本書介紹了現(xiàn)代制造業(yè)中智能工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。全書主要介紹了MES的基本概念、原理和系統(tǒng)架構，以及行業(yè)應用、功能模塊和支撐技術，還以分享成功經(jīng)驗和應對挑戰(zhàn)的方法，重點討論了MES項目的搭建實施過程和實際案例，旨在幫助讀者深入了解MES技術，并為實際應用提供指導。
制造業(yè)正處于數(shù)字化轉型的浪潮中，智能工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術之一，發(fā)揮著關鍵作用。隨著MES 技術的快速發(fā)展和廣泛應用，我們認識到制造業(yè)從業(yè)人員、管理者和研究人員深入了解MES 的重要性和需求。因此，我們決定編寫本書。
本書的編寫目的是多方面的。首先，我們希望通過介紹MES 在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性和應用，幫助讀者深入理解MES 技術。其次，我們提供MES 基礎知識、實施要點和應用指南，以滿足不同讀者群體的需求。同時，我們還分享實際案例和經(jīng)驗，幫助讀者了解MES 在不同行業(yè)中的應用和成功實施方法。最后， 我們將探討MES 項目規(guī)劃和實施過程， 解決實際應用中的挑戰(zhàn)。
本書內(nèi)容分為以下五個部分：第一部分（第1～3章）介紹行業(yè)發(fā)展背景、MES 的基本概念和原理，包括MES 的定義、發(fā)展歷程與趨勢，以及MES 在不同行業(yè)的應用需求；第二部分（第4、5章）深入探討MES 的系統(tǒng)架構和各個功能模塊的作用與特點；第三部分（第6章）介紹MES 所涉及的技術和理論，包括傳統(tǒng)模式下MES 的支撐技術，以及在智能制造背景下引入的新興技術；第四部分（第7 章）簡述如何規(guī)劃和實施MES 項目，以及解決實際應用中遇到的挑戰(zhàn)；第五部分（第8章）通過引用鋼鐵行業(yè)中的實際案例，分享了MES 在實際的生產(chǎn)場景中是如何設計與實施的。
本書的特色在于綜合性、實踐性和適用性。我們?nèi)娼榻BMES 的基本概念、系統(tǒng)架構、功能模塊和相關技術，覆蓋了MES 領域的核心知識。同時，通過實際案例和經(jīng)驗分享，將MES 理論與實際應用相結合，以幫助讀者更好地理解和應用MES 技術。本書適用于不同專業(yè)水平的讀者群體，無論是初學者還是經(jīng)驗豐富的專業(yè)人士，都可從書中獲益。
本書的編寫是一個團隊合作的過程，尹靜負責編寫工作，杜景紅和施燦濤負責收集工程案例及實施資料，特別感謝研究生董朝軒、張家煒和王歡歡的辛勤付出。
最后，感謝所有支持本書編寫的人員和機構，希望本書為讀者在理解和應用智能工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)方面提供有價值的指導。
編著者
2023年7月
第1章 概述001
1.1 我國制造業(yè)及MES 發(fā)展背景001
1.2 智能制造與智能工廠003
1.2.1 智能制造簡述003
1.2.2 制造型企業(yè)“兩化融合”歷程004
1.2.3 數(shù)字化車間簡述005
1.3 工業(yè)軟件的應用006
1.3.1 工業(yè)軟件發(fā)展現(xiàn)狀006
1.3.2 常見的工業(yè)軟件010
1.3.3 MES 的功能定位012
第2章 MES 概述014
2.1 MES 的定義、目標、特點014
2.1.1 MES 的定義014
2.1.2 MES 的目標017
2.1.3 MES 的特性與特征017
2.2 MES 的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀018
2.2.1 MES 的發(fā)展歷程018
2.2.2 MES 的應用現(xiàn)狀021
2.2.3 MES 技術發(fā)展趨勢023
2.3 MES 的應用價值024
第3章 MES 的行業(yè)應用026
3.1 流程型制造業(yè)、離散型制造業(yè)與MES 026
3.1.1 流程型制造業(yè)與離散型制造業(yè)的差異027
3.1.2 流程型制造業(yè)和離散型制造業(yè)對MES 的需求差異028
3.2 各典型行業(yè)對MES 的需求031
3.2.1 共性需求031
3.2.2 鋼鐵行業(yè)035
3.2.3 食品飲料行業(yè)039
3.2.4 電子行業(yè)043
3.2.5 石化行業(yè)048
3.2.6 汽車行業(yè)052
3.2.7 機械裝備行業(yè)057
3.2.8 紡織服裝行業(yè)062
3.2.9 醫(yī)藥行業(yè)066
3.2.10 煙草行業(yè)070
第4章 MES 的系統(tǒng)架構075
4.1 MES 的管理思想與要素075
4.2 MES 的系統(tǒng)集成076
4.2.1 MES 與ERP 系統(tǒng)集成076
4.2.2 MES 與APS 系統(tǒng)集成077
4.2.3 MES 與DSS 集成078
4.2.4 MES 與PLM 系統(tǒng)集成079
4.2.5 MES 與QMS 集成079
4.2.6 MES 與LMS 集成079
4.2.7 MES 與EMS 集成080
4.2.8 MES 與WMS 集成080
4.2.9 MES 與DAS 集成080
4.2.10 MES 與HRMS 集成081
4.2.11 MES 與PCS 集成081
4.2.12 MES 與CAPP、PDM 系統(tǒng)集成082
4.2.13 MES 與自動控制系統(tǒng)（SCADA、DNC、PLC）集成082
4.3 MES 系統(tǒng)框架設計思路082
4.3.1 基于改進C/S 結構的MES 3 層系統(tǒng)架構082
4.3.2 基于B/S 結構的MES 分布式系統(tǒng)架構083
4.3.3 基于SOA 的MES 系統(tǒng)架構085
4.3.4 MES 微服務架構088
4.3.5 基于MOM 的MES 設計090
4.3.6 基于MES 云+ ERP 云的“云·邊·端”架構091
第5章 MES 的功能模塊092
5.1 生產(chǎn)管理模型093
5.1.1 生產(chǎn)管理概述093
5.1.2 MES 中的生產(chǎn)管理功能095
5.2 影響生產(chǎn)的主要功能模型105
5.2.1 MES 中的維護管理功能105
5.2.2 MES 中的質(zhì)量管理功能105
5.2.3 MES 中的庫存管理功能109
5.3 基礎功能模塊的具體化延伸110
5.3.1 MES 中的設備管理功能110
5.3.2 MES 中的計量管理功能115
5.3.3 MES 中的工藝管理功能117
5.3.4 MES 中的物料管理功能118
5.3.5 MES 中的倉庫管理功能122
5.3.6 MES 中的賬戶管理功能124
5.3.7 MES 中的能源管理功能126
5.3.8 MES 中的生產(chǎn)安全管理功能127
5.3.9 MES 中的文檔管理功能127
5.3.10 MES 中的系統(tǒng)仿真功能127
5.3.11 MES 中的可視化看板功能128
第6章 MES 的技術與理論支撐131
6.1 硬件環(huán)境支撐131
6.1.1 數(shù)據(jù)采集131
6.1.2 現(xiàn)場總線技術132
6.1.3 自動物料輸送與存儲設備136
6.1.4 數(shù)字化檢測設備136
6.2 系統(tǒng)集成技術137
6.2.1 系統(tǒng)集成方式137
6.2.2 數(shù)據(jù)集成平臺141
6.3 MES 生產(chǎn)建模技術144
6.3.1 MES 生產(chǎn)模型144
6.3.2 基于事件驅(qū)動的MES 生產(chǎn)過程建模146
6.4 MES 可重構平臺技術150
6.4.1 MES 重構要素151
6.4.2 可重構MES 體系結構151
6.4.3 MES 配置平臺155
6.4.4 基于配置平臺的可重構的MES 應用系統(tǒng)157
6.5 MES 生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化技術159
6.5.1 車間生產(chǎn)調(diào)度概述159
6.5.2 流水車間調(diào)度問題160
6.5.3 作業(yè)車間調(diào)度問題161
6.5.4 車間動態(tài)調(diào)度問題163
6.6 MES 數(shù)據(jù)采集技術164
6.6.1 車間制造信息及其采集方式164
6.6.2 常用數(shù)據(jù)采集技術166
6.7 MES 生產(chǎn)監(jiān)控技術172
6.7.1 MES 生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)架構172
6.7.2 MES 生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡技術173
6.8 車間物聯(lián)網(wǎng)技術177
6.8.1 物聯(lián)網(wǎng)技術簡介177
6.8.2 基于車間物聯(lián)網(wǎng)的MES 生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)178
6.9 智能制造背景下的新興技術181
6.9.1 數(shù)字孿生技術181
6.9.2 信息物理系統(tǒng)182
6.9.3 大數(shù)據(jù)與云計算184
6.9.4 人工智能185
6.9.5 虛擬現(xiàn)實技術186
6.9.6 區(qū)塊鏈187
第7章 MES 項目的搭建實施189
7.1 MES 實施難點概述189
7.2 MES 項目的總體推進過程190
7.3 MES 需求分析方法192
7.3.1 MES 需求分析誤區(qū)192
7.3.2 MES 需求分析方法193
7.3.3 MES 規(guī)劃思路195
7.4 MES 選型要點197
7.4.1 MES 的選型流程197
7.4.2 MES 招標要點分析197
7.4.3 MES 技術評標要點分析198
7.4.4 MES 合同簽署要點分析199
7.5 MES 實施要點201
7.5.1 MES 實施步驟201
7.5.2 詳細需求分析202
7.5.3 需求變更管理202
7.5.4 二次開發(fā)管理203
7.5.5 上線前策劃204
7.5.6 項目驗收205
第8章 某鋼鐵企業(yè)智能制造管理與執(zhí)行系統(tǒng)應用案例206
8.1 整體方案綜述207
8.1.1 案例企業(yè)的智能制造體系207
8.1.2 iMES 功能清單210
8.2 子系統(tǒng)1：APS-高級計劃與排程系統(tǒng)212
8.2.1 功能綜述212
8.2.2 APS 優(yōu)化模型描述216
8.3 子系統(tǒng)2：PMS-制造管理系統(tǒng)219
8.3.1 功能綜述219
8.3.2 各功能詳細介紹219
8.4 子系統(tǒng)3：PES-制造執(zhí)行系統(tǒng)229
8.4.1 功能綜述229
8.4.2 各系統(tǒng)詳細介紹229
8.5 子系統(tǒng)4：DAS-數(shù)據(jù)采集與應用系統(tǒng)241
8.5.1 項目概述241
8.5.2 系統(tǒng)整體框架242
8.5.3 硬件系統(tǒng)需求242
8.5.4 功能規(guī)格說明246
參考文獻250
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