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MES系統制造企業的應用方案

【導讀】
早期的制造企業的信息系統是由諸多獨立的子系統整合而成，這些用于事務處理的子程序系統和用于實時操作的工廠子程序系統，集成難度高、相容性低。隨著科技水平的發展，MES系統
早期的制造企業的信息系統是由諸多獨立的子系統整合而成，這些用于事務處理的子程序系統和用于實時操作的工廠子程序系統，集成難度高、相容性低。隨著科技水平的發展，MES系統在制造企業中的優勢也得到了諸多企業管理者的重視，而制造行業作為我國工業的基礎在經濟建設中的權重也是顯而易見的。本文介紹MES系統在制造企業的應用，闡述其系統的框架、數據采集、網絡架構、主要功能的實現等幾個方面。
mes系統 

概述
MES在制造企業生產中的應用主要起到三個層面的作用：
（1）將制造企業的生產任務計劃的數據任務逐級下發到生產車間的具體執行機構；
（2）采集企業正常生產過程中大量的實時數據并將現場的信息處理上傳并存貯；
（3）對生產過程中的數據和指標進行分析、分類和統計，并完成企業管理層的數據管理。在制造企業MES實施的有效實施可以減少約40%的數據手工錄入的時間、降低約12%的庫存量、提高約25%的員工工作績效、提高約18%的產品產量和質量等優勢。
 
 
1 MES總體框架
MES系統自用戶功能匯總層向生產數據采集層一般為五個層面：用戶功能匯總層、功能分析子系統層、功能應用子系統層、生產數據管控層和生產數據采集層。
（1）用戶功能匯總層：采用分層次的授權管理方式、通過各個子系統的匯總使制造企業使用者和管理者都在企業的管理平臺上享用所需的信息資源。
（2）功能分析子系統層：以數據信息為依據為制造企業的各個層次提供所有可靠數據信息，為企業的主要決策層人員提供可靠信息資源。
（3）功能應用子系統層：基于SOA模式，由MES的標準應用子功能塊執行具體的任務功能。
（4）生產數據管控層：由生產數據管控軟件、建模軟件組成。
（5）生產數據采集層：由實時分析數據庫軟件、數據服務器存儲硬件和數據傳輸介質組成。該層的主要任務是收集生產中和管理者下發的各種數據流，進行整理匯總和分析。
（6）生產綜合自動化層：通過目前流行了DCS系統、智能儀表采集現場各種生產參數，并執行由MES系統下發的生產指令。
 
 
2 數據采集
2.1 控制系統數據采集
制造企業的現場級自動化控制系統所采用的DCS系統及其配套的遠程站的輸入、輸出模塊及通訊元件，使用工業級監控軟件作為人機交互監控軟件。AS控制站、Engineer站和Server站相互之間進行通訊物理連接形成Industrial Ethernet控制網（工業以網），通訊介質采用光纖和網絡交換機等設備。AS控制站安裝在DCS控制柜內是生產控制系統的主要信號輸入輸出的處理單元，其下級連接的專用輸入、輸出模塊可以完成整個制造過程控制的數據采集和現場設備的動作控制。
 
DCS系統的Operator站或Server站安裝數據通訊接口專用軟件OPC_Server Date作為現場數據傳輸站，現場數據傳輸站單獨安裝以網卡并設置成獨立的IP和網關，通過RJ45專用以網數據線將現場數據傳輸站連接到數據采集網關機，最后數據采集網關機會將采集到的數據送到實時數據庫中。
 
 
2.2 數據矯正
MES的采集系統是將一級執行單元的集散控制系統（DCS系統）、智能電力設備儀器等能采集制造企業的各種生產參數通過通用數據通訊協議（如OPC通用協議）或者選用專用數據硬件采集器采用網關工控機的形式進行信息的接收和上傳，并采用單向傳遞技術給發送至實時數據服務器。實時數據通過網關工控機接口以UDP壓縮數據的方式傳輸到上級的網絡控制層的服務器。
 
 
3 網絡架構
對于完整的MES系統在制造企業的管理系統中應該啟到連接上下系統層設備的作用，MES系統位于生產執行層包括實時數據庫服務器、設備管理服務器和管理站、客戶端，上面連接企業資源計劃層的ERP應用服務器、關系數據服務器和客戶端工控機，下面連接網關工控機站、Engineer站、Operator站、歷史工控機站等，對于現場控制層又包括DCS系統和檢測儀表、電氣設備等現場設備，整個系統的網絡架構如下圖1所示。
系統的網絡架構
圖1 系統的網絡架構
 
（1）網關機：負責從一級基礎自動化的DCS系統中收集現場生產參數，并上傳到上一層次的相關服務器之內。
 
（2）數據庫服務器：負責存儲由一級基礎自動化傳遞過來的種種的生產參數用于數據存儲，并對數據進行初步批量處理，負責保存配置數據和MES系統的歷史數據。
 
（3）應用服務器：為各個軟件子功能提供硬件和軟件的支持。
 
（4）WEB服務器：為網絡用戶提供服務的節點負責進行各種功能模塊以及MES與ERP、客戶接口服務的運行，它是實現資源共享的重要組成部分把系統的結果進行發布，通過WEB服務器，客戶端通過瀏覽器的方式進行對MES系統進行訪問。
 
（5）DCS系統：采用的輸入、輸出模塊及通訊元件作為系統硬件，Operator站站、現場控制站、Engineer站和Server主站相互之間進行通訊物理連接形成快速工業網絡，遠程通訊設備采用多膜光纖和工業級網絡交換機等設備，完成現場數據的采集和執行機構的動作。
 
 
4 MES主要功能
4.1 實時流程圖監測管理
對MES功能模塊進行發布，供客戶端通過IE瀏覽器進行訪問。并可以通過外部網絡固定地址網絡IP及硬件路由器等設備實現互聯網訪問。通過權限設置，讓不同的人員訪問不同的內容，以實現分級管理。實時流程圖在網絡發布后，各分廠和公司領導、相關部門都可能通過IE瀏覽器，看到相關信息，各種權限根據公司具體的管理進行設定。
 
 
4.2 數據趨勢管理
相對于現場級的由儀表采集數據的實時趨勢曲線和歷史數據，MES系統更注重現場儀表數據的匯總和分析，MES系統會自動分析某個生產參數通過對比一段時間的某一個或相關某幾個數據變化，分析出該部位工藝生產可以出現的問題對企業管理者的決策提供數據支持。利用MES系統的歷史趨勢功能，企業管理人員可以選擇任意歷史時間段，采集周期，進行查看歷史趨勢，并可以設置定時指印數據報表。
 
 
4.3 生產統計管理
MES系統會收集各類生產過程數據，提供基于報表的對于原料、中間產品、最終產成品、用料消耗、生產裝置與設備運行、重要過程參數等項目生產數據進行匯總、分類整理、查詢篩選功能，對管理管理者制定的最初的生產計劃進行跟蹤和生產進度的總體比對，向企業的管理者反應生產運行真實情況，使管理人員及時全面地了解制造企業的生產運營情況，為考核提供依據。
 
 
4.4 安環管理
MES系統通過建立自身的電能計量臺賬，并對企業總體風水電氣的使用和消耗進行統計，對網絡使用成本進行核算，整體監控企業生產過程和日常經營過程中的能源使用情況，對計量儀表參數進行統計和分析，以周、月、年為周期進行統計并優化能源使用。MES系統可以實現生產數據報警在企業的管理中心和相關企業高層人員的企業工控機中顯示，并啟用企業制定好應急預案轉化成指令的形式傳遞到現場各個設備得以實施，現場生產管理者采取適當的應急方法，保護企業的生產機械設施和生產現場職工人身的安全。當現場出現任何安環突發情況時，系統通過現場聲音報警，同時結合視頻監控攝像頭信息，并通過調度平臺系統通知企業內部的相關人員，采取對應的應急預案對事故進行快速處理。
 
 
4.5 生產設備績效管理
設備操作功能可以幫助提高設備操作與運行的效率和正確性，從而提升設備的對生產執行的相應速度，通過MES生產績效管理系統對于設備與生產線操作執行的一致性把控，提高設備開機的可重復性，以讓管理人員能夠通過MES設備績效管理模塊，提高對設備異常、產品召回等非預期的生產事件的響應能力，保證設備正常運轉。
 
 
4.6 產品跟蹤管理
MES系統隨時提供加工產品的當前加工位置信息和當前狀態。其加工產品狀態信息有：加工人員的信息；原材料的使用批號、當前生產情況等有關原料和產品的各種信息，使得加工產品的從加工到檢測再到最后的使用都可以追溯。
 
 
5 結束語
MES技術以成為我國智能制造行業中不可缺少的核心技術，實踐證明，MES系統可以幫助制造企業生產車間提高工廠操作的一致性、敏捷性與正確性，對于精益化生產的實現有重大的意義。

  • 2021-03-12 16:28
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