PPT丨380页丨一文了解：MES系统功能应用与数字化车间管理

1 认知数字化车间和MES系统

1. 认知数字化车间和 MES：

• 定位和要求：工业软件专业方向必修课，要求了解智能制造、工业互联网、数字化车间及车间生产运行管理的基本概念，理解 MES 的组成、功能和用途，掌握其操作和使用方法。

• 学习资源与成绩评定：教材为《MES 基础与应用》，有 MES 实训室和示教软件，成绩评定包括期末考试、单元实验、综合实训和作业，共 100 分，60 分通过。

• MES 所处环境：离散制造过程包括物料、人员、工装、设备、场地、文档等生产对象和生产条件，以及加工、装配、检验、包装等生产环节。生产企业由车间、工厂和供应链构成，车间内部有组织形式和岗位分工。传统生产车间存在信息记录与交换落后、生产不可见、产品质量问题难以追溯、生产计划与控制方法粗糙等问题。数字化车间是在传统车间基础上增加数字虚体，包括生产控制层和现场执行层，通过传感层、控制层和执行层实现数据采集和处理。西门子数字化车间和 ElcoDWS 示教数字化车间是数字化车间的实例。

• MES 基本概念：MES 是美国制造研究和生产管理界于 20 世纪 90 年代提出的关于生产组织和管理的新概念，能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化管理，对工厂发生的实时事件及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数据进行相应的指导和处理。MES 提供实现从订单下达到完成产品的生产活动优化所需的信息，通过双向的信息交互形式，在企业与供应链之间提供生产活动的关键基础信息。MES 是处于制造企业计划层（ERP）与控制层（PCS）之间的执行层，是企业资源计划系统和设备控制系统之间的桥梁和纽带，是制造企业实现敏捷化和全局优化的关键系统。MES 通过对生产过程的组织、计划和控制，实现对生产条件的变化做出迅速的响应，从而减少非增值活动，提高效率，不但可以改善资本运作收益率，而且有助于及时交货、加快存货周转、增加企业利润和提高资金利用率。

• 生产资源与产品定义：生产资源包括人员管理、设备管理、物料管理、工位管理、工序工位管理、生产能力管理、线体管理、终端管理、托盘管理等；产品定义包括工序管理、产品型号管理、产品货号管理、工艺路线管理、生产需求管理等。

• 工位与工序的关系：工位是一个物理概念，是位于生产车间内的一个生产空间单元；工序是一个逻辑概念，是产品的一个生产加工步骤。一个工序可以对应一个工位，也可以对应多个工位。

• 生产工艺流程与生产线体：生产工艺流程是一个逻辑概念，是生产一个产品要经过的所有加工步骤；生产线体是一个物理概念，是用于生产某种产品的物理产线，包含了参与一个产品生产的所有工位。生产线体是按照生产工艺流程设置的，其中的每个工位对应生产工艺流程中的一个工序；一个产品可以对应多个生产线体。

• 数据依赖关系及初始化步骤：数据依赖关系包括工序、工艺流程图、工位、工序工位规则、线体等，初始化步骤包括定义工序和工位、定义工艺路线图、定义工序工位规则、定义线体等。

• MES 基础数据建立顺序：包括人员管理、生产需求管理、设备管理、工位管理、生产能力管理、线体管理、工序管理、产品型号管理、产品货号管理、工艺路线管理、生产需求管理、终端管理、托盘管理、排程规则管理、标准工时、维修原因、延期原因、产品附件类型、产品附件等。

• 基本概念：生产活动是由社会上的一家企业独立进行或多家企业合作进行的，用于为人们创造产品或提供服务的有组织的活动，包括投入、转换和产出三个基本环节。生产系统是将上述投入、转换和产出三个环节集成于一体的制造系统或生产运作系统，包括产品研发与工艺设计子系统、基本生产子系统、辅助生产子系统和生产服务与支持子系统。生产管理是对生产系统的运行进行的管理，主要功能是对生产过程进行组织、计划和控制。生产系统的类型包括流程型生产和加工装配型生产，对 MES 的要求不同。

• 制订生产计划和排产：企业的分层结构包括战略目标、经营战略和生产策略，分层计划体系包括主生产计划（MPS）、物料计划和生产作业计划。MES 系统中的生产计划来自于业务层的主生产计划，经过排产活动转换为物料计划和生产作业计划。在 MES 系统中创建订单数据的方法包括从 ERP 系统获取、从数据文件导入和在 MES 中手工录入。

• 任务分派与生产执行：包括下达任务、线边库收料、线边库发料、工位接收任务、任务转移、开始处理一个生产任务、接收物料和在制品、输出在制品、填报工时、结束一个生产任务等步骤。

• 跟踪和控制生产过程：生产控制是为了实现生产目标而主动实施的生产调度活动，包括进度控制、质量控制和成本控制。造成延期交货的主要原因包括计划不周和生产条件发生变化。进行生产进度控制的步骤包括随时掌握生产进度、对完工时间进行分析和预测、对有延期风险的订单及时调整生产。

• 统计和分析生产实绩：生产绩效控制是为达成绩效目标所进行的生产调度活动，绩效包括个人绩效和组织绩效。影响生产成本的微观因素包括劳动生产率水平、生产设备利用效率、物料、燃料、动力利用率和质量管理水平。劳动生产率是产出与投入之比，生产率控制是一种现代企业管理方法，包括测定、评价、规划和改善四个步骤。生产产品的时间构成包括工作时间和无效时间，工时考核通过标准工时和 MES 系统的工位终端采集生产数据进行绩效评价。

• 基本概念：物料管理是对企业在生产中使用的各种物料的采购、保管、发放环节进行计划与控制等管理活动的总称，包括收料管理、物料仓储管理和发料管理等三个基本功能，管理对象包含物料、中间产品或在制品、最终产品。物料管理的模式分为面向库存的生产和面向订单的生产。

• 库存运行管理活动：包括库存定义、库存能力、库存请求、库存响应、库存定义管理、库存资源管理、详细库存调度、库存分派、库存数据收集、库存跟踪和库存分析等。

• 生产企业的仓库构成：生产企业的物流仓库分成常规库和线边库，线边库支持生产线的不间断生产，提高加工和装配效率。

• 车间库存的运行活动：包括从常规库领料到线边库，或退还物料到常规库，从线边库将物料运送到工位，或者从工位退还到线边库，将成品转移到分成库房或总厂库房。

• 物料库存管理流程：包括定义库位、编辑订单文件、导入订单、排程、物料采购、物料入库、物料出库、物料打包等步骤。

• 成品库存管理流程：包括成品入库管理、成品库存查询、成品出库管理等步骤。

• 定义库位：库位是物料或成品在仓库中的存放位置，分为物料库位和成品库位，需要在 MES 系统中配置库位信息。

• 分派和跟踪生产物料：包括线边库收料、线边库发料、工位跟踪物料、工位接收物料等步骤。

• 概述：质量管理发展经历了质量检验、统计质量控制、全面质量管理和标准质量管理四个阶段，MES 系统的质量管理是对车间生产节点进行质量管控，实时采集制造现场信息，跟踪、分析和控制加工过程的质量，确保产品质量。

• 任务 5.1 管理质量数据：质量的定义是 “一组固有特性满足要求的程度”，质量特性是衡量产品质量的特征量，质量数据是检验原材料、配件、成品、加工过程、装配过程等所获得的数据。ISO 国际标准化组织对质量定义中，“固有的” 特性是指某物中本来就有的特性，“赋予的” 特性是指人为给产品添加的特性，“要求” 是指明示的、通常隐含的或必须履行的需求或期望。质量数据分为计量数据和计数数据，具有波动性和规律性的特点。MES 的质量数据管理主要提供质量基础信息配置功能，包括质检项、质检工位、质检类型、质检方法、抽样方法、质量问题类型、成品缺陷等级、成品质量等级等信息的配置。

• 任务 5.2 管理质检计划：质检计划是根据工序计划对检验工作进行的系统策划和总体安排的结果，是指导质检人员工作的依据。质检计划的内容包括销售订单号、订单生产号 / 生产指令号、检验产品、工序、检验单号、报验时间、报验数量、报验人、质检时间、检验工位号、抽验数量、检验内容、检验类型和说明形成的检验记录文件等。质检的类型包括进货检验、制程检验、成品检验、全数检验、抽样检验、自校、互检、专检、集中检验、现场检验、流动检验、破坏性试验、非破坏性试验、理化检验、感官检验等。质检的流程包括来料检验、上料检验、成品入库检验、出货检验四个环节，样本与抽样是通过抽取部分产品进行质量检查，得到质量数据，再进行统计分析，以判断产品的总体质量。MES 的质检计划管理主要功能是根据生产排程编制质检计划，动态反映计划完成情况。

• 任务 5.3 管理质检作业：质检数据的采集方法包括手工录入、半自动方式、自动采集和数据转换与共享，收集质量数据时应注意数据的真实、可靠、记录格式、背景信息和时间地点等。MES 的质检作业管理包括来料检验、上料检验、入库检验、出库检验和质量追溯等，质量追溯分为正向追溯和反向追溯。

• 任务 5.4 质量统计分析：质量数据的描述统计分析方法包括反映数据集中趋势的统计特性（均值、中位数、众数）和反映数据离散程度的统计特性（极差、方差、标准差）。质量数据的图形统计分析方法包括直方图法、分层法、排列图法、控制图法、因果图法、散布图法、调查表法等。统计过程控制（SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具，基于 MES 的 SPC 应用方法是在车间制造过程质量管理中，采用 SPC 技术对关键工序质量进行控制，将质量参数选取、质量数据采集、绘制分析用控制图、绘制控制用控制图以及质量诊断与过程调整等质量管理模块集成在一起，实现动态工序质量控制。

• 概述：设备管理是企业生产运行和提高生产效率的物质基础，保证设备高效率、长周期、安全、经济运行，提高企业生产技术水平和产品质量、降低消耗、保护环境、保证安全生产、提高经济效益。离散设备的管理重点是关键、瓶颈设备，流程设备的管理重点是每台设备的维护。MES 中的设备管理包括设备基础信息管理、备件管理、设备运行管理、设备故障管理、设备维修管理和统计分析等功能模块。

• 任务 6.1 管理生产设备：设备是指在企业中可供长期使用并在使用过程中基本保持其原有实物形态，能连续使用或反复使用的劳动资料和其他物质资料的总称，是制造企业进行生产的主要物质技术基础。设备管理是指正确使用、定时保养、及时检修维护设备，并对设备的运行性能进行分析，使设备处于良好状态的活动。MES 中的设备管理主要是进行设备的技术管理，数据来源包括通过采集设备、传感器进行数据采集，来自外部和通过人工参与手段。设备基础信息管理包括设备类别管理、设备厂商管理、安装单位信息、设备台账管理、设备档案管理和设备状态管理。设备的台账建立包括设备分类编号台账和按照车间、班组顺序使用单位的设备台账。

• 任务 6.2 管理设备维护：MES 设备维护管理包括维护管理、维护类别和维护管理功能，维护类别支持提供设备故障响应的维护、基于时间或周期的循环维护的调度和实施、提供基于设备状态的维护和资源运行绩效和效率的优化。MES 设备运用管理包括设备的巡检、点检和保养，MES 备件管理包括备件仓库管理和设备备件构成管理，设备故障管理包括故障字典、故障管理和故障维修管理，设备维修包括设备大修（改造）计划管理、设备小修计划管理、维护任务分派管理和工单管理，统计分析包括设备停机情况统计分析、设备易损部位统计分析、设备综合效率统计分析和设备可靠性指标统计分析。

• 拓展知识：设备管理的发展过程包括事后维修阶段、预防维修阶段、生产维修阶段、设备综合管理阶段和设备管理新发展，设备管理新发展包括企业设备维护业务外包和绿色维修。

综上所述，该课件全面介绍了 MES 系统在数字化车间管理中的应用，包括基础数据管理、生产管理、物料管理、质量管理和设备管理等方面，为学习者提供了系统的知识体系和实践指导。

2  超级MES认识资料参考（部分）

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