CN102012696A - 用于在生产过程中传送调整模式的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开在由制造执行系统控制并执行的生产过程中传送调整模式的方法和系统，包括：a)根据要生产的预定产品的初始数量来提供生产请求；b)通过预定生产规则来识别预定产品，从而将生产规则划分成表示由制造执行系统控制的生产动作的许多片段要求；c)在片段要求内定义生产所需数量预订产品所需的资源；d)定义重新调整属性并使重新调整属性与存储在数据库中的生产请求树中的每个资源对准，数据库包括到制造执行系统的接口；以及e)使用到制造执行系统的接口来更新要生产的预定产品数量并响应于该更新通过在数据库层级应用重新调整因数来重新计算生产更新数量预定产品所需的资源，重新调整因数根据作为用于重新调整属性的输入变量的初始数量和更新数量来计算。

Description

用于在生产过程中传送调整模式的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于在由制造执行系统(MES)控制并执行的生产过程中传送调整模式的方法和系统。
背景技术
如众所周知的那样，用于由企业资源规划(ERP)所规划并由车间所生产的制造过程的方法提供用于对制造过程进行建模、规划、调度和实施并控制工厂底层的相应生产步骤的制造执行系统(MES)。
特别地，企业资源规划(ERP)是包括用于规划企业的业务资源的硬件设备及相应的软件应用程序的系统，所述业务资源即为材料供应、人力资源管理、采购、订单、盈利、财务、库存控制、客户管理等等，同时，已使用术语“车间”来指示例如通过测量每台机器每小时生产的工件数或每台机器的功能参数、生产的工件的质量等来支持对执行生产动作并在制造过程中所涉及的单个机器的控制的系统。
MES是提供ERP上层与车间下层之间的计算机器和软件工具的中间层，包括用于生产订单管理的从ERP接收生产请求的软件工具以及用于生产建模的软件工具，该用于生产建模的软件工具支持选择和管理在制造过程中所涉及资源的阶段，所述资源即员工、机器和材料，以便在所要求的时间约束内实现规划的制造过程。
因此，由ANSI/ISA/95标准调控的制造执行系统要求用于调度和控制活动二者的建模工厂设备。因此，生产过程通常由生产请求组成，这些生产请求定义对单个产品的生产的请求。预定义的产品被生产规则识别，每个生产规则分成许多片段要求，这些片段要求表示由制造执行系统控制的简单生产动作。
因此，生产请求包含至少一个片段要求；即使该片段要求跨越产品的所有生产。片段要求包含至少对具有要生产的产品的标识、数量和度量单位的材料生产要求。通常，在MES系统中，用户可能由于各种原因而修改要生产的产品的数量，这些原因诸如机器停机时间、材料不足、人员不在现场。当然，期望的是MES系统包括能够通过重新调整所涉及的资源来修改所涉及的资源(例如投入的材料、人员、设备)的所有数量的机制。
例如，假设1000kg番茄酱的初始生产请求将要求1400kg的番茄、100kg的罗勒和20kg的盐及其它调味品。用户规划该生产请求，并且在开始执行该生产过程之后发现番茄不足，例如由于新的准时递送失败而只有700kg番茄可用。现在用户必须将初始生产请求从1000kg番茄酱更新为500kg番茄酱，现在这将要求改变所涉及的所有其它资源，诸如700kg番茄、50kg罗勒和10kg的盐及其它调味品。此外，由于例如烹饪站只使用30分钟而不是60分钟，所以还可以使某些设备可重新用于其它生产请求。有时，本示例中给定的简单线性重新调整不反映所涉及的资源的真实情况并且需要执行更复杂的计算。
到目前为止，可以通过调用一组用户接口方法来执行MES中的以更新的数量生产产品所需的资源数量的修改或更新。用来修改在生产请求中所涉及的不同资源的数量的公式将被存储在MES系统内部，MES系统利用对用户接口方法的调用来应用该公式。在复杂MES系统中，应存储且必须根据适当的情况来应用不同的公式。该方法导致MES系统具有将在不同层级应用的公式的集合。在利用适当的公式来调用用户接口方法中将涉及要求数量更新的每个资源。这种方法的结果产生正确的结果，但是当由MES系统控制的生产过程涉及所有可能的复杂性时，由于用户接口方法，必须降低整个系统的性能。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于在由制造执行系统控制并执行的生产过程中传送调整模式的方法和系统，该方法和系统减去MES系统的负荷以提供MES系统内的允许恢复制造执行过程的更好性能的适当调整传送。
关于方法，根据本发明通过一种用于在由制造执行系统(MES)控制并执行的生产过程中传送调整模式的方法来实现该目的，该方法包括步骤：
a)根据要生产的预定产品的数量来提供生产请求；
b)通过预定生产规则来识别所述预定产品，从而将生产规则划分成许多片段要求，这些片段要求表示由制造执行系统控制的生产动作；
c)在片段要求内定义生产所需数量的预定产品所需的资源；
d)定义重新调整属性并使该重新调整属性与存储在数据库中的生产请求树中的每个资源对准，所述数据库包括到制造执行系统的接口；以及
e)使用制造执行系统的用户接口来更新要生产的预定产品的数量并响应于该更新通过在数据库层级应用重新调整因数来重新计算生产更新数量的预定产品所需的资源，所述重新调整因数根据作为用于重新调整属性的输入变量的原始数量和更新数量来计算。
关于系统，根据本发明通过一种用于在由制造执行系统(MES)控制并执行的生产过程中传送调整模式的系统来实现该目的，包括：
a)制造执行系统内的接口，使得能够根据要生产的预定产品的数量来提供生产请求；
b)数据处理装置，以便通过预定生产规则来识别所述预定产品，从而将生产规则划分成许多片段要求，这些片段要求表示由制造执行系统控制的生产动作；
c)数据处理装置，以便还在片段要求内定义生产所需数量的预定产品所需的资源；
d)利用数据处理装置，模块定义诸如重新调整公式或布尔函数的重新调整属性，并使该重新调整属性与存储在数据库中的生产请求树中的每个资源对准，所述数据库包括到制造执行系统的接口；
e)所述接口用来更新要生产的预定产品的数量；
f)所述数据处理装置用来响应于该更新通过在数据库层级应用重新调整因数来重新计算生产更新数量的预定产品所需的资源，所述重新调整因数根据作为用于重新调整属性的输入变量的原始数量和更新数量来计算；以及
g)使用由制造执行系统控制的经重新计算的资源以便根据已更新的生产请求来生产产品的数量。
现在，所述方法和所述系统两者减去MES系统的负荷以提供用于已更新生产请求中的所需资源的更新计算。由于根据重新调整属性在数据库中保持用于更新的公式，所以由该更新引起的数据通信局限于更新生产请求的数量的单个用户接口调用。然后，资源的任何更新贯穿生产请求分级结构连续地在数据库中进行，因为所有数据已在数据库(生产请求数据和公式)中并且MES系统可自由地执行其它任务。
可以通过将生产请求视为主表格并将每个片段请求视为从主表格垂挂的子表格来实现用于安装生产请求分级结构的适当手段，所述主表格和所述子表格两者均被包括在数据库中。
可以由与生产请求相关的生产请求标识来建立管理主表格与子表格之间的关系的适当方式，其中可通过SQL数据库函数在子表格中跟踪生产请求标识。换言之，子表格可以包括各种生产要求数据，但是通过使生产请求标识与生产要求的每个单独的线相关联允许过滤要更新的数据的那些线，从而实现初始生产请求的重新调整的传送。
为了应对与生产请求的修改相比在其中资源常常显示出非线性行为的生产工厂的复杂性，可以利用每个生产要求来定义单独的重新调整属性。当增加生产请求的数量时，这种手段将例如为特定资源实现渐进行为。通常，关于此方面的重新调整属性可以选自由线性函数、非线性函数和布尔函数组成的组。
在下文中，参照附图来更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：
附图说明
图1示意性地示出涉及主表格和三个子表格的重新调整过程的结构；
图2示意性地示出子表格内的重新调整过程的逻辑；
图3示意性地示出生产请求主表格和生产要求表格；
图4示意性地示出生产请求更新之后的生产请求主表格和生产要求表格；以及
图5示意性地示出企业中的MES系统及其环境的设计。
具体实施方式
如图5示意性地表示的那样，制造执行系统MES是ERP上层与工厂底层的下层之间的提供计算机器和软件工具1至n的中间层，所述软件工具1至n包括用于生产订单管理的软件工具1，该软件工具1从ERP接收生产请求，以及用于生产建模的软件工具2，该软件工具2支持选择和管理在制造过程中要涉及的资源的阶段，所述资源即为员工、机器和材料，以便在所要求的时间约束内实现规划的制造过程。
MES基于ISA(国际标准协会)标准S95，该ISA标准S95定义软件工具1至n可以如何实施在工厂底层层级处的生产并且如何与该工厂底层层级通信。更特别地，S95基本上基于由多个连续过程片段表示的制造过程，其中每个连续过程片段包括要在工厂底层层级处连续地执行的多个动作。每个过程片段包括至少一个生产要求，诸如机器时间、人员、原材料和中间材料。
上述MES软件工具的执行包括通过激活连续过程片段并连续地执行相应的多个动作来管理制造过程。
更特别地，为了完成制造过程，对于多个过程片段，用于生产订单管理的软件工具1基本上重复激活并等待多个连续过程片段结束的步骤。在这种情况下，在相应的连续过程片段的持续时间内，执行对应于各连续过程片段的多个软件工具。
MES还包括调度和规划工具。该调度工具包括借助于对来自工厂底层的下层的数据进行运算的内置算法来提供一组优化技术的应用程序。调度工具的优化技术的主要目标是应对大量客户要求并在短计算时间内提供高效调度结果以便实现最高效的工厂资源使用的能力。
如上文所解释的，经证明在由MES控制的生产过程中，由于各种原因，必须修改生产请求，所述原因即为客户修改订单、原材料不足、机器发生故障、人员不足等等。对生产请求的数量的任何修改导致有必要将该修改传送到在请求产品的生产中已经或必须涉及的资源的管理中。因此，对于MES的性能而言基本的是不必在MES内执行资源的重新计算，因为该活动将要求各种各样的数据库往返以便更新各数据。
在下文中参考图1和2来描述本发明的方法和系统。初始生产请求因此被编程为根实体，或者换言之作为包括在数据库中的主表格MT。因此，通过预定生产规则在MES系统内识别要生产的产品，从而将生产规则划分成许多片段要求，这些片段要求表示由制造执行系统MES控制的生产动作。在片段要求内，生产所需数量的预定产品所需的资源被识别出来并在图1中作为“子实体1”至“子实体3”、或换言之作为保持在数据库DB中的子表格CT1至CT3示出，该数据库DB例如是关系SQL数据库。
在数据库DB内，重新调整属性RA1至RA3被定义并被与存储在数据库DB中的生产请求树T中的每个资源“子实体_1”至“子实体_3”对准，数据库DB包括到制造执行系统MES的接口I/O。应注意的是每个资源“子实体_1”至“子实体_3”可以具有其自己的重新调整属性RA1至RA3。现在，通过使用将制造执行系统MES连接到数据库DB以更新要生产的预定产品的数量的用户接口I/O，响应于与生产更新数量的预定产品所需的资源“子实体_1”至“子实体_3”有关的更新来进行重新计算。通过在数据库层级应用重新调整因数K来进行该重新计算，该重新调整因数K根据作为用于重新调整属性RA1至RA2的输入变量的初始数量OLDQty和更新数量NEWQty来计算。重新调整属性RA1至RA3可以是意指在生产请求的数量被减少一半(K＝0.5)的情况下将资源的使用减少一半的线性函数。重新调整属性还可以是非线性函数，诸如指数或对数函数，或指示例如在要生产的数量减少或增加之后机器的使用＝TRUE(真)或FALSE(假)的布尔函数。图2示出传送期间的流程。表示“获取下一个材料”的子表格CT1接收重新调整因数K的信息。然后，数据库控制器询问重新调整属性是否是特定公式-在这里为重新调整属性RA2，还是仅仅是标准的线性重新调整-在这里为重新调整属性RA1。然后，将所识别的重新调整属性应用于初始数量OLDQty以计算更新的数量NEWQty。相对于主表格MT，对存在于数据库DB中的任何子表格CT1至CT3执行该过程。因此，该数据库往返是MES系统内的不对MES施加负荷的内部度量。随后根据每个所使用资源的更新数量从数据库DB加载用于满足生产请求的MES所需的任何数据。
图3示出包括两个生产请求1和2以及相应的数量的主表格MT和包括相应资源“项1”至“项3”、生产请求标识、将用该资源生产的数量、以及与作为公式ID的重新调整属性相组合的资源使用的持续时间的子表格CT。
图4示出生产请求1的更新之后的情况。期望数量已从14加倍至28。已修改主表格MT′反映更新的生产请求1。已修改子表格CT′反映用于已与生产请求1对准的资源“项1”和“项2”的该更新。在该表格中，生产请求标识保持相同，但是将利用该资源生产的数量和该资源使用的持续时间由于对线性标准重新调整属性RA1应用重新调整因数K＝2而加倍。

Claims (10)

1.一种用于在由制造执行系统(MES)控制并执行的生产过程中传送调整模式的方法，包括步骤：
a)根据要生产的预定产品的初始数量来提供生产请求；
b)通过预定生产规则来识别所述预定产品，从而将生产规则划分成许多片段要求，这些片段要求表示由制造执行系统控制的生产动作；
c)在片段要求内定义生产所需数量的预订产品所需的资源(子实体_1至子实体_3)；
d)定义重新调整属性(RA1至RA3)并使重新调整属性(RA1至RA3)与存储在数据库(DB)中的生产请求树(T)中的每个资源(子实体_1至子实体_3)对准，数据库(DB)包括到制造执行系统(MES)的接口(I/O)；以及
e)使用到制造执行系统(MES)的接口(I/O)来更新要生产的预定产品的数量并且响应于该更新通过在数据库层级应用重新调整因数(K)来重新计算生产更新数量的预定产品所需的资源(子实体_1至子实体_3)，所述重新调整因数(K)根据作为用于重新调整属性(RA1至RA3)的输入变量的初始数量(OldQty)和更新数量(NewQty)来计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述生产请求视为主表格(MT、MT′)并且将每个片段要求视为从主表格(MT、MT′)垂挂的子表格(CT、CT′、CT1至CT3)，主表格和子表格两者均包括在数据库(DB)中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过与生产请求(生产请求1、生产请求2)相关的生产请求标识(生产请求id)来建立主表格(MT、MT′)与子表格(CT、CT′、CT1至CT3)之间的关系，其中能够通过SQL数据库函数在子表格(CT、CT′、CT1至CT3)中跟踪生产请求标识。
4.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中利用每个生产要求，能够定义单独的重新调整属性(RA1至RA3)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中能够从由线性函数、非线性函数和布尔函数组成的组中选择重新调整属性(RA1至RA3)。
6.一种用于在由制造执行系统(MES)控制并执行的生产过程中传送调整模式的系统，包括：
a)制造执行系统(MES)内的接口(I/O)，使得能够根据要生产的预定产品的初始数量来提供生产请求；
b)数据处理装置(1、2、...、n)，以便通过预定生产规则来识别所述预定产品，从而将生产规则划分成许多片段要求，这些片段要求表示由制造执行系统控制的生产动作；
c)数据处理装置，以便还在片段要求内定义生产所需数量的预定产品所需的资源；
d)利用数据处理装置，模块定义诸如重新调整公式或布尔函数的重新调整属性(RA1至RA3)，并且使该重新调整属性(RA1至RA3)与存储在数据库(DB)中的生产请求树(T)中的每个资源(子实体_1至子实体_3)对准，所述数据库包括到制造执行系统的接口；
e)所述人机接口(I/O)用来更新要生产的预定产品的数量；
f)所述数据处理装置用来响应于该更新通过在数据库层级应用重新调整因数(K)来重新计算生产更新数量的预定产品所需的资源，所述重新调整因数(K)根据作为用于重新调整属性的输入变量的初始数量(OldQty)和更新数量(NewQty)来计算；以及
g)使用由制造执行系统控制的经重新计算的资源以便根据已更新的生产请求来生产产品的数量。
7.根据权利要求6所述的系统，其中将所述生产请求视为主表格并将每个片段要求视为从主表格垂挂的子表格，主表格和子表格两者均包括在数据库中。
8.根据权利要求7所述的系统，其中通过与生产请求相关联的生产请求标识来建立主表格与子表格之间的关系，其中能够用SQL数据库函数在子表格中跟踪所述生产请求标识。
9.根据前述权利要求6至8中的任何一项所述的系统，其中利用每个生产要求，能够定义单独的重新调整属性。
10.根据权利要求9所述的系统，其中能够从由线性函数、非线性函数和布尔函数组成的组中选择重新调整属性。
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