAP系统的Oracle数据库手动导人到本系统的后台SQLSenrer2008数据库中。

4.2 查询历史订单下达信息

    管理员根据订单号查询各个工位的订单下达情况,该界面可以查询哪个工位下达成功,哪个工位下达失败。如果有下达失败的工位,选择要下达的订单信息和工位号后单击下达按钮,把订单信息重新下达到各个工控机中。下达过程中界面上实时显示订单下达状态信息。订单下达界面如图3所示。

  

图3 订单下达界面

4.3 查询和维护订单信息

    此外此模块可以查询和维护已经导人的订单信息,包括订单号、发动机号、装配指南等信息。

 

 

5 计划调度模块

 

    计划调度模块主要功能是通过时间和订单下达状态进行筛选订单,选定订单后调整生产订单的执行顺序。订单下达状态分别为未下达,已下达,已完成。未下达:表示生产订单信息没有下达到各个工控机当中。

    已下达:表示生产订单信息已经下达到各个工控机当中。

    已完成:表示已经下达的订单号正常完成生产。

    当订单状态为未下达时这个订单没有下达到各个工控机只在本系统的数据库中,因此只需调数据库上的订单顺序即可,不需要计划同步到各个工控机。当订单状态为已下达时这个订单已经下达到各个工控机当中,因此调整完订单顺序后必须同步到各个工控机中。

    此外此模块可以工位订单管理功能,工位订单管理是对生产订单中的每台发动机生产顺序进行管理。

 

 

6 结束语

 

    生产订单管理是制造业信息化的重要组成部分,是提升制造企业生产管理水平和制造效率的重要途径。订单管理系统使MES系统与SAP系统进行信息交互的功能,其运行状况直接影响到两个信息系统的集成和整体运行效果。尽管本文主要以汽车发动机生产线为背景,但是其内容对其他类型的制造业MES的生产订单管理系统开发与应用也有一定的参考和借鉴作用。

 

 

 

MES系统弥补生产加工过程中的不足

 MES系统 在国内的兴起时间不长,但是借鉴了国外的MES系统开发经验,所以发展的比较快,随着市场上对于MES系统需求的兴起,MES系统开发的技术也就日渐精练。众多开发者在MES系统开发的适合,需要掌握关键,才能够确定框架,更好地完成开发工作。

 

MES系统是伴随着生产制造企业对生产过程的掌控,对信息化建设的要求而产生的。国内目前对于MES系统的需求也逐渐开始显现,而MES系统开发的关键在于建模技术。本文将主要就MES系统开发的建模技术进行阐述。

 

随着因需而变的理念提出,西门子公司率先为MES指出了一个全新的发展方向,它将MES建立在一种结构(生产建模,Production Modeling)之上,通过这种结构,用户可以用层级模型(Hierarchical Model),将各种专用产品(组件,Component)协同起来,来描述业务(Business)和生产作业(Production Operation)。这正是西门子在全面集成自动化(Totally Integrated Automation)中所展示的概念。

 

近年来,一种新的国际标准正在成为企业的行为规范—控制系统集成规范。这就是国际标准化组织/国际电工委员会的IEC/ISO 62264和美国国家标准组织/美国仪表系统与自动化学会的ANSI/ISA-95,它定义了企业级业务系统与工厂车间级控制系统相集成时所使用的术语和模型。该标准还定义了中间层MES系统应支持的生产作业活动。

 

很多供应商、用户、顾问都参与了该标准的制定和定义。这就确保了该标准具有坚实的基础以及高度的可用性。该标准目前由三部分组成,其中第3部分定义了MES系统的作业活动。它着重阐述了与生产(Production)、维护(Maintenance)及质量(Quality)等有关的作业活动。通常来说,这些活动都是同等重要的,不过,如果和生产或者生产作业无关的话,可能也就不需要维护作业或质量作业了。

 

供应链的效率很大程度上受制于业务系统与生产系统的功能集成程度。MES系统正是以ISA-95为蓝本提供了这种集成。系统集成的低下会导致制造系统效率低、可见性差。

 

要想真正了解工厂正在执行的情况,需要一个系统,它可以产生可配置的符合需要的生产报告来显示各种KPI。这就必须将过程控制的特定数据与生产相关数据关联起来(例如:订货排程、批次、人员、物料等),以简化绩效问题分析和识别。MES系统可以提供生产流程的可见性,以创建改善生产流程的条件,并提高制造系统的效率。

 

过程控制、MES系统及ERP之间的完全集成对现代企业的商业运作来说是至关重要的。制造系统是由许多不同的功能相互协同而构成的。制造系统的整体集成可以帮助企业实现一流的运营效率,相反,零散的解决方案将成为车间绩效改善的瓶颈。

 

软件平台的有效重用是实现节约成本的关键。标准的应用产品通常都是一个庞大的系统,它们包含了很多的功能。但是,当这样的系统面对千变万化的客户需求时,却又往往显得力不从心。因为,这些系统很难摆脱那些已经预先在产品中设置好的执行逻辑(隐式规则法,implicit rules approach)。通常情况下,这些预设的执行逻辑是无法根据特定需求去进行修改的。随着产品的升级换代和相应应用的不断扩展,这种矛盾就尤为突出。

 

对于今天的制造业企业来说,拥有高度灵活的因需而变的应用系统是企业在商战中决胜的关键。很显然,应用上述的固化的标准系统,是无法满足企业变化需求的。

 

从国外的发展趋势看,已经形成了一批MES软件产品和解决方案,出现了一批以MES为核心产品的工业企业管理应用软件公司,而且企业信息技术应用的焦点已经由ERP转向MES,然而MES的标准化仍有大量工作要做。

 

从国内的发展趋势看,CIMS、MES、ERP等概念都进入中国较早,但只以DCS为代表的底层自动化和以ERP为代表的管理系统普及速度较快,因此,中国工业企业的信息孤岛和缺损环链现象比国外更为突出,也就是对MES层的认识相对落后,但是,确实有一些公司在加快开发中国式的MES产品或应用国外的MES产品,而且势头较好,同时,在认识观念上由关注ERP到关注MES的转变也已开始。

 

从技术角度看,MES系统的功能正在向控制层和计划层渗透,三层结构的分工可能更模糊。MES功能中的计划排产与执行调度模块(APS)越发突出的推广普及。它应是MES的核心。单一功能的MES产品正在向集成的MES和整体解决方案发展。信息技术领域的分布对象技术(CORBA、DCOM等)标准日臻成熟是MES发展和集成的基础。DCS和ERP的普及和提高进一步推动了MES的发展和推广。

 

 

 

 

智能工厂MES系统的搭建!

摘要
 

在制造业信息化进程中,车间级信息化是薄弱环节。发展MES技术是提升车间自动化水平、实现智能制造的有效途径。

 

 

在制造业信息化进程中,车间级信息化是薄弱环节。发展MES技术是提升车间自动化水平的有效途径。MES强调车间级的过程集成、控制和监控,以及合理地配置和组织所有资源,满足车间信息化需要,提高车间对随机事件的快速响应和处理能力,有力地促进企业信息化进程向车间层拓展。通过构建以“精益生产、智能制造”为特点的车间管理系统,建立数字化车间,从而实现了精益生产和智能制造。

 

 

MES体系架构

 

数字化车间将信息、网络、自动化、现代管理与制造技术相结合,在车间形成数字化制造平台,改善车间的管理和生产等各环节,从而实现了敏捷制造。MES是数字化车间的核心。MES通过数字化生产过程控制,借助自动化和智能化技术手段,实现车间制造控制智能化、生产过程透明化、制造装备数控化和生产信息集成化。车间MES主要包括车间管理系统、质量管理系统、资源管理系统及数据采集和分析系统等,由技术平台层、网络层以及设备层实现。

 

 

MES构成

 

MES由车间资源管理、生产任务管理、车间计划与排产管理、生产过程管理、质量过程管理、物料跟踪管理、车间监控管理和统计分析等功能模块组成,涵盖了制造现场管理等方面。MES是一个可自定义的制造管理系统,不同企业的工艺流程和管理需求可以通过现场定义实现。

 

 

1.车间资源管理

 

车间资源是车间制造生产的基础,也是MES运行的基础。如图3所示,车间资源管理主要对车间人员、设备、工装、物料和工时等进行管理,保证生产正常进行,并提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息。

 

2.生产任务管理

 

生产任务管理包括生产任务接收与管理、任务进度展示和任务查询等功能。提供所有项目信息,查询指定项目,并展示项目的全部生产周期及完成情况。提供生产进度展示,以日、周和月等展示本日、本周和本月的任务,并以颜色区分任务所处阶段,对项目任务实施跟踪。

 

3.车间计划与排产管理

 

生产计划是车间生产管理的重点和难点。提高计划员排产效率和生产计划准确性是优化生产流程以及改进生产管理水平的重要手段。

 

车间接收主生产计划,根据当前的生产状况(能力、生产准备和在制任务等),生产准备条件(图纸、工装和材料等),以及项目的优先级别及计划完成时间等要求,合理制订生产加工计划,监督生产进度和执行状态。

 

高级排产工具(APS)结合车间资源实时负荷情况和现有计划执行进度,能力平衡后形成优化的详细排产计划。其充分考虑到每台设备的加工能力,并根据现场实际情况随时调整。在完成自动排产后,进行计划评估与人工调整。在小批量、多品种和多工序的生产环境中,利用高级排产工具可以迅速应对紧急插单的复杂情况。

 

4.生产过程管理

 

生产过程管理实现生产过程的闭环可视化控制,以减少等待时间、库存和过量生产等浪费。生产过程中采用条码、触摸屏和机床数据采集等多种方式实时跟踪计划生产进度。  生产过程管理旨在控制生产,实施并执行生产调度,追踪车间里工作和工件的状态,对于当前没有能力加工的工序可以外协处理。实现工序派工、工序外协和齐套等管理功能,可通过看板实时显示车间现场信息以及任务进展信息等。

 

5.质量过程管理

 

生产制造过程的工序检验与产品质量管理,能够实现对工序检验与产品质量过程追溯,对不合格品以及整改过程进行严格控制。其功能包括:实现生产过程关键要素的全面记录以及完备的质量追溯,准确统计产品的合格率和不合格率,为质量改进提供量化指标。根据产品质量分析结果,对出厂产品进行预防性维护。

 

6.生产监控管理

 

生产监控实现从生产计划进度和设备运转情况等多维度对生产过程进行监控,实现对车间报警信息的管理,包括设备故障、人员缺勤、质量及其他原因的报警信息,及时发现问题、汇报问题并处理问题,从而保证生产过程顺利进行并受控。结合分布式数字控制DNC系统、MDC系统进行设备联网和数据采集。实现设备监控,提高瓶颈设备利用率。

 

7.物料跟踪管理

 

通过条码技术对生产过程中的物流进行管理和追踪。物料在生产过程中,通过条码扫描跟踪物料在线状态,监控物料流转过程,保证物料在车间生产过程中快速高效流转,并可随时查询。

 

8.库存管理

 

库房管理针对车间内的所有库存物资进行管理。车间内物资有自制件、外协件、外购件、刀具、工装和周转原材料等。其功能包括:通过库存管理实现库房存贮物资检索,查询当前库存情况及历史记录;提供库存盘点与库房调拨功能,对于原材料、刀具和工装等库存量不足时,设置告警;提供库房零部件的出入库操作,包括刀具/工装的借入、归还、报修和报废等操作。

 

9.统计分析

 

能够对生产过程中产生的数据进行统计查询,分析后形成报表,为后续工作提供参考数据与决策支持。生产过程中的数据丰富,系统根据需要,定制不同的统计查询功能,包括:产品加工进度查询;车间在制品查询;车间和工位任务查询;产品配套齐套查询;质量统计分析;车间产能(人力和设备)利用率分析;废品率/次品率统计分析等。

 

 

MES构成

 

1.物料工艺状态跟踪

 

企业需要实时了解产品在什么时间,处于什么位置,以及处于什么加工状态,这就需要系统对物料进行有效管理,准确跟踪物料工艺状态。对产品物料实时有效跟踪可使企业生产流程更加规范化,质量管理更加细致和高效,生产计划更精确、更能满足实际需要,库存管理和成本核算更精确。

 

2.排产与生产调度

生产计划制订、车间资源合理配置、生产调度和控制优化是实现敏捷化生产管理与运行的核心。对于离散式制造业,车间一直处于动态变化和不确定的制造环境。实际的车间业务过程较为复杂,与生产环境相关各种因素经常变化,各种不确定性事件经常发生等,使得计划排产更频繁、生产调度更复杂。本文采用计划+调度模式,即计划拉动模式,将车间实际生产分为计划与调度2个阶段,可以优化资源配置,严格生产计划性,限制强制计划任务,平衡库存与生产。

 

3.基于物料清单(BOM)的信息集成

 

MES作为连接企业计划层与控制层的桥梁,在企业众多信息系统中起到信息集线器的作用。因此,MES与企业其他应用系统之间的信息集成具有重要意义。而BOM在企业信息系统中起着核心数据作用,通过研究BOM数据的一致性及各种形式BOM的相互转换方法,可转换实现MES与企业其他应用系统的集成。

 

 

MES与其他数字化系统关系

 

通过MES、ERP系统、PDM/工艺管理(CAPP)系统、数控机床联网(DNC)/机床监控与数据采集(MDC)系统的集成,实现从设计/工艺、管理和制造等多层次数据的充分共享和有效利用。

 

1.ERP系统利用从PDM/CAPP系统中获取的信息制订主生产计划。主生产计划传递给MES,用于车间级排产和车间生产准备。与物料相关的信息需传递给数字化立体仓库,用于指导仓库管理。数字化立体仓库中物料的存储信息以及财务信息反馈给ERP系统,用于指导采购与财务管理。

 

2.MES从ERP系统中获得主生产计划及物料、供应、采购和库存等生产准备相关信息后,进行车间计划排产,并将生产任务下发给DNC系统安排数控加工,将检验任务下发给质量系统用于质量跟踪。同时,MES通过数据采集系统获得生产过程中的任务执行、加工、物料、工时、设备、工装和人员等信息,用于生产过程监控和车间事件处理。

 

3.QMS从CAPP系统中获取物料、结构、工艺、工具和设备等信息,从ERP系统中获取生产计划等信息,获取的质量记录、报告和修正信息等向PDM/CAPP/MES反馈以指导后续的质量管理过程。并利用数字化检测与测量仪对检测信息进行质量监控和分析。

 

4.数据采集和数据分析系统利用DNC系统提供的机床联网自动采集功能和触摸屏、扫描枪等手工采集方式进行车间数据采集,这些数据传递给MES系统用于生产监控,与质量相关的信息则传递给QMS,用于质量跟踪、问题处理及统计分析。

 

 

结束语

 

基于网络与信息化的制造技术是未来先进制造技术发展方向之一。以MES为核心的数字化车间,利用计算机软、硬件及网络环境,实现产品数字化制造,可提高产品制造能力,缩短产品制造周期,降低制造成本,从而提高企业竞争能力.

 

 

 

 

MES知识| MES的核心功能- 高级计划与排程