MES在各行業中的需求與解決方案（二）

MES在各行業中的需求與解決方案（二）

羅克韋爾自動化（中國）有限公司 華镕

1 按照IEC62264標準的流程模型分類

如圖1所示，制造運營管理構成了MES功能的核心，其本身由生產運營管理、維護運營管理、質量運營管理和庫存運營管理所組成。它們搭建了企業資源計劃（ERP）功能與在第1級和第2級實現功能之間的橋梁。所有這些核心功都能由不同的單個元素構成，提供或處理信息。

圖1 制造運營管理模型，引用IEC62264-3中的圖1，MES的相關區域用灰色橢圓顯示

這些運營信息可以分成以下幾類：

· 定義信息—執行運營和所需資源的規范；

· 能力信息—資源屬性；

· 調度/請求信息—調度和執行；

· 性能/響應信息—績效和結果的反饋。

制造運營管理的不同領域遵循通用活動模型（如圖2所示），它描述了各個元素之間的相互作用。活動本身包括特定的任務，這些任務可根據需要執行的功能而有所不同。

各種活動通過信息流鏈接在一起。根據各自的功能，活動之間需要交換特定的信息。該活動和信息交換通過MES軟件產品實現，這些產品的功能都是行業或產品特定的。

1.1 資源管理

資源管理可能包括相關分布式資源的信息管理，這是制造運營管理（MOM）各個功能所需要的。該信息包括了資源的容量和分配，以及當前和未來的可用性。

因此，生產資源管理專注于生產所需的資源，諸如機械、工具、人員和技術、材料和能源以及整個生產步驟。

質量測試資源管理規定了人員要求（包括專業知識，證書和授權）、材料和進行質量測試需要的設備。

為了維護工單和工作，維護資源管理包括了關于需求資源的信息：標準和專用工具、內部和外部人員（有相應的專業知識和資格）、維護文件以及執行維護工作所需的備件和消耗品。資源的狀態包括了設備的健康狀況、功能、可用性、預計利用、位置和可訪問性。此外，必須考慮到維護工作是否能在運營期間進行或者設備必須停機。

庫存資源管理涉及到相關的資源：材料庫存和材料搬運、人員（包括專業知識、證書和授權）、耗材和能源，庫存水平和能力也在考慮之列。

圖2 通用活動模型

1.2 定義管理

定義管理包括對制造運營管理不同功能的特性、過程指令、法規和需求的定義及管理。

生產定義管理包括關于產品、他們的功能和他們的制造流程（制造規則、配方、標準運營規程（SOP）、標準運營條件（SOC），運輸和裝配順序）信息（可能分布）的定義和管理。

質量檢測定義管理涵蓋了人員資格、質量測試規程、執行這些規程的作業指導書的定義和管理。這也包括測試方法、測試頻率（采樣方案）和材料與資源的公差信息。此外，測試規范版本和日期的管理也應包括在內。

需要執行維護工作的信息和說明應在維護定義管理中定義和管理。

庫存定義管理的活動包括：指定和管理儲存、材料運輸說明（包括庫存水平、運輸說明和倉庫相關的參數）。

1.3 詳細調度

詳細調度包括：時間相關的需求、本地資源優化利用、制造運營管理各個功能的相關創建活動。該活動通常基于現有的計劃。

詳細調度針對企業的生產設備，如為機械和設備建立詳細和優化的調度。該調度表包括諸如批量大小和設置時間，以及資源可用性和利用率。資源可用性可能需要定義多張調度表。

詳細質量測試調度專注于質量測試的規劃，可在生產流程之內或之外進行。除其他事項外，還應包括測試系統和人員的有效性，以及測試準備和測試評估的計劃表。

詳細維護調度包括維護要求的檢查和優先級，并把與時間相關集成的維護活動融入到生產流程中。

生產調度方面，如果要變更產品和計劃停機，必須考慮是否可行。

詳細庫存調度管理要收集關于庫存水平和材料搬運的信息，這也包括運輸過程資源規劃和最優化。

1.4 分派

分派包括了制造運營管理中的管理和協調活動。分派的基礎是在組件之間把各個資源的調度作為詳細調度的一部分。

生產分派通過分配設備和人員控制生產的流動。例如，這包括在批處理控制系統中的批次調度和發布工單。

質量測試分派包括根據測試計劃對質量控制設施發布測試工單。這也可以包括樣品的提交。

維護分派專注于對維護相關的資源發布維護工單，同時考慮內部和外部人員能力的可用性。

庫存分派包括根據定義和調度發布工單檢查庫存水平。

1.5 執行管理

執行管理的目的是基于調度、工單和遵從標準生產流程的管理與優化。

生產執行管理是指正在實際生產處理和執行的活動，如根據產品定義和制造說明選擇和啟動生產步驟。它也對一個生產步驟到下一個生產步驟的傳輸進行管理。并在這個點收集關于使用材料和處理時間的信息。因此，工單的狀態和目前的進展成為可用信息。基于此信息，在局部可以優化生產步驟。

質量測試執行管理集中于執行質量測試，并監視使用的資源（設備、材料、人員）以及是否符合質量標準、產品特性與公差。

維護執行管理控制和監視維護工單的執行。這包括檢查是否符合服務和維修說明、法規和質量標準以及狀態和結果是否正確歸檔。在分派中，應監視并使用設備、備件、工具和人員相關證書。不可預測的事件應轉發到詳細調度。

庫存執行管理包括存貨相關的任務。包括檢查正在使用的儲存、運輸和人力資源是否正確，檢查儲存、運輸和狀態報告是否符合質量標準和法規，存儲監測和會計也是庫存執行管理的一部分。

1.6 數據收集

圖3 功能級，引用IEC62264-3中的圖2

數據收集包括制造運營管理中特定流程的購買、（預）處理和管理數據。在大多數情況下，該數據來源于功能層（圖3）第1級和第2級。該數據也可以由用戶進行的輸入和行動來生成。數據收集可以是周期的或由事件驅動的，數據的表示可以是直接測量值（用工程單位）或間接值（導出值或積分值）。為了正確評估數據，通常需要收集數據的相關內容，例如時間戳。

生產數據收集涉及到相關生產運營及其各個步驟的數據。這包括傳感器的值和狀態信息，以及通過執行生產相關的交易和來自模型評估獲得的結果。

質量測試數據收集包含了實際測試數據、關于測試執行的數據、測試中用戶輸入的數據、中間數據和在測試報告中的數據。

維護數據收集的人員專注于在執行維護工單時創建的數據。這包括服務或維修運行設備的當前狀態，反饋的時間和由內部和外部資源產生的成本，以及估計工作量與實際工作量之間的比較。收集的信息將集成到設備特定的維護歷史記錄中。

庫存數據收集聚焦在庫存有關活動和處理材料數據的采集和評估。產品跟蹤數據，如庫存水平、存儲狀態、使用設備，還包括倉庫和運輸操作員。庫存數據采集也用于其他的功能區域，如質量跟蹤（樣品管理、參考材料管理）和維護跟蹤（備件儲備）。合規管理部門可能需要這種類型的數據，他們必須集成到生產數據中。

1.7 跟蹤

跟蹤包括了反饋的生成和響應，從制造運營管理到第4級相關功能的特定流程。

生產跟蹤包括了用于生產相關可利用資源信息的總結和評估，如人員和生產設備、消費和生產的材料、成本和性能分析結果。生產跟蹤也把信息傳送給詳細生產調度，使調度可以根據當前條件進行更新。

質量檢測跟蹤把質量信息反饋到第3級和第4級的相關功能。把測試結果編譯成測試報告并管理相關的測試設備利用信息。該測試報告可以按需要或時間由事件驅動創建，例如在一個生產步驟或批次結束時。這樣的測試報告可在不同的時間和不同的單元來創建。

維護跟蹤著重于維護期間的資源利用和維護結果的相對效用，包括關于服務運營設備和輔助設備在工單執行時的狀態和可用性數據集的生成和更新。這些信息可以用于遵從法規的證明。

庫存跟蹤包括倉庫活動（例如，運輸開始和完成）、庫存利用率、儲量大小和當前存儲位置的報告。這包括庫存材料的運輸和管理相關數據集的生成和更新。其收集的信息也可以用于質量測試目的和遵從法規的證明。

1.8 分析

分析包括了對商業系統數據（性能相關）相關的評估和報告活動。

生產性能分析集中于有關生產（設備、單元）周期時間、生產設備利用率、負載和設備性能、規程有效性以及生產變化等信息。基于這些分析，關鍵績效指標（KPI）可以由時間驅動算出，例如在生產運行或批處理結束，也可以根據需要計算。關鍵績效指標（KPI）用于優化生產和資源消耗。生產性能分析和優化的過程可以與生產并行。改變優化標準和其他的內部或外部約束，如市場和環境條件，可能需要反復分析、策略修訂和重新優化。

為了提高產品質量，質量性能分析評估質量測試結果和測試表現。這通常是一個連續的過程，包括質量偏差分析、質量測試周期時間、測試有效性以及資源利用率。此外，它還可以為質量指標（關鍵）帶來趨勢的確定，對質量問題的根本原因分析以及為他們的糾正提出建議。

維護分析檢查人員、備件、輔助設備、直接和間接成本，以及在維修過程中的組織序列，可揭示問題的位置和為進一步改善進行優化。重點是維修策略的最優化和資產回報（ROA）的最大化。分析結果可以為生產調度用作反饋。該結果可用于計算維護性能指標，這有助于評估維護的有效性。此外，這些結果可以為提高業務流程效率提供決策支持。

庫存分析包括了有關庫存效率和資源利用的分析信息。具體指材料遞送的質量和是否準時到達、庫存損失和材料搬運與存儲位置、設備和轉移的關系。此外，要跟蹤和分析材料的流動、庫存資源的歷史和趨勢。使用這些數據可以導出庫存指標，可以在制造運營管理內部使用，實現優化目的。此外，該指標可以轉發到業務流程的第4級，他們與財務信息相結合提供了成本相關的指標。

華镕，男，1982年畢業于北京科技大學自動化系，現任羅克韋爾自動化（中國）有限公司全球標準及貿易部中國地區經理。

圖6 對BI進行寫操作

圖7 傳送狀態

選擇正確的通訊方式和站地址。若提示設備版本不正確，需進行OS升級。

4 結語

西門子MM4變頻器可以不用SIMATIC S7就能直接通過WinCC Flexible對觸摸屏組態，從而使觸摸屏可以進行簡單控制和狀態顯示，這對于一些工程應用來說是非常有效的。

[1] 李方園. 圖解變頻器維修[M]. 北京：機械工業出版社，2014.

[2] 李方園. 零起點學西門子變頻器應用[M]. 北京：機械工業出版社，2012.

作者簡介

李方園（1973-），男，浙江舟山人，高級工程師，畢業于浙江工業大學信息學院工程碩士專業，長期從事于變頻器等現代工控產品的應用與研究工作，現就職于浙江工商職業技術學院。