CN107248021A - 一种平台化智能制造mes系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种平台化智能制造MES系统，包括：业务领域模型库，用于存储业务模型、领域模型和数据库模型，其中，所述业务模型包括人员、工艺、物料、设备、工装和检验的对应要求和关联；所述领域模型包括：工作依赖关系和分解关系、工作与物资和生产单元之间的关联、现场问题组件；所述数据库模型存储所述业务模型和领域模型中相关数据和数据关联；集成化协同制造子系统，所述集成化协同制造子系统基于所述业务领域模型库中的数据及数据关联，制定作业计划并对整个作业过程进行管理调度。本发明可以通过业务领域模型指定各类基础模型并建立关联关系，由集成化协同制造子系统执行生产计划和管理调度。

Description

一种平台化智能制造MES系统

技术领域

本发明涉及工业生产调度技术领域，特别涉及一种平台化智能制造MES系统。

背景技术

MES(Manufacturing Execution System，制造执行系统)，主要解决制造企业计划层与设备控制层之间的执行层的问题，搭起了计划层与底层控制层之间的桥梁。但目前还有如下问题和不足之处：

1)行业定制开发量大：行业众多，包括机加、大型装配、电装、热工、铸造、光学等等，各行业管理难点不同，传统MES软件很难适应多个行业的管理特征。

这是由于缺乏对行业知识的抽象提炼，软件模型设计不完善，导致软件在架构上不能适应多行业的管理特征，没有形成基于行业模型的软件平台，从而导致行业适用性差，二次开发工作量大。

2)计划下不去：无法做到基于有限能力多目标排产，计划编制费力且不科学、负荷不均衡、预测性差，无法实现基于车间物料、设备、工具的动态资源排产，不能实现车间动态能力平衡，从而影响计划的可执行性。

这是由于没有优秀的APS排产工具，无法实现基本有限能力多目标的快速科学排产，导致计划执行性差。计划派到现场作业班组后，由于物料、工具、设备等资源限制无法顺利执行。

3)信息上不来：传统MES不能实现对设备控制层的监控和自动采集，影响信息反馈的实时性和准确度。

这是由于因缺少对设备控制层的监控采集系统，导致底层信息不能自动反馈到MES系统，信息靠人工反馈，信息准确度无法保障，及时性不高。

4)生产协同不畅：无法做到车间各职能部门的协同作业，无法确保计划的顺利执行。

这是由于车间计划作业，依靠其各职能部门协作完成，比如：计划准备中物料、刀具、夹具、设备可用状态等等因素所限制，没有信息系统提供多部门协同生产管理，就无法做到信息及时传达到各职能部门。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种平台化智能制造MES系统，可以通过业务领域模型指定各类基础模型并建立关联关系，由集成化协同制造子系统执行生产计划和管理调度。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种平台化智能制造MES系统，包括：业务领域模型库，用于存储业务模型、领域模型和数据库模型，其中，所述业务模型包括人员、工艺、物料、设备、工装和检验的对应要求和关联；所述领域模型包括：工作依赖关系和分解关系、工作与物资和生产单元之间的关联、现场问题组件；所述数据库模型存储所述业务模型和领域模型中相关数据和数据关联；集成化协同制造子系统，所述集成化协同制造子系统基于所述业务领域模型库中的数据及数据关联，制定作业计划并对整个作业过程进行管理调度，其中，所述集成化系统制造子系统包括：计划和调度模块、作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块、文档管理模块、现场信息管理模块、自动化采集模块、计划管理模块，其中，所述计划和调度模块用于根据订单信息生成作业计划调度指令，并相应下发至所述作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块和文档管理模块，以由所述作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块和文档管理模块在工作人员的操作下完成作业配送、物料出库、工具组装和程序文档下发，所述现场信息管理模块根据接收到的信息向所述自动化采集模块发送控制指令，所述自动化采集模块在接收到控制指令，自动采集设备工作信息，并将所述设备工作信息反馈至所述计划管理模块，由所述计划管理模块根据所述设备工作信息制定完工进展、设备状态和加工过程及工艺参数的生产计划，以根据所述设备工作信息和生产计划形成对生产的闭环管理。

进一步，所述业务模型包括：工艺内容、人员要求、物料要求、检验要求、设备要求、工装要求、工装分类、工序约束关系和工艺路线。

进一步，所述领域模型包括：工作内容、工作分解关系、工作依赖关系、位置计划及分配、物资计划及分配、生产单元计划及分配、现场问题内容及交付物内容。

进一步，所述作业管理模块用于根据所述作业计划调度指令进行作业派工，并将作业派工信息发送至所述现场信息管理模块。

进一步，所述物料管理模块用于根据所述作业计划调度指令中物料配送计划，配送物料，并在配送出库后，将物料配送的信息发送至所述现场信息管理模块；

所述工具管理模块用于根据所述作业计划调度指令中工具配送计划，组装并配送道具，并在组装配送完成后，将工具配送的信息发送至所述现场信息管理模块。

进一步，所述自动化采集模块采集的设备工作信息包括：设备运行信息、设备故障信息和生产数量数据。

进一步，所述自动化采集模块包括采集服务器、至少一个采集单元，每个所述采集单元用于采集设备工作信息，并将所述设备工作信息反馈至所述采集服务器，由所述采集服务器通过局域网发送至MDC数据库服务器和客户端，由所述MDC数据库服务器存储所述设备工作信息，由所述客户端将所述设备工作信息进行存储分析，并通过LED显示屏进行展示。

进一步，所述采集单元包括：网卡采集单元、硬件采集单元、条码扫描单元和触摸屏。

进一步，所述自动化采集模块还包括：多个无线手持终端，每个所述无线手持终端通过无线接入网络接入到局域网，通过局域网向所述MDC数据库服务器和所述客户端传输数据。

进一步，所述集成化协同制造子系统还包括：质量管理模块和决策支持模块，

所述质量管理模块用于根据自动化采集模块采集到的在制品台账，实现对在制品的质量检验，并生成检验计划和检验记录；

所述决策支持模块用于生成计划制定统计报表、生成准备统计报表、计划执行统计报表、产品质量统计报表和库存成本统计报表。

根据本发明实施例的平台化智能制造MES系统，通过业务领域模型指定各类基础模型并建立关联关系，由集成化协同制造子系统执行生产计划，以计划为源头，依据设备能力，对生产计划进行自动排产、派工，以任务为主线，对物料、工具、设备、技术准备等进行生产协同管理，以数据自动采集为手段，将生产计划、排产、执行、生产数据采集、计划反馈形成闭环管理。并通过强大的信息统计分析功能，从海量数据中提取出需要的数据，从而为企业领导做出科学的决策提供重要的依据。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的平台化智能制造MES系统的结构图；

图2为根据本发明实施例的平台化智能制造MES系统中各个模块的示意图；

图3为根据本发明实施例的业务模型的示意图；

图4为根据本发明实施例的领域模型的示意图；

图5为根据本发明一个实施例的数据库模型的示意图；

图6为根据本发明另一个实施例的数据库模型的示意图；

图7为根据本发明实施例的自动化采集模块的示意图；

图8为根据本发明实施例的集成化协作平台子系统的示意图；

图9为根据本发明实施例的统计报表的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例提供一种平台化智能制造MES系统，该系统可以灵活并支持二次开发的MES平台，满足多行业的领域模型设计，可以实现基于有限能力多目标高级排产，基于底层的设备自动采集，包括通讯协议及技术实现，基于车间层各职能部门的协同生产管理。

如图1所示，本发明实施例的平台化智能制造MES系统，包括：业务领域模型库1和集成化协同制造子系统2。

具体地，业务领域模型库1用于存储业务模型、领域模型和数据库模型。业务领域模型库1通过对行业知识的抽象，设计出丰富的业领域模型，从计划到现场、质量、工具、设备及监控采集等，涵盖车间业务的方方面面。同时，平台具有高度的开放性，完备的API接口，提供多种访问方式，支持跨开发语言调用。用户可以在丰富的业务组件库基础上，很容易实现具体项目的业务、功能、流程的二次开发，在统一平台上组装适合企业的软件功能，形成基于领域模型的软件平台，从而满足多行业的解决方案。

下面参考图3至图6分别对模型、领域模型和数据库模型进行说明。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，业务模型包括人员、工艺、物料、设备、工装和检验的对应要求和关联。

业务模型包括以下：

工艺内容：名称、编号、类型、工艺规程类型、工艺规程版本、生产单元组编码、生产单元组ID、工艺属性、准备工时等；

人员要求：人员编号、人员ID、岗位、技能类型、技能等级、技能时间、定额时间和单位；

物料要求：需求或交付、类型、物料编码、物料ID、数量、单位和质量标准ID；

检验要求：检验类型、检验类型编码、要求检验人、检验比例等；

设备要求：类型、设备型号ID、精度和数量等；

工装要求：类型、型号ID、数量和单位；

工装分类：分类名称和分类编码；

工序约束关系：类型、条件等；

工艺路线：生产单元/组编码、生产单元/组ID。

如图4所示，领域模型包括：工作依赖关系、工作分解关系、工作与物资和生产单元之间的关联、现场问题组件。

领域模型包括如下：

工作内容：编号、名称、估算工作量、工作量单位、交付期等；

工作分解关系：类型；

工作依赖关系：依赖关系种类、依赖关系类型流转批量等；

位置计划及分配

物资计划及分配：物资类型、物资型号ID、物资编号等；

生产单元计划及分配：工作子编号、资源类型、资源型号等；

现场问题内容：问题资源型号、问题资源编号、问题资源ID、问题类型ID等；

交付物内容：种类、型号ID、物料编码等。

如图5和图6所示，数据库模型存储业务模型和领域模型中相关数据和数据关联，包括：工作分解关系数据、工作及任务数据、工作依赖关系数据、物资计划数据、任务详细进度信息、出入库信息、库存变动明显信息、库存空间信息等。

本发明实施例的平台化智能制造MES系统，进一步提供图形化高级排产功能。具体地，基于有限能力的APS排产工具，是基于车间有限能力基础上，分为车间动态能力、静态能力建模。支持按交货期、精益生产、生产周期、最优库存、同一装夹优先、已投产订单优先等多种排产方式，可最大程度地满足各类复杂的排产要求，快速制定出科学的高度可执行的生产计划。

集成化协同制造子系统2，集成化协同制造子系统2基于业务领域模型库1中的数据及数据关联，制定作业计划并对整个作业过程进行管理调度。

参考图2和图8，集成化系统制造子系统包括：计划和调度模块、作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块、文档管理模块、现场信息管理模块、自动化采集模块、计划管理模块。

具体地，计划和调度模块用于根据订单信息生成作业计划调度指令，并相应下发至作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块和文档管理模块，以由作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块和文档管理模块在工作人员的操作下完成作业配送、物料出库、工具组装和程序文档下发。

在本发明的一个实施例中，作业管理模块用于根据作业计划调度指令进行作业派工，并将作业派工信息发送至现场信息管理模块。

物料管理模块用于根据作业计划调度指令中物料配送计划，配送物料，并在配送出库后，将物料配送的信息发送至现场信息管理模块。

工具管理模块用于根据作业计划调度指令中工具配送计划，组装并配送道具，并在组装配送完成后，将工具配送的信息发送至现场信息管理模块。

现场信息管理模块根据接收到的信息向自动化采集模块发送控制指令。

自动化采集模块在接收到控制指令，自动采集设备工作信息，并将设备工作信息反馈至计划管理模块。

在本发明的一个实施例中，如图7所示，自动化采集模块采集的设备工作信息包括：设备运行信息、设备故障信息和生产数量数据。

自动化采集模块包括采集服务器、至少一个采集单元，每个采集单元用于采集设备工作信息，并将设备工作信息反馈至采集服务器，由采集服务器通过局域网发送至MDC数据库服务器和客户端，由MDC数据库服务器存储设备工作信息，由客户端将设备工作信息进行存储分析，并通过LED显示屏进行展示。

在本发明的一个实施例中，参考图7，采集单元可以包括：网卡采集单元、硬件采集单元、条码扫描单元和触摸屏。

此外，自动化采集模块还包括：多个无线手持终端，每个无线手持终端通过无线接入网络接入到局域网，通过局域网向MDC数据库服务器和客户端传输数据。

自动化采集模块进行自动化数据采集，包括：实现对设备控制层的监控采集，使底层信息自动反馈到计划管理模块，包括计划完工进展情况、设备状态、加工过程工艺参数等。本发明支持当今最先进的采集技术，完全支持对数控设备的自动采集，可对运行信息、设备故障、生产数量等信息进行实时、准确、客观、自动的采集，从而与生产计划形成闭环管理，便于企业据此做出科学决策。

自动化采集模块可以兼容数控机床、热处理设备(如熔炼、压铸、热处理、涂装等设备)、机器人、自动化生产线等各类数字化设备，并且支持多种通讯接口，包括RJ45、RS232、RS485等。此外，本发明可以兼容包括FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等上百种机床控制系统，以及三菱、欧姆龙等各类可编程控制器PLC的设备。

计划管理模块根据设备工作信息制定完工进展、设备状态和加工过程及工艺参数的生产计划，以根据设备工作信息和生产计划形成对生产的闭环管理。

进一步，集成化协同制造子系统2还包括：质量管理模块和决策支持模块。

质量管理模块用于根据自动化采集模块采集到的在制品台账，实现对在制品的质量检验，并生成检验计划和检验记录。

如图9所示，决策支持模块用于生成计划制定统计报表、生成准备统计报表、计划执行统计报表、产品质量统计报表和库存成本统计报表。通过对数据的深入挖掘，提供了丰富的统计报表来显示当前生产中的各种信息，可实时了解计划的制订、执行、质量、库房等各类生产信息，便于相关人员采取相应的措施。

集成化系统制造子系统以整个系统计划为源头、备为中心，充分发挥各工种人员协同配合的作用，通过车间级的协同，工具、物料、技术、操作等各类人员可以提前获知相关生产任务，便于提前进行各类生产准备。生产管理人员可实时查看准备情况，生产状态、在制品信息、质量检验信息和生产过程中设备运行参数等内容。依据这些信息，可采取及时的生产调度措施应对生产过程中的各种变化，可有效地避免因准备不足、设备异常而影响生产的正常进行，从面明显提高设备利用率。从而实现车间多职能部门的协同生产的目的。

根据本发明实施例的平台化智能制造MES系统，通过业务领域模型指定各类基础模型并建立关联关系，由集成化协同制造子系统执行生产计划，以计划为源头，依据设备能力，对生产计划进行自动排产、派工，以任务为主线，对物料、工具、设备、技术准备等进行生产协同管理，以数据自动采集为手段，将生产计划、排产、执行、生产数据采集、计划反馈形成闭环管理。并通过强大的信息统计分析功能，从海量数据中提取出需要的数据，从而为企业领导做出科学的决策提供重要的依据。

本发明实施例的平台化智能制造MES系统，具有以下有益效果：

1)基于平台化业务流程库，达到项目实施的低成本、高效化。

系统基于平台化设计，兰光平台核心技术：1.业务逻辑库，设计时对多行业进行了模型抽象提炼，主要解决计划管理、现场管理、质量管理主要部分进行了抽象化面向对象设计，使流程的适用于多行业。2.报表引擎，平台设计了报表编辑器，通过编辑器可修改调整现有报表，开发用户的新报表，而不用编译原程序。3.UI编辑器，通过UI编辑器可修改产品现有界面布局，开发新UI界面。4.统计分析工具技术，独立于软件业务系统，可单独部开发部署。

利用此技术，项目实施中，通过使用流程库方便搭建起适用不同行业的业务系统。大大提高了项目的实施效率、降低开发和实施成本。

2)基于领域模型库，实现不受行业限制，适用领域广。

通过对行业知识的抽象，领域模型以产品工艺模型为核心，展开工艺约束、工艺路线模型、工艺物料、工艺设备要求、质量检验要求模型的设计，实现不同行业不同工艺的抽象描述，使其适用性更广。同时，模型提供AIP接品，使其具有高度的开放性，提供多种访问方式，支持跨语言开发。

用户在丰富的业务组件库基础上，很容易实现具体项目的业务、功能、流程的二次开发，在统一平台上组装适合企业的软件功能。形成基于领域模型的软件平台，从而满足多行业的解决方案，适用于多行业、多领域。

3)基于有限能力的图形化高级排产,实现高效编制科学的生产计划。

基于有限能力的APS排产工具，是基于车间有限能力基础上，分为车间动态能力、静态能力建模。支持按交货期、精益生产、生产周期、最优库存、同一装夹优先、已投产订单优先等多种排产方式。

计划员利用此技术，可最大程度地满足各类复杂的排产要求，快速制定出科学的高度可执行的生产计划。

4)底层设备的自动采集，确保了信息的及时准备：

底层设备的自动采集，实现设备、物料、工具、检测设备等，信息的采集。本发明支持当今最先进的采集技术，兼容FANUC、SIEMENS、HEIDENHAIN等上百种机床控制系统，以及三菱、欧姆龙等各类PLC的设备，支持多种通讯接口，包括RJ45、RS232、RS485等。完全支持对数控设备的自动采集，可对运行信息、设备故障、生产数量等信息进行实时、准确、客观、自动的采集，从而与生产计划形成闭环管理，便于企业据此做出科学决策。与计划相结合，对产品追溯，对质量分析、控制。起到关键作用

5)生产协同管理，提高车间协作效率：

生产协同管理，系统以设备为中心“工作模型”为基础，抽象设计了通用型工作模型，考虑了工作约束关系、与物料的关系、生产资源关系、工作状态等附属模型，同时考虑了车间不同部门对任务管理的差异，从而实现多职能部门的协同。

通过车间级的协同，工具、物料、技术、操作等各类人员可以提前获知相关生产任务，便于提前进行各类生产准备。生产管理人员可实时查看准备情况、工序状态、在制品信息、质检信息和生产过程中设备的运行参数等内容。通过采取及时调度措施来应对生产过程中的各种变化，可有效地避免因某项工作准备不足而影响生产的正常进行，从而明显提高设备的利用率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种平台化智能制造MES系统，其特征在于，包括：

业务领域模型库，用于存储业务模型、领域模型和数据库模型，其中，所述业务模型包括人员、工艺、物料、设备、工装和检验的对应要求和关联；所述领域模型包括：工作依赖关系和分解关系、工作与物资和生产单元之间的关联、现场问题组件；所述数据库模型存储所述业务模型和领域模型中相关数据和数据关联；

集成化协同制造子系统，所述集成化协同制造子系统基于所述业务领域模型库中的数据及数据关联，制定作业计划并对整个作业过程进行管理调度，其中，所述集成化系统制造子系统包括：计划和调度模块、作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块、文档管理模块、现场信息管理模块、自动化采集模块、计划管理模块，其中，

所述计划和调度模块用于根据订单信息生成作业计划调度指令，并相应下发至所述作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块和文档管理模块，以由所述作业管理模块、物料管理模块、工具管理模块和文档管理模块在工作人员的操作下完成作业配送、物料出库、工具组装和程序文档下发，所述现场信息管理模块根据接收到的信息向所述自动化采集模块发送控制指令，所述自动化采集模块在接收到控制指令，自动采集设备工作信息，并将所述设备工作信息反馈至所述计划管理模块，由所述计划管理模块根据所述设备工作信息制定完工进展、设备状态和加工过程及工艺参数的生产计划，以根据所述设备工作信息和生产计划形成对生产的闭环管理。

2.如权利要求1所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述业务模型包括：工艺内容、人员要求、物料要求、检验要求、设备要求、工装要求、工装分类、工序约束关系和工艺路线。

3.如权利要求1所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述领域模型包括：工作内容、工作分解关系、工作依赖关系、位置计划及分配、物资计划及分配、生产单元计划及分配、现场问题内容及交付物内容。

4.如权利要求1所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述作业管理模块用于根据所述作业计划调度指令进行作业派工，并将作业派工信息发送至所述现场信息管理模块。

5.如权利要求1所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述物料管理模块用于根据所述作业计划调度指令中物料配送计划，配送物料，并在配送出库后，将物料配送的信息发送至所述现场信息管理模块；

所述工具管理模块用于根据所述作业计划调度指令中工具配送计划，组装并配送道具，并在组装配送完成后，将工具配送的信息发送至所述现场信息管理模块。

6.如权利要求1所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述自动化采集模块采集的设备工作信息包括：设备运行信息、设备故障信息和生产数量数据。

7.如权利要求1或6所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述自动化采集模块包括采集服务器、至少一个采集单元，每个所述采集单元用于采集设备工作信息，并将所述设备工作信息反馈至所述采集服务器，由所述采集服务器通过局域网发送至MDC数据库服务器和客户端，由所述MDC数据库服务器存储所述设备工作信息，由所述客户端将所述设备工作信息进行存储分析，并通过LED显示屏进行展示。

8.如权利要求7所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述采集单元包括：网卡采集单元、硬件采集单元、条码扫描单元和触摸屏。

9.如权利要求1所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述自动化采集模块还包括：多个无线手持终端，每个所述无线手持终端通过无线接入网络接入到局域网，通过局域网向所述MDC数据库服务器和所述客户端传输数据。

10.如权利要求1所述的平台化智能制造MES系统，其特征在于，所述集成化协同制造子系统还包括：质量管理模块和决策支持模块，

所述质量管理模块用于根据自动化采集模块采集到的在制品台账，实现对在制品的质量检验，并生成检验计划和检验记录；

所述决策支持模块用于生成计划制定统计报表、生成准备统计报表、计划执行统计报表、产品质量统计报表和库存成本统计报表。