MES系統(tǒng)在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用——在MRP II啤都、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的*計劃的指導(dǎo)下砰穗， MES系統(tǒng) 根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度溃锤、監(jiān)控渣么、資源配置和生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。那么灿拗，MES系統(tǒng)依靠哪些技術(shù)蛋鸡、模塊實現(xiàn)這一目標(biāo)？尤其是與ERP侍上、控制系統(tǒng)如何實現(xiàn)協(xié)作呢弓候？

作為一種計算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，MES系統(tǒng)重要使命就是實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流他匪。它包含了許多功能模塊菇存。通過實踐，MESA（MES系統(tǒng)聯(lián)合會）歸納了十一個主要的MES系統(tǒng)功能模塊邦蜜，包括工序詳細(xì)調(diào)度依鸥、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配悼沈、過程管理贱迟、人力資源管理、維護(hù)管理絮供、質(zhì)量管理关筒、文檔控制溶握、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等模塊蒸播。

對于這個歸納睡榆，業(yè)界還有一點(diǎn)爭議。NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究組織）在向OMG（Object Management Group袍榆，對象管理組織）提交的《NIST Response to MES Request for Information》報告中就認(rèn)為：MESA的歸納中栽铁，過程管理不應(yīng)單獨(dú)作為一個功能模塊，而應(yīng)該添加一個物料管理模塊柜步。我們也認(rèn)為判原，MES系統(tǒng)應(yīng)具有物料管理功能。

攜手上下層冲或、優(yōu)化數(shù)據(jù)流

通過上述這些模塊有效協(xié)作今天，MES系統(tǒng)在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用。在MES系統(tǒng)下層腌棒，是底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)置悦，包括DCS、PLC隧蜀、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合捂旨；在MES系統(tǒng)上層，則是高層管理計劃系統(tǒng)素矛，包括ERP憨琅、MRP II。

從時間因素分析撒蟀，在MES系統(tǒng)之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題域是中*的生產(chǎn)計劃（時間因子＝100倍）叙谨，執(zhí)行層系統(tǒng)MES系統(tǒng)處理的問題域是近期生產(chǎn)任務(wù)的協(xié)調(diào)安排問題（時間因子＝10倍），控制層系統(tǒng)則必須實時地接收生產(chǎn)指令保屯，使設(shè)備正常加工運(yùn)轉(zhuǎn)（時間因子＝1倍）唉俗。它們相互關(guān)聯(lián)、互為補(bǔ)充配椭，實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。

從層次角度分析雹姊，制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)可劃分為工廠層（或公司層）股缸、車間層、單元層和設(shè)備層吱雏。其中敦姻，單元層相當(dāng)于一般企業(yè)的工段或班組。通常歧杏，ERP系統(tǒng)處于工廠層和車間層镰惦，有時會擴(kuò)展到單元層迷守。設(shè)備控制系統(tǒng)處于設(shè)備層，有時會擴(kuò)展到單元層娩伴。而MES系統(tǒng)則總是處于車間層與單元層脯纽。因此，MES系統(tǒng)與ERP在車間層（有時包括單元層）在功能上會有部分重復(fù)靠牙，MES系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)在單元層有時也會有部分功能重疊尽架。



在MRP II、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的*計劃的指導(dǎo)下虎疗，MES系統(tǒng)根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)糜罢，進(jìn)行短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控榄缸、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作蛹吱。

控制與信息反饋流程以及MES系統(tǒng)與ERP、設(shè)備控制系統(tǒng)之間的關(guān)系涌疲。在圖1中晨每，計劃與控制指令自上而下越來越詳細(xì)與具體，而由分布在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)自下而上經(jīng)過層層匯總蛇热，數(shù)據(jù)的綜合性越來越強(qiáng)梗爸。

在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES系統(tǒng)向上層提交周期盤點(diǎn)次數(shù)讹蘑、生產(chǎn)能力末盔、材料消耗、勞動力和生產(chǎn)線運(yùn)行性能座慰、在制品(WIP)存放位置和狀態(tài)陨舱、實際定單執(zhí)行等涉及生產(chǎn)運(yùn)行的數(shù)據(jù)；向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)指令控制及有關(guān)的生產(chǎn)線運(yùn)行的各種參數(shù)等版仔。



與ERP優(yōu)勢互補(bǔ)

ERP的不足
雖然ERP能夠很好地解決生產(chǎn)計劃問題游盲，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。例如蛮粮，ERP里面的車間控制模塊計劃功能一般很弱益缎，主要是執(zhí)行MRP計劃。它把MRP計劃變換為車間加工單和調(diào)度單然想，并按車間加工單和調(diào)度單執(zhí)行莺奔，同時對計劃執(zhí)行情況進(jìn)行反饋，并進(jìn)行投入與產(chǎn)出控制变泄。
ERP系統(tǒng)車間加工單和調(diào)度單的時間跨度（或計劃期）常常比較長令哟，通常為周。車間加工單和調(diào)度單中的設(shè)備資源怔哮，則是以工作中心為單位的瓜收，但對工作中心的定義往往沒有嚴(yán)格規(guī)定翼抡，*根據(jù)系統(tǒng)的實施要求和控制細(xì)度來確定的。通常箭雪，工作中心在ERP中被定義為一組設(shè)備資源响奋，所有信息的反饋與成本的核算等都是以工作中心為單位進(jìn)行的。
ERP通常采集主要工序現(xiàn)場信息的時候宽舱，基本靠手工錄入民沈，不僅效率低、易出錯荸脂，而且輸入的數(shù)據(jù)是基本上是前一個班或前一天的數(shù)據(jù)浸速，信息滯后。

MES系統(tǒng)的優(yōu)勢
MES系統(tǒng)的計劃調(diào)度功能與ERP車間層的功能有些類似奕辖，但MES系統(tǒng)的計劃調(diào)度的功能比較強(qiáng)昌执，制定的計劃也比較詳細(xì)啄清。
MES系統(tǒng)一般按車間層和單元層分級制定作業(yè)計劃，并對車間的每一臺設(shè)備或操作人員分派任務(wù)。MES系統(tǒng)中的車間加工單與ERP的類似肄渗，MES系統(tǒng)中的調(diào)度單是對車間加工單在時間和空間范圍內(nèi)的進(jìn)一步分解展管，通常會細(xì)化到計劃期內(nèi)每個單元每臺設(shè)備每天（或每班）的生產(chǎn)任務(wù)榛斯。同時绊汹，以分派工單的形式把第二天或下一班的生產(chǎn)任務(wù)分派到每一個操作人員（或設(shè)備）上。
MES系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)不僅包括每臺設(shè)備奖慌、每個工序和每個操作人員的數(shù)據(jù)抛虫，還包括加工過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且由于采用自動化數(shù)據(jù)采集技術(shù)简僧，使?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)可實時采集建椰。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過層層匯總，后可得到整個工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)岛马。
如果把MES系統(tǒng)與ERP集成起來棉姐，不僅能充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢；同時啦逆，可使MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃更合理伞矩，使ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更及時有效，工作效率更高夏志。MES系統(tǒng)與ERP間的集成數(shù)據(jù)與MES系統(tǒng)乃坤、ERP間的界面劃分有關(guān)。一般而言跃恍，即可以由MES系統(tǒng)來承擔(dān)所有車間層和單元層的功能，也可以由ERP承擔(dān)車間層的功能匕蚁，由MES系統(tǒng)來承擔(dān)單元層的功能态置。但從系統(tǒng)的集成角度看道夭，由MES系統(tǒng)來承擔(dān)所有車間層和單元層的功能實施比較容易。

MES系統(tǒng)的獨(dú)到技術(shù)
MES系統(tǒng)涉及的技術(shù)領(lǐng)域垄获，很多方面與MRP II倾断、ERP所用技術(shù)相類似。這里彻虾，僅就MES系統(tǒng)中較有特色的技術(shù)進(jìn)行說明守皆。

運(yùn)行狀態(tài)實時采集技術(shù)
這種技術(shù)是對機(jī)床的開/停、加工運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時采集溅宅，為計劃控制和動態(tài)調(diào)度提供及時砸镀、準(zhǔn)確的信息支持，使車間管理與控制真正做到實時搪书。
機(jī)床的開/停唱逢、加工運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時采集的技術(shù)方案，將根據(jù)機(jī)床設(shè)備的具體情況確定屋休。對于可以直接上網(wǎng)坞古、支持OPC的機(jī)床，采用基于OPC的狀態(tài)信息采集方案劫樟，通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口和必要的軟件配置痪枫，直接讀取機(jī)床的各種狀態(tài)信息即可。
對于不支持OPC的數(shù)控設(shè)備開/關(guān)機(jī)與運(yùn)行狀態(tài)信息采集叠艳，要通過測量數(shù)控設(shè)備中的控制面板奶陈、機(jī)床電氣控制電路中有關(guān)點(diǎn)的模擬信號及其變化，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換虑绵，再利用DNC接口上的I/O接口來實現(xiàn)尿瞭。
車間控制器可根據(jù)各單元設(shè)備配置情況與所記錄的狀態(tài)信息，可顯示車間內(nèi)各單元的數(shù)控設(shè)備分布情況及運(yùn)行狀態(tài)翅睛，并對設(shè)備的運(yùn)行時間声搁、停機(jī)時間和設(shè)備利用率等進(jìn)行統(tǒng)計。

NC程序的傳輸技術(shù)
對不同的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行NC程序的雙向傳輸捕发，對機(jī)械制造業(yè)MES系統(tǒng)具有十分重要的意義尤吟。在MES系統(tǒng)中，NC程序的雙向傳輸主要解決具有不同傳輸協(xié)議的數(shù)控系統(tǒng)NC程序的傳輸問題刷寨。
通常翁骗，NC程序的雙向傳輸采用基于RS-232C的點(diǎn)對點(diǎn)通信聯(lián)接。這種聯(lián)接方式結(jié)構(gòu)簡單铭懂、傳輸可靠引笛，在拓?fù)渖蠟樾切谓Y(jié)構(gòu)，通信協(xié)議簡單肉诚，通訊速率一般在110-9600bit/s之間决毕，技術(shù)上比較成熟忌挺，系統(tǒng)組成也相對簡單，易于實現(xiàn)留满，是一種應(yīng)用較多而又經(jīng)濟(jì)可靠的一種方案嫂藏。
但是，盡管RS-232C標(biāo)準(zhǔn)傳輸電平擺幅較大喻谭，抗*力提高峻胞，但由于允許電容負(fù)載，因而傳輸距離受限关带。當(dāng)主機(jī)與數(shù)控機(jī)床通訊距離超過30M（波特率為4800bps）時侥涵，不能直接用RS-232C進(jìn)行通訊。延長通訊距離的方法有多種豫缨，如采用MODEM独令、串口服務(wù)器、RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換好芭、長線收發(fā)器等燃箭。
不同的數(shù)控系統(tǒng)與PC計算機(jī)的握手信號是不同的，通常有硬件握手舍败、軟件握手兩種形式招狸。如FANUC數(shù)控系統(tǒng)通常采用軟件握手，Siemens的數(shù)控系統(tǒng)采用硬件握手邻薯，硬件握手信號有DTR裙戏、DSR、RTS和CTS厕诡。數(shù)控系統(tǒng)通信協(xié)議一般有XON/XOFF協(xié)議和自動重復(fù)請求的ARQ協(xié)議兩大類累榜。對不同的握手信號與通信協(xié)議，需要采用不同的通信控制方式倘封。

維修知識庫的建立與維修向?qū)Ъ夹g(shù)
維修知識庫的建立與維修向?qū)Ъ夹g(shù)癣辉，也是MES系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)，它可以實現(xiàn)輔助故障診斷帚萧，診斷故障模塊更多地考慮結(jié)構(gòu)化問題的分析與判斷传起。
在對故障的統(tǒng)計、歸類分析的基礎(chǔ)上赔膳，建立故障現(xiàn)象與原因之間的關(guān)系掺挺，通過決策樹的方式支持故障診斷≈罱鳎考慮到維修知識庫的建立與完善是一個漸進(jìn)的過程狰丝，因此考慮開發(fā)具有自學(xué)習(xí)功能的數(shù)控機(jī)床維修管理信息系統(tǒng)，將成功的維修案例記錄到系統(tǒng)中，系統(tǒng)能提取相關(guān)信息化团，對決策樹進(jìn)行擴(kuò)充种诫，實現(xiàn)知識的積累。系統(tǒng)面向零件主題組織機(jī)床零備件更換的工藝湾关，并將操作復(fù)雜，拆/裝工藝要求高的操作過程保存為影像資料猎塞，便于以后的機(jī)床維修或維修操作培訓(xùn)參考试读。

名詞解釋

ARQ：Automatic Repeat reQuest，自動重復(fù)請求
CNC：Computer Numerical Control荠耽，計算機(jī)數(shù)控
CTS：Clear To Send钩骇，清除發(fā)送
DCS：Distributed Control System，大規(guī)模分布式控制系統(tǒng)
DSR：Data Set Ready铝量，數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好
DTR：Data Terminal Ready倘屹，數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好
MES系統(tǒng)A：MES系統(tǒng) Association，聯(lián)合會）
MRP：Material Requirement Planning慢叨，物料需求計劃
MRP II：Manufacturing Resources Planning纽匙，制造資源計劃
NC：Numerical Control，數(shù)控
NIST：National Institute of Standards & Technology拍谐，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究組織
OLE：Object Link and Embed,對象的鏈接和嵌入
OMG：Object Management Group烛缔，對象管理組織
OPC：OLE for Process Control，用于處理控制的OLE轩拨。
PLC：Programmable Logic Controllers践瓷，可編程邏輯控制器
RS-232C：即EIA RS-232C，是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(Electronic Industry Association)在1969年頒布的串行接口標(biāo)準(zhǔn)婚廷。RS是Recommended Standard)的縮寫叶刮，表示是“*標(biāo)準(zhǔn)”；232是標(biāo)識號碼藏苫；而C則表示該標(biāo)準(zhǔn)已被修改的次數(shù)搓捅。
RTS：Request To Send，請求發(fā)送
SCADA：Supervisory Control and Data Acquisition干策，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)
WIP：Work in Process儿猪，在制品
Xon/Xoff: 流量控制方式兩種之一，X代表Transmission彩淮，Xoff表示停止發(fā)送,Xon表示繼續(xù)發(fā)送相梳。

MES系統(tǒng)部分模塊介紹

MES系統(tǒng)資源分配和狀態(tài)管理（Resource Allocation and Status）
這個模塊管理機(jī)床、工具懊潜、人員奢惋、物料、其它設(shè)備以及其它生產(chǎn)實體（例如進(jìn)行加工必須準(zhǔn)備的工藝文件、數(shù)控加工程序等文檔資料）啸盲，用以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行膳灶。它還要提供資源使用情況的歷史記錄，確保設(shè)備能夠正確安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)立由，同時提供資源的實時狀態(tài)信息轧钓。對這些資源的管理，還包括為滿足生產(chǎn)計劃的要求對其所作的預(yù)定和調(diào)度锐膜。

MES系統(tǒng)工序詳細(xì)調(diào)度（Operations/Detail Scheduling）
在編制生產(chǎn)作業(yè)計劃中毕箍，該模塊提供與生產(chǎn)單元相關(guān)的優(yōu)先級（Priorities）、屬性（Attributes）道盏、特征（Characteristics）以及處方（Recipes而柑，此為可選項）的作業(yè)排序功能。其目標(biāo)是通過良好的作業(yè)順序大限度減少生產(chǎn)過程中的準(zhǔn)備時間荷逞。
這種調(diào)度媒咳，是基于有限能力的調(diào)度并通過考慮生產(chǎn)中的交錯、重疊和并行操作來準(zhǔn)確計算出設(shè)備上下料和調(diào)整時間种远。

MES系統(tǒng)生產(chǎn)單元分配（Dispatching Production Units）
這一模塊以作業(yè)涩澡、訂單、批量坠敷、成批和工作單等形式管理生產(chǎn)單元間的工作流酒旷。當(dāng)車間有事件發(fā)生時，要提供一定順序的調(diào)度信息并按此進(jìn)行相關(guān)的實時操作满傍。生產(chǎn)單元分配模塊渡表，能夠調(diào)整車間已制訂的生產(chǎn)進(jìn)度，對返修品和廢品進(jìn)行處理伞注，用緩沖管理的方法控制任意位置的在制品數(shù)量赐罪。

MES系統(tǒng)文檔控制（Document Control）
此模塊控制、管理并傳遞與生產(chǎn)單元有關(guān)的信息文檔搜掸，包括工作指令详础、配方、工程圖紙酝螃、標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程普易、零件的數(shù)控加工程序、批量加工記錄疾隙、工程更改通知以及各種轉(zhuǎn)換操作間的通訊記錄畜股，并提供了信息編輯功能。
文檔控制模塊將各種指令下達(dá)給操作層鸯两，包括向操作者提供操作數(shù)據(jù)或向設(shè)備控制層提供生產(chǎn)配方闷旧。此外长豁，它還包括對其它重要數(shù)據(jù)(例如與環(huán)境、健康和安全制度有關(guān)的數(shù)據(jù)以及ISO信息)的控制與完整性維護(hù)忙灼。當(dāng)然匠襟，還有存儲歷史數(shù)據(jù)功能。

MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集（Data Collection/Acquisition）
該功能通過數(shù)據(jù)采集接口來獲取并更新與生產(chǎn)管理功能相關(guān)的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)该园，包括產(chǎn)品跟蹤酸舍、維護(hù)產(chǎn)品歷史記錄以及其它參數(shù)。這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)里初，可以從車間手工方式錄入或由各種自動方式獲取父腕。數(shù)據(jù)采集的時間間隔差別很大，有時可達(dá)到分鐘一級的精度青瀑。

MES系統(tǒng)過程管理（Process Management）
該模塊監(jiān)控生產(chǎn)過程、自動糾正生產(chǎn)中的錯誤并向用戶提供決策支持以提高生產(chǎn)效率萧诫。這些活動斥难，可能是針對一些比較底層的操作，它們主要集中在被監(jiān)視和被控制的機(jī)器上帘饶，需要連續(xù)跟蹤生產(chǎn)操作流程蟹梗。
過程管理模塊還應(yīng)包括報警功能，使車間人員能夠及時察覺到出現(xiàn)了超出允許誤差的加工過程疯煮。通過數(shù)據(jù)采集接口尚稍，過程管理可以實現(xiàn)智能設(shè)備與制造執(zhí)行系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。

原文來源于杭州匠興科技