MES在各行业中的需求与解决方案（二）

2015-12-08华镕

自动化博览 2015年2期

MES在各行业中的需求与解决方案（二）

罗克韦尔自动化（中国）有限公司华镕

1 按照IEC62264标准的流程模型分类

如图1所示，制造运营管理构成了MES功能的核心，其本身由生产运营管理、维护运营管理、质量运营管理和库存运营管理所组成。它们搭建了企业资源计划（ERP）功能与在第1级和第2级实现功能之间的桥梁。所有这些核心功都能由不同的单个元素构成，提供或处理信息。

图1 制造运营管理模型，引用IEC62264-3中的图1，MES的相关区域用灰色椭圆显示

这些运营信息可以分成以下几类：

· 定义信息—执行运营和所需资源的规范；

· 能力信息—资源属性；

· 调度/请求信息—调度和执行；

· 性能/响应信息—绩效和结果的反馈。

制造运营管理的不同领域遵循通用活动模型（如图2所示），它描述了各个元素之间的相互作用。活动本身包括特定的任务，这些任务可根据需要执行的功能而有所不同。

各种活动通过信息流链接在一起。根据各自的功能，活动之间需要交换特定的信息。该活动和信息交换通过MES软件产品实现，这些产品的功能都是行业或产品特定的。

1.1 资源管理

资源管理可能包括相关分布式资源的信息管理，这是制造运营管理（MOM）各个功能所需要的。该信息包括了资源的容量和分配，以及当前和未来的可用性。

因此，生产资源管理专注于生产所需的资源，诸如机械、工具、人员和技术、材料和能源以及整个生产步骤。

质量测试资源管理规定了人员要求（包括专业知识，证书和授权）、材料和进行质量测试需要的设备。

为了维护工单和工作，维护资源管理包括了关于需求资源的信息：标准和专用工具、内部和外部人员（有相应的专业知识和资格）、维护文件以及执行维护工作所需的备件和消耗品。资源的状态包括了设备的健康状况、功能、可用性、预计利用、位置和可访问性。此外，必须考虑到维护工作是否能在运营期间进行或者设备必须停机。

库存资源管理涉及到相关的资源：材料库存和材料搬运、人员（包括专业知识、证书和授权）、耗材和能源，库存水平和能力也在考虑之列。

图2 通用活动模型

1.2 定义管理

定义管理包括对制造运营管理不同功能的特性、过程指令、法规和需求的定义及管理。

生产定义管理包括关于产品、他们的功能和他们的制造流程（制造规则、配方、标准运营规程（SOP）、标准运营条件（SOC），运输和装配顺序）信息（可能分布）的定义和管理。

质量检测定义管理涵盖了人员资格、质量测试规程、执行这些规程的作业指导书的定义和管理。这也包括测试方法、测试频率（采样方案）和材料与资源的公差信息。此外，测试规范版本和日期的管理也应包括在内。

需要执行维护工作的信息和说明应在维护定义管理中定义和管理。

库存定义管理的活动包括：指定和管理储存、材料运输说明（包括库存水平、运输说明和仓库相关的参数）。

1.3 详细调度

详细调度包括：时间相关的需求、本地资源优化利用、制造运营管理各个功能的相关创建活动。该活动通常基于现有的计划。

详细调度针对企业的生产设备，如为机械和设备建立详细和优化的调度。该调度表包括诸如批量大小和设置时间，以及资源可用性和利用率。资源可用性可能需要定义多张调度表。

详细质量测试调度专注于质量测试的规划，可在生产流程之内或之外进行。除其他事项外，还应包括测试系统和人员的有效性，以及测试准备和测试评估的计划表。

详细维护调度包括维护要求的检查和优先级，并把与时间相关集成的维护活动融入到生产流程中。

生产调度方面，如果要变更产品和计划停机，必须考虑是否可行。

详细库存调度管理要收集关于库存水平和材料搬运的信息，这也包括运输过程资源规划和最优化。

1.4 分派

分派包括了制造运营管理中的管理和协调活动。分派的基础是在组件之间把各个资源的调度作为详细调度的一部分。

生产分派通过分配设备和人员控制生产的流动。例如，这包括在批处理控制系统中的批次调度和发布工单。

质量测试分派包括根据测试计划对质量控制设施发布测试工单。这也可以包括样品的提交。

维护分派专注于对维护相关的资源发布维护工单，同时考虑内部和外部人员能力的可用性。

库存分派包括根据定义和调度发布工单检查库存水平。

1.5 执行管理

执行管理的目的是基于调度、工单和遵从标准生产流程的管理与优化。

生产执行管理是指正在实际生产处理和执行的活动，如根据产品定义和制造说明选择和启动生产步骤。它也对一个生产步骤到下一个生产步骤的传输进行管理。并在这个点收集关于使用材料和处理时间的信息。因此，工单的状态和目前的进展成为可用信息。基于此信息，在局部可以优化生产步骤。

质量测试执行管理集中于执行质量测试，并监视使用的资源（设备、材料、人员）以及是否符合质量标准、产品特性与公差。

维护执行管理控制和监视维护工单的执行。这包括检查是否符合服务和维修说明、法规和质量标准以及状态和结果是否正确归档。在分派中，应监视并使用设备、备件、工具和人员相关证书。不可预测的事件应转发到详细调度。

库存执行管理包括存货相关的任务。包括检查正在使用的储存、运输和人力资源是否正确，检查储存、运输和状态报告是否符合质量标准和法规，存储监测和会计也是库存执行管理的一部分。

1.6 数据收集

图3 功能级，引用IEC62264-3中的图2

数据收集包括制造运营管理中特定流程的购买、（预）处理和管理数据。在大多数情况下，该数据来源于功能层（图3）第1级和第2级。该数据也可以由用户进行的输入和行动来生成。数据收集可以是周期的或由事件驱动的，数据的表示可以是直接测量值（用工程单位）或间接值（导出值或积分值）。为了正确评估数据，通常需要收集数据的相关内容，例如时间戳。

生产数据收集涉及到相关生产运营及其各个步骤的数据。这包括传感器的值和状态信息，以及通过执行生产相关的交易和来自模型评估获得的结果。

质量测试数据收集包含了实际测试数据、关于测试执行的数据、测试中用户输入的数据、中间数据和在测试报告中的数据。

维护数据收集的人员专注于在执行维护工单时创建的数据。这包括服务或维修运行设备的当前状态，反馈的时间和由内部和外部资源产生的成本，以及估计工作量与实际工作量之间的比较。收集的信息将集成到设备特定的维护历史记录中。

库存数据收集聚焦在库存有关活动和处理材料数据的采集和评估。产品跟踪数据，如库存水平、存储状态、使用设备，还包括仓库和运输操作员。库存数据采集也用于其他的功能区域，如质量跟踪（样品管理、参考材料管理）和维护跟踪（备件储备）。合规管理部门可能需要这种类型的数据，他们必须集成到生产数据中。

1.7 跟踪

跟踪包括了反馈的生成和响应，从制造运营管理到第4级相关功能的特定流程。

生产跟踪包括了用于生产相关可利用资源信息的总结和评估，如人员和生产设备、消费和生产的材料、成本和性能分析结果。生产跟踪也把信息传送给详细生产调度，使调度可以根据当前条件进行更新。

质量检测跟踪把质量信息反馈到第3级和第4级的相关功能。把测试结果编译成测试报告并管理相关的测试设备利用信息。该测试报告可以按需要或时间由事件驱动创建，例如在一个生产步骤或批次结束时。这样的测试报告可在不同的时间和不同的单元来创建。

维护跟踪着重于维护期间的资源利用和维护结果的相对效用，包括关于服务运营设备和辅助设备在工单执行时的状态和可用性数据集的生成和更新。这些信息可以用于遵从法规的证明。

库存跟踪包括仓库活动（例如，运输开始和完成）、库存利用率、储量大小和当前存储位置的报告。这包括库存材料的运输和管理相关数据集的生成和更新。其收集的信息也可以用于质量测试目的和遵从法规的证明。

1.8 分析

分析包括了对商业系统数据（性能相关）相关的评估和报告活动。

生产性能分析集中于有关生产（设备、单元）周期时间、生产设备利用率、负载和设备性能、规程有效性以及生产变化等信息。基于这些分析，关键绩效指标（KPI）可以由时间驱动算出，例如在生产运行或批处理结束，也可以根据需要计算。关键绩效指标（KPI）用于优化生产和资源消耗。生产性能分析和优化的过程可以与生产并行。改变优化标准和其他的内部或外部约束，如市场和环境条件，可能需要反复分析、策略修订和重新优化。

为了提高产品质量，质量性能分析评估质量测试结果和测试表现。这通常是一个连续的过程，包括质量偏差分析、质量测试周期时间、测试有效性以及资源利用率。此外，它还可以为质量指标（关键）带来趋势的确定，对质量问题的根本原因分析以及为他们的纠正提出建议。

维护分析检查人员、备件、辅助设备、直接和间接成本，以及在维修过程中的组织序列，可揭示问题的位置和为进一步改善进行优化。重点是维修策略的最优化和资产回报（ROA）的最大化。分析结果可以为生产调度用作反馈。该结果可用于计算维护性能指标，这有助于评估维护的有效性。此外，这些结果可以为提高业务流程效率提供决策支持。

库存分析包括了有关库存效率和资源利用的分析信息。具体指材料递送的质量和是否准时到达、库存损失和材料搬运与存储位置、设备和转移的关系。此外，要跟踪和分析材料的流动、库存资源的历史和趋势。使用这些数据可以导出库存指标，可以在制造运营管理内部使用，实现优化目的。此外，该指标可以转发到业务流程的第4级，他们与财务信息相结合提供了成本相关的指标。

华镕，男，1982年毕业于北京科技大学自动化系，现任罗克韦尔自动化（中国）有限公司全球标准及贸易部中国地区经理。