MES的任督二脉

Posted 2020-09-17 tallrain

 

1. 任脉：系统集成

关键词：制造、系统

MES作为一个IT系统，与ERP/PLM/WMS等其它系统有着高度集成。

这是因为，制造不是一个孤立的生产活动。

首先，从产品生命周期来看，立项、研发、制造、销售、售后组成完整的产品生命周期，而产品的特性需要在整个产品周期的各个环节中进行传递，这其中最重要的特性就是来自于PLM的产品BOM，因为BOM决定了产品的成本、加工流程、工艺设备等生产因素。

其次，从一次制造活动来看，典型的生产过程由订单触发，完整的制造流程包括：销售订单à采购订单à生产工单à发运单。这些单据对应于ERP中的现金流动和物料流动，而对于MES来说，来自于ERP的生产工单成为关键的生产因素。

因此，MES非常重要的两个集成需求是：与PLM集成BOM，与ERP集成工单。

下面我们举一个例子予以说明。

汽车行业，通常通过配置和颜色区分车型，如白色低配、红色高配等。汽车制造厂为每个颜色+配置组合分配一个总成件物料号，然后将对应的零件、配置件挂在总成件下面，形成制造BOM。工厂按照标准的配置制造产品，然后发往4S店。但是4S店通常会额外储备一些配置件，并在交付给用户时安装一些额外的配置件。

比如说某款车，低配版没有全景影像，只有高配版有。那么通常的做法是：制造厂按照低配版造车，然后发给4S店；4S店安装全景影像并刷软件。这是因为制造厂的BOM里面没有低配+全景影像的结构，因为无法按照这种订制方式进行生产。而4S店做了一些额外的工作，相当于在原BOM的结构上额外增加了一层选配件，因而可以更加灵活。4S店等同于一个虚拟的辅件装配车间，作业内容对应于选配件材料的虚拟BOM。因此这种模式，在某种程度上对4S店形成了依赖。

这是因为传统的做法，把物料BOM、工程BOM、工艺BOM都挂在总成件下面。

这种制造模式对应的物料BOM结构形式类似下表：

层级	物料号	消耗工位	物料描述
1	Z10010010		XX运动型低配红色手动版轿车
2	C40010011	T050	仪表盘
2	C40010016	T080	中控屏
2	C40020021	T120	左前座椅
2	C40030021	T250	1.8T发动机
2	C40040021	T340	ECU软件，版本V1.01

 

4S选装件对应的BOM为：

层级	物料号	物料描述
1	C40010018	全景影像
1	C40040021	ECU软件，版本V1.02

 

当4S店下订单时，根据车型、颜色等信息锁定了车辆的总成件号，并作为订单的属性予以绑定。

当ERP把订单传递给MES时，同时也把车辆总成件料号传给MES。

由于MES中的物料BOM和工艺都是定义在总成件料号下的，因此订单下发的时候已经决定了车辆的生产工艺。

 

假如某汽车厂想要抛开4S店系统，希望客户直接在网上下单、选择配置，然后在制造完成后直接从汽车厂发给客户，那么传统的BOM结构和加工流程就不适用了。

新的流程，要求为每个订单生成一个总成件号，其对应的物料BOM、工程BOM、工艺BOM是基于订单的临时组合，其结构类似下表：

层级	物料号	消耗工位	物料描述
1	S1008601		订单号S1008601，XX运动型轿车
2	P401207		低配手动仪表盘选配件
3	C40010011	T050	运动型仪表盘
2	P402402		低配手动中控屏选配件
3	C40010016	T080	中控10’高清屏
2	P410201		低配运动型座椅选配件
3	C40020021	T120	左前座椅无纺布
2	P420103		1.8T L4发动机
3	C40030021	T250	1.8T发动机
3	C40030021	T280	1.8T涡轮增压器
2	P430320		低配运动型含全影影像ECU
3	C40040021	T340	ECU软件，版本V1.02

 

当客户下达订单时，ERP把订单及选配件清单发给MES。

而MES的工艺基于选配件定义，因此MES在接收到订单的时候，也知道了工艺过程也就是所有选配件的加工的组合。

这种BOM结构可以允许工厂完全按照客户的订制进行生产，而无须4S店的额外订制作业。

 

1. 督脉：控制集成

关键词：执行

MES与其它IT应用系统的一个重大区别是，MES与现场设备关系紧密。

根据ISA95的定义，MES介于ERP等企业业务系统与现场作业层之间：

级别	典型系统/设备	核心业务	作业范围	响应时间
4	ERP	现金流、物流	集团/工厂/车间	月/周/天
3	MES	工艺流	工厂/车间/工位	天/班次/小时/分/秒
0/1/2	电机/机器人/PLC	机械、电气、逻辑控制	区域/工位/设备	分/秒/毫秒

 

 

 

近几年来随着智能设备和工业物联网的兴起，似乎设备和IT系统联网是轻而易举的事情，但仔细分析的话，其实和工业现场的需求还是有很大距离。

象大家所熟悉的智能家电设备，采用安卓、树莓派等轻量型操作系统，通过互联网协议进行数据传输，但是这种方式的最大缺点是：速度慢(响应时间在秒级)、数据安全无法保证。

而象无人驾驶汽车的激光雷达等设备，由于算法都封装在芯片，采用专有数据传输协议，因此稳定可靠，但是价格昂贵，因此没有被广泛使用。

在车间现场，多年来被广泛应用的形式是采用PLC作为设备的逻辑控制中间层，然后通过OPC实现与MES的数据交换。

有了PLC/OPC的逻辑通道，MES能够向车间现场设备下发工单、BOM、工艺指令、防错指令等，此外也能够从设备收集状态信息、异常信息、操作结果、过程数据等。

这样一来，能够使工艺的执行更加灵活，同时也能够更快地对问题进行响应处理。

举例来说，一个较传统的汽车工厂，MES与设备没有深入集成，这样的话，工厂通常会按照车型进行小批量生产，每次换车型时，则需要集中在设备上进行相应的切换操作。

这种方式的工单顺序类似下表：

工单序号	车型
1	XX运动型低配红色手动版轿车
2	XX运动型低配红色手动版轿车
3	XX运动型低配红色手动版轿车
4	XX运动型低配红色手动版轿车
…
21	XX运动型高配银色自动版轿车
22	XX运动型高配银色自动版轿车
23	XX运动型高配银色自动版轿车
…

 

而如果MES实现了与设备的深入集成，则可以将工单混排，当车辆到达工位时，设备会根据车型信息自动进行运动、取料、加工、测量。

这种方式允许计划员尽可能按照客户订单的顺序安排生产，工单顺序类似下表：

工单序号	车型
1	XX运动型低配红色手动版轿车
2	XX运动型高配银色自动版轿车
3	XX舒适型中配灰色自动版轿车
4	XX精英型高配黑色自动版轿车
5	XX运动型高配红色自动版轿车
6	XX舒适型高配蓝色自动版轿车
7	XX运动型中配蓝色自动版轿车
8	XX运动型中配红色自动版轿车

 

前文描述了MES的2个关键集成点：应用系统集成，与控制系统集成。

其实从一流MES供应商的分布，我们也可以看出这一点。

比如达索公司开始的核心业务是CAD设计，产品主要是应用于汽车和航空业的CATIA/SOLIDWORKS，后来从IBM收购了PLM产品，又从APRISO收购了MES产品，从而实现了CAD/CAM/CAE/PLM/MES的系统整合。

而象西门子/洛克威尔/GE是做电气产品(PLC/传感器/伺服系统)起家的，后来又从HMI/SCADA开始慢慢与应用系统集成，再辅以收购，实现较全面的MES方案，再通过PLM实现与CAD/ERP的集成。

简单地总结一下，MES在ERP/PLM/WMS等应用系统中起到承前启后的作用，并在应用系统与现场设备之间起到承上启下的作用。