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MES制造执行系统 解决 方案
发布时间: 2018-05-07    文章来自:

一.生产型企业面临的 问题

 

    生产管理中常见的 盲点:

    •能否实时掌握生产 单进度及每个工序的JIT时间,该JIT时间是否和管理人 员制定的生产计划相同?当出现偏差时怎样及时发现、解决瓶颈?

    •不合格的产品,能 否追溯其原材料采购、生产经过的工序、设备、所用物料和经手人员,调查不良品的成因及解决方法?

    •能否实时掌握在制 品的产量与品质状况,以及设备运行状况和在线物料?

    •新产品试产和正常 生产过程中,能否避免人为的错料和跳站现象?

    •能否自动统计和分 析质量检测数据?快速生成各种产量和质量报表?

•出现异常情况时, 能否及时发现,并通知和督促相关人员及时处理,防止扩散?

环境的压力需要制 造业的管理突破:

•随着供应链竞争加 剧,企业开始进行精益化生产,对生产过程柔性和弹性要求不断增强,生产进度透明化、实时化控制越来越成为企业关注的焦点。如何提升制造水平,提升内部管理绩效是企业管理人员迫切希望解决的问题。

•产品召回制度的执 行,绿色制造的趋势以及RoHS、WEEE等环保安全法规的 实施,使得生产企业建立完整追溯体系变得迫切而且必须。

•面对客户对交货期 的苛刻要求,产品种类不断变化,订单的不断调整,企业的决策者认识到需要及时透明的了解生产过程信息,了解生产计划的执行情况,并需要对生产过程进行有效管控以缩短制造周期。

车间层信息化薄弱 成为制约生产企业发展的瓶颈:

•无法实时获取制造 资源及制造过程信息,即使企业实施了ERP,可是企业管理人 员仍然依靠电子表格运行他们的工厂,数据以及报告总是在需要的时候与实际情况表现出很大的出入。

•无法获取符合实际 制造条件的产品信息,管理人员在不符合实际的情况下制定了不准确甚至矛盾的生产计划,最终难以被接收或者执行。企业ERP软件没有达到所承 诺的预期目标。

•“生产操作的可视 化”,对于世界领先的制造商均列为#1问题。但如何才能 做到生产过程全局透明?

企业领导关注的、 过往无法解决的问题:

1.设备是由各个设备 厂商提供,由于这样那样的原因,他们都有自己的操作画面,但一个个都是控制和信息孤岛,有什么好办法能把他们整合起来?

2.企业里控制设备品 牌多,型号多,系统结构零散,怎么办?

3.不要老跟我谈数据 监控,我考虑的是工厂的生产和管理,除了PLC的数据,我还想整 合其他诸如管理信息、过程控制等内容,我可不想弄一堆的系统?

4.我的预算不够一下 子把整个工厂信息化,我有什么办法能让我每次的投资都是我整个规划中有机的一分子,而又没有过多的拘束?

5.我们的领导很关心 生产,不可能每次去现场,怎么样让它们在自己电脑甚至出差时也能随时了解生产信息?

二、什么是 MES (制造执行系统 )

制造( Manufacturing ):从投料到产品 入库的生产过程执行( Execution ):重在资源和资 源使用结果系统( Systems ):重在流程的系 统性和集成性

•MES (Manufacturing Execution Systems,制造执行系统  )是企业CIMS信息集成的纽带, 是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。

•制造执行系统 传递信息使得从下单到完成品间的生产过程能够最佳化。生产活动在进行时,MES使用及时、正确的 数据,提供适当的导引、响应及报告。针对条件改变立即快速反应的目的,在于减少无附加价值的活动,达到更有效的生产作业及流程。MES改善了设备的回收 率,准时交货率、库存周转率、边际贡献、现金流量绩效。MES提供企业与供货商 之间双向沟通所需的生产信息。

MES的定位:

 

MES与ERP的关系:

 

MES系统目标:

 

    MES与RFID

    MES系统必须依靠实时 、准确的数据。当今,只有RFID技术,才能做到数 据的实时、准确的获取,让MES真正成为MES。在我国已实现数 字化管理的企业中,超过50%通过使用条码作为 产品的唯一标记,通过条码识别方式追踪该产品的生命周期。但条码识别方式因其本身存在缺陷,常常为企业管理人员带来一系列问题难以解决:

    •条码无法实现实时 监控,生产进度将难以掌握,平衡生产线 、实时解决生产瓶颈无法实现;

    •使用条码作为工人 计件工资的证据,每个工序需额外消耗“剪菲”动作约10秒时间,1000个工人的企业,每 人每天因“剪菲”动作而流失的工作时间15-20分钟,企业合计每 天损失250-300工时;

    •条码一般是纸制品 ,通过条码打印机打印出来。一旦印刷不清晰、有折叠痕迹、甚至出现破损等问题时,条码枪便很难识别。统计人员经常会为遇到不能识别的条码菲头痛。

•企业上一套系统为 的是规范管理、降低成本,使用了条码,反而因条码本身缺陷问题增加了企业的负担

企业对MES的需求:

 

三、基于RFID的MES系统的核心价值: 

 

通过回访已实施基 于RFID的MES系统的劳动密集型 的生产型企业如拥有1000个生产工位的广东 深圳某制衣公司 ,我们得到如下的真实数据:

 

深圳某制衣公司 MES系统案例图片:

 

基于RFID的MES核心价值:

 

    实施基于RFID技术的MES系统对企业的影响 :

    •实时数据流  RFID可提供不断更新的实时数据流 。与制造执行系统 互补,RFID提供的信息可用来 保证正确使用劳动力、机器、工具和部件,从而实现无纸化生产和减少停机时间。更进一步地,当材料、零部件和装配件通过生产线时,可以实时进行控制、修改甚至重组生产过程,以保证可靠性和高质量;

•生产线实时监管  有了实时数据流 作为基础,MES可对这些大量的数 据进行挖掘,找出关键数据,对生产进度、生产过程进行实时的有效的监管,即时找出生产瓶颈、解决生产问题,部署更高层次的质量控制和各种在线测量,提高产品质量,增强生产力。

•工人工资、工时计 算 RFID可提供不断更新的实时数据流 。与制造执行系统 互补,RFID提供的信息可用来 保证正确使用劳动力、机器、工具和部件,从而实现无纸化生产和减少停机时间。更进一步地,当材料、零部件和装配件通过生产线时,可以实时进行控制、修改甚至重组生产过程,以保证可靠性和高质量;

•平衡生产线  有了实时数据流 作为基础,MES、ERP等企业信息管理系统可对这些大量的数 据进行挖掘,找出关键数据,对生产进度、生产过程进行实时的有效的监管,即时找出生产瓶颈、解决生产问题,部署更高层次的质量控制和各种在线测量,提高产品质量,增强生产力。

•准时生产JIT(Just in time):通过看板方式追 求无库存的高效率拉动式生产模式;

•精良生产LP(Lean Production):通过精简一切不 必要的组织活动,通过团队协作来实现;

•敏捷制造AM(AgileManufacturing):通过动态联盟, 最大限度地利用全球资源,抓住市场机遇,实现敏捷制造;

•全面质量管理 TQM:通过全体员工的 参与、改进流程、产品、服务和公司文化,达到在百分之百时间内生产百分之百的合格产品,以便满足顾客需求。

•基于RFID技术的MES系统可提供为优化 从订单投入到产品完成的生产活动所需的信息。RFID运用实时、准确的 信息,指导、启动、响应并记录生产过程,从而让管理人员能够对生产线条件的变化做出迅速的响应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率。RFID的应用,让 MES可以改善设备投资 回报率,有助于及时交货、加快库存周转、提高收益和现金流的绩效。RFID在企业和供应链间 ,以双向交互的形式提供生产活动的基础信息。

实施基于RFID技术的MES效益分析:

 

    系统后期的扩展:

基于RFID的MES系统可为日后企业 业务流程全局透明做好硬件及数据基础。无线通讯方式,也为企业IT系统的扩展做好了 准备。 企业业务流程的各 个环节可产生海量数据,它包括订单管理、需求管理、客户关系管理、计划、供给、原材料采购、生产、仓库、物流配送和财务,甚至企业内部每一个角落。企业可通过RFID,实现实时获取所 关注的数据,并把这些数据集中处理并进行挖掘、分析,形成一个完整的商业智能系统,实现企业全局透明。

 

四.MES系统设计方案

    MES系统设计目标

    •基于RFID技术,让MES实现生产流水线的 每个工序的生产状况以及在生产过程中的数据操作的准确化和系统化,建立产品生产控制跟踪,实现从原材料到半成品到产品的可监控可追溯,提升现场管理水平,提高成品一次下线合格率和生产效率,促进生产组织管理精细化 ,提高产品制造质量,降低制造资源消耗;

•针对企业现场实际 考虑,设计引入ZigBee(IEEE 802.15.4)工业级无线通讯技 术作为实时数据传输的基础。无线通讯结合RFID,提供高速获取原 始刷卡数据,简易的数据接入办法,可帮助企业实时获得生产线信息以及工人效能,让客户随时随地了解订单生产进度、员工表现、工位状态、在制品数量等各方面的综合信息,快速找到并解决生产减速环节、平衡各个生产线。

 

系统总体业务流程 :

 

    MES系统应用范围:

 

    RFID及其硬件部署

    •在生产线的每一个 工位上安装部署一台无线的实时数据采集终端;

    •在每一个生产组的 中部位置安装一台控制器,通过无线方式接收所管辖组的工位机数据。RFID实时数据采集终端 与控制器之间系统采用无线通讯方式,控制器与计算机之间通过RS232连接;

    •在生产线的半成品 上安装RFID标签,为物料、员 工都使用RFID卡绑定。当生产线 工人完成半成品加工后,通过RFID读写器读取生产线 上的半成品信息,实现生产过程的各个流程环节中一物一码、一人一码管理。

•每个员工上线、离 线,每个生产工序完成都使用感应读卡方式,数据通过无线方式实时回传给管理系统,做到全程的实时跟踪与监控,并为管理层提供实时精确的报表分析,管理层可以实时了解一线生产动态,发现生产瓶颈,优化工序从而缩短生 产周期。

 

系统结构图:

 

生产流程图:

 

    RFID硬件选型

MES适合配搭无线、实 时、高速、易开发的固定式无线数据采集终端作为生产线上实时获取数据的利器。固定式无线数据采集终端特别适合用于制造业流水线、生产现场及企业仓库的管理,也可应用于其他如销售管理系统、产品防伪防串货、RFID识别、业内各种实 时数据库系统等所有需要实时获取数据的场合。 

技术优点:

l  采用ZigBee网络的基础是 IEEE 802.15.4,技术成熟、成本 低廉;

l  使用国际ISM开放频段,不需要 申请无线频道;

l  通讯速度快,无线 工位机实际信号在空气中传输速度实际为115.2Kbps,足够满足实时生 产线对速度要求;

l  采用ZigBee无线网络通讯的最 大可划分为250个设备组,每组允 许最多设备数量70台,共可容纳 17500台设备;

l  二次开发极其简单 便捷、可根据行业应用定制设备外观,适用所有需实时获取数据场合。

RFID无线网络拓扑图:

 

为什么使用无线通 讯:

生产车间因在密度 较高,需要铺设密集联网线路,通常是每车间铺设几百条电缆,一个工厂要铺设几百到几千个信息点。而且通常生产车间建设初期信息化建设考虑不足,未能预留网络管线,只能考虑打墙、挖地、明管安装等方式重新敷设管线, 线路铺设成本高、施工周期长,而且线路太多,影响车间美观。后期因线路故障而导致的维护工作量大、查找故障点效率低。RFID生产管理系统建设 正因受通讯方式的限制,给设备的安装普及带来了极大的限制。 为此,我们于把 ZigBee无线通讯技术引入 到RFID生产管理系统上, 其应用前景相当广阔。ZigBee网络是一种新兴的 短距离、低速率无线网络技术(相对于Wi-Fi而言,但比 RS485网络通讯速率快 10倍),是一种介于 无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。它依据IEEE 802.15.4标准,在数千个微 小的传感器之间相互协调实现通信。

无线稳定性保障

我们使用的 ZigBee无线通讯技术符合 国际IEEE 802.15.4规范,它是一个工 业级无线网络,专门针对工业控制优化,具有长距离、低功耗、低复杂度、低成本、高稳定性、高抗干扰能力、高穿透力等特点。

这种无线通讯技术 不是由我们公司所创造,我们只是把ZigBee无线通讯技术引入 到RFID实时生产线上,并 成功研发出基于ZigBee无线通讯技术的电 子工票,通过不断的改进和行业针对性优化,今天我们的无线电子工票解决方案稳定、易用、优秀的扩展性能、快速组建、节省资源等优势已得到用户肯定。

针对生产现场环境 可能比较恶劣、干扰源可能较多、设备较密集的情况下,我们还特意对抗干扰性能进行优化,使用自动跳频技术跨越干扰。我们的每台控制器可由客户自定义分组,按分组组号不同,控制器工作频段不同。共有20个可用频段,超过 20个频段时,无线频 段可被重复使用互不干扰。

无线与有线方式投 资对比——前期安装

以一个拥有 600个工位(假定分 12个组,每组 50个工位)的轻工业 生产车间为例:

 

    无线与有线方式投 资对比——后期使用

使用TCP/IP通讯技术,由于 24小时均需要进行大 量数据交换,选用的交换机如果不是CISCO、华为等质量好的 设备,则会有时候遇到交换机死机问题。在生产现场,死机是很严重的事故,一旦交换机死机,表示的是该交换机管理下的所有工位机将全部不能工作,部分工人看到刷卡没响应,会担心数据丢失导致影响其计件工资而停工等待 ,严重影响生产进度。又例如项目实施后的某天管理人员觉得车间内衣车摆放位置不合理、有碍生产需要调整,那么意味着所有有线工位机需要重新考虑调整安装布线。又例如服装生产企业要扩大车间规模,搬到了新的厂址去, 那么,使用有线设备意味着需要重复投资。 使用无线通讯技术 ,只需要一次性投资,无线路烦恼,在信号有效范围内位置可任意调整,扩展轻松简便。

下一条:    基于物联网技术的 无线数传模块在大型工业设备状态监测上的应用
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