生产系统学-5-2制造执行系统

生产系统学第五章制造执行系统本章主要内容生产计划调度(PPS)和企业资源计划（ERP）的薄弱环节制造执行系统的功能计划的方法生产控制中心实践和效果未来的生产特点和要求特点：由经典的生产工厂向现代的服务中心转变产品增值不仅体现在产品上，更加体现在生产过程上。竞争的重点从产品的竞争向生产过程的竞争转移。一个企业的内在潜力的关键，更多的是看它的生产过程，而不是生产能力。网络化、动态化和个性化对生产企业的运作产生了深远的影响，要求企业具有更大的柔性（可重组性）。未来的生产趋势和要求生产管理的目标增加透明度加快反应能力提高经济效益生产计划和调度的要求响应时间短详细计划循环的控制周期短透明度不是意味着了解生产历史信息的空白，并获得对未来的建议；而是指快速的可视化的现实，并能够立即采取行动。传统的ERP/MRP系统的弱点计划的需求不确定（加工时间，机床利用率等）计划不够细致，一般是周计划，最细才到每天计划。计划没有同步更新负荷水平对生产干扰、设备故障的反馈没有或迟钝对急单和需求变化以及交货期的改变应对差不考虑实际产能、负荷率不同的区域没有相应的独特的控制算法车间可调度时间范围不足员工的经验在很大程度上仍然被忽略计划和实际的符合程度低，缺少对生产调度的辅助工具支持集中式生产计划和调度库存制造装配传统的ERP/MRP系统的弱点计划和调度周期要求越短，ERP/MRP对其帮助越少！生产调度的发展计划表1970198019821989手动调度台图形化计划调度制造过程生产指挥系统车间调度制造执行系统2000制造执行系统的集成企业资源计划（ERP）生产计划调度（PPS）制造执行系统（MES）工艺过程等级（Prozessebene）制造执行系统（MES）：制造执行系统补足了传统的企业资源计划（ERP）和制造过程之间的缺口。包含了生产计划和调度需要的所有功能，是以工艺过程为导向量身定做的。制造执行系统（MES）的核心是一个APS-控制台APS：高级计划系统（AdvancedPlanningSystem）生产数据采集（BDE）计划调度：计划调度是详细计划、任务控制、生产的执行和监控的一个工具。它完成从PPS获得的粗略计划数据的进一步处理。其规划的范围从一个班制到几天之间。制造执行系统的集成什么是MES？MES的全称是“制造执行系统”，指的“位于上层的企业资源计划（ERP）与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”。订单的商业处理过程是在ERP进行，而产品的生产过程是在车间层进行的。MES是两者之间联系的桥梁并实现对生产的控制。为什么我们需要MES，它给企业带来哪些优势？企业必须对不同客户的各种需求做出不同的反应，具备生产的深度和广度，对目标能够灵活掌控。如今，订单守时是最重要的。未来的机床的负载率将变得更为重要。为了实现这些不同和变化的目标。就需要MES系统的支持！人们对MES的理解？样本容量n=220（可多选）210271311166284534812805101520253035404550其它继承者/ERP的替代/pps监控系统刀具管理系统质量管理系统订单管理系统物料管理系统人力资源管理系统机床监控系统/生产数据采集详细计划主要产品项目规划跨国公司的价值链中央管理信息系统0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%维护成本单位成本库存成本库存范围高的资金流通故障的反应速度灵活性员工负荷机器负荷准时通过时间非常强烈很强烈一般很少几乎没有使用MES后，企业有哪方面的改善？样本容量n=1460%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%性能测定员工时间跟追踪账单，需求和采购量的确定生产控制和成本计算绩效分析数量-计件机器状态的监控过程干扰评估工艺指标的制定物料需求的检测非常重要重要一般重要完全没必要控制相关功能的评估MES的模块生产计划(ERP/PPS)制造执行系统(MES)制造模块刀具-资源管理计划调度床数据采集工况数据采集质量模块人员模块材料和生产物流MES的模块生产计划(ERP/PPS)制造执行系统(MES)制造模块货物签收过程数据处理测试设备管理统计过程控制质量模块人员模块投诉管理MES的模块生产计划(ERP/PPS)制造执行系统(MES)制造模块权限控制人力资源规划薪酬激励考勤质量模块人员模块从PSI公司的角度来看MES的分类PPS系统SAPR/3PSIPENTABaaNBrain…质量管理体系（QMS）供应链管理系统（SCM）CAD基础数据管理和加工任务排程加工任务网的正向排程和逆向排程PSI制造执行系统（MES）项目管理工序，资源和交货期的粗计划人员调配计划部门和员工的生产能力计划计划调度控制台根据实时负荷计算各工位的详细计划，各种资源的详细计划；计划的执行和监控车间1车间n工况数据采集/机床数据采集采集所有加工中重要的事件，订单进度或者成本核算都是必要的人员时间管理/访问权限控制采集和管理员工的出勤时间，包含处理所有和工资有关的重要数据。图形化的计划和调度Vorbereitung：生产准备Fertigung1：工序1Fertigung2：工序2Fertigung3：工序3Kontrolle：检验Montage：装配加工任务视图负荷柱状图计划调度控制台的功能基本功能：数据管理加工任务和工序的分配计划措施（分批、并行加工...）工艺过程进度反馈（开始、部分完成，装夹完毕...）数据实时持续更新更新整体计划划和调度仿真（创建方案，替代方案...）实际数据的评价与PPS，PDA等外部系统的通信多用户能力互联（一个通信服务器可以连接多达32个调度控制站）时间管理（有停机和加班功能的日历和班制计划）密码系统和用户分级管理（权限访问）计划调度控制台的计划功能计划的方式：人机对话式的计划（手动）拖放式的计划自动计划可以在计划调度控制台上对任务和工序进行：纳入计划更改计划移出计划在计划调度控制台上实现更多的计划操作：联网协作分配调度对瓶颈工位的调度任务排程任务或是工序的锁定和取消锁定任务的暂停和继续工序的分批和取消分批工序的并行作业工序的加工设备变更任务的投放和回收ERP/PPS和MES之间的任务分工大批量100%中批量小批量单件=ERP/PPS10%功能性=MES计划和调度粗略计划分配和排程长期计划反馈变更调度细致计划和调度细致计划和调度零件数量计划调度控制台的分级功能区组织规模工艺参数的监测，在生产过程中可直接修改加工任务监控和短期调度。（调节回路）短期和中期计划生产网络工厂车间专用设备专门的组织单元整体协调生产中各车间的控制台批量生产中协调各个产地的控制台控制台或控制室的可视化操作。独立制造岛的控制台短期生产调度和装配的控制台涡轮发动机柔性制造系统的控制台MES在车间调度室的功能显示所有加工任务及机床的当前状况，以便快速掌握生产状态简单的计划工具，用于加工顺序的排序和加工任务的重新计划员工的假期和缺工计划作为人力资源规划的一部分员工考勤的实时概况加工任务及个人的班制安排记录机床和加工设备的停工待料分析当前完工零件的质量概况MES在车间调度室的功能生产准备和生产调度：协调各加工任务的生产进度控制材料的准备和设备的加工前调整基于图形化计划表的复杂详细计划工具加工任务统计和项目统计（与之前的任务比较）机床、刀具、人员和材料的可用性监测。影响功能的主要因素生产类型加工任务结构自主等级自动化程度数量结构•车间生产•大量生产和流水线式生产•单件生产•零件制造•装配•制造深度•任务分配的时间跨度•授权范围•柔性制造系统•普通机床•工位数•辅助工具•加工任务•工序•加工时间制造执行系统制造岛的信息流分布式计划层制造岛机床基础数据人员基础数据班制作息时间休息时间故障停机时间工夹量具数据任务进度故障员工工作分配表生产指令中央计划层ERP/PPS系统CAD/CAP系统•任务数据•工艺规程•交货期•变更数据•...•数据更改•任务进度•设备负荷•故障•预定占用•...•图纸•物料清单•检测计划•数控程序•...MES中央计划层：粗略计划AG1AG3AG2自主生产区M100M200M300M400SSTSSTSSTFSTFSTFSTFGSTTLTTSE天时间最早开工时间最迟完工时间任务分配的自由跨度排程计算方式中间固定排程（瓶颈工序）正向排程逆向排程在控制台上通过仿真支持进行任务分配任务分配决策评价仿真模块实时工况额定值与实际值比较调节参数诊断/合理性„What-if?“中心预先设定的参数计划方法将一道工序排入某个工位-分批-并行加工-移出-更改-...将一道工序排入最适合的工位使其尽早完工采用优化算法进行所有工序的计划-FIFO-KOZ-LOZ-调整时间最短-...采用专家系统进行计划须运用基于知识库的实际知识计划方法作业排序和机床占用分配的优化人工半自动化自动化智能化在工艺过程中的复杂度对于n个任务和m台机床的复杂度:例如：3个任务-6个排序方案在一台机床前任务的排序方案:n!种1:A,B,C2:A,C,B3:B,A,C4:B,C,A5:C,A,B6:C,B,A多工序加工中的方案数量:(单工序任务排序方案)mmn!复杂度在车间加工中工艺设计过程例如：3个任务（A,B,C)通过3台不同的机床（M1，M2，M3)AM1M2M3BM3M2M1CM3M1M2工艺任务M1M2M3123456AAABBBCCCM1M2M3123456AAABCBCCB2.选择:A,C,B1.选择:A,B,C50%负荷率60%负荷率任务投放的顺序加工任务切断工序工时（小时）车削工序工时（小时）采用FIFO规则总通过时间(小时）采用KOZ规则总通过时间（小时）平均通过时间FIFO（小时）平均通过时间KOZ（小时）Müller106Schmidt47Keller7943393120,3Meier22Schulte114Dirkes15简化的例子：分别有2道工序的6个加工任务不进行排序优化(FIFO)加工时间等待时间任务的通过时间Müller16Std.Schmidt23Std.Keller32Std.Meier34Std.Schulte38Std.Dirkes43Std.186Std.:6=31Std.DirkesSchulteMeierKellerSchmidtMüllerDrehenDirkesSchulteMeierKellerSchmidtMüllerSägen订单时间（时）0510152025303540455043最短加工时间（KOZ）排序规则DirkesSchulteMeierKellerSchmidtMüllerDrehenDirkesSchulteMeierKellerSchmidtMüllerSägen订单时间（时）0510152025303540455039订单的通过时间Müller30Std.Schmidt15Std.Keller24Std.Meier8Std.Schulte39Std.Dirkes6Std.122Std.:6=20,3Std.加工时间等待时间分布式计划调度控制台间的协调控制台控制台控制台PPS系统通过PPS系统满足长期的任务协调通过控制台与控制台之间的横向交流实现短期协调控制台控制台控制台PPS系统依靠PPS系统实现跨区域协调已商品化的制造执行系统资源视图零部件视图在制品视图策略优化警报监控详细计划图:计划状态和资源计划展示在甘特图上可以按照一定的规则和限定手工更改任务或工序计划可以根据详细计划优化器计算出的优化排序安排加工任务计划表的精密计划计划人员制定生产计划表的工具警报监控流水线分类叠加树形导航分组方法：按位置按计划者按资源按目标按来源计划功能:启发式算法遗传算法灵活选择详细程度定期的产品图表定期的资源视图每个产品的加工任务视图每个资源的加工任务视图图形化的计划调度表(甘特图)叠加图警报监控树