CN101477655A - 一种分层的mes软件系统架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分层的MES软件系统架构，其包括上层的制造管理系统和下层的生产执行系统，制造管理系统与上游的EPR系统连接，生产执行系统与下游的PCS过程控制系统连接，制造管理系统包括质量管理模块、生产管理模块和作业计划管理模块，生产执行系统包括实绩管理模块、发货作业管理模块和仓库管理模块，制造管理系统和生产执行系统通过有效事件处理模式实现联系。该分层的MES软件系统架构高效、灵活、可扩充、能有效提高生产组织管理效率，解决实际生产管理业务中由层次现象产生的各种难题，且能有效提升产品质量，缩短产品生产周期，并能有效提高产量、资金使用效率、降低综合生产成本，给企业带来巨大的经济及社会效益。

Description

一种分层的MES软件系统架构

技术领域

本发明涉及一种MES集成制造软件的设计架构，具体涉及一种分层的MES软件系统架构。

背景技术

一般说来企业信息化系统是分层实现的，一般分为三层结构：最上层是面向企业商务和计划的ERP系统，中间层是面向生产和执行过程的MES制造执行系统，最底层是面向生产过程和控制的PCS过程控制系统。这种层次的划分明确了各层的主要职责：ERP决定了企业应该生产什么，MES决定了该如何生产，PCS决定了具体的生产现场过程。

如图1所示，现有MES集成制造执行系统一般包括质量管理、生产管理、计划管理、实绩管理、发货管理和仓库管理等六大模块，其中，各模块的功能分别为：

质量管理模块：一、对生产合同订单进行合同处理，形成合同的相应工艺参数、取样要求、判定标准、生产工艺参数等信息，为合同的生产管理做准备；二、实现生产全过程的质量控制管理，提高生产的质量效益。

生产管理模块：一、接受合同处理后，合同及相关的其它信息，并进行生产设计，形成相应原材料需求；二、跟踪合同的具体生产过程，为合同的高效及时生产提供信息支撑。

计划管理模块：接受合同设计后的生产任务，结合各工序的生产能力，形成各工序的详细生产计划。

实绩管理模块：实时接收跟踪各种生产信息，并对应到具体的材料，同时触发合同跟踪功能，为生产的动态调配提供支持。

发货管理模块：接收生产结束的产成品，根据客户交货期，安排发货计划，并根据发货计划进行发货。

仓库管理模块：仓库管理贯穿整个生产过程中的物料库存管理，为物流的有序流动提供支撑。

该MES集成制造执行系统的具体处理流程：客户需求—订单—合同签订—质量设计—生产设计—优化排程—生产制造—质量检验及判定—包装出厂—合同结案。该MES集成制造执行系统采用一层式功能设计结构，也就是所有功能都放在一个功能层次，这种设计结构虽然在功能上能够解决“如何生产”的问题，但在实际的使用中会产生一系列问题，如，在生产线扩充后，无法平稳简便的实现原有系统功能的扩充，无法灵活的实现合同在不同产线之间的动态排产，或无法实现合同在各个产线之间的灵活实时跟踪等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高效、灵活、可扩充，能有效的提高生产组织管理效率分层的MES软件系统架构，从而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种分层的MES软件系统架构，其特征在于，所述软件系统包括上层的制造管理系统和下层的生产执行系统，制造管理系统与上游的EPR系统连接，生产执行系统与下游的PCS过程控制系统连接，所述制造管理系统包括质量管理模块、生产管理模块和作业计划管理模块，所述生产执行系统包括实绩管理模块、发货作业管理模块和仓库管理模块，制造管理系统和生产执行系统通过有效事件处理模式实现联系。

具体而言，所述有效事件处理模式的执行过程为：首先将整个生产管理和执行业务中须跟踪及处理的各个环节定义为一个个事件，同时对各事件定义相应的触发机制及处理流程，若有相应事件被触发，则进行相应的事件处理，并将最终的结果发送到相应的制造管理系统和/或生产执行系统，该等事件、触发机制及处理流程可以动态调整。

所述制造管理系统主要包括销售业务管理模块、质量管理模块、生产管理模块、作业计划管理模块、物料跟踪与实绩管理模块和出厂管理模块；

其中，销售业务管理模块用于接收和处理产品的订货合同，对订货合同进行业务及资金评审，并将评审好的订货合同下发至质量管理模块，等待合同处理；

质量管理模块用于对接收的合同进行质量处理，生成具体生产工艺要求、质量控制要求和取样要求信息，以及指导生产管理中材料设计及相关作业计划的安排，并在生产过程中，进行实时的质量控制；

生产管理模块用于对经质量处理过的生产合同进行生产设计，明确具体的原材料需求及其他生产相关需求，并向作业计划管理提出作业需求，和对每个合同进行完整的合同跟踪，以便进行有效的合同控制；

作业计划管理模块用于接收合同生产设计的结果，根据销售订货合同所要求的交货期及考虑生产线产能的具体情况，设计出各生产线各工序的具体作业计划安排，并通过触发相应事件，将各工序作业计划下发至生产执行系统；

物料跟踪与实绩管理模块用于及时从其他各模块获取物料的变动信息，完整记录物料的全生命周期信息，为合同跟踪提供基础信息；

出厂管理模块用于接收生产结束并判定好质量情况的成品，并根据计划安排编排出厂计划并下发至生产执行系统执行出厂动作，同时将出厂结束的实绩发送ERP系统，由ERP系统对客户资金进行结算。

所述生产执行系统包括实绩管理模块、发货作业管理模块、仓库管理模块、作业命令管理模块和在线质量管理模块；

其中，发货作业管理模块用于接收和执行制造管理系统的出厂及准发计划，同时将执行结果通过物料跟踪与实绩管理模块反馈至制造管理系统，以便进行合同跟踪及客户资金结算；

仓库管理模块用于对所有材料的库存进行管理，完成所有的入库、转库、出库动作，支持整个生产正常运转；

作业命令管理模块用于接收从制造管理系统下发的各工序的作业计划，并根据具体的时间要求，将其转换成具体的作业命令下发至各生产单元，由各生产单元进行执行；

实绩管理模块通过通信管理获取各生产单元的生产实绩，并获取生产执行系统中其他模块产生的实绩信息，并进行相应处理，再通过触发相应事件，将实绩信息发送至制造管理系统，以进行相应后续处理；

在线质量管理模块用于进行生产过程中的在线质量控制。

所述生产执行系统中还设置通信管理模块，作业命令管理模块将从制造管理系统接收到的各工序的作业计划转换成具体的作业命令，再通过通信管理模块将作业命令下发至各生产单元。

所述生产执行系统中还设置工器具管理模块，其用于对相关生产设备的日常管理。

所述制造管理系统和生产执行系统中均设置系统管理模块，用于控制用户权限及访问权限。

一般企业的生产管理过程中都存在着一种抽象的层次结构，并且层次之间的关联不十分紧密，是一种松散耦合型的联系。而现有MES系统软件架构中，各功能模块之间耦合程度高，联系非常紧密，因此，不便于根据实际生产需要进行功能扩展等操作。本案发明人针对现有MES系统软件构架的上述不足，提出了将MES软件系统按两个功能层次构建的方式，即，该MES软件系统架构由上层的制造管理系统和下层的生产执行系统构成，其中，上层主要用于公司层面的生产组织管理，对整个产能进行平衡，控制整个合同生产管理的节奏，而下层是用于管理各个产线及每个生产工序的生产计划执行、跟踪及异常信息反馈，这两层之间通过事件处理模式进行及时、必要、灵活的联系，形成一个有机整体，同时两个层次之间没有直接紧密的联系，这样，各层的功能扩充对其它层不会产生太大影响，从而一方面在功能上实现原有MES软件系统的功能，另一发明还实现了一些扩展功能，如合同跨产线生产跟踪功能、合同工艺路径组合优化功能、产能最优化平衡功能等等。概言之，本发明的MES软件系统架构结构灵活，功能扩充简便，风险小，可真正实现高可靠性和高可扩充性，从而为企业的整个生产组织管理提供强有力的信息化支撑。

由该MES软件系统与EPR系统和MES制造执行系统组成的企业信息化系统的具体工作过程如下：

生产合同先从ERP系统下发至销售业务管理模块进行合同评审(客户资金、生产实时情况等方面进行)；

合同评审结束后，制造管理系统的质量管理模块对合同进行合同处理，并将合同处理结果传送至生产管理模块进行合同设计，形成最优的生产工艺路径及相关生产作业需求；

作业计划管理模块接收到生产管理模块的生产作业需求后，结合合同的交货期，结合各产线工序的生产情况制定各工序的相应生产作业及其它生产管理计划，并触发相应生产管理事件，将相应的生产工序计划及相关质量控制参数下发至生产执行系统；

作业命令管理模块在收到各工序作业计划、相关质量控制参数后，通过通信管理模块将作业指令及质量控制参数分别下达给各生产单元；

各生产单元得到生产指令后，执行生产，执行完成后，通过通信管理模块将将生产实绩及检化验实绩发送给执行跟踪层的实绩管理模块；

实绩管理模块将检化验实绩交由在线质量管理模块进行质量控制，所有信息在进行相应处理后，实绩管理模块将触发相应事件，把相应的实绩信息发送给制造管理层，事件处理的结果将发送至物料跟踪与实绩管理模块，再由物料跟踪与实绩管理模块将相应信息抛送至生产管理模块进行合同跟踪，同时如果得到是物料最后一道工序的实绩信息时，就将相关信息发送至质量管理模块，由质量管理模块进行质量处置，一旦质量处置完成，生产管理模块将具备发货条件的物料信息送至出厂管理模块，由出厂管理模块编排出厂计划，并将准发及出厂计划通过事件管理功能，发送至发货作业管理模块，进行发货出厂；

发货出厂后的材料信息传送至实绩管理模块，由该模块触发事件管理，将相应出厂信息传送至物料跟踪与实绩管理模块进行处理，并将最终结果发送至生产管理，进行合同跟踪，以实现整个合同的生命周期管理，同时发货后材料的具体信息也将发送至ERP系统，由ERP系统对客户的资金进行结算，通过这些模块的衔接，完成整个企业信息化系统的完整功能业务流程。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，该分层的MES软件系统架构高效、灵活、可扩充、能有效提高生产组织管理效率，解决实际生产管理业务中由层次现象产生的各种难题，且能有效提升产品质量，缩短产品生产周期，并能有效提高产量、资金的使用效率、降低平均综合生产成本，给企业带来巨大的经济效益及社会效益。本发明可被广泛应用于各类生产性企业中。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的阐述。

图1是现有技术中的MES软件系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施中一种分层的MES软件系统架构的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，该分层的MES软件系统架构包括上层的制造管理系统和下层的生产执行系统，制造管理系统与上游的EPR系统连接，生产执行系统与下游的PCS过程控制系统连接，制造管理系统和生产执行系统通过有效事件处理模式实现联系。

制造管理系统主要包括销售业务管理模块、质量管理模块、生产管理模块、作业计划管理模块、系统管理模块、物料跟踪与实绩管理模块和出厂管理模块；生产执行系统包括实绩管理模块、发货作业管理模块、仓库管理模块、作业命令管理模块、在线质量管理模块、系统管理模块、工器具管理模块和通信管理模块。

其中，销售业务管理模块用于接收和处理产品的订货合同，对订货合同进行业务及资金评审，并将评审好的订货合同下发至质量管理模块，等待合同处理；

质量管理模块用于对接收的合同进行质量处理，生成具体生产工艺要求、质量控制要求和取样要求信息，以及指导生产管理中材料设计及相关作业计划的安排，并在生产过程中，进行实时的质量控制；

生产管理模块用于对经质量处理过的生产合同进行生产设计，明确具体的原材料需求及其他生产相关需求，并向作业计划管理提出作业需求，和对每个合同进行完整的合同跟踪，以便进行有效的合同控制；

作业计划管理模块用于接收合同生产设计的结果，根据销售订货合同所要求的交货期及考虑生产线产能的具体情况，设计出各生产线各工序的具体作业计划安排，并通过触发相应事件，将各工序作业计划下发至生产执行系统；

物料跟踪与实绩管理模块用于及时从其他各模块获取物料的变动信息，完整记录物料的全生命周期信息，为合同跟踪提供基础信息；

出厂管理模块用于接收生产结束并判定好质量情况的成品，并根据计划安排编排出厂计划并下发至生产执行系统执行出厂动作，同时将出厂结束的实绩发送ERP系统，由ERP系统对客户资金进行结算；

发货作业管理模块用于接收和执行制造管理系统的出厂及准发计划，同时将执行结果通过物料跟踪与实绩管理模块反馈至制造管理系统，以便进行合同跟踪及客户资金结算；

仓库管理模块用于对所有材料的库存进行管理，完成所有的入库、转库、出库动作，支持整个生产正常运转；

作业命令管理模块用于接收从制造管理系统下发的各工序的作业计划，并根据具体的时间要求，将其转换成具体的作业命令，再通过通信管理模块将作业命令下发至各生产单元，由各生产单元进行执行；

实绩管理模块通过通信管理获取各生产单元的生产实绩，并获取生产执行系统中其他模块产生的实绩信息，并进行相应处理，再通过触发相应事件，将实绩信息发送至制造管理系统，以进行相应后续处理；

在线质量管理模块用于进行生产过程中的在线质量控制；

工器具管理模块用于对相关生产设备的日常管理；

系统管理模块用于控制用户权限及访问权限。

上述述有效事件处理模式的执行过程为：首先将整个生产管理和执行业务中须跟踪及处理的各个环节定义为一个个事件，同时对各事件定义相应的触发机制及处理流程，若有相应事件被触发，则进行相应的事件处理，并将最终的结果发送到相应的制造管理系统和/或生产执行系统，该等事件、触发机制及处理流程可以动态调整。这种事件处理模式具体形式如下：

定义具体事件：

Define Event_id_xxx  “生产计划下发”

Define Event_id_xxx  “质量终判结束”

…。

定义事件的处理过程：

Define Proce_Route Event_id_XXX(每个事件的处理路径或流程)，

Define Procedure Route_XXX_Proc(定义处理路径中每个处理节点的处理功能)，

当相应事件触发时，获取对应的事件处理过程，然后进行事件的处理，

IF XX_Event Raise then

   Get_Route_Event(Event_id)；

   Proc_Event；

End if。

在上述机制下，如果有相应事件触发，则进行相应的事件处理，并将最终的结果发送到相应的层。在实际运行中，如果发生跟踪方面的事件，则制造管理系统最终就能实时得到每个合同的具体执行情况，也就能根据具体情况进行相应决策；如果相关作业及管理等类型的事件发生，则生产执行系统就能及时得到相应的作业执行指令用于执行。通过采用这种有效事件处理模式可很好的实现层次之间的松散耦合关系，使得层与层之间的关系变得更加灵活，即使某个层次发生了一定的变化，也不会直接影响到另一个层次的功能。

由该MES软件系统与EPR系统和MES制造执行系统组成的企业信息化系统的具体工作过程如下：

生产合同先从ERP系统下发至销售业务管理模块进行合同评审(客户资金、生产实时情况等方面进行)；

合同评审结束后，制造管理系统的质量管理模块对合同进行合同处理，并将合同处理结果传送至生产管理模块进行合同设计，形成最优的生产工艺路径及相关生产作业需求；

作业计划管理模块接收到生产管理模块的生产作业需求后，结合合同的交货期，结合各产线工序的生产情况制定各工序的相应生产作业及其它生产管理计划，并触发相应生产管理事件，将相应的生产工序计划及相关质量控制参数下发至生产执行系统；

作业命令管理模块在收到各工序作业计划、相关质量控制参数后，通过通信管理模块将作业指令及质量控制参数分别下达给各生产单元；

各生产单元得到生产指令后，执行生产，执行完成后，通过通信管理模块将将生产实绩及检化验实绩发送给执行跟踪层的实绩管理模块；

实绩管理模块将检化验实绩交由在线质量管理模块进行质量控制，所有信息在进行相应处理后，实绩管理模块将触发相应事件，把相应的实绩信息发送给制造管理层，事件处理的结果将发送至物料跟踪与实绩管理模块，再由物料跟踪与实绩管理模块将相应信息抛送至生产管理模块进行合同跟踪，同时如果得到是物料最后一道工序的实绩信息时，就将相关信息发送至质量管理模块，由质量管理模块进行质量处置，一旦质量处置完成，生产管理模块将具备发货条件的物料信息送至出厂管理模块，由出厂管理模块编排出厂计划，并将准发及出厂计划通过事件管理功能，发送至发货作业管理模块，进行发货出厂；

发货出厂后的材料信息传送至实绩管理模块，由该模块触发事件管理，将相应出厂信息传送至物料跟踪与实绩管理模块进行处理，并将最终结果发送至生产管理，进行合同跟踪，以实现整个合同的生命周期管理，同时发货后材料的具体信息也将发送至ERP系统，由ERP系统对客户的资金进行结算，通过这些模块的衔接，完成整个企业信息化系统的完整功能业务流程。

该MES软件系统经江苏沙钢集团有限公司进行了约一年左右的试用，试用结果显示，该MES软件系统可实现产品质量提高10％、产品的生产周期缩短12％、产量提高15％、资金使用效率提高12％、平均综合成本降低11％，从而给企业带来了巨大的经济效益及社会效益。

以上实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，本技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案应该属于本发明的范畴并为各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种分层的MES软件系统架构，其特征在于，所述MES软件系统包括上层的制造管理系统和下层的生产执行系统，制造管理系统与上游的EPR系统连接，生产执行系统与下游的PCS过程控制系统连接，所述制造管理系统包括质量管理模块、生产管理模块和作业计划管理模块，所述生产执行系统包括实绩管理模块、发货作业管理模块和仓库管理模块，制造管理系统和生产执行系统通过有效事件处理模式实现联系。

2.根据权利要求1所述的分层的MES软件系统架构，其特征在于所述有效事件处理模式的执行过程为：首先将整个生产管理和执行业务中须跟踪及处理的各个环节定义为一个个事件，同时对各事件定义相应的触发机制及处理流程，若有相应事件被触发，则进行相应的事件处理，并将最终的结果发送到相应的制造管理系统和/或生产执行系统，该等事件触发机制及处理流程可以动态调整。

3.根据权利要求1所述的分层的MES软件系统架构，其特征在于所述制造管理系统主要包括销售业务管理模块、质量管理模块、生产管理模块、作业计划管理模块、物料跟踪与实绩管理模块和出厂管理模块；

其中，销售业务管理模块用于接收和处理产品的订货合同，对订货合同进行业务及资金评审，并将评审好的订货合同下发至质量管理模块，等待合同处理；

质量管理模块用于对接收的合同进行质量处理，生成具体生产工艺要求、质量控制要求和取样要求信息，以及指导生产管理中材料设计及相关作业计划的安排，并在生产过程中，进行实时的质量控制；

生产管理模块用于对经质量处理过的生产合同进行生产设计，明确具体的原材料需求及其他生产相关需求，并向作业计划管理提出作业需求，和对每个合同进行完整的合同跟踪，以便进行有效的合同控制；

作业计划管理模块用于接收合同生产设计的结果，根据销售订货合同所要求的交货期及考虑生产线产能的具体情况，设计出各生产线各工序的具体作业计划安排，并通过触发相应事件，将各工序作业计划下发至生产执行系统；

物料跟踪与实绩管理模块用于及时从其他各模块获取物料的变动信息，完整记录物料的全生命周期信息，为合同跟踪提供基础信息；

出厂管理模块用于接收生产结束并判定好质量情况的成品，并根据计划安排编排出厂计划并下发至生产执行系统执行出厂动作，同时将出厂结束的实绩发送ERP系统，由ERP系统对客户资金进行结算。

4.根据权利要求1所述的分层的MES软件系统架构，其特征在于所述生产执行系统包括实绩管理模块、发货作业管理模块、仓库管理模块、作业命令管理模块和在线质量管理模块；

其中，发货作业管理模块用于接收和执行制造管理系统的出厂及准发计划，同时将执行结果通过物料跟踪与实绩管理模块反馈至制造管理系统，以便进行合同跟踪及客户资金结算；

仓库管理模块用于对所有材料的库存进行管理，完成所有的入库、转库、出库动作，支持整个生产正常运转；

作业命令管理模块用于接收从制造管理系统下发的各工序的作业计划，并根据具体的时间要求，将其转换成具体的作业命令下发至各生产单元，由各生产单元进行执行；

实绩管理模块通过通信管理获取各生产单元的生产实绩，并获取生产执行系统中其他模块产生的实绩信息，并进行相应处理，再通过触发相应事件，将实绩信息发送至制造管理系统，以进行相应后续处理；

在线质量管理模块用于进行生产过程中的在线质量控制。

5.根据权利要求4所述的分层的MES软件系统架构，其特征在于所述生产执行系统中还设置通信管理模块，作业命令管理模块将从制造管理系统接收到的各工序的作业计划转换成具体的作业命令，再通过通信管理模块将作业命令下发至各生产单元。

6.根据权利要求4所述的分层的MES软件系统架构，其特征在于所述生产执行系统中还设置工器具管理模块，用于对相关生产设备的日常管理。

7.根据权利要求1所述的分层的MES软件系统架构，其特征在于所述制造管理系统和生产执行系统中均设置系统管理模块，用于控制用户权限及访问权限。

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