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企业车间生产调度MES系统的设计与研究

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据库服务器与客户端的连接工作, 一方面把客户端请 工件合格率等功能, 为调度计划的调整提供参考信息。
求传给数据库服务器, 另一方面将服务器的查询结果 相应模块都是数据输入、保存型的模块, 不同的地方在
回送给客户端。
于具体的信息类型的不同、输入信息对应的数据库表格
数据层: 由数据库服务器所构成, 只用于响应客户 的不同和对输入数据采取的具体校验手段的不同 [ 5 8] 。
1 车间生产调度系统的设计
1 1 系统的体系结构
目前, 企业计算机管理模式正从集中式走向分布
式, 从孤立的系统 走向集成的 系统, 传统的两 级结构 C /S( 客户 /服务器 ) 模式虽然具有良好的交互性, 对图 形数据具有很强的编辑处理能力等特点, 但它不能轻 易应用新技术、开发成本较高、不易扩展, 不能支持大 用户量及大计算量的应用并且维护复杂。为了改善这 些缺陷, 本文研究的企业车间生产调度系统采用了目 前最为流行的 B /S (浏览器服务器 ) 模式, 它是一种三 层或多层结构的分布式系统 [ 1 4 ] 。其基本思想是将用 户界面同企业逻辑分离, 把信息系统按功能划分为表 示、功能和数据三大块, 分别放置在相同或不同的硬件 平台上。M ES企业车间生产调度系统的三层体系结构 如图 1所示。
表示层: 车间生产调度系统的用户接口部分, 即人 机界面, 是用户 与车间生产 调度间交 互信息的 窗口。 在 W eb环境下, 客户端只需安装标准的浏览器就可以 运行。
功能层: 应用的主体, 包括了车间生产调度中核心
收稿日期: 2010- 02- 02 * 基金项目: 国家科技部科技支撑计划课题基于控制总线的高性能数控系统及成套装置 ( 2007BA P20B01 )
端数据请求, 负责管理对数据库的读写和维护。 本文采用的三层体系结构将业务逻辑单独剥离出
来, 放在应用服务器 ( 中间层 )上, 使整个车间生产调度 的逻辑结构更加清晰, 也在很大程度上解决了两结构 存在的问题。
1 2 系统的需求分析
企业车间生产调度是整个 M ES的一部分, 也就是 说它的系统是 MES的一个子系统。因此, 企业利用信 息技术建立的生产调度系统必须在 MES 的总体框架 下进行构建, 将计算机作为辅助手段对生产进行有效 计划排产和调度控制, 以满足 M ES的理念。这就要求
对整个加工过程的 ∀ 全局掌控 #。
针对这些需求, 车间生产调度系统
要求生产操作者或者单元管理员输入如
下几项信息: 作业完工情况、设备运行 /
故障记录, 突发事件记录等; 要求车间生
图 1 M ES企业车间生产调度系统 的三层体系结构
产调度员由系统数据库中索取生产记录
的和易变的业务逻辑, 该层的应用服务器专门负责数 情况数据, 经过系统运算如进度的完工率、设备利用率、
中图分类号: TH 16; TG65
文献标识码: A
Research and D esign ofM ES Production Schedu ling System L I X in1, 2, X IA X iao jun2, CHANG X iao fang1, 2
( 1. G raduate Un iversity of Ch inese A cadem y o f Sc iences, Beijing 100049, Ch ina; 2. Shenyang Inst itute o f Com puting T echno logy, Chinese A cadem y of Sciences, Shenyang 110171, China) Abstract: The production schedu ling system, oriented toM ES, prov ides an efficient in form ing approach on shorting manufacturing cycle, reduc ing product cost, and bettering the manufacture qual ity. Th is article ana lyzes the system structure, requ iremen t analysis, and the function framew ork, furthermore, does a research on realizing the key technology. W hat s more, such papermakes sense on the w ay of con structing MES pro duction schedu ling. K ey w ords: MES system; production schedu ling; w orkshop task schedul ing
作者简介: 李鑫 ( 1985 ) , 男, 沈阳人, 中国科学院沈阳计算技术研究所硕士研究生, 主要研究方向为数控技术、先进制造技术, ( E- m ail) l ixin@ s ict. ac. cn。
! 109!
! 先进管理技术 !
组合机床与自动化加工技术
基础, 通过各功能模块的有效集成实现
2010年第 8期
! 先进管理技术 !
文章编号: 1001- 2265( 2010) 08- 0109- 04
企业车间生产调度 M ES系统的设计与研究*
李鑫 1, 2, 夏筱筠 2, 常晓芳 1, 2
( 1. 中国科学院 研究生院, 北京 100049; 2. 中国科学院 沈阳计算技术研究所, 沈阳 110171)
企业车间调度系统具有以下需求: ( 1) 信息需求
本文采用两层递阶的生产调度策略, 使得调度结 果能确实符合车间实际的生产活动。企业车间生产调
M ES系统自身是一个集成的面向车间的实时信息 系统, 它要求把车间所有的信息能实时反映出来, 调度 数据以 MES系统数 据为基础, 因此及时、准确地实现 信息的共享与集成是企业车间生产调度系统的一个核 心。车间调度 和控制必须处 于一个统 一的信息 平台
度主要包括两方面的内容: 一是作业排序层, 二是作业 控制层, 一般也可以理解为作业的静态调度和动态调 度, 这两方面是相辅相成的。其实际调度的功能层次 框架如图 2所示。
下, 规范基础信息, 系统中的用户都应能共享其权限范
围内的数据和文档, 如产品 /订单信息、作业排产情况、 各类资源的实时状态、生产任务的动态进度等, 为企业
1 3 系统的功能层次框架
本文研究的 生产调度 系统以车 间作业计 划来驱 动, 是作业计划的执行者, 对企业日常生产活动进行控 制与调节, 整个过程是一个闭环、动态管理过程。一方 面, 车间接收上层计划系统下达的零件加工任务, 如零 件类型、数量、交货日期等信息来编制车间作业计划, 把生产任务具体地、合理地分配到各个生产单元上, 要 求及时、准确地传递和共享各类生产信息; 另一方面根 据实际车间生产的执行情况和出现的异常情况, 均衡 生产, 实时修正作业计划的安排, 必要时进行重调度, 进而对车间作业进行有效的调度排产 [ 9] 。
( 2) 作业控制层 作业控制层是对企业车间生产调度系统内正在加 工和己经排队等待的加工作业进行调度控制。根据收 集的底层实时加工信息, 跟踪工件的进度, 需要及时处 理车间异常情况如急件、返工、超期等, 必要时进行实 时重调度的功 能。它是在加 工过程中 引入了动 态事 件, 如被加工工件交货期的改变而导致零件优先级的 改变, 由于企业车间生产调度系统内某些设备的故障 而延误了正常加工任务等, 所有这些扰动都会使原来 己优化的静态排序变成非优化的排序, 这时需要对工 件的加工顺序进行实时地重新安排或其他更改措施, 因此我们也称此过程为动态调度, 它保证了生产任务 顺利完成。 作业控制层面向车间层和加工层, 其基本任务是 围绕作业生产, 对加工情况进行有效的控制, 并向其它 相关部门反馈生产信息。工单下发后, 生产操作者或 者单元管理员将生产信息如工件的完工时间、设备故 障记录等反馈信息及时地录入到计算机中, 以便调度 员查询当前有多少工件在哪些设备上加工、工件加工 执行到哪道工序, 设备的当前负载状况如何等问题, 打 印统计报表, 对工件进度进行跟踪。当有突发事件发 生时, 查询设备状态、工序状 态判断是 否进行人 工调 整, 如安排加班, 转移工序, 还是进行重调度, 重新生成 调度计划, 在调度员的参与下控制层完成对不同事件 采取不同处理。 通过上述的分析可知, 在初始状态下, 根据新加入 的生产计划分解成工序级车间作业, 发布到车间。车 间的作业在调度策略、当前生产信息的指导下进行, 即 作业排序层将工序加工顺序下达给作业控制层, 由它 执行当前的日程作业计划。在加工过程中, 作业控制 层根据执行情况的反馈信息, 处理和调整作业的执行。 如果无法按正常顺序继续加工, 将向作业排序层请求重 调度, 进行下一轮的计划 /执行 /控制过程, 以此解决由 于各种动态多变因素影响而造成生产过程紊乱的状况。 作业排序和作业控制两个层次的有效集成, 是形成面向 生产过程的企业车间生产调度系统的重要内容。 这种两层式框架体现了 M ES要 求 ∀ 计划 #和 ∀ 生 产 #密切配合的理念, 即在最短的时间内掌握生产现场 的变化, 做出准确的判断和快速的调度措施, 保证生产
摘要: 面向 M ES的车间生产调度系统可以为企业缩短制造周期、降低生产成本、为提高制, 分析了系统的体系结构、需求分析以及
功能层次框架, 并进一步研究了系统的关键技术实现。文章为其他建设 MES 生产调度系统提供了一定
的借鉴作用。
关键词: MES系统; 生产调度; 车间作业调度
实现 MES的持续信息化建设打好基础。
( 2) 功能需求
一方面, 车间根据已经编制好的作业计划以及与 生产单元相关的资源信息, 利用计算机生成可执行的、
合理的排产方法以安排作业的加工顺序和加工设备,

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论面向MES的车间作业调度算法的研究与实现

论面向MES的车间作业调度算法的研究与实现

一
传统 的单 纯依 靠人 的经验来进行生产 调度 的模式 已经 不能适 表１ 应现今快速的市场变化 了，而 ＭＲ Ｉ和 Ｅ Ｐ等生产管理软件适合 ＰＩ Ｒ 于长期计划指导 ， Ｓ则是根据底层控制系统采集 的与生产有关的 ＭＥ 实时数据 ， 对短期生产作业 的计划调度 、 监控 、 资源配置和生产过程 进行优化 。 Ｍ Ｓ Ｅ 技术在企业信息化 中扮演着重要 的角色 ，处于信 息化 的中间层。 ＭＥ （ ｎ ｆ ｔｒ ｇ Ｅ ｅｕｉ ｙｔ 即制造执行 系统 的英 文 ｓ Ｍａｕａ ｕｉ ｘｃ ｔｎ Ｓ ｓ ｍ） ｃ ｎ ｏ ｅ Ｐ 缩写 ， ２ 世 纪 ９ 是 ０ ０年代在美 国提 出的应用于公司制造行业 的一个 Ｓ Ｔ 优 先 选 择最 短 加 工时 间 的工 序 Ⅱ’ Ｔ 优 先 选 择最 长 加 工 时 间的 工序 新概念 ， 其在工厂综合 自动化系统 中起着重要作用 。 Ｅ 有三类 ： ＭＳ 单 Ⅱ） Ｄ 优 先 选 择具 有 最 早交 货 期 的工 序 Ｃ 功能的 ＭＥ 、 Ｓ 集成的 ＭＥ Ｓ和可集成 的 ＭＥ ， Ｓ 前两类属于传统的即 Ｆ ＦＳ 选择同一台机床上工件队列 中最先到达 的工序 优 先 选 择具 有 最 少延 缓 时 间 的工序 Ｔ Ｍ Ｓ 其在新 的生产 环境 下显示 出很多 的缺点 ， —Ｅ， 所以具有敏捷 性 Ｕ限 优先选择剩余总加工时间最小的工件的工序 特征 的 ＩＭＥ － Ｓ应运而生 ，它已经成为了现今制造企业 的主导制 造 Ｒ 优先选择剩余总加工时间最长的工件的工序 ｍ Ｒ 优 先 选 择剩 余 工序 数 最 多 的工 件 的工 序 模式 ， 即敏捷 制造 。而在 Ｍ Ｓ的功能模块 中 ， Ｅ 车间作业调度与控制 Ｌ Ｒ ０ 优先选择剩余工序数最少的工件的工序 ＲＮ ０ ＡＤＭ 随 机 选 择工 序 是其核心所在 。 生产调度和控制 主要研究 在动态的生产环境 中进行资源优 化 王龙生等 的 《 一种新型的作业车间调度算法 的研 究与实现》 一 分配 、 作业计划生成和对生产系统进行适应性控制的问题 。在生产 文在讨论 了车间作 业调度与控制 的已有 的方法 和策 略基 础上结合 系统 中 ， 由于存在大量 的各种动态变化的因素 ， 如生产准备 ， 成本 因 我 国的现有情况 ， 开发 了采用分层分布式控制方式 和相对剩余加工 素， 交货期要求和制作资源 的限制等等。使制造加工过程变 的异 常 最大的优先分配原则的新 型作业车间调度与控制原型系统。 中剩 其 复杂。 一个复杂 的制作系统的成功依赖于对作业车 间通过实时决策 余加工最 大的优先 分配原则是作者提 出的一种新型 的优 先分派规 进行有效 的生产调度与控制。 则。 优先分派规则就如 同计算机操作系统中的作业管理中有先来先 ２ 车间作业调度方法与策略 服务算法 、 最短作业优先算法 、 优先级算法等等 。 已有的优先分派规 国内外 的相关人员通过对各种调度方法与策略的研究 ， 已经提 则见表 ２ 。 出了很多控制系统模型 ， 每种模型都 是按 照调度 中常用 的一个或多 我们知道生 产一个工件通 常要 由很多道工序组 成 ，所 以上面 个性 能指标来设计的 ， 车间调度的常用性能指标见表 １ 。 Ｌ Ｔ与 Ｍ Ｐ ＷＲ的区别就是 ：Ｐ Ｌ Ｔ只 比较单个工序的用时长短而 ＭＷＲ 当然生产过程是个综合 的过程 ， 就好象我们计算机 网络 中的拥 则 比较 的是工件所剩余 的后继工序的时问之 和。 而本 文作者提 出的 塞控制一样 ， 往往要综合考虑多种因素 ， 找到一个最佳的平衡点 ， 才 相对剩余 加工时间最大 的分配原则 于 Ｍ ＷＲ又有所不 同 ： ＭＷＲ中 是解决 问题 的关键。所以实际的调度问题往往是多 目标的 ， 这些 目 的剩余总加工 时间相 当于本 文作者定义 ４中的绝对剩余加 工时间 标 间并不一致 ， 就好象我们要有好 的音质 和画面往往就要有存储空 Ｔ Ｒ，而作 者对工序 的排 序依据是定义 ５中的相对剩余加工 时间 Ａ 间为代价一样 ， 调度 中也要平衡多种性 能指标 ， 有效地进 行多 目标 Ｔ Ｒ， Ｒ 因为在工件实际的加工过程中往往会有不 同工件对 同一机器 调度 。 的竞争 ， 使得工件 的工序加工不 能总是在连续进行中 ， 能会 有等 可 作业 车间调度 的研究方法有 ：最优化法及近似 ／ 启发式方 法。 待， 这样考虑相对剩余时间最长进 行优先排序 的方法应该说更符合 研究表 明 ， Ｐ中寻找最优解是很 困难 的 ，不如试图在合理有限 的 Ｊ Ｓ 生产实际 ， 从而就更可能有效地实现最大流程时 间最小或平均流程 时间内寻找到一个近似的 、 有用的解 。 时间最小的性能 目标 。 调度韵策略有 ： 并行或分布策略、 分解与成组策略 、 人机交互策 可以这样理解 ： 制造系统 内每一 台机床前都存 在一 队列（ 集合）， 略、 动态重调度策略 、 目 多 标优化策略。 该集合中存 放的是当前该设备 能够加工 的工序（ 的可加工 工序 机床 ３敏捷制造环境下的新型调 度方法探讨 集合）， 称为机床虚拟工序队列。在刚开始 时 ， ｔＯ时，机床 虚拟 即 ＝ 现今制 造业的新特 点是： 品种 、 多 小批量 、 制造周期短 、 量要 质 工序队列集合为空 ， 经过初始化 ， 队列 中有了元素 （ 即工序 ） 。设备 求高 ， 在生产制造 的过程中有很大 的不确定性 ， 称之为敏捷制 造环 的下一个加工工件是在该机床虚拟工序 队列集合 中按一定 的规则 境。 在传统的制造环境 中假定最初便具有全部决策信息 的静态调度 进行选择 的。此处的选择 即使用的调度方法 ， 当机床按设 置好 的调 则不能适应新环境的调度要求 了， 以在敏捷制造环境下一般要采 所 度方法选择好 １个工序后， 从对应 的机床虚拟工序队列集合中删去 用动态调度。 动态调度 的方法有 ： 人工智能（ Ｉ方法 、 布式人式智 Ａ） 分 该工序对应工件的所有工序 。 以说调度只发生在工序间有对同一 所 能 （Ａ ） Ｄ Ｉ方法 、 仿真方法 、 人机交互方法 、 基于多代理结构 的车间动 机器的竞争中。 态调度方法等。 ４ 算法验证与实现 郑华林等人研究 的一种 新型的单件小批否是可行的， 要对算法有严 中用到的剩余加工时间最大的优先分派原则即 Ｍ ｏ ｒ ＷＲ ｆ ｓ Ｗｏ Ｍ ｔ ｋ 建立算法的数学模型， 还要开发出调度软件， 通过典型案 Ｒｍ ｉｎ） ｅ ａ ｉ 进行工序粗排 ， ｎｇ 使工件在系统 中的流通时间最短 ， 再在此 格的定义， 例验证算法在工程中的可行性和有效性。 调度问题是许多计算机应 基础上 ， 以工件 的提前 ／ 拖期时 间最 大的工艺块 为调整 目标 ， 进行 用领域的重要问题 ， ｂＳｏ 调度是其中的一类典型的困难问题， Ｊ — ｈｐ ０ 细排 ， 而得 到一个优化的生产作业计划 。可见结合生产实际确定 从 它通常包含多个可并行实现的目 标以及实现这些目标的多种方法 调度 中重点实现的性 能指标 ， 的进行工序安排调度是研究 Ｍ Ｓ 合理 Ｅ 与资源 。作为调度问题 中代表性的 Ｊｂ Ｓ ｏ 调度 ， 目标 是以尽可 ｏ— ｈ ｐ 其 车间作业 中新的调度方法 的重要思想。 能少的时间， 同时满足其它一些约束条件情况下， 将各种操作调度到
MES方案_为生产车间提供MES系统设计及实施

MES方案_为生产车间提供MES系统设计及实施

MES方案_为生产车间提供MES系统设计及实施MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统）是指在生产过程中实时追踪和监控制造过程，从而提高生产效率和质量的一种信息化管理系统。

为了提供MES系统设计及实施方案，我们需要考虑以下几个方面：1.系统需求分析：首先，我们需要与生产车间的管理团队进行沟通，了解他们的具体需求和目标。

这包括生产计划、物料管理、工序控制、质量管理、设备维护等方面的要求。

通过需求分析，我们可以明确系统的功能模块和流程。

2.系统架构设计：根据需求分析的结果，我们将设计MES系统的架构。

这包括服务器、数据库、客户端、网络等方面的设计。

我们将考虑系统的可扩展性、可靠性和安全性，保证系统在长期使用时能够稳定运行。

3.软件开发与集成：根据系统设计的结果，我们将进行软件开发和系统集成。

我们可以选择现有的MES软件平台进行定制开发，也可以根据需求开发定制化的MES系统。

同时，我们将根据需求与其他系统（如ERP系统）进行集成，以实现数据的共享和交互。

4.系统部署与培训：完成软件开发和集成后，我们将进行系统部署和培训。

我们将配置服务器和客户端，安装数据库和软件，并进行系统测试和调试。

同时，我们将为生产车间的员工进行培训，确保他们能够熟练使用MES系统。

5.系统运维与支持：MES系统部署后，我们将提供系统的运维和支持服务。

这包括系统的监控和维护、问题解决、功能升级等方面的支持。

我们将确保系统能够持续稳定地运行，并根据需求进行系统的优化和改进。

通过以上方案，我们将为生产车间提供一套完整的MES系统设计和实施方案。

通过实施MES系统，生产车间将能够实时跟踪和监控制造过程，提高生产效率和质量，降低生产成本，实现精益生产和智能制造。

制造执行系统(MES)的研究和应用共3篇

制造执行系统(MES)的研究和应用共3篇

制造执行系统（MES）的研究和应用共3篇制造执行系统（MES）的研究和应用1制造执行系统（MES）的研究和应用制造执行系统（MES）是指用于计划、跟踪和监控生产过程的信息系统。

它是整个制造过程中信息化和智能化的重要组成部分。

本文将从MES的定义、功能、应用、实现等方面进行研究和探讨。

一、MES的定义和功能制造执行系统（MES）是一种计算机控制的信息系统，用于跟踪和监控制造过程，并对其进行优化管理。

MES集成了生产计划、调度、实施、过程控制、数据采集、质量控制等多种功能，能够帮助制造企业实现高效、质量化和标准化的生产管理。

MES的核心功能包括生产调度、过程控制和数据采集。

生产调度是制定生产计划和工艺路线、安排生产资源和生产工艺的过程；过程控制是管理加工工艺参数、控制设备状态和保障生产过程质量的过程；数据采集是通过传感器和仪表等设备，采集生产过程中的各种数据，并实时更新MES系统中的信息。

二、MES的应用领域MES的应用领域非常广泛，涵盖了电子、机械、制造、化工、食品等行业。

下面以制造行业为例，介绍MES的应用。

1.生产管理MES能够帮助制造企业实现高效、质量化和标准化的生产管理。

MES系统可以根据生产计划和工艺路线，调度生产资源和工艺，并进行良率分析和生产效率评估。

通过MES系统，可以实现生产过程中的状态监控和异常处理，提高生产效率和产品质量。

2.质量管理MES能够帮助制造企业实现全面的质量管理。

MES系统通过数据采集和过程控制，实现了生产过程的全面监控和控制。

MES系统还可以提供质量检测数据，建立质量档案，实现产品质量追溯，为企业提供全面的质量管理支持。

3.库存管理MES能够帮助制造企业优化库存管理，降低库存成本。

MES系统可以根据订单需求和生产计划，进行原材料和半成品的管理，实现对库存的实时跟踪和控制。

通过MES系统，可以实现库存优化和成本控制，缩短供应链周期，提高供应链效率。

三、MES的实现MES系统的实现需要经历系统设计、软硬件选型、系统集成、数据接口等多个环节。

智能制造生产线MES系统的设计与开发

智能制造生产线MES系统的设计与开发


一、需求分析
在进行MES系统设计之前，首先要明确系统的需求。通过对制造企业的生产流 程、工艺特点、管理模式的深入了解，确定MES系统需要实现的功能，如生产 计划、物料管理、质量控制、人员管理等。同时，要明确系统的技术要求，如 数据采集、信息交互、数据分析等方面的要求。
二、系统设计
1、架构设计
一、智能制造车间云MES系统的 设计
1、系统架构设计
智能制造车间云MES系统采用云计算架构，以实现数据和资源的集中管理和共 享。系统包括基础设施层、平台层和应用层三个层次。基础设施层负责计算、 存储和网络资源的提供；平台层提供开发环境、数据库和中间件等支撑服务； 应用层针对生产现场的实际需求，提供一系列智能化应用。
2、功能模块设计
智能制造车间云MES系统主要包括以下几个功能模块：
（1）生产计划模块：根据客户订单、产品BOM和生产资源等情况，制定详细的 生产计划，包括产品型号、数量、交货期等。
（2）生产调度模块：根据实际生产情况，对生产计划进行调整和优化，确保 生产过程的顺利进行。
（3）数据采集模块：通过传感器、RFID等技术手段，实时采集生产现场的数 据，如设备状态、物料信息、质量检测等。
2、大数据技术的应用
智能制造车间云MES系统引入大数据技术，对生产过程中产生的海量数据进行 实时采集、分析和存储。通过对这些数据的挖掘和分析，可以深入了解生产过 程的规律和特点，为优化生产流程、提高生产效率提供数据支持。同时，大数 据技术还可以帮助企业发现新的市场机会和商业模式。
3、人工智能技术的应用
智能制造生产线MES系统的 设计与开发
01 一、需求分析
目录
02 二、系统设计
03 三、系统开发
04 四、持续改进