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第647期【精益管理咨询】基于网络化的协同MES调度系统的设 发布时间：2016-07-18        浏览： 次
 
精益管理咨询导读：现代企业为了增强市场竞争力及适应市场需求，提高工作质量，使员工的聪明才智能够充分地发挥，其管理结构开始从金字塔形的多层次结构向扁平的并行结构转变，生产模式由固定组织形式向动态的、分布的自主管理的单元小组工作方式转变。随着Internet网络的高速发展，不同地区的工厂协同生产就成为了可能，企业开始向跨地区甚至跨国组织生产的趋势发展。
 
网络化、单元化和分布化模式下的生产过程意味着需要利用信息和通信技术把地理上相隔的制造单位组织起来进行生产。制造执行系统(MES)本身也是各种生产管理的功能软件集合，其中的调度排序模块是车间高效运行的关键，而一个集中的MES调度系统很难来管理与控制如此复杂变化的生产过程，为了适应这样的需求就要引入新的生产管理思想和模式来设计和开发MES系统，构建支持网络化的MES调度模块就是解决方案之一。
 
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网络化的协同制造执行系统模型
 
 
 
协同MES系统具有开放式的体系架构，当异地的生产单位加入了协同生产，其MES系统通过标准接口加入到协同MES系统中，在这种体系系统支持下自动加入MES的各个模块：优化调度，生产控制，物料跟踪，文档管理。统计分析，设备管理，人力资源管理，工作释放，调度生产都能加入MES协作系统。与其他分厂互联，从而对企业的生产进行有机地协调，优化了生产结构。
 
在支持网络化制造的协周制造执行系统中，从其内部来看，其各模块比如车间工序详细调度，数据采集资源分配和状态管理，产品跟踪和产品清单管理等等单元分布运行。协同合作；从各异地系统之间来看，总部的MES系统和各分厂的MES系统与通过因特网相互连接。由企业集团中的协调单元系统，按照一定的规则策略分析信息流，实时地了解和监控各分厂的生产进度。并且建立企业中的各分厂之间的防同调度机制解决冲突，在分厂与总厂之间进行协调，实现生产的优化调度。网络化协同MES系统基于Web技术、C/S和B/S方式的系统架构，以作业计划和调度为核心功能，通过Web服务器实现信息发布和与异地MES系统数据传输的任务，能实时与ERP系统或其它制造单位互相传输信息实现异地生产的信息的集成。当生产任务变化或机器发生故障时，系统有能力进行自我调整，具有独立完成任务的自主能力。网络化MES系统结构如图1所示。
图1 网络化MES系统结构示意图
 
 
2
网络化的MES调度协调机制
 
 
 
在网络化的调度中，本地的MES的车间调度模块必须与异地的MES的车间调度模块相互通信，本地的调度结果会影响到异地的协作工厂的调度。并且在调度时，还需要考虑其它协作工厂的生产进度对本地的调度影响。在网络化MES协调调度系统下的各MES系统分部都是具有自主权的智能系统。如何让MES车间工序调度模块进行有效的通信与协调，是否接受、如何接受另外的MES车间工序调度模块的生产任务是整个系统高效运行的关键。这些决策和安排可以让各MES调度系统根据不同的利益得失来做出，一个比较简单的可能实现方式如下所述：
 
协调单元模块能从总部的系统控制单元实时接受有关各个异地MES调度系统，已调度的分散化的制造任务群的信息，保存各个制造分厂的进度情况，并向各个MES车间调度模块提供的相互问的详细计划、任务进度的当前状态的信息，以及按时间目标导出可能的新任务序列等信息。协调单元通过综合将得到所有单元的整体制造进度信息，总结出关键的制造任务路径，然后计算出各制造任务的可拖延时间、延期损失值、完成任务的收益值等数据，并且按各个分厂进行分类。
 
协调单元必须具备两个功能：评估正在进行生产的加工任务完成后的收益值，以及评估某分厂由于经常拖延或提前加工任务的完成时间，而引起的在网络化MES协调调度系统中的信誉损失或提高，这样如果某个分厂接受额外的任务，或者无法按期完成制造任务决定把自己的生产任务转向其它分厂时，协调单元将得到相关信息并计算出相应的信誉收益值或损失值。这个信誉值当然应该作为总部的控制系统分发制造任务、协调模块协调制造过程的参考数据。
 
从中我们可以看出，基于网络化MES的企业并不能完全决定各异地制造工厂的实际生产活动，在很多决策方面也不能替它们做出决断，就是说各异地制造工厂需要权衡自己的信誉值和因多得订单所得的获益，所以各异地制造工厂有足够的生产自主性，可以自行做出决断是决策的最终作出者，但是它们也同时要受到一些其所隶属于企业的限制，如此就可以解决当发生冲突时究竟谁来做出最终决策的问题。
 
在基于网络化MES系统的制造模式下。不仅需要考虑网络通信下的交互信息设计和它们之间接口设计，而且与传统的调度机制相比，应该考虑其它协作单元的生产进度对己方的调度影响，其它协作单元的调度会受本方的调度结果的影响，在网络化MES系统中有分厂单元间协调模块做协调工作，但仅为各分厂制造单元的调度提供其它制造单元的建议以及信息，如：调度结果可能产生的损失与收益，在整个集团企业层次不起控制作用，因此保证各个制造单元足够的自主性。
 
 
3
网络化的MES调度的设计
 
 
 
图2为基于网络化MES集团协同制造模式下的一种调度控制的组织结构。它分两个区：上部分为监控区，隶属于集团总厂；下部分为实际生产区，由各个分厂制造单元以及其间的协调模块组成。各个分厂制造单元(图中制造单元1、2、3)可以再次细分为更小的制造单元，直至操作工人，详细的生产控制过程由各个分厂制造单元的具体活动来完成，集团企业采用分散化的控制机制。集团总的制造策略的制定由制造策略模块负责，依据此企业的订单，生产计划模块制定主生产计划。生产区各个制造单元的分散化调度模块不是从垂直方向的控制模块接受详细的生产工单，而只接受许多有基本时间限制的任务单。从而保证一定范围的自主性。各个分散化调度模块隶属于对应的分厂制造单元。在各调度模块内，分厂制造单元根据分发给本单元的、有基本时间限制的任务单做出详尽计划，通过计算将一组详细工单分配给内部的各个部分自主制造单元。
 
图2 调度组织结构示意图
 
监控区控制模块负责监控各际工况与负荷，同时根据各个制单元的生产能力变成有基本本时间限制的分散任务群，然后分发给各个分厂制造单元。监控模块负责收集各个分厂制造单元的工况信息，产生生产能力报告给控制模块。
 
基于网络模块化生产要求，详细调度信息由各分厂调度模块独立产生。由于各个调度模块在此过程中总是依据对自己最有利的原则进行调度，所以必然会和一些任务相关的制造单元产生矛盾，为此设置了协同调度模块。协同调度模块能够利用控制模块产生的计划，根据各个分厂制造单元的进度信息，从而达到使各个制造单元协同的目标。生产区的水平协调功能越强，越能保证分厂制造单元的自主性。为了协调功能的实现，协同调度模块需要提供某分厂制造单元的调度对其它制造单元产生的影响以及本制造单元的进度信息。当各个分厂无法按时完成控制模块下达的任务，或者分厂出现不可调和的冲突时，则要由协同调度模块提请集团控制模块进行处理。
 
 
4
结束语
 
 
 
制造执行系统和调度系统经过多年的发展后日趋完善，随着因特网的高速发展，制造业正发生着深刻的变化。本文主要研究了基于网络化的MES调度系统。设计了一种分布式的调度优化方法，采用该方法可以使分布于不同地理位置的生产单元在MES的生产控制下有效地组织生产，达到协同优化的目的，使企业能够突破地域限制，优化资源配置，对市场作出快速反应，提高企业的竞争优势。