基于并行制造执行系统的工具管理

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1、基于并行制造执行系统的工具管理

2、第11、前言制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem——MES）的概念最早形成于80年代末，进入90年代逐步成型并获得迅速发展。美国先进制造机构AMR将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间的管理信息系统”，它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物资、客户需求等）的当前状态。AMR通过大量的调查发现：完善的企业生产管理系统，普遍由以下三种软件构成：以ERP、MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA（数据

3、采集与监视）、HMI(HumanMachineInterface)为代表的生产过程监控软件，以及实现操作过程自动化、支持企业全面集成的MES软件。根据调查结果，AMR于1992年提出了三层的企业集成模型（如图1所示）。清楚的描述了MES在企业系统中的位置。由图1中可以看出，MES在计划管理层和底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者的空隙。它一方面可以对来自ERP/MRPII软件的生产管理信息细化、分解，将操作指令传递给底层控制；另一方面，MES可以实时监控底层设备的运行状态，采集仪表、设备的状态数据，经过分析、计算与处理，

4、触发新的事件，从而方便、可靠的将控制系统与信息系统联系在一起。一个企业的制造车间，是物流与信息流的交汇点，企业的经济效益最终就是在这里被物化出来。随着市场经济的完善，车间在制造企业中逐步向分厂制过渡，导致其角色也由传统的企业成本中心向利润中心转化，更强化了车间的作用。因此，位于车间起着执行功能的制造执行系统MES具有十分重要的作用,它起到了信息集线器（InformationHub）的作用，相当于一个通讯工具为其它应用系统提供生产现场的实时数据。车间的实时信息的掌握与反馈是制造执行系统对上层计划系统正常运行的保证，车间的生产

5、管理是制造执行系统的根本任务，而对底层控制的支持则是制造执行系统的特色。并行制造执行系统（ConcurrentManufacturingExecutionSystem——CMES）是在制造执行系统中加入并行工程的思想，故称为“并行制造执行系统”。本文以某制造企业车间的生产管理为背景，对并行制造执行系统及其中的工具管理方面做了一些研究和开发。该车间CMES的开发，是把并行工程的思想运用于车间管理，通过进一步的子任务划分和估算及信息预发布等方法，小串行、大并行的进行产品设计、工艺、物料、工具等资源的准备及生产，从而大大缩短生产

6、准备时间，降低产品成本。因此，首先要对车间原有的工作流程进行重构，使其符合并行化的工作模式。下面我们先来看一下车间原有的工作流程。2、车间原有的工作流程车间原有的工作流程如图2所示。生产科接到产品需求信息以后，计划部门编制生产计划，技术部门进行工艺准备。工艺文件制定完毕后，进行物料、工具的准备，一切就绪后，车间按照计划进行生产。由此可见，原有的车间管理流程纯粹是一种串行的生产方式，生产过程完全按照产品设计、工艺设计、产品制造的先后顺序进行。不同的系统之间缺乏有效的联系。这使得原有的车间流程存在以下问题：⑴在进行工艺设计时，

7、由于不可能知道某一零件的实际投产时间，当然也就不可能根据实时的车间资源状况进行合理的工艺设备选择。此种情况下，一般的做法都是假设车间的资源是可用的、空闲的，这仅仅出于工艺本身的考虑而选择了最佳的设备，从而形成了工艺设计结果。但是在实际的车间生产过程中，常常会由于资源的种种限制和约束，使得设计好的工艺不能执行，或者不能达到最优的结果。⑵工艺设计的优化与车间作业计划的优化分前后独立进行，缺乏协调，优化目标有可能发生冲突，使得最终二者都无法实现优化。⑶对由于车间突发事件，诸如机床故障、工具失效、任务变更等导致的作业计划、工艺变更

8、，不能做出快速的有效反应，使生产长时间中断。⑷二者之间存在很大的时间差，即使工艺考虑了车间的状况。由于生产环境的动态特性，也会在实际生产开始时由于资源约束发生变化而导致工艺失效。正是由于存在上述问题，在实际生产过程中经常会面对这样的局面：设计好的工艺无法实施，必须根据车间的实际情况进行修改；车间生产过程中经常出现某些瓶颈资源，但同时另外一些资源则负荷不足，必须调整作业计划或者修改工艺；对于一些意外的车间故障，不能做出快速有效的反应，车间生产长时间中断。这些情况极大地影响了生产进度，造成了生产管理的混乱、无序。要克服以上这种

9、情况，采用并行化的车间环境是最好的选择。这样可以使得产品在设计阶段，就能全面考虑制造过程下游的可制造性、可装配性，以及质量保证等多种因素，减少反复更改设计的工作量。