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MES系统制造企业的应用方案
- 【导读】
- 早期的制造企业的信息系统是由诸多独立的子系统整合而成，这些用于事务处理的子程序系统和用于实时操作的工厂子程序系统，集成难度高、相容性低。随着科技水平的发展，MES系统
早期的制造企业的信息系统是由诸多独立的子系统整合而成，这些用于事务处理的子程序系统和用于实时操作的工厂子程序系统，集成难度高、相容性低。随着科技水平的发展，MES系统在制造企业中的优势也得到了诸多企业管理者的重视，而制造行业作为我国工业的基础在经济建设中的权重也是显而易见的。本文介绍MES系统在制造企业的应用，阐述其系统的框架、数据采集、网络架构、主要功能的实现等几个方面。
概述
MES在制造企业生产中的应用主要起到三个层面的作用：
（1）将制造企业的生产任务计划的数据任务逐级下发到生产车间的具体执行机构；
（2）采集企业正常生产过程中大量的实时数据并将现场的信息处理上传并存贮；
（3）对生产过程中的数据和指标进行分析、分类和统计，并完成企业管理层的数据管理。在制造企业MES实施的有效实施可以减少约40%的数据手工录入的时间、降低约12%的库存量、提高约25%的员工工作绩效、提高约18%的产品产量和质量等优势。
1 MES总体框架
MES系统自用户功能汇总层向生产数据采集层一般为五个层面：用户功能汇总层、功能分析子系统层、功能应用子系统层、生产数据管控层和生产数据采集层。
（1）用户功能汇总层：采用分层次的授权管理方式、通过各个子系统的汇总使制造企业使用者和管理者都在企业的管理平台上享用所需的信息资源。
（2）功能分析子系统层：以数据信息为依据为制造企业的各个层次提供所有可靠数据信息，为企业的主要决策层人员提供可靠信息资源。
（3）功能应用子系统层：基于SOA模式，由MES的标准应用子功能块执行具体的任务功能。
（4）生产数据管控层：由生产数据管控软件、建模软件组成。
（5）生产数据采集层：由实时分析数据库软件、数据服务器存储硬件和数据传输介质组成。该层的主要任务是收集生产中和管理者下发的各种数据流，进行整理汇总和分析。
（6）生产综合自动化层：通过目前流行了DCS系统、智能仪表采集现场各种生产参数，并执行由MES系统下发的生产指令。
2 数据采集
2.1 控制系统数据采集
制造企业的现场级自动化控制系统所采用的DCS系统及其配套的远程站的输入、输出模块及通讯元件，使用工业级监控软件作为人机交互监控软件。AS控制站、Engineer站和Server站相互之间进行通讯物理连接形成Industrial Ethernet控制网（工业以网），通讯介质采用光纤和网络交换机等设备。AS控制站安装在DCS控制柜内是生产控制系统的主要信号输入输出的处理单元，其下级连接的专用输入、输出模块可以完成整个制造过程控制的数据采集和现场设备的动作控制。
DCS系统的Operator站或Server站安装数据通讯接口专用软件OPC_Server Date作为现场数据传输站，现场数据传输站单独安装以网卡并设置成独立的IP和网关，通过RJ45专用以网数据线将现场数据传输站连接到数据采集网关机，最后数据采集网关机会将采集到的数据送到实时数据库中。
2.2 数据矫正
MES的采集系统是将一级执行单元的集散控制系统（DCS系统）、智能电力设备仪器等能采集制造企业的各种生产参数通过通用数据通讯协议（如OPC通用协议）或者选用专用数据硬件采集器采用网关工控机的形式进行信息的接收和上传，并采用单向传递技术给发送至实时数据服务器。实时数据通过网关工控机接口以UDP压缩数据的方式传输到上级的网络控制层的服务器。
3 网络架构
对于完整的MES系统在制造企业的管理系统中应该启到连接上下系统层设备的作用，MES系统位于生产执行层包括实时数据库服务器、设备管理服务器和管理站、客户端，上面连接企业资源计划层的ERP应用服务器、关系数据服务器和客户端工控机，下面连接网关工控机站、Engineer站、Operator站、历史工控机站等，对于现场控制层又包括DCS系统和检测仪表、电气设备等现场设备，整个系统的网络架构如下图1所示。
图1 系统的网络架构
（1）网关机：负责从一级基础自动化的DCS系统中收集现场生产参数，并上传到上一层次的相关服务器之内。
（2）数据库服务器：负责存储由一级基础自动化传递过来的种种的生产参数用于数据存储，并对数据进行初步批量处理，负责保存配置数据和MES系统的历史数据。
（3）应用服务器：为各个软件子功能提供硬件和软件的支持。
（4）WEB服务器：为网络用户提供服务的节点负责进行各种功能模块以及MES与ERP、客户接口服务的运行，它是实现资源共享的重要组成部分把系统的结果进行发布，通过WEB服务器，客户端通过浏览器的方式进行对MES系统进行访问。
（5）DCS系统：采用的输入、输出模块及通讯元件作为系统硬件，Operator站站、现场控制站、Engineer站和Server主站相互之间进行通讯物理连接形成快速工业网络，远程通讯设备采用多膜光纤和工业级网络交换机等设备，完成现场数据的采集和执行机构的动作。
4 MES主要功能
4.1 实时流程图监测管理
对MES功能模块进行发布，供客户端通过IE浏览器进行访问。并可以通过外部网络固定地址网络IP及硬件路由器等设备实现互联网访问。通过权限设置，让不同的人员访问不同的内容，以实现分级管理。实时流程图在网络发布后，各分厂和公司领导、相关部门都可能通过IE浏览器，看到相关信息，各种权限根据公司具体的管理进行设定。
4.2 数据趋势管理
相对于现场级的由仪表采集数据的实时趋势曲线和历史数据，MES系统更注重现场仪表数据的汇总和分析，MES系统会自动分析某个生产参数通过对比一段时间的某一个或相关某几个数据变化，分析出该部位工艺生产可以出现的问题对企业管理者的决策提供数据支持。利用MES系统的历史趋势功能，企业管理人员可以选择任意历史时间段，采集周期，进行查看历史趋势，并可以设置定时指印数据报表。
4.3 生产统计管理
MES系统会收集各类生产过程数据，提供基于报表的对于原料、中间产品、最终产成品、用料消耗、生产装置与设备运行、重要过程参数等项目生产数据进行汇总、分类整理、查询筛选功能，对管理管理者制定的最初的生产计划进行跟踪和生产进度的总体比对，向企业的管理者反应生产运行真实情况，使管理人员及时全面地了解制造企业的生产运营情况，为考核提供依据。
4.4 安环管理
MES系统通过建立自身的电能计量台账，并对企业总体风水电气的使用和消耗进行统计，对网络使用成本进行核算，整体监控企业生产过程和日常经营过程中的能源使用情况，对计量仪表参数进行统计和分析，以周、月、年为周期进行统计并优化能源使用。MES系统可以实现生产数据报警在企业的管理中心和相关企业高层人员的企业工控机中显示，并启用企业制定好应急预案转化成指令的形式传递到现场各个设备得以实施，现场生产管理者采取适当的应急方法，保护企业的生产机械设施和生产现场职工人身的安全。当现场出现任何安环突发情况时，系统通过现场声音报警，同时结合视频监控摄像头信息，并通过调度平台系统通知企业内部的相关人员，采取对应的应急预案对事故进行快速处理。
4.5 生产设备绩效管理
设备操作功能可以帮助提高设备操作与运行的效率和正确性，从而提升设备的对生产执行的相应速度，通过MES生产绩效管理系统对于设备与生产线操作执行的一致性把控，提高设备开机的可重复性，以让管理人员能够通过MES设备绩效管理模块，提高对设备异常、产品召回等非预期的生产事件的响应能力，保证设备正常运转。
4.6 产品跟踪管理
MES系统随时提供加工产品的当前加工位置信息和当前状态。其加工产品状态信息有：加工人员的信息；原材料的使用批号、当前生产情况等有关原料和产品的各种信息，使得加工产品的从加工到检测再到最后的使用都可以追溯。
5 结束语
MES技术以成为我国智能制造行业中不可缺少的核心技术，实践证明，MES系统可以帮助制造企业生产车间提高工厂操作的一致性、敏捷性与正确性，对于精益化生产的实现有重大的意义。
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