1 引 言

       为实现中国船舶行业从“造船大国”向“造船强国”转型的发展战略，我国船舶企业积极响应“以信息化带动工业化”的战略决策，大力推进船舶企业信息化建设，全面提高企业信息化管理水平。目前在制定造船生产作业计划时，对造船构成活动的划分比较粗略，一般只是分到较大的节点或工艺阶段，没有具体划分到详细的工序，直接用于指导车间生产。同时，生产信息的反馈周期长，生产调度缺乏必要的现场信息，对于生产过程中所出现的各种随机扰动(设备故障或检修、插单和销单等)得不到及时有效的解决。尤其是造船企业产品品种多(成品油轮、集装箱船等)，变动性大，编制作业计划，调度的工作量大而复杂，从而导致生产过程中存在着许多问题，如生产过程稳定性差，缺乏柔性等。

       本文以船舶行业为背景，提出了基于制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)的车间生产管理子系统。该系统通过对制造过程中车间层合理计划、调度与控制，缩短产品制造周期，减少在制品数量，降低库存，从而提高生产资源的利用率，最终提高企业的经济效益。

2 制造执行系统

    2.1 关键问题描述

       MES的概念由美国先进制造研究机构(Advance Manufacturing Research，AMR)在20世纪90年代提出。MES作为制造企业资源计划层(Enterprise Resource Planning，ERP)与底层控制层(Bottom Control System，BCS)之间的执行层，一方面将企业资源计划层的命令进一步细化后，向生产过程发出制造指令；另一方面，将过程控制层收集到的实时信息，反馈回业务管理层，作为以后编制生产计划的依据，并对车间作业进行实时动态调度。将企业资源计划和过程控制整合在一起，形成ERP／MES／BCS三层为核心的企业信息集成系统。

    由此可见，MES是企业资源计划系统和设备控制系统之间的桥梁和纽带，是企业实现敏捷化和全局优化的关键系统，是船舶行业信息化建设发展的关键。

    2.2 ERP／MES／BCS三层信息集成

       MES的架构具体概括为“一个平台、二个集成、三个支撑系统”。船舶行业综合信息平台包括企业数据集成平台及应用集成平台两大部分。ERP／MES／BCS的三层体系就是建立在这个平台之上，通过数据库技术和相关集成技术将整个企业联为一体。

       ERP和MES之间的集成采用“信息集成内容遵循S95标准，消息封装格式应用XML技术，企业应用集成平台采用BizTalk server来实现”的中间件集成方法，该集成平台性能稳定、可靠性高。

       MES与BCS的集成则应用OPC技术。OPC使MES在集成过程信息时，无需考虑OPC的底层细节技术，只要遵循OPCXML或OPCCOM／DCOM的规范，其OPC客户端就可以方便地访问OPC服务器，从而使MES可以方便地根据现场实际情况结合企业应用的需要，快速地实现OPC服务器的过程信息集成。

       在充分发挥上述两大集成技术所构建的集成平台的稳定性好、可靠性高的基础之上，建立了基于MES的车间作业调度系统的基本框架。

3 基于MES的复杂产品车间作业调度系统设计

       基于MES的车间作业调度系统由工序作业计划层、调度层和生产作业控制三者有机组成，通过制定合理的工序级生产作业计划、优化调度和对生产状态的闭环监控使制造过程按计划进行。

    3.1 造船企业车间工作流程描述

       首先加工车间接受到ERP下达的生产计划，根据生产能力、库存信息以及工时定额，编制车间作业计划，下发给各生产单元进行生产；各生产单元对生产计划执行情况进行控制，并对影响生产的各个因素状态如物料情况、人力资源、质量检测、设备状态等进行监控，将所跟踪和采集得到的生产情况信息和资源状况信息向上反馈；最后，生产车间对生产计划重新进行调度分配。各生产单元在监控生产计划执行情况的同时，还生成生产进度分析报告，并将关键信息反馈给上层的ERP。具体的生产作业计划和调度控制的流程如图1所示。

图1 生产作业计划和调度控制的流程图

    3.2 车间作业调度系统的功能分析与设计

    通过对造船企业车间生产与管理流程的分析，车间计划调度系统的功能需求主要体现在以下四个方面：

    (1)提供数据的导入、导出和管理。

    (2)编制工序级生产作业计划。

    (3)提供生产作业排序信息。排产计划图(甘特图)以及结果报表；并对突发性事件，能及时进行实时动态调度。

    (4)对生产过程进行跟踪管理。

       通过对车间的功能需求分析，提出了一个六级计划和调度机制。

       (1)工序级作业计划编制模块。该模块生成工序级操作计划，即详细计划。提供基于指定生产单元相关的优先级、属性、特征、方法等的作业排序功能，确定在规定的计划内各种制造设施的具体使用情况，每日／班内加工的工件种类和数量。工序级作业计划是基于有限能力的生产执行计划。其目的就是要安排一个合理的序列以最大限度地压缩生产过程中的辅助时间，制定具体的工序级生产作业计划。

       (2)能力计划模块。该模块通过比较生产需求与生产线上关键操作中设备的能力，反映出对设备资源的需求，可以随时提供每一种产品所剩余的生产能力。

       (3)日批量发放模块。该模块帮助生产计划人员在每天或每班准确地把待加工产品发放到生产线上去。

       (4)日生产调度模块。该模块中的有限资源调度引擎将产生详细的机器调度。此外根据每次运行的不同目的，系统还会提供具体的分析结果。

       (5)动态操作调度模块。该模块帮助一些关键的生产操作，进行局部的重新调度和优化。它也可以用来对瓶颈操作重新产生详细的机器调度表，这时会考虑最新的在制品、机器状态和紧急的订单进行计算，帮助生产线上的监查人员对紧急事件做出反应，同时有效地优化资源结构。

       (6)生产作业实时监控模块。该模块将生产指令下达给生产班组进行生产，同时对作业计划实施情况进行监控，为生产计划编制和调度提供依据，其中包括生产进度跟踪、随机扰动警报、完工情况统计等。
 

免责声明：本网站（http://www.ciotimes.com/）内容主要来自原创、合作媒体供稿和第三方投稿，凡在本网站出现的信息，均仅供参考。本网站将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性，但不保证有关资料的准确性及可靠性，读者在使用前请进一步核实，并对任何自主决定的行为负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏，概不负任何法律责任。
本网站刊载的所有内容（包括但不仅限文字、图片、LOGO、音频、视频、软件、程序等）版权归原作者所有。任何单位或个人认为本网站中的内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时，请及时通知本站，予以删除。