基于ERP的MES设计毕业设计论文Word格式文档下载.docx

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KeywordsMES

前言

进入21世纪以来，技术迅猛发展，市场瞬息万变，制造企业面临着日益激烈的国际竞争，也慢慢意识到信息化建设对企业的发展和提高经营效益的重要性，在市场竞争环境如此激烈的状况下，制造业信息化建设逐渐完善。

长期以来，生产管理信息系统和设备控制系统作为不同领域的系统在企业中分别建设，他们作为两个独立的系统运行，二者之间不存在信息交流，然而在企业实际的运行过程中，管理者更希望ERP等业务管理系统的工单能直接下达给控制系统，甚至是底层的数控设备，同时也期待可以实现对设备状态及生产过程的监控，对生产过程中的异常情况及时做出反应。

在这种需求下，就产生了制造执行系统（MES）。

MES的产生填补了计划和控制，为二者架构了桥梁，通过制造执行系统地产生，在企业有效实现计划系统和控制系统之间的数据流通的同时，增强生产的可控性。

MES系统能给企业和社会带来巨大的效益，然而目前针对离散性制造业的MES系统，由于其行业特点及业务复杂性，适合离散制造业的MES较少。

制造业可概括成三层模型（3rdlayermodel），将位于计划层和控制层的中间位置的执行层叫做MES，MES处于企业计划系统（ERP/SCM）和过程控制系统（PCS）的中间位置。

MES的产生衔接了上下两个层次，能够及时进行信息交换，对于一个现代化企业来说，完整的企业信息系统必须是三个层次之间的完整结合。

因此，研究MES系统成为当前企业必不可少的需求。

本次毕业设计则是在分析研究当前MES发展技术的基础上，开发实现面向小型离散业的简易MES系统并进行相关学习设计。

第一章绪论

1.1课题背景

MES中文名称为制造执行系统，自美国提出这个概念以来，至今国外已形成一套被广泛认可的理论技术标准。

进入21世纪以来，国内逐渐转向普及ERP，而处于中间层起到承上启下作用的MES的研究也在不断深入，人们对MES的重要性的认识在不断提高。

然而，离散制造业MES并没有流程业抽象体现MES特性的地方。

对于离散制造业来说，制造设备中新旧并存，种类型号繁杂，所以与信息化系统集成有一定的困难性；

且国内设备层人员主体是工人，设备与设备大部分是独立运行，生产环境多变。

然而面向信息化的21世纪，我国正处于一个机遇巨大的挑战期，当前国际推广的信息化对我国的制造业来说是一次脱胎换骨的机会，MES系统能给企业和社会带来巨大的效益，虽然国内目前仍有部分现场生产环境不适合现代化的信息管理，但是随着企业管理人员的高度重视，设备的不断更新，研究的不断深入，目前国内已出现了一些比较成熟的面向离散制造业MES产品，如：

ICON-MES、OrBit-MES、天为MES等[1]。

本次毕业设计则以面向离散制造业为准，熟悉企业ERP工作流程及MES执行原理，进行MES系统的功能分析与设计。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外理论研究现状

MES在发达国家已形成一套成熟的理论，其中涵盖了MES的定义、定位模型、功能模型、数据流模型，甚至包括了实施方法模型。

国外研究成果也实现产业化，其应用覆盖半导体、电子、机械、航空、汽车、医疗、食品、石油、化工、冶金等等离散与流程制造行业和领域，并给企业带来了巨大的经济效益。

MES的标准化进程（SA-SP95）与ERP的成熟是MES市场增长的两大驱动力[2]。

20世纪90年代，美国先进制造研究机构AMR首次提出了现代制造执行系统（ManufacturingExecutionSystemMES）,并对MES进行了规范描述，将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，重点解决车间生产问题。

在接下来的时间里，AMR相继提出了企业信息集成的三层模型，及制造业业务过程的REPAC模型。

本世纪以来，AMR组织提出了MES要重点面向车间生产问题，并相继出现了一系列的开发公司和产品。

在国外，很多行业都已经将MES的重要性提升到一个新的高度，与ERP相提并论，由此可见MES的重要性已被国际认可，并应用到各个行业中，实现产业化，从国外发展趋势来看，已经形成一批MES软件产品和解决方案，在美日欧等国家也相继出现了很多MES成品系统面向企业，总体来说，国外的理论及应用都较深刻，这也说明掌握MES技术是我们所迫切需求的信息化平台。

1.2.2国内理论研究现状

国内目前的研究主要停留在MES思想、内涵及体系结构方面的研究上，应用系统开发局限于MES单一功能。

中国市场对MES还没有做好充分的准备，面对日新月异的信息变化，国内市场尚且存在车间杂乱情况，大部分制造业仍然主要依赖人力生产，对搜集和分析信息存在困难，尽管如此，中国如今在理论研究方面，已取得了不少有益的成果。

但目前还没有成熟的系统产品，且对MES的关键功能技术实现上研究较少，处理车间实际问题的能力也有很大限制。

MES在应用方面，国内明显落后于西方发达国家。

国内对MES的研究开发起步较晚，面对国内大部分企业存在的问题，随着设备的不断更新，对于我国来说，MES的实施可以有效通过一种廉价的方式实现信息系统间数据交互，为企业提高自动化程度、提高效益与效率的实现提供基础。

面对这种有利于我国制造业发展的信息化技术，我国制造业逐渐掀起了实施MES的热潮。

对于企业来说，以及上升到社会的高度来讲，MES可以提供很好的效益，自2002年以来，MES系统被国家863-CIMS高新科技研发计划列为重点发展项目，形成一种工业化与信息化互相促进，相辅相成的局面，将信息、资金以及物流三者合一，进一步促进企业的发展。

近十年来，我国通过863CIMS项目应用的研究与推广，大大提高了企业的竞争力，使我国的制造业水平上了一个崭新的台阶。

目前，我国开发的MES产品大都是由软件供应商、企业自主研发、企业与科研院所共同开发的，专业的供应商必然会随着研发技术的不断发展应运而生。

但距离国外研究的技术深度和应用广度还存在差距。

要实现MES的优化、智能化，需要MES技术的研究者、软件系统开发商与企业三位一体，紧密结合。

最终，MES才将从系统平台技术的应用走向与行业、企业、生产制造过程密切的结合、集成与统一。

1.3课题研究意义

现如今的企业竞争很激烈，技术发展迅速，市场瞬息万变，制造业面临着巨大的国际冲击，迎接这些挑战的最好的办法就是提高企业的信息化程度，建立完善的一体化管理，将企业管理信息系统ERP，制造执行系统MES以及设备控制系统PCS三层结构有机结合，才能完整的促进企业发展，促进国内企业的竞争度，综合促进全国信息化管理的倾向。

面向离散制造业的MES系统的研究相对于流程业来说较复杂一些，但是随着设备的不断更新，新的车间设备会逐渐被运用到生产现场中，替换掉原有的老旧设备，更方便信息的采集与分析，离散制造业MES系统的使用也逐步广泛推广，MES系统在企业信息架构中处于中间位置，发挥着连接上下层的作用，可以有效的实时监控到生产运行状况，方便下达指令，对异常情况也可以提前发现，并加以分析运用。

随着制造业不断地吸收新的应用系统，MES的运用及时的弥补了信息之间的断层，因此研究MES系统已成为必不可少的趋势。

1.4课题研究内容

企业长期以来生产管理信息系统和设备控制系统大都是分别独立建设，现如今高度信息化的生产环境中，企业希望ERP等业务管理系统的工单能够直接下达给控制系统，反过来也希望同时采集设备相关执行数据进行实时监控，能够及时对生产过程中的非正常情况进行处理。

在这种需要下，MES系统才应运而生。

对于离散制造业来说，其MES行业化特点呈现多元化，生产过程中物料处于离散状态，主要通过物理加工和组装实现产品的工业生产，例如机械制造、仪器仪表、电子等工业的主要生产流程[3]。

在研究过程中，首先从整体入手设计MES的功能模块，设计时，参考现有MES系统的功能模型，保障基本功能，即连接计划层与控制层，实现计划数据的下达以及现场生产数据的反馈，保证计划与执行相统一，在模块中，重点以及难点即在于数据采集和生产监控以及分析，三个模块相辅相成，数据采集是为了生产监控和性能分析使用，反过来生产监控和性能分析为数据的采集提出需求，三个模块为主要切入点[2]。

本次课题设计主要内容如下：

1、熟悉企业ERP工作流程管理及MES执行原理；

2、MES系统的功能分析与设计；

3、分析设计MES系统的数据库E-R模型

4、设计系统界面及系统组件

5、使用基于VB+ACCESS2003完成集成系统的开发与调试

第二章制造执行系统MES概述

2.1MES的产生

自上世纪八十年代以后，伴随着消费者对产品的要求越来越多样化，批量生产方式逐渐转变为小批量多样化生产，随着计算机网络的发展，信息化已成为一个不可逆转的发展趋势，尽管如此，企业信息化在生产控制及信息的有效集成中，面临着在制定计划时不能准确实时掌握生产情况，以及在生产过程中无法借鉴优化的作业计划的问题。

产生这些问题的原因在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程系统之间的界限模糊、缺乏一个桥梁来弥补这种分离的信息关系。

随着企业信息化建设的不断深入，MRPⅡ/ERP、JIT、OPT、SCM、PDM、CRM等先进管理系统和方法开始广泛应用于企业中并产生了一定的管理效益，但整体效果并不理想。

由于上述几个系统主要基于事务的产品计划、预测、数据管理等方面，而对企业生产过程的主体——生产现场管理没有涉及到。

因此不能及时、准确的对设备运行状态及人员操控进行监控指导。

如今，日益激烈的市场竞争逐渐凸显了作业计划的不适应性，用户的需求使企业意识到计划是多变的，在面临订单的不断调整时，企业的管理者意识到将制定计划的标准取决于市场，更取决于实际状况。

20世纪90年美国先进制造研究机构（AdvancedManufacturingResearch，AMR）提出了“制造执行系统”（ManufacturingExecutionSystems,MES）概念。

1992年MES国际联合会（ManufacturingExecutionSystemsociation,MESA）成立。

自此，MES终于开始慢慢发展起来并在国际上占据了重要的位置。

2.2MES的定义及作用

制造执行系统协会MESA对其定义如下：

“MES能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。

当工厂有实时事件发生时，MES能及时对这些事件做出反应、报告，并利用当前的准确数据对它们进行约束和处理。

这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部那些没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，同时提高了工厂及时交货的能力，改善了物料的流通性能，提高了生产回报率。

MES还能通过双向直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关生产行为的关键任务信息。

”[2]

MESA的定义内容倾向于三个特点：

（1）MES是对整个生产过程进行优化处理，不是针对单一的某个生产活动。

（2）MES通过当前准确数据进行控制，即必须采集实时数据。

（3）MES需要在计划层与控制层之间实现双向信息交互，从而接收数据并反馈信息。

美国先进制造研究机构AMR对MES的定义是：

“MES是位于上层的计划管理系统和底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统。

”

因此，MES本质为面向制造过程的车间生产管理与控制,在管理信息系统和设备控制系统之间实现了信息的交互，并能对生产状况进行实时检测监控。

它接收来自ERP提供的生产计划，并对其进行细化、分解，将操作指令传递给底层控制系统，同时又将车间的实时数据，运行信息反馈给上层的计划管理系统，并能及时对异常情况做出反应。

因此，MES的应用对于企业来说可以及时提供生产信息，同时优化生产及资源配置。

由上述内容可知：

MES系统是处于ERP计划管理系统和设备控制系统之间的执行层，它是连接两层并实现数据传输的桥梁。

图2-1清楚地描述了MES在企业系统中的位置。

图2-1MES企业集成模型

2.3MES功能论述

基于MES的定位，国际MES协会（MESA）给出了MES的11个主要的功能模块，其一般功能模型如图2.1所示[2]。

图2-2MESA提出的MES模型

资源分配与状态（ResourceAllocationandStatus）：

管理车间的资源及分配信息。

有效管理机床、工具（刀具、夹具、量具等）、物料、用户以及工艺文件、数控设备的数控加工程序等。

工序详细调度（OperationandDetailedScheduling）：

通过各工序的属性、特征指定优先级从而进行作业排序，。

生产调度（DispatchingProductionUnits）：

对车间规定的作业计划进行调整，处理废品和返修品，对生产的异常情况进行调度。

文档管理（DocumentControl）：

对生产相关的订单、图纸文件、工艺规程单和生产数据等文档进行统筹规划。

数据采集（DataCollectionandAcquisition）：

通过手工输入以及其他智能方式对车间现场的数据信息进行搜集分析。

人员管理（LaborManagement）：

对员工信息进行整理归档。

质量管理（QualityManagement）：

对零件及工艺信息进行质量检测，有效控制产品的缺陷率，并生成检验单以便查询。

过程管理（ProcessManagement）：

对产品的生产过程进行监控，可以及时发现生产过程中的异常情况并作相应处理。

维护管理（MaintenanceManagement）：

对工具和相关设备的定期维护，以及在发生意外后的及时处理和预防。

产品跟踪（ProductTrackingandGenealogy）：

对产品的加工状况以及所在车间都做及时的相应的记录，便于对丢件等异常情况的发生进行处理。

绩效分析（PerformanceAnalysis）：

提供实际生产过程测定的结果、过去的记录、企业期望目标以及客户要求分析绩效成果。

2.4MES发展趋势

MES应用之前，MES的功能都是由其他的单方向的软件共同完成。

MES的发展历程如下[1]：

1）专用MES（PointMES）

专用的MES系统是针对某一个生产问题或适用于某一种生产环境的，是专一的针对性很强的系统。

相对来说，专一性较强也导致了通用性较差，不能和其他系统进行有效集成。

2）集成化MES（IntegratedMES）

集成化的MES系统很容易就能看出此类系统已经实现了与计划管理系统、设备控制系统的集成，具有统一的数据库收录产品及过程信息。

然而，集成性太强导致了这种MES系统过于依赖特定的环境，集成能力虽强却不广泛，不能应对多变的生产现场。

3）可集成的MES（I-MES）

可继承的MES系统是专用MES和集成化MES系统的结合。

既具有专用MES系统的特点，即其中部分功能作为可重构组件进行单独销售；

同时又具有集成化MES的特点，即能实现上下两层之间的集成。

可集成的MES系统可以实现和其他系统的集成，并且可以保留原系统功能。

4）智能化第二代MES解决方案（MESII）

智能化第二代MES系统目标在于相对于以前的系统通过自动化措施进行更为准确的，及时的、完善的数据搜集从而使车间的生产现场更为高效化。

5）下一代MES（NextGenerationMES）

下一代MES系统主要针对现有的MES系统进行优化，实现多地点有效实时监控，对生产的敏捷性进行提升，同时采取更有效的组织和层次性的管理，使得企业的生产活动达到协同化，从而提高企业的管理程度，实现企业的高效益。

现阶段对MES的理解主要焦点在于在“针对计划与控制断层问题的解决”。

但MES不仅是计划和控制的链接，更是扩大到整个生产执行层的实时制造管理。

对多数离散制造业来说，计划层与执行层之间的空隙很严重。

造成这种空隙的是资源和需求的不断更新。

主生产计划以及物料需求计划的前提都是累加的提前期，往往要经过一段时间才能开始执行，而且这种运行是建立在理想的稳定的状态的基础上。

然而需求和订单会在这段时间内发生改变，制造环境可能也会发生变化，设备的突然故障或者更换以及不合格品率不符合要求都会导致计划的混乱。

MES必须考虑避免这种情况的发生。

由于现在获取信息的途径还停留在手工录入的阶段，导致系统信息的更新不能跟上实际车间生产现场的变化，系统无法获取最新的信息，不能将生产现场的情况与信息的变化同一化。

系统的实时性数据采集需要尽快实现，管理层需要最新的信息以便做出最适合的决策，而这种需要恰恰是由于缺少信息传输的通道。

MES系统相关的过程由于智能化程度不够高，并不能实现预想的功能，从而导致了现有的MES只是一种信息管理的平台，所以不能实现高效的生产过程。

另外，由于缺乏统一的数据模型，MES各功能子系统之间以及MES与企业其它相关信息系统之间缺乏必要的集成。

要真正达到实时监控的状态，MES要更多注重实时化、智能化、集成化方向发展。

现阶段MES存在的问题概括如下：

1）MES体系尚且不完整，基本功能并不完善，针对离散制造业尚无完整的、系统的、自成一体化的MES解决方案和成熟的面向企业的产品。

2）缺乏完善的MES技术标准，MES系统尚未有完善的一整套针对MES系统的设计和维护的标准来规范应用，导致了系统开发存在一系列的风险和成本。

3）集成性还没有完全解决，现在还没有一套完整的数据模型来解决集成性问题，所以信息的交互并不能完整的实现，计划层和控制层之间的空隙并未能得到解决。

4）通用性和可配置性比较差，目前的系统不能对突然的变化做出及时的反应，只能适应于固定的环境，系统的可配置性、可重构性、可扩展性由于缺乏完善的数据集成技术较差，阻碍了MES系统的发展。

5）实时性不强，目前MES系统并不能随时采集实时数据进行分析，并未能获取最新的智能化操作信息，因此对于信息的预测等还是存在误差的，所以，目前的MES发展还是要意识到实时性的重要性。

6）智能化程度不高，由于现在的生产车间大都是依赖于人工扫描条码进行数据的录入并有助于管理者及时了解到车间运行情况，但目前随着信息化的发展，智能化的信息获取更为重要，若能推进智能化的设备改进，才能大大推进企业生产效