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浅析ISA-95和MES系统 |
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1 MES系统简介
按照国际MES协会所给出的定义，MES提供从接受订货到制成最终产品伞过程的生产活动实现优化的信息。它采用当前的和精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程。MES改善运行设备的回报，以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。MES通过双向通信，提供整个企业的生产活动以及供应链中以任务作为关键因素的(mission critical)信息。其关键训是精确的实时数据，这是以业务为基础的(transaction-based)ERP和MRP-Ⅱ系统未曾加以考虑的。美国AMR研究公司对MES也有自己的定义：MES是一个常驻工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划系统与主生产过程的直接工业控制系统之间。它以当前视角向操作人员／管理人员提供生产过程的全部资源(人员、设备、材料、工具和客户要求)的数据和信息。
其着重点是将信息技术运用于改善制造过程。在AMR的MES集成企业模型中分为3层：承担企业全面管理，包括会计／财务系统的管理决策层ERP；承担工厂级协调／跟踪跋现并监控趋势的执行层MES；承担工厂生产控制的控制层。美固的国家标准研究所(NIST)有关MES定义的表述是：为使从接受订货到制成最终产品全过程的管理活动得以优化，采集硬件软件的各种数据和状态信息。
由上可知，关于MES的定义存在一些不同的表述，但是，以下几点共识还是普遍被接受的：
(1)MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。
(2)MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在于优化管理活动。它强调是当前视角，即精确的实时数据。
我们所说的MES是一套对制造执行进行实时的监视、控制、跟踪并支持的系统，是支持改善运营结果的最佳支持系统。其中最关键的是实时性，如何提供一个综合的过程控制，来优化工厂、传递信息、采集实时的数据并对其进行管理和报告，在整个制造系统中将每一个活动都定义为分钟。
2 MES系统的层级
一个从产品数据管理系统和制造工艺数据系统开始的制造系统层级关系，产品数据管理系统和制造工艺数据系统足储存包括产品和制造过程所有数据的系统。企业资源管理系统是用来管理日常的生产计划和运行。制造执行系统，对制造过程中每分钟的活动进行控制和支持。
制造执行系统组成：监督控制和数据采集系统，提供流程自动化和控制，例如由PLC组成的控制器，PLC-可编程逻辑控制器，DCS系统一数字控制系统一嵌入式微处理器控制器，NC-数控控制器，PC-个人电脑，这些设备嵌入到车间设备中，可以作为作业任务中的传感器。
左侧的栏表示由低级向高级，是硬件到软件的控制；右侧的栏，则是表示时间，由上至下是从星期到天再到每分每秒的变化。
3 MES能带来很强的业务驱动成果
(1)提高质量：产品质量、保证制造工艺。
(2)提高生产率：消除返工、改进决策支持系统。
(3)提高相应时间：可以最佳的达到精确到每分的关键绩效的指标、缩短产品至市场的时间、提供客户支持。
(4)降低运营成本：有效的利用新科技成果。
4 ISA-95
许多国际组织都对MES的功能给出了明确的定义，并且，还相继开发了相应模型，用于描述和标准化这类软件系统。但是，这些MES模型给出的定义都不够全面，对生产实体的大部分选件和系统并没有做出明确的阐述。在MESA(制造企业解决方案协会)给出的模型中，ISA-95标准定义了MES系统集成时所用的术语和模型。该标准是由ISA(仪器、系统和自动化协会)和ANSI(美国国家标准协会)共同发起制定的。为了能研发出高效的MES系统，必须恰当的定义软件功能，物理模型、业务流程和生产流程。从这个角度考虑，ISA-95标准是把简单的生产活动通过模型运用到了主要的制造区域中。最终的模型要比MESA定义的模型更加宽泛。无论是终端客户在需求说明中使用，还是供应商在系统描述中使用，该模型都是规规范和具体。
ISA-95标准的目标是减小风险、降低成本、减少在实施企业系统和制造作业系统时出现的错误、并且还简化操作、易与集成。根据ISA-95标准，制造作业管理活动包括对生产、维修、质量、库存4大部分的管理。ISA-95规范要求旨在鼓励使用通用的术语和模型，也就是鼓励软件供应商存提供给客户的产品和参考框架中均实现标准化。事实上，大多数的制造商都拥有多种生产管理应用程序。这些程序是由不同的供应商提供的。这就使得集成工作变得更加复杂，并且提高了实施和维护工作的成本。特别是对于通用模型，需要有共同的术语和共通的理解来支持它。ISA-95标准的出台，定义了企业的功能视图，彻底改善了上述情况的发生。
ANSI的ISA-95模型功能：生产控制、维护控制、质量控制、库存控制。
ANSI的ISA-95模型活动：定义管理、详细计划、资源管理、调度、执行、追踪、数据采集、分析。
ISA-95对我们系统什么是MES描述十分重要，因为我们需要做一个标准化的形式，利用ISA-95的模型中的功能和活动，可以指导记录当前工厂中的状态已经根据业务的需求定义出未来潜在的需求。
图1 ISA-95层级
Level 3的MES实施包括：工作指导、生产顺序、产品的投产和跟踪、子装配的先后顺序、产品生产完成、发运和配置状态。
Level 1、2的MES实施包括：
(1)决策支持系统：挑选灯、智能垃圾桶、视觉系统、用户界面解决方案、跟踪系统；
(2)控制系统：防错应用、内置连锁、产品的投产和跟踪；
(3)子装配的先后顺序；
(4)产品生产完成；
(5)发运和配置状态。
ISA-95标准基于四层制造企业层次结构。最初的重点是最上面两层，即业务规划和物流层(第4层)和制造操作和控制层(第3层)，其中第1、2、0部分侧重在第3层与第4层的接口，第3、4部分集中在制造运营。
遵循ISA-95标准，用户可以具体定义整个制造流程。该标准特别地给出了产品的定义，描述了如何制造产品；定义了生产能力，详细阐述了什么可用于生产；定义了生产计划，明确了生产什么和使用什么。此外，还定义了生产绩效，以便掌握生产出了什么和使用了什么等相关信息。这里，对生产活动的定义不仅仅是为了说明系统、软件或人员的组织结构，更是为了使用该模型以帮助识别可能执行的生产活动与和生产活动相关的角色。现在业界的MES解决方案的应用架构从设计到应用模块上均参照ISA-95标准的要求。这种使用相同模型的构建方式可以使得不同企业制作的MES解决方案之间更容易。(end)
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(11/17/2011) |
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