MRPII-MES平台上的生产计划控制和调度

lihuolin958

　　MRPII和MES的集成
　　MRPII，MES和PCS三者的集成框架，构成了如图1 所示的三层体系结构。在这个体系结构中，三者的功能各有不同，而且相互之间有信息的传递，从而构成一个完整的体系结构。
　　MRPII属于计划层，它的主要功能包括市场预测，订单处理，财务分析，库存管理，生成BOM 和生产工艺文件，以及制定生产计划和采购计划等。PCS属于实现层，它的主要功能包括具体生产过程的实现，工序监控，设备监控，物料监控，人力监控，安全维护等。MES作为计划层和实现层之间的执行层，主要负责生产的管理和调度的执行，具体包括了过程管理，生产单元分配，生产进度跟踪，数据采集，计划调度，质量管理等。MES 在这个体系结构中，起到了承上启下的作用。一方面，MES 需要收集生产过程中的实时数据，并对实时事件及时进行处理。另一方面，它又与计划层和控制层保持双向通信能力。
　　在MRPII，MES和PCS三者构成的体系结构中，信息的传递是复杂的、有序的。首先，MRPII根据市场预测和订单制定生产计划，并将其传递给MES;MES根据当前的资源条件对MRPII制定的计划进行调度，经过合理配置后下发给底层的生产控制系统。同时，MES还监控整个生产过程，并进行数据采集和模拟分析，把采集的信息和分析的结果进行一定的处理后，提交给上层MRPII。它们三者之间传递的具体信息如图1所示，MRPII向MES传递生产需求，生产计划，BOM，图纸，工艺文件，库存状态，人力状态，配件需求等信息;MES向MRPII报告订单的完成情况，物料消耗情况，人员分配情况，实际的BOM，短期生产计划等信息。另外，MES需要向底层的PCS下发短期生产计划，生产指令单，零件清单等信息;而底层的PCS需要向MES反馈生产分析报告，物料短缺信息，生产优化运行参数，工序进展信息，设备运行参数，物料使用状态等信息。
　　

　　图1 MRPII与MES集成构成企业生产系统的主要架构

　　基于MRPII-MES的生产计划
　　1. 制定计划
　　在上述的集成框架下，MRPII负责制定最初的计划。MRPII分五个层次来制定计划，它们分别是经营规划(Business Planning，简称BP)、生产计划大纲( Production Planning，简称PP)、主生产计划(Master Production Schedule，简称MPS)、物料需求计划( MaterialRequirementPlanning，简称MRP)和车间作业计划(Production Activity Control，简称PAC)。从前述的几个计划层次可以看出，MRPII 计划过程体现了由宏观到微观，由战略到战术，由粗到细的不断深化的过程。
　　在制造企业中，编制计划需要考虑外部的市场信息和内部的技术信息，其中包括：订单、预测信息，库存信息，设备信息，设计阶段信息，工艺计划阶段信息，工艺信息，工作日历以及部门(人员)、成本、质量等方面的基础数据等(如图2所示)。
　　

　　图2. 计划的知情信息

　　在制造企业中，计划的制定过程如图3所示。首先，MRPII根据订单和预测需求，经过对关键工作中心的粗能力平衡，确定出主生产计划MPS;然后，根据生产所用的BOM 确定所需物料，同时根据库存状况生成能力需求计划;最后，根据能力需求计划得到车间作业计划和采购计划，用来指导生产和采购作业。
　　

　　图3. 制造企业计划的主要逻辑流程

　　2. 计划的执行和控制
　　在MRPII制定了最初的生产计划后，下发给MES来负责计划的执行和控制，其流程如图4 所示。
　　MRPII下达生产计划后， 经过MES 的计划调度，并进行合理配置，生成子计划，下发给各生产单元进行生产。MES的监控和数据采集功能实现了对生产计划执行情况的控制：各个监控单元对生产状况进行跟踪，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反馈给调度室;最后，由调度室对生产计划重新进行调度分配。同时，每个监控单元都有报警系统，当出现异常情况时，报警系统会迅速反馈到调度室，暂停或终止生产计划的执行。MES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MRPII。这样，在MES的功能保障下，整个系统实现了对生产计划的有效控制。
　　

　　图4. 生产计划的执行和控制流程图

　　3. 计划调度
　　计划调度的主要任务就是在时间和空间上合理配置有限的资源。由于不确定因素(如加工设备等资源的重组、设备故障与维修造成的加工环境的变化、经常变化的市场需求、虚拟企业间生产任务协调所带来的计划任务的变化以及生产任务的变化导致生产目标的变化等)的影响，实际的计划调度总是动态调度。在制造企业的动态生产环境下，车间级计划调度是一个动态调度过程。在这个调度过程中，需要充分考虑事前的计划调度环境和业务活动的当前状态，及时给出正确合理的调度策略，从而达到调度系统的全局优化。
　　动态调度通常有两个基本要求：一方面，调度必须完全反映生产线的实时信息;另一方面，调度必须在短时间内完成而不致延误生产。本文据此要求，给出一种基于事例的动态调度框架，如图5所示。
　　

　　图5. 基于事例的动态计划调度

　　基于事例的推理就是从已知的解决方案中推导出解决新问题的方法。一个典型的基于事例的动态调度过程概括为：根据当前的计划调度问题从事例知识库中检索相似的事例，调整该事例中的求解方案，使之适于解决当前的动态调度问题;采用该方案解决当前问题并形成新的事例;最后，根据一定的策略将新事例加入到事例知识库中。在具体的执行过程中，各个因素向调度室的服务器反馈生产信息，服务器自动在事例库中查找相似事例，得出求解方案，再经人工检查和修改，即可输出新计划;若某方面出现异常情况，导致无法调度计划，则需向上层的MRPII提出请求更改计划。
　　结束语
　　综上所述，MRPII和MES的集成应用，在制造业内发挥了巨大作用，MRPII和MES的各种功能，为生产计划的制定和控制提供了保障，使生产进度更容易把握。在生产计划的调度环节中，基于事例的动态调度方法可以较好地完成日常生产中对计划的调度。由此可见，应用基于MRPII和MES的生产计划控制和调度系统，是制造业生产中一种切实有效的生产方案。但同时要指出的是，MRPII和MES的集成有两个关键点：一是MRPII和MES之间信息传递要求及时、准确;二是MES需要对所采集的信息进行提炼，以保证将关键的、重要的信息反馈给MRPII。


该贴已经同步到 lihuolin958的微博