[发明专利]用于控制制造工艺的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于尤其在采用计算机管理的制造执行系统(MES) 的生产设施中控制制造工艺的方法和系统。

背景技术

如由制造企业解决方案协会(MESA国际)所限定的，MES系统是 通过管理“从发布到制造中的订单点至交付到制成品中的产品点的生产操 作”并且通过“经由双向通信跨组织和供应链而向其他方提供与生产活动 有关的任务关键信息”来“推动制造操作的有效执行的动态信息系统”。

为了提高制造工厂的质量和工艺性能，MES系统的功能通常包括资 源分配和状态、调度生产订单、数据收集/采集、质量管理、维护管理、 性能分析、操作/详细日程安排、文档控制、劳工管理、工艺管理和产品 跟踪。

例如，西门子公司在其产品系列下提供了广泛范围的MES产品。

通常，在工程时期，MES客户端应用由系统工程师使用以根据特定 制造工厂要求来进行定制。相反，在运行时期，MES客户端应用由诸如 工厂操作员或生产线负责人员这样的终端用户使用。

在制造活动中，为了最终实现良好水平的操作性能，制造工艺的准确 建模对于日程安排和执行二者而言是至关重要的。

在称为ISA-S95的标准中发现了用于制造的模型的已知示例。标准 ISA-S95是适用于离散和连续生产类型的、针对制造中的工艺控制工程的 ISAS88标准的批处理模式的扩展。其限定了针对单独生产步骤的方案， 所述方案包括与在制造执行系统中需要的不同生产阶段之间的信息交换 有关的规则。

在MES系统中，基本的步骤是产品定义。这意味着工程师需要工具 来限定推动制成品生产的工艺。工程师将限定生产步骤、材料、设备，更 一般地说将限定用于制造特定产品所涉及和需要的所有资源。产品定义需 要的根据存在于ISA-S95标准中。

根据ISA-S95标准，并且如图1所示，其中图1复制了所述标准的部 分1的图8，产品定义信息包括三个不同方面的信息，即，针对日程安排 或资源清单(BoR)的信息、材料信息或材料清单(BoM)以及产品生产 规则(PPR)。BoR是用于生产产品所需要的所有资源的清单，其包括材 料、人员、设备、能源以及消耗品。BoM是用于生产产品所需要的所有 材料的清单，其表明了所需要的每种材料的量：材料可以是原材料、中间 材料、组件、零件及消耗品。PPR是用于指导如何生产产品的制造操作 的信息。PPR与相关联的BoR/BoM的交叠部分(图1中的阴影部分)形 成产品段(PS)。在下文中，PPR和BoR/BoM还将分别称作“与生产相 关的信息实体”和“与资源相关的信息实体”。在本说明书中，“信息实体” 还简称为“实体”。

目前，如ISA-S95中所限定的，产品定义和产品生产规则仅预见到 PPR生产单个产品，而即使对于其生产共享大多数制造步骤和大多数材 料的很相似的产品也需要不同的产品定义。

该方法(针对每种产品有一个产品定义，而与该产品无关)在MES 系统中明显导致了通常具有很小差别的产品定义的增殖，并且因此增加了 MES系统的复杂度。较高复杂度使得错误更容易发生，引入较低的效率 并且导致较差的性能和较高的维护成本。

产品定义的激增可能发生之处是例如制药行业或食品和饮料行业。例 如，考虑制成品“维生素C药丸”和“维生素D药丸”：除了一些材料(有 效成分不同)和一些工艺参数(例如不同的混合时间)之外，它们具有类 似的工艺和类似的配料。类似地，在食品行业中，在生产香草冰淇淋和巧 克力冰淇淋方面，除了确定口味的配料(香草或巧克力)和有可能使得能 够生产相同冰淇淋的一些变体的一些可选配料之外，基本上所有事物均被 共享。

为了在上面所提到的情况下避免产品定义(以及从而产品生产规则) 的增殖，已经引入“PPR多种最终材料”的理念。根据该理念，为MES 系统提供用于制造多个产品的单个PPR，多个产品的制造工艺共享大多 数工艺工作流和大多数资源(特别是材料)。单个PPR针对非共享资源而 包括将所述非共享资源限定为通用资源(或者“别名”)的标签，并且通 用资源通过在创建针对特定产品的生产订单时创建至BOR/BoM的链接 而被解析成实际资源。