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                  力控科技

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                  離散制造MES解決方案

                  離散制造MES解決方案.pdf

                  1   項目概述

                  MES系統是一個企業生產制造環節的核心作業平臺。提供從生產訂單到產品完工的全部生產活動的優化管理,運用及時、準確的采集信息,指導、啟動、響應并記錄管理工廠的生產活動,從而能夠對條件的變化做出迅速的響應、減少非增值活動、提高工廠運作過程的透明度和執行效率。MES不但可以改善設備投資回報率,而且有助于及時交貨、加快庫存周轉、提高收益和現金流的績效,更重要有助于企業產品質量的提高和持續改進,以便最大限度的提高客戶滿意度,提升企業品牌形象和核心競爭力。

                  一套完整的MES解決方案包括生產數據采集、基礎開發平臺、業務套件按需選擇,包括生產建模、計劃調度、生產作業、質量管理、物料管理、設備管理、刀具管理、工裝管控、擴展分析應用等業務管理與分析模塊。使MES系統與ERP系統和自動化系統實現雙向的信息集成,接收ERP下達的車間生產計劃,并進行詳細作業計劃和任務分配,向ERP系統反饋生產、質量等信息,同時通過MES系統實現對生產制造過程信息的實時采集、管理和反饋,進行批次跟蹤,實現質量追溯,提高企業的生產效率,改進產品質量,對物料進行管理,對關鍵設備進行有效監控,并實現生產過程與管理決策的高效集成。



                  2   設計原則

                  平臺化:基于平臺化體系架構的增量迭代系統,從而適應MES項目快速定制和快速開發特性;

                  持續化:軟件的穩定性和低維護成本,以及可持續化發展,滿足企業長期使用,輕松升級的要求,是長遠化建設合作考慮;

                  開放性:軟件的擴展性和集成性;支持基于軟件組裝的開發模式,滿足企業的不斷增長的業務需求;

                  擴展性:提供高級二次開發擴展到能力,使得企業經過培訓自己有能力來配置、開發一些客戶化需求,使得系統具有靈活適應性;

                  一體化:ERP/MES的一體化解決方案,MES遵從ISA-95標準,可以輕松實現ERP/MES的一體化應用;

                  集成性:MES提供一個數據集成服務,可以輕松實現和第三方系統,包括ERP/SCM等系統進行互動集成,滿足企業不斷擴展到業務要求。

                  MES系統充分采用了先進的設計理念,系統內核采用面向對象、組件化設計、多層分布式架構等多項領先的技術,保證了軟件的安全性、穩定性、擴展性、可維護性、設計傳承性和資源重復利用性。依托先進的SOA技術架構,MES可以方便的同微軟OFFICE套件、PDM、ERP等外圍進行高度集成。

                  3   設計目標

                  結合公司整體發展戰略以及信息化建設現狀,信息化建設遵循整體規劃、分步實施的原則。預計在兩年項目周期里完成MES制造執行系統的規劃、設計、實施上線工作,完成企業生產管理信息化解決方案的總體目標,實現生產調度、生產過程、設備、物料、質量和人員的全面管理與控制,為企業搭建一個可擴展的生產管理信息化平臺,使得生產過程透明化、高效化、柔性化、可追溯化、事中控制、高客戶滿意度、低成本運行,從而充分提高企業的核心競爭力;

                  針對上述主要需求,確定本解決方案的總體工作目標如下:

                  1)   建立生產制造過程實時數據采集和可視化監控的軟硬件平臺;實現對生產設備運行參數、工況、物流和質量等信息的實時采集、集中監控與閉環反饋,并支持企業的擴展應用。

                  2)   建立基于實時數據的生產調度模型,以及對制造資源(設備、人員、工具、生產物料)的統一管理與合理配置,實現車間作業計劃與調度的優化和動態管理,提高產品制造過程的透明化、均衡化和設備利用率,保證產品的制造周期。

                  3)   建立制造過程的產品檢驗模型,實現質量數據(包括加工過程中自動采集的實時數據、常規質量檢驗的現場數據或歷史數據等多數據源)的統計過程控制(SPC),實時監控關鍵生產質量環節,分析制造過程的質量穩定性和工序能力,為產品質量改進并及時采取相應的措施提供重要依據。

                  4)   完成公司ERP、MES等主要信息化系統的一體化信息流規劃與全面動態集成,在此基礎上:

                  a)  實現產品數據、工藝數據、生產制造及管理數據的完整閉環和基于業務流程的動態共享,以及基于制造規劃、作業調度與資源運控一體化流程中相關制造數據的聯動;當產品和工藝數據發生變更時,支持制造流程的動態響應和更新。

                  b)  通過與ERP系統的集成與協同,形成支持中長期與現場實時級生產作業計劃的推拉結合計劃體系,支持對客戶訂單的快速響應和對生產異常的有效處理,支持JIT(準時生產)等先進管理模式的應用。

                  c)  支持在制造作業現場(車間)對產品、工藝、質量、作業等相關圖紙、文檔和技術文件的在線實時瀏覽與全關聯查詢。

                  d)  支持實現產品全生命周期的生產和質量數據追溯和多視圖查詢,并可通過報表中心靈活定制各類分析統計報表,為企業管理者提供決策信息支持。

                  5)   配合企業制定MES系統規范化管理流程和信息化崗位職責,形成信息化環境下生產管理與制造執行過程的規范化管理機制。

                  4   系統架構

                  為解決企業應用問題,力控科技以精準管理為理念,研制了通用制造執行系統基礎開發平臺產品—FinforWorx。力控FORCECON產品家族中以FinforWorx平臺為核心構成了一個基于組件式的MES平臺開發框架,該框架主要完成MES系統中的數據層、服務層、存儲層、配置端、可視化層的系統配置與集成,FinforWorx平臺形成的框架包括系統服務、工程模型、報表工具、可視化組件等,可以根據用戶或工作角色、系統權限配置、系統風格配置和工具集配置來自定義門戶。

                  FinforWorx 平臺的數據層主要完成從各類SCADA、實時數據庫、關系數據庫等數據源中將實時數據、靜態數據集成到平臺關系數據庫中,提供基于工廠模型的業務和實時數據服務,為管理駕駛艙提供可視化服務。數據存儲層支持結構化和非結構化的數據的存儲等。

                  FinforWorx平臺本身集成了豐富的圖形分析組件,包括報表,報警,趨勢,柱狀圖,餅圖等,使可視化層的工程開發更為快捷,界面顯示更加直觀。

                  系統架構圖


                  5   系統功能

                  以FinforWorx平臺為核心,根據典型行業特征,開發行業應用套件,構建MES系統,可以為決策者提供有力的依據來優化生產資源和滿足企業決策需要。應用套件著重于實現對生產過程的管理,使工廠能夠對生產過程做出快速響應,減少無附加價值的生產活動,并發現影響質量的重要原因,進而提升生產效率和質量,使生產過程處于透明、可控的良性生產狀態。它能為企業用戶提供經濟參數和工廠運行性能參數,并可方便地進行高級的報告生成和分析。基于該平臺構建制造執行系統,在保障系統的高可靠性、高可擴展性及高效性的同時,可有效縮短項目周期。

                  業務架構圖

                  在業務應用套件中,MES系統可分成多個層次。

                  生產過程控制層:

                  生產監控系統由分布在各裝配區域、各機加工線的監控計算機、邏輯控制器、報警器、LED看板構成,這些監控終端提供動態的監控畫面、報警信號、過程信息來反映生產設備的運轉狀態及其相關數據,操作人員通過監控計算機可以完成如下監控操作:

                  設備運行狀態及報警的監控

                  質量狀況及報警監控

                  車間生產物料的監控

                  生產信息監控

                  生產進度監控

                  報表、看板展示

                  業務處理層:

                  負責整個車間生產有機要素(人、機、料、法、環)的全部運作管理服務,包括:

                  生產建模:實現車間生產物料(零部件、成品)的制造要素的完整建模,包括人、機、料、法、環五要素;這個模型將是每個生產訂單一個規程,用來指導和約束生產,另外通過功能使得物理工廠建立一個邏輯模型。

                  計劃調度:負責接收ERP下達的生產指令或導入的手工生產計劃,并進行計劃調整和排產、車間計劃模擬、計劃監控調度、計劃分析;是整個MES系統的心臟,用來驅動生產現場的執行和輔助業務流程執行;

                  現場作業:負責生產工位的作業任務的處理,包括作業受理、數據采集、完工、轉序處理,是系統核心模塊,也是系統執行力的表現;

                  質量管理:負責車間生產過程質量檢驗,包括質量控制、質量檢驗(自動、手動)、質量SPC分析與監控、質量報警及異常處理、質量追溯。

                  物料管理:負責管理車間范圍內全部物料物流過程,包括:缺料報警、用料防錯和采集、補料、物料配送轉移、統計報表;

                  設備管理:負責設備在車間范圍內全生命周期管理,包括:設備保養、監控、報警、履歷表、OEE分析、統計報表;

                  績效管理:匯總并整合制造運行數據,提供關鍵績效分析報告,包括生產績效管理、質量績效管理、庫存績效管理、維護績效管理等。

                  優化分析層:

                  優化調度:根據業務實際,建立業務模型,運用粒子群算法、BP神經網絡等高級算法,支持生產仿真、優化排產、智能調度、輔助決策等高級應用。

                  智能分析:創建生產管理各個環節的業務統計、分析報表、業務數據儀表盤、關鍵性能指標KPI分析,通過數據監控整個生產運作的性能。

                  系統集成服務層:

                  在MES信息化項目里面,可能涉及到MES與其它信息化系統(如ERP)的一體化集成,保證整個系統信息化高效工作;

                  MES系統提供了一個開放的集成層,通過SOA架構來實現和ERP的集成關系,從而滿足企業一體化解決方案的要求。

                  至此,我們基本勾劃了MES系統的業務功能輪廓,系統的核心部分是生產管理服務層的相關服務的提供。

                  從信息化系統整體架構角度,除業務套件外,還包括采集服務層、系統UI應用層。

                  設備采集服務層:

                  信息門戶集成平臺基礎的設備采集服務完成現場生產數據的采集,通過對設備實時數據(如機床開關機時間、加工零件開始/結束時間、加工坐標信息、F/S值、報警信息、機床效率統計、主軸負載、其它自動測量數據等)的采集和管理服務,為MES生產管理層提供了生產現場數據。

                  系統UI應用層:

                  負責處理系統服務于用戶的操作交互工作,包括權限、數據訪問、業務操作,并且用戶UI(C/S客戶端、BS的工廠門戶)是可以擴展的,可以很方便的插入新的功能,良好的用戶訪問層可以很好的提高用戶體驗,用戶或者管理員可以做一些簡單的二次開發,包括系統配置,用戶界面接配置、報表設計等功能,從而提升系統的應用價值。

                  6   系統產品設計

                  信息門戶集成平臺(FInforWorx)

                  力控科技以精準管理為理念,研制了通用制造執行系統基礎開發平臺產品FinforWorx。MES系統采用力控智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx搭建企業的管理平臺,該平臺為企業提供生產動態管理駕駛艙、實時決策調度、設備動態管理、生產預警、能源管理等生產應用來持續不斷的改善生產過程,以達到改善企業生產管理的目的。

                   力控智能生產信息門戶集成平臺完全是模塊化設計,提供基礎的工廠數據建模和各類豐富的分析組件,該平臺可分為采集層、數據層、web服務層、web前端等,從而為企業智能制造的動態生產管理提供數據分析、診斷、展示的門戶平臺。針對節能降耗領域的管控中心建設可提供橫向和縱向能源分析、能源診斷、能源審計、能源設備診斷等管理功能。

                  智能生產信息門戶集成平臺功能包括:

                  生產設備管理:包括:生產裝置管理、設備臺賬管理、設備運行管理、設備維護管理等。

                  計量器具管理:包括:計量器具臺賬、計量器具檢定管理等。

                  生產計劃管理:包括:產品產能管理、計劃排產管理等。

                  生產報表管理:包括:生產報表模板、生產日報、月報、季報、年報、生產完成情況統計報表等。

                  生產調度管理:包括:生產異常情況管理、交接班日志管理、調度日志管理等。

                  能源管理:包括:能源計量設備管理、能源計劃、實績、成本,及能源統計分析等。

                  生產過程監控,包括:生產工藝流程圖、能流圖等。

                  關鍵的績效指標KPI展示、統計過程控制分析SPC等

                  設備運行效率OEE管理等


                  平臺特點:

                  智能化:多層面、多視角的智能化生產過程主要因素分析和輔助決策支持

                  通用性:提供可視化建模工具,可依據行業特點對工業過程核心要素進行高效建模,使系統具備可配置的能力

                  高擴展性:自定義功能模塊能快捷的以松散耦合的方式介入到消息總線,并能利用系統提供的基礎服務

                  高性能:對大規模的事件處理,服務能夠多點部署,任意擴充服務節點到新部署的物理服務器中,能夠在服務器集群中自動進行業務負載平衡

                  高可靠性:整個系統的基礎服務節點支持集群架構,在保障事務完整性的情況下,支持在線的故障轉移

                  企業級實時歷史數據庫(pSpace)

                  本系統需要記錄大量的具有時間特征的監控數據,針對數據的讀取、歸檔、查詢和分析做綜合展示,本項目采用不依賴于任何關系數據庫的實時歷史數據庫軟件。企業級實時歷史數據庫軟件運行于數據庫服務器,數據庫服務器可根據要求設定集群冗余(磁盤陣列),實時歷史庫軟件支持集群冗余方式。

                  實時數據庫系統軟件實現實時采集生產過程裝置數據并連續進行存儲并統計,數據在存儲時根據每個數據點設定的壓縮比參數進行存儲。該軟件可對(系統項目)實現網絡化的生產監視和數據分析,使(系統項目)能夠實時掌握下屬生產企業的安全生產狀況。

                  力控企業級實時數據庫pSpace是一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統,可以用于采集、壓縮、存儲、加工、分析等任何帶有時間特性的生產信息,pSpace提供全系列的工業通訊接口及ERP業務接口,實現生產監控到調度管理的完美整合。能極大地提高企業的智能化及決策的精度和速度。


                  多平臺的支持能力可運行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多種Linux操作系統。

                  企業級實時歷史數據庫pSpace產品特性與指標

                  支持在線連續存儲,并達到30萬條記錄/秒的存儲速度。

                  企業級實時歷史數據庫單臺服務器應可以支持100萬點的數據點。

                  數據壓縮率可高達40:1(50:1);

                  數據庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒。

                  實時歷史數據庫1000個客戶端并發查詢,每秒應可達2萬條記錄。

                  實時庫應穩定支持256客戶端并發查詢。


                  SCADA平臺軟件(eForceCon)

                  本系統SCADA采用力控SCADA平臺軟件eForceCon V5.0,該平臺是以分布式區域實時數據庫為核心,分布式實時數據庫技術可以保證生產數據精確輸出并完成可視化,實時數據庫無限的分層結構可使大型企業信息盡收眼底。力控SCADA平臺組態軟件具有靈活的系統應用架構,可以自由構建不同規模的應用,滿足用戶對企業信息化的多樣性要求,用戶在此基礎上可以靈活的構建適合企業應用的解決方案。

                  eForceCon具備分布式的數據源管理模式,可視化人機交互界面無需編程,直接通過遠程數據源的組態方式就能與遠程數據庫進行信息交互,完成生產監控、查詢、曲線分析等各項功能。

                  SCADA平臺功能特性如下說明:

                  -支持以分布式實時數據庫為系統核心的一體化軟件平臺,具備開放、集成、面向對象的開發環境,系統開發人員可方便使用。

                  -支持客戶端/服務器(C/S)和B/S(“瘦”網絡客戶端)架構,不同網絡節點以分布式的數據源管理方式來進行信息交互。

                  -具備軟冗余、硬冗余及雙工熱備冗余模式。

                  -具備穩定、靈活架構及擴展能力,可支持超過萬點的通訊點數,靈活可靠,易于擴展, 客戶端的添加不影響整體系統的性能,

                  -具有完整的報警管理能力, 支持ISA18.2的報警標準,可支持多級報警管理、聲光等報警輸出以及參數在線調整等功能。

                  -提供部署服務器,可管理、編輯、監控遠程節點工程及平臺狀態。

                  -可提供編程語言供用戶使用,支持用戶自定義函數的開發。

                  -支持用戶自定義功能和二次開發組件,可以集成第三方插件及可執行程序。

                  -支持大分辨率的窗口圖形顯示,提供基于面向對象的模板化的可視化開發工具。

                  -支持將C/S客戶端完整發布到Web上,Web容器支持第三方插件發布。

                  -軟件開發出的工程應具備項目文件備份功能,并且應支持工程文件口令保護。

                  -支持使用用戶,權限,優先級,安全區的方式為用戶提供安全驗證。

                  7    應用案例

                  天虹紡織集團

                  天虹紡織集團創始於1997年,是全球最大的包芯棉紡織品供應商之一,專門致力于高附加值時尚棉紡織品的制造與銷售,目前已成為全國棉紡織行業競爭力10強企業。

                  天虹中國總部位于上海,產業布局以長江三角洲為中心區域的地區延伸。目前在江蘇的徐州、泰州、南通,浙江的浦江以及越南的同奈省擁有12個相生產基地。集團擁有55億元人民幣的資產規模,年營業額達到54.72億元。公司占地面積132.2萬平方米,工業廠房面積55.2萬平方米。目前擁有80萬紗錠及900臺噴氣織機的生產能力。其中超過60%的產能用于制造氨綸彈力棉紡織產品,雇傭12925名員工。

                  實施MES以及APS系統的基本目標是:在不增加作業成本甚至降低成本的前提下,縮短平均產品的生產周期(CyleTime)。主要架構圖如下:

                  湖南紅太陽光電

                  湖南紅太陽光電科技有限公司系中國電子科技集團公司第四十八研究所全資子公司,公司主要以開發建設太陽能光伏制造裝備為核心,生產延伸至拉晶、鑄錠、切片、電池片生產、組件封裝、應用產品和新型儲能材料在內的高新技術產業項目。公司擁有完整的光伏產業鏈,是我國少數幾個擁有光伏全系列生產能力的企業之一。

                  光伏電池生產企業正面臨著國際市場低迷帶來的挑戰和壓力。日益激烈的市場競爭,要求光伏電池生產企業在降低成本的同時,縮短供貨時間,增加供貨品種,提高產品質量。面對這些挑戰,光伏電池生產企業必須改善內部生產管理,提高制造資源的使用效率。因此,對于光伏電池生產企業的管理者來說,一個實時的、有效的,并能和ERP管理系統、MRP系統、SCM系統、PDM系統緊密配合的制造執行管理系統是必不可少的。

                  紅太陽電池片生產線主要分為六大工序(制絨、擴散、二次清洗、PECVD、絲網印刷、測試分選),設備控制器及控制軟件的通訊和數據采集,將設備生產過程中設備運行狀態、設備遠程生產數據進行集中管控,并實現數據調度、過程監控、設備遠程操作等。

                  數據采集系統可以針對設備關機、空閑、加工時間等各種條件下的設備狀態進行統計與展示。對單臺設備及工段設備進行數據采集后,并按用戶自定義的時間周期進行統計分析設備開機率、實際工作效率、設備負荷曲線,并能自動生成多種形式的統計報告和餅狀圖或柱狀圖等圖表。

                  實施的功能模塊主要包括:

                  模塊

                  功能說明

                  實施狀況

                  生產模型管理

                  實現車間生產物料的制造要素的完整建模,包括人、機、料、法、環五要素;這個模型將是每個生產訂單一個規程,用來指導和約束生產

                  完成

                  車間日計劃管理

                  負責接收ERP下達的車間日計劃,并進行計劃調整、作業分解、計劃監控調度、計劃分析。

                  完成

                  作業管理

                  負責生產線的作業任務的處理,包括作業受理、數據采集、完工、轉序處理。

                  完成

                  物料管理

                  負責管理車間范圍內全部物料物流過程,包括:缺料報警、用料防錯和采集、補料、配送轉移、統計報表。

                  完成

                  設備管理

                  負責設備在車間范圍內全生命周期管理,包括:設備保養、監控、報警、履歷表、OEE分析、統計報表。

                  完成

                  工裝、輔料、量檢具管理

                  負責工裝、輔料、量檢具在車間范圍內全生命周期管理,包括:基本信息、使用信息、狀態監控報警、履歷表、統計報表。

                  完成

                  質量管理

                  負責車間生產過程質量檢驗,包括質量控制、質量檢驗(自動、手動)、質量SPC分析與監控、質量報警及異常處理、質量追溯。

                  完成

                  產品追溯

                  負責完成從產品反向追溯生產過程的各個環節,和從某一個生產環節正向追溯到和這個環節相關產品;從而有效的提高企業的質量持續改進方針,提高顧客滿意度。

                  完成

                  采集與組態監控

                  動態監控生產設備的運轉狀態及其相關數據,完成報警的監控、質量狀況及報警監控、關鍵生產工具的狀態監控、工廠生產物料的監控等

                  完成

                   

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