CN105404951B - 提高制造执行系统和企业资源规划系统的工作性能的方法 - Google Patents

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Abstract

提高MES和ERP的工作性能的方法，包括：提供ERP，其能够用于规划生产工厂的商业资源和向制造执行系统发出生产指令；提供MES，其能够根据生产指令控制和执行生产工厂中的生产过程；由ERP创建操作计划，操作计划表示生产过程的生产工作流程；创建若干操作定义，每个操作定义包括预定义的各个工作指令的目录；由ERP下载操作计划，从而创建能够由MES执行的相应的工作指令的集合，该创建是通过从目录提取与操作计划有关的至少一个预定义的工作指令实现的；由MES更新所提取的工作指令中的生产过程的量；在MES的控制下执行所更新的工作指令；由MES准备关于所执行的工作指令的操作性能数据；以及由ERP计算过程操作性能。

Description

提高制造执行系统和企业资源规划系统的工作性能的方法
技术领域
本发明涉及一种提高制造执行系统(MES)和企业资源规划系统(ERP)的工作性能的方法。
背景技术
众所周知的，用于由企业资源规划(ERP)规划并由车间生产的制造过程的方法提供制造执行系统(MES)，制造执行系统(MES)用于建模、规划、调度和执行制造过程并且在车间层面控制相应的生产步骤。
具体来说，企业资源规划系统(下文中简称ERP)是一种包括硬件设备和相应软件应用的系统，用于规划企业的商业资源，即材料供应、人力资源管理、采购、订单、利润、财务、库存控制、客户管理等等，而“车间”这个术语已被用于指示一种系统，该系统支持对执行生产操作的单个机器的控制，并且例如通过测量每个机器每小时生产的工件量或其运行参数、产生的工件的质量等来参与到制造过程中。
制造执行系统(以下称为MES)是在ERP上层与车间下层之间提供计算机和软件工具的中间层，其包括从ERP接收生产请求的用于生产指令管理的软件工具，以及用于生产建模的软件工具，该软件工具支持对要参与到制造过程中的资源即员工、机器和材料的选择和管理的阶段，以在要求的时间限制内实现所计划的制造过程。
因此，由ANSI/ISA/95标准规范的制造执行系统需要对工厂设备进行建模以用于调度活动和控制活动。因此，生产过程通常由生产请求组成，该生产请求定义对单个产品的生产的请求。预定义的产品由产生规则确定，每个生产规则被划分成许多个段要求，其表示由MES控制的简单生产动作。
因此，生产请求(可也称为操作请求或工作指令)包含至少一个段要求；即使它涵盖该产品的全部生产。段要求至少包含对所产生的产品的标识、量和测量单位的材料生产要求。通常，在MES中，用户由于诸如机器停机时间、材料短缺、缺少人员等各种原因想要修改要生产的产品的量。当然，希望的是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资源的所有的量(例如，材料输入、人员、设备)的机制。在图1中图示地示出了该架构和逻辑设置。
例如，假设1000kg番茄酱的初始生产请求将需要1400kg西红柿，100kg罗勒和20kg盐和其它调料。用户计划这个生产请求，并且该生产过程开始执行后，出现了西红柿的短缺，例如，由于新的及时交付的失败，仅700kg西红柿可用。现在，用户不得不将初始生产请求从1000kg番茄酱更新至500kg番茄酱，这要求改变涉及的所有其它资源，如700kg西红柿，50kg罗勒和10kg盐及其它调味品。此外，例如由于烹饪台仅被使用30分钟而不是60分钟，也有一些设备可重新用于其它生产请求。有时，如在本例中给出简单的线性的重新调整并不反映所涉及资源的真实情况，并且需要执行更复杂的计算。
关于MES的另一个关键问题是要对ERP制定的操作计划立即做出反应。在此项活动中，根据操作计划创建工作指令是MES与ERP的互动中最具挑战性的任务之一，因此应该在可能的最佳性能的情况下被操作。通常地，工作指令在执行步骤、资源和参数方面是相当复杂的，它的从头创建是很耗时的并且通常不能与大多严格的制造计划相兼容。
发明内容
不幸的是，目前工作指令是从相应的操作定义开始被从头生成的，或者是通过收集来自ERP的所有数据(例如，处理作为操作请求的格式的B2MML的文件)而创建的。因此，工作指令的创建严重依赖于以下子实体的量，该子实体包括：流程段、资源需求(材料、人员、设备)、工艺参数、流程段间的依赖关系、设备等。有时，使用工作指令模板，但该模板通常不能满足高性能要求下ERP对操作计划的要求，这是因为，为了适应当前的ERP要求，该模板通常需要被巨大地调整。
另一种可能的方式是批量导入而不对数据进行任何检查：这是创建工作指令的最快方式，但这种方式也引入了关于数据一致性的其它问题。当然，不能被认为这些问题相对于性能而言是次要问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种提高制造执行系统(MES)和企业资源规划系统(ERP)的工作性能的方法，其能够在ERP下载关于相应操作计划的工作指令时实现工作指令的有效创建。
根据本发明，该目的是通过一种提高制造执行系统(MES)和企业资源规划系统(ERP)的工作性能的方法实现的，所述方法包括以下步骤：
a)提供企业资源规划系统，该企业资源规划系统能够用于规划生产工厂的商业资源以及向制造执行系统发出生产指令；
b)提供制造执行系统，该制造执行系统能够根据生产指令控制并执行生产工厂中的生产过程；
c)由企业资源规划系统创建操作计划；所述操作计划表示生产过程的生产工作流程；
d)创建若干操作定义；每个操作定义包含预定义的各个工作指令的目录；
e)由企业资源规划系统下载操作计划，从而创建制造执行系统能够执行的相应工作指令的集合；所述创建是通过从目录中提取与操作计划有关的至少一个预定义的工作指令的来实现的；
f)由制造执行系统更新所提取的工作指令中的生产过程的量；
g)在制造执行系统的控制下执行更新的工作指令；
h)由制造执行系统准备关于所执行的工作指令的操作性能数据；以及
I)由企业资源规划系统(ERP)计算过程操作性能。
因此，本方法使得能够改进工作指令创建过程的效率和负荷降低，这是涉及MES和ERP的接口的关键活动。特别地，由于工作指令现在从操作定义实例化了，工作指令的目录使得能下载各个所涉及的工作指令，因为操作定义代表工程实体，其定义需要如何执行关于类别生产、维护、库存和质量的具体制造操作。
为了在下载操作计划的请求之后将目录的创建和工作指令的创建相分离，本发明可有利地提供通过在制造执行系统的工程层次上的异步作业来填充目录的步骤。异步意味着在这一点上定义目录中的工作指令的步骤和在下载操作计划的请求之后创建工作指令之间是彼此完全分离的过程。
附图说明
在下文中参照以下附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了响应于操作计划的工作流程的逻辑设置；
图2示出了对应于具体操作定义的工作指令的不同模式；以及
图3示出了处理ERP的请求以根据各个工作指令的提取下载操作计划的算法的工作流程。
具体实施方式
图1示出了响应于操作计划4的工作流程的逻辑设置2，操作计划4由若干操作请求6构成，操作请求6代表若干在运行时中的工作指令。操作请求6对应于操作定义8，操作定义8表示含有用于指示如何执行在运行时环境中所需的一组制造操作的所有信息的工程实体。操作定义8(或者也被称为产品生产规则)在工程层次本身包括若干段，在运行时环境中，段要求10由这些段产生，段要求10具体定义工作指令(操作请求6)的各种制造操作(步骤)。因此，操作请求6由对应于流程段12的若干段要求10组成。每个段要求10现在可以包含若干关于执行期望的操作请求6的具体要求的具体信息，期望的操作请求6是根据在工程层次由各种操作定义8提供的信息而创建的。只例举几个，段要求10可以包括若干段参数14、人员要求16、设备要求18、材料生产要求20、材料消耗要求22和预期的耗材24。
在MES系统中，描述如何执行在特定工厂场所预见的操作的全部操作定义8通常是可获得的，从ERP导入或者由工厂工程师在工程层次上直接定义。当ERP系统下载操作计划4时，ERP系统必须知道操作计划4中所涉及的工作指令。该组相应的工作指令(操作请求6)然后必须从相应的操作定义8开始创建，然后根据操作计划4被发送到执行。因此，该步骤是相当重要的，因为对各个的工作指令的创建有助于ERP与MES两者完成其各自的任务。ERP从工作指令中提取所有关于材料供给、人力资源管理、采购、订单、利润、财务、库存控制、客户管理等的信息。对于MES，根据段要求10将工作指令“翻译”成为在运行环境中在车间层执行的一组制造操作。因此，对于ERP与MES的整体效率，有效的工作指令的创建(除了许多其它活动之外)是关键行动。
因此，以优化的方式执行该活动的算法可以被归纳为以下步骤：
a)利用工作指令的预定义的目录的集合；所述工作指令源于操作定义8，操作定义8用于特定的工厂场所；
b)对于来自ERP的要求，该算法需要从目录中提取一组适当的工作指令，从而不需要从头开始创建工作指令；以及
c)修改所选择的工作指令的量信息，以适应源自ERP的操作请求6。
如上所述，第一步骤是该算法的关键部分。该算法的先决条件是如下事实：当发布对操作计划的请求时已经定义了一组已经可用的工作指令目录，其中操作计划在相应的工作指令已通过从目录中提取而被收集时预见要被执行。这里的每个目录仅包括对应于作为源的特定的操作定义8的工作指令。
在工程层次上，异步于关于操作计划请求的实现的作业(此后称为异步作业)用工厂需要每天执行的每个制造操作或诸如维护、库存等服务的正确数量的工作指令来填充目录。预定义的工作指令的量必须足以满足工厂的执行能力(例如，如果工厂对于特定产品具有每天100个工作指令的范围，则包括源于该产品的操作定义8的工作指令的目录需要包含至少105个工作指令。因此，异步作业可配置成允许该系统具有用于每个操作定义8的正确数量的工作指令。该异步作业还负责关于为了具有始终有效的工作指令而对有效的操作定义8的更改而对已创建的工作指令进行的异步更新。例如，典型的改变可以是原料配方的改变、制备产品的过程的改变、维护间隔的改变等。
当ERP下载操作计划4时，作为响应，MES系统提取各目录相应的工作指令，以满足ERP的下载请求。图2中，工作指令26a至26f的不同模式。在这个例子中，需要六个工作指令目录，因为涉及至少六个操作定义8。在同一示例中，对于每个目录，MES需要至少四个工作指令，以满足ERP的下载请求。该目录内的工作指令具有除了关于要生产的量的值以外的、使得MES能够立即执行这些工作指令的所有特征。实际上，目录中的工作指令是使用参考量创建的，该参考量必须在释放生产的执行之前被更新。有利地，在所有从属量的重新调节方面，这足以改变主要量以得益于修改值的自动传播。
因此，异步作业需要通过正确的配置工作以便正确填充目录，MES能够立即对ERP的下载请求做出反应。然后，由于ERP和MES的适当的系统对准，对应于操作计划4被提取的工作指令准备好被执行，而没有任何延迟。
对包括随时可用工作指令的目录的使用显着减少了MES对ERP的下载请求的响应时间。在某种程度上，该算法有助于系统负载在创建工作指令过程中的显著降低，因为异步作业可以在延长的时间段内填充目录而不会引起负载峰值。由于在操作计划下载以及在工作指令的创建方面改进的性能，ERP与MES的结合得以改进。另外，根据工作指令的定义，工作指令总是与最新的有效操作定义8相一致，因此，相对于工程阶段做出的更改而言是最新的。
为了总结相关的方法步骤，参考图3，其示出了用于ERP与MES之间大量数据交换的算法的工作流程。在ERP处，过程被命令28开始，以下载操作计划，特别是下载分配给该操作计划的工作指令。ERP的下载命令28引起MES在从预定义的目录中对各个的工作指令的提取30方面的响应。一旦该提取已完成，在步骤32更新数量，并随后在步骤34执行该工作指令。在完成后(可选地，在执行所提取的工作指令的过程中)，MES在步骤36准备将转发到ERP的并且在步骤38中在ERP层处理的操作性能数据。由初始操作计划所表示的生产过程以操作性能的总结报告结束。
在MES层，异步作业(JOB)的工作流程也被示意性地表示。如果目录被正确地实例化，则异步作业结束。如果没有，在异步工作结束之前，任何缺少的工作指令在步骤38被创建。异步作业的工作流程的示意图也指示该作业相对于ERP对操作计划4的下载请求的实现过程的独立性。

Claims (2)

1.一种提高制造执行系统(MES)和企业资源规划系统(ERP)的工作性能的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供所述企业资源规划系统(ERP)，所述企业资源规划系统能够用于规划生产工厂的商业资源和向所述制造执行系统发出生产指令；
b)提供所述制造执行系统(MES)，所述制造执行系统能够根据所述生产指令控制和执行所述生产工厂中的生产过程；
c)由所述企业资源规划系统(ERP)创建操作计划(4)，所述操作计划(4)表示所述生产过程的生产工作流程；
d)创建若干操作定义(8)，每个操作定义(8)包括各个预定义的工作指令(6)的目录，其中，所述目录内的预定义的工作指令具有除了关于要生产的量的值以外的、使得所述制造执行系统能够执行所述预定义的工作指令的所有特征；
e)由所述企业资源规划系统(ERP)下载所述操作计划(4)，从而创建能够由所述制造执行系统(MES)执行的相应的工作指令的集合，所述创建是通过从所述目录提取与所述操作计划(4)有关的至少一个所述预定义的工作指令来实现的；
f)由所述制造执行系统(MES)更新(32)所提取的工作指令中的所述生产过程的量；
g)在所述制造执行系统(MES)的控制下执行所更新的工作指令；
h)由所述制造执行系统(MES)准备(36)关于所执行的工作指令的操作性能数据；以及
i)由所述企业资源规划系统(ERP)计算(38)所述过程操作性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目录是由所述制造执行系统(MES)的工程层次的异步作业(JOB)填充的。
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