制造执行系统中计划排产的设计与实现

《装备制造技术》2012年第12期

随着制造业信息化技术的进步，越来越多的企业认识到了信息化带来的益处。CIMS（Computer In-tegrated Manufacturing，计算机/现代集成制造系统）的三层结构也越来越多的被企业所认同，并且开始逐渐开始企业自己的信息化改造和升级[1]。首先，他们对实施难度较低的生产设备进行自动化改造或升级，实现现场生产数据的实时采集和管理。接下来，对企业的管理进行升级，引入ERP系统，对企业的生产和运作进行规范化管理。在实施了ERP以后，企业的管理效率确实有了较大的提升。近些年，企业对于生产车间的管理开始高度关注，制造执行系统（M an-ufacture Execute System，MES）进入他们的视线[2~3]。

作为CIMS的中间一层，MES对车间的生产过程进行直接的管理和控制，可以对企业的生产环节提供最大的助力。M ES处于中间层，联系着ERP和PCS，所以他们之间的关系密切，特别在一些模块中甚至出现重叠和覆盖，例如生产计划排产[4]。在ERP中，生产计划排产是对企业的订单制定计划，排定生产顺序；在M ES中，计划排产从ERP中获得生产计划，根据车间的实际生产情况对订单按照工艺流程分解，再分配给具体的车间或设备执行生产[5~6]。本文对MES中的计划排产模块进行研究，并针对实际企业生产进行了设计和实现，通过具体实施验证方法的可行。

1计划排产的问题分析

在实施ERP之前，现场管理大部分还处与手工状态。针对企业的设备自动化改造，为了能让好的管理思想切实有效的发挥作用，M ES系统的实施是必要的[7]。

目前，ERP业务覆盖了生产计划，并进行生产计划编制。不考虑能力平衡问题，根据零部件计划完工情况进行下一步计划安排，以工作中心为最小单位，生产调度和能力平衡由车间内部自行处理。但是，ERP的生产计划排产中运用无限能力计划编排方法，制定的生产计划在实际生产中可行性不强，造成了计划不能按时完成，订单无法按期交货等。

所以，需要由MES对生产计划排产进行管理，统一制定各车间的生产计划，首先分解为各车间生产作业计划，再分解为各工作中心生产计划。生产计划以工作中心为最小单位。这样可以根据实际情况安排生产，可行性高，可控制性强。

2生产计划排产的设计

生产计划排产的总体架构设计如图1所示。

2.1闭环生产能力平衡计划排产方法的设计

M ES是对车间生产的直接管理，计划排产需要考虑车间的生产能力，如果不考虑的话，会严重影响计划的执行效果，M ES的优势也就无从体现。针对这一问题，我们对生产能力的评价进行了研究和设计，其方法的流程图，如图2所示。

制造执行系统中计划排产的设计与实现

宋岐国1，朱瑞龙2，朱林3

(1.红塔辽宁烟草有限责任公司，辽宁沈阳110001；2.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳

110016；3.中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006)

摘要：在制造执行系统中，计划排产因为与企业资源计划（Enterprise R esource Planning，ER P）的部分模块功能有所重叠，所以如何实现MES的这一部分功能，并且避免与ER P的冲突是十分关键的。针对MES中的计划排产进行设计和实现，并考虑了与ER P之间的关系，避免了冲突，还发挥了MES的优点。通过实际项目实施，验证了这一方法的有效。

关键词：制造执行系统；企业资源计划；计划排产

中图分类号：TH166文献标识码：B文章编号：1672-545X（2012）12-0155-02

收稿日期：2012-09-06

基金项目：辽宁省科技攻关项目（2011216008）；吉林省科技发展计划项目（20115014）

作者简介：宋岐国（1973—），男，辽宁大连人，工程师，大学本科，研究方向：生产运作与管理，智能系统设计；朱瑞龙（1984—），男，黑龙江哈尔滨人，助理研究员，硕士研究生，研究方向：生产执行系统设计与应用；朱林（1972—），男，辽宁抚顺人，工程师，本科，研究方向：电子自动化。

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首先，M ES 从ERP 接收3个月的生产计划，并且将其分解为月份生产计划，并且根据月份生产计划中的关键时间节点，将月份生产计划逐步分解为车间的零件月份生产计划和车间工序月份生产计划，最后下达到具体的车间班组执行生产计划。当进入每个月的下旬，对生产能力进行汇总分析，从车间班组直到整个公司。当了解目前公司的生产能力后，再根据生产能力进行下一个生产计划排产。2.2生产计划排产的分解

当MES 从ERP 接收到生产计划时，首先要对计划分解，具体到每个设备和每个生产班组的生产计划。分解流程如图3所示。

2.3生产能力的分析汇总

生产计划排产的制定，都是基于生产能力已知的情况下，只有了解生产能力，才能根据能力定制计划，否则，在不考虑实际情况而指定的计划很难执行和完成。对生产能力的评价需要从下至上，从车间的班组逐步汇总到公司的整体生产能力，这样才是实际生产能力的反映，汇总流程如图4所示。

2.4生产能力的约束条件

生产能力，不是单纯的单位时间能加工零件数

量的多少，还有其他因素需要考虑。例如：

设备的定期维护和保养，生产班组的轮换和节假日休息，这些都是影响生产能力的约束条件。所以，在这里我们提出约束规则的概念。

约束规则主要包括工序工时约束、工序准备时

间约束、

工序顺序约束和工序设备匹配约束。车间生产涉及的工时包括技术工时（由制造方

法部提供）

、额定工时（由综合部提供）、实动工时（根据实际生产统计）、排产用技术工时。

工序准备时间指熟悉图纸及技术文件，装卡、调整及拆卸工艺装备，清理设备和场地的时间。准备时间是生产时间的一部分，计划时要考虑。

工序顺序约束主要是依据工艺路线给定的前后工序之间的顺序关系来定义。

车间是以工作中心来组织生产的，这里定义的工作中心是按设备功能相近、成本相同的原则对设备进行划分的，一个工作中心可以是若干功能相近的一台或几台设备，或者是一个班组，也可以是一个工作区域。工序/工作中心匹配约束定义了哪些工作

中心可以进行某个工序的操作。

工作中心/设备匹配约束是指工作中心与设备之间的对应关系。2.5计划排产的粒度

生产计划的粒度对于排产非常关键。过大的粒度会导致对生产过程中的细节不够关注，在出现突发情况时，不能得到及时了解和解决，导致计划执行困难。过小的粒度会将一些无关生产细节也纳入MES 的管理，这会给系统的运行带来负担，导致系统运行变慢，影响效率。所以在这里，我们规定，公司下达的ERP 生产计划以3个月为一个周期，对车间生成月份计划，细化到零件月份生产计划，对车间月份生产计划细化到工序，生成车间月份工序计划。

在这样的计划粒度下，公司对计划的执行方便管理，对于车间，生产班组按照工序计划顺序执行，不会将与生产关系不大的其他因素与MES 关联，提高了生产效率的同时，也提高了MES 的运行效率。

图1生产计划排产总体架构

计划排产子系统

ERP 计划接收与管理

车间计划排产管理

ERP 计划接收与维护

ERP 计划查询制造中心计划分解车间作业计划分解

计划查询功能计划打印功能基础数据管理

车间班组定义管理

车间工作日历管理班组工作日历管理能力配置管理

班组工序能力维护

工作中心维护管理能力配置维护管理

约束规则管理

工序工时维护管理工序准备时间管理

工序顺序约束管理工序设备匹配管理

图2闭环生产能力平衡流程图

生产计划排产制定

3个月生产计划公司调度计划制定

计划分解月份生产计划车间下旬总生产

能力汇总

计划下达车间工人生产

生产班组下旬生产

能力汇总

汇总

图3生产计划排产分解流程

3个月生产计划

月份生产计划

车间零件生产

计划

车间工序月份生产计划

车间工人生产

分解

根据节点倒排

根据节点倒排

计划下达

图4生产能力汇总流程

生产班组下旬生产能力汇总

汇总

汇总

汇总

车间下旬生产

能力汇总

车间下旬总生产

能力汇总

公司调度计划

制定

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