制造执行系统MES模块化框架

制造执行系统模块化框架

1 范围

本文件规定了制造执行系统(简称MES)在智能制造模式下的系统架构、功能组成及要求、系统集成服务和主要对象属性集。

本文件适用于指导离散MES软件产品的开发、选型及其他系统的集成,可作为企业选择或评价离散MES系统、系统实施和系统集成时的依据。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 25485-2010工业自动化系统与集成制造执行系统功能体系结构

3 术语和定义

GB/T 25485-2010界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1合格品conforming

通过检验质量特性符合标准要求的制品。

3.2外协件cooperation part

由本企业提供设计图样资料,委托其他企业完成部分或全部制造工序的零、部、组(整)件。

3.3废品discard

不能修复又不能降级使用的制品。

3.4设备equipment

完成工艺过程的主要生产装置。注:如各种加工设备,热处理设备等。

3.5总装final assembly

完成整机装配的工艺过程。

3.6标签 label

加在包装容器或产品上的纸条或其他材料,上面印有产品说明和图样,或者是直接印在包装容器或产品上的产品说明和图样。

3.7不合格品non-conforming

通过检验,质量特性不符合标准要求的制品。

3.8零件part

不采用装配工序面制成的产品。

3.9工序流转卡process circulation card

用来记录一个具体生产批次的产品或者零、部件完整生产过程中工作质量和工作数量的一种票据凭证,在生产过程中随本批产品一起在各工序中流转,以便指导生产和进行问题的追溯。

3.10

工艺文件process documents

指导工人操作和用于生产、工艺管理等的各种技术文件。

3.11

工艺路线process route

产品或零部件在生产过程中,由毛坯准备到成品包装入库,经过企业各有关部门或者工序的先后顺序。

3.12

外购件purchased part

不是本单位设计、制造的,而是从其他单位购买来的产品。

3.13

原材料raw material

没有经过加工制造的材料。

3.14

工时定额standard time

生产单位产品或完成一定工作量所规定的时间消耗量。

3.15

部件subassembly

由两个或两个以上的零件或由材料、零件等,以可拆卸或不可拆卸的连接形式所组成的产品。

3.16

工艺装备(工装)tooling

产品制造过程中所用的各种工具总称

注:包刀具、夹具、量具、栓具、辅具、钳工工具和工位器具。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

AGV:自动导航装置(Automated Guided Vehicle) 

BOM:物料清单(Bill Of Material)

B/S:浏览器/服务器模式(Browser/Server)

CAPP:计算机辅助工艺(Computer-Aided Process Planning)

CNC:计算机数字控制/数控机床(Computerized Numerical Control) CRM:客户关系管理(Customer Relationship Management ) 

C/S:客户机和服务器结构(Client/Server) 

DNC:直接数控(Direct Numerical Control)

ERP:企业资源计划(Enterprise Resource Planning) 

MES:制造执行系统(Manufacturing Execution System) 

NC:数控(Numerical Control)

OEE:设备综合效率(Overall Equipment Effectiveness)

PCS:过程控制系统(ProcessControl System) PDA:掌上电脑(Personal Digital Assistant)

PDM:产品数据管理(Product Data Management )

PLC:可编程逻辑控制器(Program mable Logic Controller) 

PLM:产品生命周期管理(Product Life-Cycle Management) 

RFID:射频识别(Radio Frequency Identification)

SCADA:数据采集与监控系统(Supervisory Control And Data Acquisition) 

SCM:供应链管理(Supply Chain Management)

XML:可扩展标记语言(Extensible Markup Language)

5 系统架构及要求

5.1 概述

智能制造模式下 MES系统平台架构基于安全性、可靠性、集成性、扩展性和可管理性多方面的考虑，确保系统未来能够持续发展。MES系统平台的体系结构由五层结构组成:信息物理融合层、数据层,数据访问层、业务层、应用层。MES系统平台的体系结构见图1.

5.2 信息物理融合层

数据采集层利用物联网技术(RFID读写器、RFID标签、视频监控等),将“感知”扩展到设备/在产品/人，实现对车间制造执行系统需要的实时数据的监控与管理:利用车间自动化设备,如PLC,DNC,以及传感器自动获取温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动等数据;通过人工参与手段，采用 PDA、条码、触摸屏看板等人机交互设施,将现场反馈数据录入系统,借助网络,将数据传递到数据层，实现数据保存、筛选,满足生产过程跟踪和管理需要。

5.3 数据层

数据层为MES系统平台提供可供访问的有用数据,数据可来自数据库,可来自XML等数据文件，可通过第三方系统提供的数据接口、物联网中间件,数据采集与监控系统获取,也可直接来自采集设备、传感器等。数据层有效管理着系统涉及的所有数据,数据层是系统平台的重要基础。

5.4 数据访问层

5.4.1 数据访问层综述

数据访问层为MES系统平台提供数据访问接口,向上屏蔽数据来源,向下实现对多类型设备及第三方数据等资源的有效访问。数据访问层应提供两种类型接口,数据访问接口和第三方集成输入数据访问接口。

5.4.2 数据库访问接口

数据库访问接口主要用于访问数据库或文件(比如ORACLE.SQLServer,OSCAR.OpenBASE, DB2等数据库以及XML文件)中的数据,根据不同的数据库或文件采用不同数据访问配置，通过数据访问映射，满足多类型数据源访问要求。

5.4.3 第三方集成输入数据访问接口

第三方集成输入数据访问接口用来满足外部数据有效获取,平台除了提供第三方系统数据输入集成接口,还提供从采集终端获取数据的采集接口,比如PLC,DNC等数据接口服务等。

5.5 业务层

5.5.1 业务层综述

实现MES 系统平台的所有业务逻辑功能,将访问数据的需求下发给数据访问层，将业务要展示内容提供给应用层显示，业务层是系统平台的重要环节,业务层包括四个主要部分,分别为MES构件库、系统平台、MES功能模块,以及MES集成输出数据接口四个部分.

5.5.2 MES构件库

5.5.2.1 通用构件

包括通用查询、报表服务、日志服务、文件服务、消息服务、异常服务等基础公共构件。通用构件是由与业务无关的基础构件组成,通用构件提供了基础的设施服务,平台无关服务、业务无关服务等,它是业务构件的基础,能提高业务构件和系统搭建的效率。

5.5.2.2 业务构件

是在通用构件基础上,设计和开发的实现了某一特定业务逻辑的系列化构件,业务构件封装了系统

的共性需求和变化性的需求,体现系统的业务对象或者业务流程,系统是由各个层次业务构件组装面成，通过筛选,组装面构成系统需要的业务功能,业务构件基本可以独立实现某一方面的业务功能，比如基础数据构件(工艺管理、产品信息管理)、计划构件(作业计划管理、工票管理、产品台账管理、流程卡管理等)等。业务构件在业务上与其他业务不重叠·内部可封装业务逻辑，数据等内容。业务构件可面向功能来分类，与功能模块相对应。构件库提供设计人员和实施人员结合具体企业特点通过系统平台选配出符合实际需要的通用构件和业务构件,达到搭建满足具体需求系统的目的。

5.5.3构建配置器

构件配置器由构件选配、流程配置、应用框架构成。应用框架提供了应用的基本构造单元,定义了针对特定的功能需要的调整和修改，描述协作构件之间的依赖关系、责任分配和控制流程。建立在分析、设计、实现等阶段的业务构件库平台大量可复用资产的基础上,在实施系统时，实施人员可根据组织模型、信息模型、业务模型对企业组织结构、业务对象、业务流程进行快速建模,在流程框架的指导下进行系统功能重构和流程配置。

5.5.4 MES 功能模块

MES平台通过系统平台及构件库组合,能快速搭建出满足应用单位需要的制造执行系统功能模块,功能模块可由基础数据管理、系统管理、生产计划管理、智能作业调度、产品跟踪、智能质量管理、智能库存管理、智能设备管理、智能工装管理、智能刀具管理现场信息采集、绩效管理等组成，满足实际生产管理要求。

5.5.5 MES系统集成输出服务接口

MES系统集成输出数据服务接口主要涉及向第三方系统提供所需要的MES数据,将MES数据采用统一的服务接口形式提供给第三方软件(ERP,PLC,DNC,CRM等),方便第三方系统获取MES数据。

5.6 应用层

5.6.1应用层综述

应用层应由两部分组成,MES系统展示界面及第三方系统展示界面。

5.6.2 MES 系统展示界面

MES 展示界面作为MES平台用户界面是用户与系统的友好交互的窗口。业务层通过应用层向用户展示其所提供的功能，系统及时响应用户操作,返回业务操作的结果。应用层应能支持多种展示方式,支持浏览器方式,Windows客户端方式,支持数据采集终端以及其他显示终端的展示方式。

5.6.3 第三方系统展示界面

第三方系统(ERP,PLM等)可通过系统集成获取MES数据快捷的应用和展示系统所需的MES数据信息，提升第三方系统的功能及易用性。

6 功能组成

信息化的实施与企业的行业特点紧密相关,MES系统实施更具有明显的行业特点。MES功能结构见图2.