力控流程行业MES解决方案

• 关键词：MES,流程行业
• 摘要：MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统），起源于上世纪90年代，是面向车间层的信息管理系统，它位于上层计划管理系统与底层工业控制系统之间，为操作人员和管理人员提供生产计划的执行、跟踪以及所有生产相关资源（人、设备、物料、工艺、客户需求等）的当前状态 。

1.什么是MES？

MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统），起源于上世纪90年代，是面向车间层的信息管理系统，它位于上层计划管理系统与底层工业控制系统之间，为操作人员和管理人员提供生产计划的执行、跟踪以及所有生产相关资源（人、设备、物料、工艺、客户需求等）的当前状态 。

当前，在工业4.0的时代背景下，随着工业物联网、大数据和云计算等新一代信息通信技术的发展与广泛应用，MES被赋予了新的内涵。工业4.0时代的MES，是企业为了应对市场变化、满足客户个性化需求，实时响应和调整生产过程、快速分析和协同决策的制造执行与运营管理系统，它可与企业的其它管理系统无缝衔接，实现从市场需求、工艺及流程设计，到产品生产、交付的全过程闭环管理；实现从生产计划到生产执行过程中，对人员、设备、物料、质量、资源和能源的管控。

2.为什么需要MES？

随着市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但由于其服务对象是企业管理的上层，对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它虽可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但无法给出针对车间的整体管理信息。

所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：

1、生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？

2、能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？

3、传统人工报表费时费力误差大，能否自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？

而MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的信息体系。

3.我们的ForceCon-MES能做什么？

实现企业内部各种生产资源的统一协调，制定合理、有效的生产计划。

实现对生产过程、装置及设备运行情况、产品质量及生产成本的实时监控。

实现各部门在生产管理方面的业务协同，加快计划的下达、物料的供应、生产异常情况的反馈与处理。

通过规范化的管理流程，落实并跟踪生产计划的执行情况，减少损失和消耗。

实现物料数据的完整性、一致性、准确性管理，有效监控物料平衡，并降低生产成本。

实现从原材料进厂、到生产过程中的半成品，到最终产品出厂的全过程的质量检验，严格控制产品批次及质量管理。

根据生产计划制定有效的设备检维修计划，做好设备日常维护与保养，提高设备的生产能力和综合效率。

提高生产数据传递的及时性、准确性，并且通过对大量生产相关数据的统计、分析，为生产过程改进提供数据支撑。

4.ForceCon-MES功能模块简介（以化工行业举例）

5.我们的技术方案（以化工行业举例）

5.1.系统部署架构

MES系统的部署架构如下图所示：

整个生产企业的信息系统划分为三层，过程控制层、生产执行层、企业管理层，其中MES作为生产执行层的核心系统，在整个企业信息集成系统中承上启下，是企业生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。

5.2.系统功能架构

MES系统功能架构如下图所示：

整个MES系统的设计，遵守流程行业生产及安全管理业务标准与规范、遵守中国电子行业MES标准与规范、遵守信息化建设与信息安全及信息集成接口的标准与规范。

5.3.系统集成方案

MES系统支持与第三方系统的集成，集成方案如下图所示：

MES与实时数据库接口，实时数据库为MES系统提供生产装置的温度、压力、液位等工艺运行参数，关键设备的运行数据，物料投用量及水、电、气等公用工程的用量，生产安全监测数据、环境在线监测数据等；MES在获取生产相关的实时数据之后，可以通过工艺流程图、物料流向及平衡图、能流图、报警监控图等进行展现；MES还可以通过饼图、柱状图、仪表盘、趋势图等，对生产核心数据进行统计、分析及展现。

MES与ERP接口，MES与ERP系统实现信息的双向交互，ERP根据客户的订单信息下达生产任务到MES系统；MES系统根据生产任务制定生产计划，并确定物料需求计划，上传给ERP系统，根据库存情况执行物料的采购。

MES与EMS接口，MES与EMS系统实现信息的双向交互，MES根据生产计划下达能源需求计划给EMS系统；EMS系统把生产能耗数据、设备能耗数据、生产能耗分析等信息上传到MES系统，为生产调度部门优化生产工艺、节能降耗提供决策依据。

MES与LIMS接口，MES与LIMS系统实现信息的双向交互，MES系统根据生产原辅料及生产过程中质量控制的要求和最终产品的检验要求，给LIMS系统下达检验任务与计划；LIMS系统则把原辅料、过程品、产品的检验结果及生产环境的检测结果上传到MES系统，为生产管理部门控制产品质量、安全环保部门控制生产排放提供数据支撑。

MES与SCM接口，MES与SCM系统实现信息的双向交互，SCM为MES系统提供原辅料的发货状态及物流信息；MES则根据订单的生产进展情况，为SCM提供生产状态。

MES与CRM接口，MES与CRM系统实现信息的双向交互，CRM系统为MES系统提供客户及其对产品的需求信息，以及对产品的质量反馈；MES系统则针对客户的需求及问题进行分析并反馈。

5.4.信息安全方案MES系统安全防护方案如下图所示：

工业隔离网关PSL，在关键的生产装置及控制设备前端，部署工业隔离网关PSL，确保控制网络内部不同区域的安全性，以及控制网络接入信息网络的安全性。

工业采集网关ICG，在智能仪表前端部署工业采集网关ICG，针对不同种类的数据通讯协议进行采集及转发，同时具备工业防火墙的安全防护功能。

工业防火墙ISG，在工业控制网络与企业管理网络之间部署工业防火墙ISG，主要针对来自网络的病毒传播、黑客攻击等不安全行为进行过滤及防护，避免对工业控制网络的影响，确保生产活动安全、稳定的运行。

安全管理平台，部署在生产执行层，全面监控控制及安全设备的运行状态，当出现运行指标异常或发现攻击行为或违规访问时，能够及时进行多种方式的报警，帮助管理员迅速定位故障点，发现高危安全事件，及时采取有效措施，保障生产活动连续、正常运行。

6.我们的优势