基于并行制造執(zhí)行系統(tǒng)的工具管理

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1、基于并行制造執(zhí)行系統(tǒng)的工具管理

2、第11、前言制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem——MES）的概念最早形成于80年代末，進(jìn)入90年代逐步成型并獲得迅速發(fā)展。美國(guó)先進(jìn)制造機(jī)構(gòu)AMR將MES定義為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物資、客戶需求等）的當(dāng)前狀態(tài)。AMR通過大量的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：完善的企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，普遍由以下三種軟件構(gòu)成：以ERP、MRPII為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA（數(shù)據(jù)

3、采集與監(jiān)視）、HMI(HumanMachineInterface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件，以及實(shí)現(xiàn)操作過程自動(dòng)化、支持企業(yè)全面集成的MES軟件。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型（如圖1所示）。清楚的描述了MES在企業(yè)系統(tǒng)中的位置。由圖1中可以看出，MES在計(jì)劃管理層和底層控制之間架起了一座橋梁，填補(bǔ)了兩者的空隙。它一方面可以對(duì)來自ERP/MRPII軟件的生產(chǎn)管理信息細(xì)化、分解，將操作指令傳遞給底層控制；另一方面，MES可以實(shí)時(shí)監(jiān)控底層設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，采集儀表、設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、計(jì)算與處理，

4、觸發(fā)新的事件，從而方便、可靠的將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起。一個(gè)企業(yè)的制造車間，是物流與信息流的交匯點(diǎn)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最終就是在這里被物化出來。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完善，車間在制造企業(yè)中逐步向分廠制過渡，導(dǎo)致其角色也由傳統(tǒng)的企業(yè)成本中心向利潤(rùn)中心轉(zhuǎn)化，更強(qiáng)化了車間的作用。因此，位于車間起著執(zhí)行功能的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES具有十分重要的作用,它起到了信息集線器（InformationHub）的作用，相當(dāng)于一個(gè)通訊工具為其它應(yīng)用系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。車間的實(shí)時(shí)信息的掌握與反饋是制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)上層計(jì)劃系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證，車間的生產(chǎn)

5、管理是制造執(zhí)行系統(tǒng)的根本任務(wù)，而對(duì)底層控制的支持則是制造執(zhí)行系統(tǒng)的特色。并行制造執(zhí)行系統(tǒng)（ConcurrentManufacturingExecutionSystem——CMES）是在制造執(zhí)行系統(tǒng)中加入并行工程的思想，故稱為“并行制造執(zhí)行系統(tǒng)”。本文以某制造企業(yè)車間的生產(chǎn)管理為背景，對(duì)并行制造執(zhí)行系統(tǒng)及其中的工具管理方面做了一些研究和開發(fā)。該車間CMES的開發(fā)，是把并行工程的思想運(yùn)用于車間管理，通過進(jìn)一步的子任務(wù)劃分和估算及信息預(yù)發(fā)布等方法，小串行、大并行的進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、物料、工具等資源的準(zhǔn)備及生產(chǎn)，從而大大縮短生產(chǎn)

6、準(zhǔn)備時(shí)間，降低產(chǎn)品成本。因此，首先要對(duì)車間原有的工作流程進(jìn)行重構(gòu)，使其符合并行化的工作模式。下面我們先來看一下車間原有的工作流程。2、車間原有的工作流程車間原有的工作流程如圖2所示。生產(chǎn)科接到產(chǎn)品需求信息以后，計(jì)劃部門編制生產(chǎn)計(jì)劃，技術(shù)部門進(jìn)行工藝準(zhǔn)備。工藝文件制定完畢后，進(jìn)行物料、工具的準(zhǔn)備，一切就緒后，車間按照計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)。由此可見，原有的車間管理流程純粹是一種串行的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)過程完全按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造的先后順序進(jìn)行。不同的系統(tǒng)之間缺乏有效的聯(lián)系。這使得原有的車間流程存在以下問題：⑴在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，

7、由于不可能知道某一零件的實(shí)際投產(chǎn)時(shí)間，當(dāng)然也就不可能根據(jù)實(shí)時(shí)的車間資源狀況進(jìn)行合理的工藝設(shè)備選擇。此種情況下，一般的做法都是假設(shè)車間的資源是可用的、空閑的，這僅僅出于工藝本身的考慮而選擇了最佳的設(shè)備，從而形成了工藝設(shè)計(jì)結(jié)果。但是在實(shí)際的車間生產(chǎn)過程中，常常會(huì)由于資源的種種限制和約束，使得設(shè)計(jì)好的工藝不能執(zhí)行，或者不能達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。⑵工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化與車間作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化分前后獨(dú)立進(jìn)行，缺乏協(xié)調(diào)，優(yōu)化目標(biāo)有可能發(fā)生沖突，使得最終二者都無法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。⑶對(duì)由于車間突發(fā)事件，諸如機(jī)床故障、工具失效、任務(wù)變更等導(dǎo)致的作業(yè)計(jì)劃、工藝變更

8、，不能做出快速的有效反應(yīng)，使生產(chǎn)長(zhǎng)時(shí)間中斷。⑷二者之間存在很大的時(shí)間差，即使工藝考慮了車間的狀況。由于生產(chǎn)環(huán)境的動(dòng)態(tài)特性，也會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)開始時(shí)由于資源約束發(fā)生變化而導(dǎo)致工藝失效。正是由于存在上述問題，在實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)面對(duì)這樣的局面：設(shè)計(jì)好的工藝無法實(shí)施，必須根據(jù)車間的實(shí)際情況進(jìn)行修改；車間生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)某些瓶頸資源，但同時(shí)另外一些資源則負(fù)荷不足，必須調(diào)整作業(yè)計(jì)劃或者修改工藝；對(duì)于一些意外的車間故障，不能做出快速有效的反應(yīng)，車間生產(chǎn)長(zhǎng)時(shí)間中斷。這些情況極大地影響了生產(chǎn)進(jìn)度，造成了生產(chǎn)管理的混亂、無序。要克服以上這種

9、情況，采用并行化的車間環(huán)境是最好的選擇。這樣可以使得產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段，就能全面考慮制造過程下游的可制造性、可裝配性，以及質(zhì)量保證等多種因素，減少反復(fù)更改設(shè)計(jì)的工作量。