具有嵌入的可重复区段需求的制造执行系统的制作方法

专利名称：具有嵌入的可重复区段需求的制造执行系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及生产活动的自动化，并且更具体地涉及具有嵌入的可重复区段需求(segment requirement)的制造执行系统。
背景技术：
产品制造的自动化在计划和生产水平上需要用于管理产品的制造中所涉及的相关信息的工具。特别地，生产过程(production process)的准确建模对于调度和执行来说都是必不可少的，并且最终对于在生产活动中实现良好水平的操作性能也是必不可少的。这些工具之一(对于国际标准协会-S95被称为ISA-95)是用于为全球生产者开发在企业和生产过程的控制系统之间的自动接口的国际标准。ISA-95标准能够在不同生产者之间使用标准术语用于处理所述相关信息的同时，限定软件工具可以如何在工厂底层(plant floor)水平上实施生产过程以及如何与其通信。一般，ISA-95标准可以嵌入或者用作用于制造执行系统(MES)的开发的共同基础，即，在企业资源计划(ERP)上层和生产线(process line)下层之间能够提供计算机器和软件工具的中间层，ERP上层是特别专用于生产过程的计划的，生产线下层是特别专用于在对生产过程的分析中所涉及的或者在生产过程自身中所涉及的单个机器的控制的。换言之，MES是如下的动态信息系统，该动态信息系统通过管理从订单释放到制造中的点到成为完成了的商品的产品递送的点的生产操作，并且通过经由双向通信向跨越组织和供应链的其他方提供关于生产活动的关键信息，驱动对生产操作的有效执行。MES—般包括用于分析管理的软件工具和用于生产性过程的软件工具。通常，ISA-95标准包括能够根据对所述生产过程的结构描述来表示所述生产过程的复杂且分层的实体集合。所述实体特别地表示在对生产要求的执行期间要被使用的资源。ISA-95标准因此能够对生产过程建模，S卩，通过表示在生产过程中所涉及的实体以及这些实体之间的互动，提供对所述生产过程的概念化。例如，由ISA-95标准内分层的结构所表示的生产过程可以包括生产调度实体，生产调度实体包括至少一个可以根据产品生产规则实体来限定的生产要求实体。生产要求实体可以包括至少一个与过程或产品区段实体相关联的区段需求实体，以及被设计为允许 MES系统之间的通信的所要求的区段响应实体。区段需求实体可以包括不同实体，像生产参数、人员需求、装备需求、材料生产需求、材料消耗需求和可消耗的预期实体。生产参数实体一般与产品参数实体或者过程区段参数实体相关联。生产参数实体因此是属于区段需求实体的实体之一。生产参数实体表示在生产期间所使用的或者生产所涉及的生产参数。示例可以是装备的速度或者工作温度。通常在生产期间，生产参数用于驱动生产，例如设定装备速度/温度。人员需求实体表示区段需求用于其执行所需的人力资源。人员需求实体可以包括人员需求属性实体，人员需求属性实体自身可以包括人员模型实体。人员需求属性实体和人员模型实体通常设计用于提供与人力资源相关的一般信息。类似地，装备需求实体可以与至少一个可以对应于装备模型实体中的元素(element)的装备需求属性实体相关联。而且，材料生产和材料消耗需求实体可以分别各自与可以对应于材料模型实体中的至少一个元素的至少一个材料生产需求属性实体和至少一个材料消耗需求属性实体相关联。 换言之，人员、装备和材料模型实体中的每个都包括人员、装备和材料的一些特性，这些特性有助于选择用于实现生产要求的正确人员、装备或材料。区段需求实体也可以包括设计用于表示可能使用的材料并且可以例如与至少一个可消耗期望属性实体相关联的可消耗期望实体，可消耗期望属性实体表示可能使用的材料的属性信息。这些实体因此根据生产要求的结构表示来彼此相连接，并且形成能够交换和提供信息的系统。在所述实体之间的且根据所述结构(或分层)表示的连接特别地设计用于向生产调度实体提供允许对生产的正确估计或建模的信息(像材料的数量、可能使用的材料、 所需要的人员、过程的速度、……)，使生产活动可以精确地估计、准备和调度(以及还有执行)，用于满足每个生产要求并且因此优化生产过程。对生产系统的建模需要将生产性过程划分为许多步骤或者生产阶段，使得每个阶段表示可以由MES系统控制的简单动作。当整个生产性过程开始其执行时，MES系统管理不同的生产阶段来执行其操作并且组合每个生产阶段的结果，以得到成品。通常生产过程的结果是最终产品(例如计算机、 家具、乐高块(Lego Block)、气体、油)，其中生产阶段的结果是作为中间产品(二极管、木料 (wooden plank)、塑料)。有时组成生产过程的生产阶段的结果不满足所想要的质量需求，并且不能用来实现最终产品。例如，厨房家具的生产要求预定尺寸的木料，但是可能发生的是，在确定尺寸步骤之后得到的确定了尺寸的木料不能被使用，因为它不满足特定的质量需求。以相同方式，可能发生的是，在生产阶段生产的二极管不能适当地工作，并且因此不能在计算机生产过程中使用。在前述示例中，必须重复木料确定尺寸阶段和二极管生产阶段，以便使木料和二极管实现对于要生产的家具和计算机满足所想要的质量。在S95中，生产过程被称为“生产要求”，并且生产阶段被称为“区段需求”，生产要求是区段需求的集合。迄今为止，在生产过程的建模阶段期间，没有办法自动地考虑在区段需求执行期间生产的中间产品存在缺陷(default)和不完善。这意味着对生产过程(生产要求)进行建模的用户必须创建不与真实生产过程严格相关的模型。因此留给用户校正这样的缺陷(例如设计用于成为家具的一部分的不合规的木料)的方式是在生产过程期间添加新的区段需求。因此在生产过程期间通过添加新的区段需求来修改MES，新的区段需求表示生产了不满足所想要的质量的结果并且必须被重复的区段需求。此外，如果在建模阶段期间用户意识到区段需求结果可能不满足，则用户必须在 MES中描述工作流并且预见哪些区段需求可能根据它们的结果执行多于一次。为了针对每个区段需求重复来如此做，用户必须创建新的区段需求并且必须为他自己写出要被重复的区段需求的指令。这是复杂的并且耗费时间。此外，该方案仅仅基于用户的经验。另外，如果某些缺陷可以预测，则其他的是无法预测的。显然，无法预测的缺陷只能在它们发生之后被校正。因此，生产过程只能在其执行期间修改。

发明内容
因此，本发明的目标是提供用于执行对生产过程(生产要求)进行建模的MES，其考虑了通过执行组成所述生产过程的区段需求将生产的中间产品的可能的缺陷。换言之，本发明的目标是提供允许用户创建与真实生产过程密切相关的模型并且可以自己自动地适应的MES。本发明的另一目标还是提供也允许用户当在生产过程期间存在无法预测的缺陷时在生产过程期间添加区段需求的MES。本发明提出了用来直接在MES中引入可重复的区段需求的概念的手段。以这种方式，对生产性过程(生产要求)进行建模的用户可以创建与真实生产过程严格相关的模型。 此外，用可重复的区段需求对真实生产过程进行严格建模的用户不再需要使用技巧以便用简单的区段需求来仿真可重复的区段需求(在S95意义中)。以这种方式，生产过程(生产要求)将由可重复的区段需求的集合以及/或者简单的区段需求的组合组成。用户不再需要在生产过程的执行期间修改他的生产过程模型，因为生产过程包含了根据工厂质量需求可以执行无限次数的可重复的区段需求。使用根据本发明的MES，用户能够创建与MES在工厂中可以找到的真实情形接近的模型，其中发生有不遵守在生产过程中所预见的模型的人类决定和无法预测的事件。根据本发明的MES系统因此能够根据由用户指定的标准来自动地重复对区段需求的执行。新的MES系统减少了计算时间并且提高了生产过程执行的性能。此外，可重复的区段需求的引入减少了从工程师的角度而言的工作量，简化了他在模型创建和MES系统编程期间的工作。在第一方面中，本发明提供了一种制造执行系统(MES)，包括计算装置和用来控制生产过程中所涉及的机器的软件工具，MES被设计为实现包括至少一个区段需求的生产需求，其特征在于制造执行系统还包括
a.用于用户限定区段需求是否可重复的装置；
b.数据库，被设计为存储区段需求，数据库针对每个区段需求还包括 i.用来存储每个区段需求可重复性状态的专用区域；
.用来存储至少一个在该区段需求的执行期间所获取的并且表示该区段需求的执行的结果的参数的当前值的专用区域；
iii.用来存储该参数的期望值的专用区域；
c.协调器，其用于与所述数据库通信以访问区段需求，并且用于确定是否必须重复区段需求的执行。在一个实施例中，取决于区段需求可重复性状态并且取决于区段需求的执行的结果，协调器用于自动重新开始区段需求的执行。在一个实施例中，当至少一个在区段需求的执行期间所获取的参数的当前值不等于所存储的期望值时，协调器重新开始区段需求的执行。在第二方面中，本发明提供了一种使用根据前述权利要求之一所述的MES来生产产品的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤
在建模阶段d.限定包括多个区段需求的生产需求；
e.为每个区段需求限定该区段需求是否可重复；
f.如果该区段需求是可重复的，则存储通过该区段需求的执行将要达到的期望值；
g.在至少一个数据库中存储该区段需求和其可重复性状态； 在针对每个区段需求的生产阶段
h.读取可重复性状态；
i.执行该区段需求；
j.如果该区段需求是可重复的，则在该区段需求的执行的结束处检查该区段需求的结果是否对应于期望值，且如果不对应则进行步骤f。


当结合附图来阅读时，根据对具体实施例的以下描述，本发明的操作的方法与其附加目标和优点一起将被最佳地理解，在附图中
-图1是用于厨房家具的生产要求的说明性视-图2是用于厨房家具的生产要求的说明性视图，其中区段需求执行的结果不够好； -图3是根据本发明的用于厨房家具的生产要求的视图； -图4是根据本发明的新的MES的部分说明性视图。
具体实施例方式图1是根据现有技术的用于厨房家具的生产要求10的说明性视图。该生产要求由四个不同的必须由MES执行以得到家具的区段需求组成。要被执行的第一区段需求12 是金属板切割区段需求。将要由MES执行的第二区段需求14是铝型材切割区段需求。随后，喷涂16和装配18区段需求由MES执行。假设在厨房家具生产要求10执行期间，金属切割步骤12没有达到所需要的结果， 例如因为金属件在生产线(production line)上被切割得太短，则表示新的金属切割的新的生产要求12必须由用户添加到管理厨房家具的执行的MES系统中。这在图2中图示了， 其中新的步骤12’已经由用户添加了。当然，这是耗费时间的，因为用户需要自己控制每个区段需求的结果。图3表示了用于厨房家具的相同生产要求10，但是其中可重复的区段需求12和 14代替标准的区段需求。金属切割区段需求12和铝切割区段需求14具有各自返回区段需求的开始的箭头11或13，创建了循环。这意味着它们可以执行无限次数，而在它们的执行期间不改变生产要求，并且没有任何用户的控制。换言之，将由根据本发明的MES自动地进行对重新执行区段需求的控制和决定。如在图4上可见的，MES 24包括也称为生产模型器(modeler)的MES协调器沘、 MES服务器(图4中未示出)和具体数据库26。更特别地，MES可以包括生产订单管理器 (POM)和生产限定管理器(PDEFM)服务器。它们通过协调器来执行生产要求的执行。MES协调器观用于管理生产并且控制多个作为实现生产过程的机器的可编程逻辑控制器(PLC)。MES协调器是通过TCP/IP连接30来与MES服务器通信的应用。MES服务器在数据库沈中存储执行中的或者要被执行的生产要求的信息。它们与MES协调器通信。数据库沈存储关于区段需求32的信息。例如，MES数据库可以存储要用于具体生产要求或者用于具体区段需求32的材料、要用于具体生产要求或者用于具体区段需求32的致动器，生产要求的当前状态，由位于生产线上的传感器给出的参数的期望值和当前值。根据本发明，以上提到的MES数据库沈还包括其中为每次区段需求的重新执行存储由预定的参数所取的每个值的专用区域。因此，有可能比较区段需求的执行的结果与期望值，并且自动重新开始尚未被正确地执行的区段需求。MES M还包括图形用户界面(图中未示出)，其中用户可以在建模阶段期间将区段需求限定为是否可重复的。区段需求32是否可重复的事实被称为区段需求的可重复性状态。该可重复性状态存储在数据库26中。在区段需求的执行期间，MES协调器观需要知道区段需求32是否是“由MES调度的”、已经被“执行”的、或者是否是“处于执行过程中”的。换言之，MES协调器观需要知道并且管理或修改每个区段需求32的状态。根据本发明，当且仅当区段需求的结果已经达到了期望值，例如当从区段需求执行得到的金属件的所有维度都对应于期望值时，则由协调器观将可重复的区段需求的状态从“处于执行过程中”改变为“已执行”。如果不是这种情况，则在区段需求执行的结束处， 区段需求的状态改变为“已调度”并且随后改变为“处于过程中”，并且重新执行区段需求。 该状态管理是自动实现的而没有任何来自用户的动作。关于每个区段需求(简单的或可重复的)的和关于整个生产要求的状态信息也由 MES服务器根据MES协调器的指示存储在数据库32中。在需求32的重新执行之前，相同区段需求的执行的结果的先前的值在数据库沈的专用区域中被存储为历史值。这些先前的值随后从存储区段需求执行的结果的当前值的数据库专用区域中删除。数据库26还包括用来存储在区段需求的重新执行期间获取的并且表示区段需求的执行的结果的参数的当前值的专用区域。状态信息用来了解区段需求的当前状态，并且由MES系统用来适当地管理区段需求执行。历史值也可以由操作者用来了解为什么区段需求的结果没有符合期望值。此外，MES服务器和MES协调器28之间或者MES服务器和其他外部资源之间交换的消息管理了区段需求可以是可重复的事实。换言之，指示区段需求的执行是可重复的信息被嵌入其自身用于具体的区段需求的消息中。通过读取包含区段需求并且包含其可重复状态的消息，MES协调器观知道了它需要检查从区段需求的执行得到的中间产品。MES协调器观也可以读取数据库中的期望值。换言之，MES协调器观和MES服务器交换具有关于区段需求的信息的消息。该消息是MES系统执行具体区段需求或者为了一般操作(添加、 更新、获取)所需要的那些信息。在这些消息中，除这种信息以外，指定了区段需求的“类型” 或可重复性状态，即，可重复的还是简单的。此外，根据本发明的MES 24也从指定了区段需求的类型的外部应用接受消息。例如，根据本发明的MES系统接受从外部的企业资源计划(ERP)发送的生产要求。如果ERP能够指示了区段需求是可重复的，则MES 24能够导入区段需求并且管理它们。使用根据本发明的MES，如果用户了解了区段需求需要重复，则他可以在对生产过程进行建模的同时，指示在具体的区段需求的执行没有提供足够好的结果的情况下，该区段需求需要重复。用户只需要指示哪个具体的区段需求需要是可重复的，哪些传感器需要检查以及区段需求的执行得到的中间产品的期望结果值。在生产时，如果该具体的区段需求的结果不够好，则区段需求会自动地重复直到结果是期望的为止。
权利要求
1.一种制造执行系统(MES)，包括计算装置和用来控制生产过程中所涉及的机器的软件工具，所述MES被设计为实现包括至少一个区段需求(32)的生产需求，其特征在于所述制造执行系统还包括a.用于用户限定区段需求是否可重复的装置；b.数据库(26)，被设计为存储区段需求，所述数据库针对每个区段需求还包括 i.用来存储每个区段需求可重复性状态的专用区域； .用来存储至少一个在该区段需求的执行期间所获取的并且表示该区段需求的执行的结果的参数的当前值的专用区域；iii.用来存储所述参数的期望值的专用区域；c.协调器(28)，用于与所述数据库通信以访问区段需求，并且用于确定是否必须重复区段需求的执行。
2.根据权利要求1所述的制造执行系统，其中，取决于区段需求可重复性状态并且取决于区段需求的执行的结果，所述协调器用于自动重新开始区段需求的执行。
3.根据权利要求2所述的制造执行系统，其中，当至少一个在区段需求的执行期间所获取的参数的当前值不等于所存储的期望值时，所述协调器重新开始区段需求的执行。
4.一种使用根据前述权利要求之一所述的MES来生产产品的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤在建模阶段a.限定包括多个区段需求的生产需求；b.为每个区段需求限定该区段需求是否可重复；c.如果该区段需求是可重复的，则存储通过该区段需求的执行将要达到的期望值；d.在至少一个数据库中存储该区段需求和其可重复性状态；在针对每个区段需求的生产阶段e.读取可重复性状态；f.执行该区段需求；g.如果该区段需求是可重复的，则在该区段需求的执行的结束处检查该区段需求的结果是否对应于期望值，且如果不对应则进行步骤f。
全文摘要
本发明涉及具有嵌入的可重复区段需求的制造执行系统。制造执行系统(MES)，包括计算装置和控制生产过程中所涉及的机器的软件工具，MES被设计为实现包括至少一个区段需求(32)的生产需求，其特征在于制造执行系统还包括h.用户限定区段需求是否可重复的装置；i.数据库(26)，被设计为存储区段需求，j.协调器(28)，与该数据库通信以访问区段需求，并且确定是否必须重复区段需求的执行，其中数据库针对每个区段需求还包括i.存储每个区段需求可重复性状态的专用区域；ii.存储至少一个在该区段需求的执行期间所获取的并且表示区段需求的执行的结果的参数的当前值的专用区域；iii.存储参数的期望值的专用区域。
文档编号G06Q10/06GK102467700SQ20111035451
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月10日 优先权日2010年11月11日
发明者拉维奥拉 A., 科佩洛 P. 申请人:西门子公司