GB/T 25485-2010 工业自动化系统与集成 制造执行系统功能体系结构

ICS

35．240．50

J07

园雪

中华人民共和国国家标准

25485—201

GB／T0

工业自动化系统与集成

制造执行系统功能体系结构

Industrial

automatiOnand

systemsintegration——

F岫ctionalarchitectureofexecution

manufacturingsystem

2010—12—01发布2011—05—01实施

丰瞀鳃紫瓣警矬瞥星发布中国国家标准化管理委员会及111

46o5725485—20…10…2910…··7…44’’…7···26··…1··…1…‘‘9‘‘…1‘‘…6…19···32…’’9…55…一·6…23…36…～6

GB／T25485—2010

图A．3REPAc模型……··……．…．

图B．1MES的外部系统模型……····

图B．2MES的功能模型……………·……………···

图D．1A2

MEs整体功能框架··…………·………·

A2

图D．2MES系统拓扑结构图…·

图D．3工厂建模与业务流程定义子系统功能框架图

图D．4数据准备与维护子系统功能框架图………·

图D．5生产管理子系统功能框架图………………·

图D．6生产装置物料管理子系统功能框架图……·

图D．7数据采集管理子系统功能框架图…………·

图D．8生产过程监控子系统功能框架图…………·

图D．9质量信息管理子系统功能框架图…………·

图D．10生产装置设备管理子系统功能框架图……-

图D．11系统管理功能框架图………-

图E1MES_suite体系结构………·

图E．2基础数据建模工具……………·……………

图E．3物料平衡技术实现架构…···…·……………

图E．4运行绩效管理指标及分析架构………·……

图E．5生产质量管理功能框图……-

图E．6设备维护管理功能框图…………··………··

图E．7能源计量管理功能框图……···……………·

图E．8物料移动示意图…………·…

图E．9生产调度系统功能流程示意图……………-

图E．10产品调和系统架构图………………···……-勰趵∞∞∞卵镐∞∞如舡蛇蝎蛆“蛎“钉蛆蚰∞钉跎鸥

Ⅱ

25485—2010

GB／T25485—2010

引言

本标准的目的是构建制造执行系统(以下简称MEs)的功能体系结构，说明制造执行系统与其他管

理信息系统之间的关系，为MEs功能体系的构建提供依据，也为系统集成提供技术框架。

本标准的主要内容包括：第1章范国；第2章规范性引用文件；第3章术语与定义；第4章

他组织的MEs体系结构、MEs功能的行业特点，以及实际企业MEs产品的参考示例。

本标准是对现阶段关于MEs的理论资料及针对我国工业企业的实际应用资料的整合，符合国内

工业自动化水平的现状和制造执行系统开发与实施的需求。

建议本标准与另一个国家标准GB／T18757—2008《工业自动化系统

企业参考体系结构与方法

论的需求》配套使用。这两个标准对于推动我国制造类企业信息化的标准化和企业建模有重要意义。

Ⅳ

behavior3．13．23．33．43．53．625485—201019892．1¨ailable

GB／T25485—2010

3．7

提单bill

ofladiⅡg

货物品的合同或收据，承运人同意将货物从一个地方运输到另一地方，然后送交给一位指定的人，

或根据合同所述条件给予赔偿。

3．8

ofmaterial

物料清单bill

所有组装件、零件和／或生产一种产品所用物料的清单，包括制造一种产品所需要的每种物料的

数量。

3．9

ofresourc目

资源清单bill

所有资源以及在生产一种产品的生产过程中所需要的资源清单。

注：它也是制造一种产品所需要的关键资源清单，组织形式与生产段相同，并经常用来预测主生产计划中活动改变

对资源供应的影响。

3．10

业务过程b瑚ine蟠proce鲻

企业(或是企业的一部分)在追求给定目标过程中，为了实现某一期望的结果，所执行的企业活动的

偏序集。

3．11

能力capability

采取行动的能力，包括能力(与产能类似)的资格和度量方面的属性。

3．12

产能cap”ity

采取行动的能力的度量，它是能力的一个子集。

例如：生产率、流速、质量或体积的度量。

3．13

certifi∞te

分析证书of柚alysis

产品或物料符合质量标准或技术规范的证明。

注：它可包括分析结果和过程信息的一张表或证明书。它也往往需要物料的保管移交。

3．14

承担的产能comitted

c叩acity

当前正在使用或计划中要使用的生产能力的一部分。

3．15

约束co珊traiⅡt

来自系统内部或是外部的对该系统的约束、限制或是限定条件。

3．16

消耗品co璐umabl髑

通常不包括在物料清单内的资源，或在具体的生产要求中并不个别地计量的资源。

3．17

决策decision

在不同活动方案中作选择的结果。

3．18

detailedschedⅡle

详细生产调度production

组织和构造生产工作命令的集合以及与生产单个或多个产品相关的先后顺序。

2

3．193finite3．203．213．223．233．243．253．263．273．283．293．303．3125485—20cI∞scl∞ssublot10

GB／T25485—2010

3．32

模型model

以任何方式(包括数学、物理、符号、图形或描述等方式)对现实事务某一方面进行的抽象描述。

3．33

人员类别cl嬲s

pe巧oⅡnel

为调度和计划的目的而描述一组有类似特性的工作人员的方法。

3．34

过程段pr∞e蟠跎蛐ent

对一个生产段所需资源集合的视图。在支持业务过程的细节层上，与任何特定的产品无关，该业务

过程可能也与任何特定产品无关。

注：它可能包括物料、能源、工作人员或设备。

3．35

生产的产能production∞p神ity

在企业内完成生产的各种资源的能力。生产的产能包括这些资源的产能，并代表：

a)人员、设备、物料，以及过程段能力的汇集；

b)目前承担的、可利用的，以及生产设施难以达到的产能的总和；

c)对给定的产品混合、原材料、工人工作量、工厂和设备，系统可达到的最高可持续保持的产

出率。

3．36

生产控制producti∞control

在一个工场或区域内管理所有生产的功能的汇总。

3．37

生产分派清单list

productiondispatch

特定生产工作命令的集合，这些命令按给定的地点、时间、活动开始或结束的事件来处理特定资源

集合。

注1：可以以机器指令设置、连续过程运行状况、物料移动指示，或者批系统批次启动的形式。

注2：分派清单适用于其他运行管理领域，如维护分派清单、质量测试分派清单，及库存分派清单。

3．38

生产线prod眦ti蚰liⅡe

专用于生产特定数量产品或产品系列的一系列设备。

3．39

生产管理productionm粕agement

制造执行层的制造设施协调、指导、管理和跟踪在成本、质量、数量、安全性和时效性要求下使用原

料、能源、设备、人员和信息来生产产品的功能的活动。

3．40

生产规则rul鹤

production

用来指导制造过程中如何生产某种产品的信息。

3．41

生产单元producti佃uⅡit

一组生产设备。它用于一种或多种原料的转换、分离或反应，生产出中间或最终产品。

3．42

order

生产工作命令pmducti佃work

调度工作的单元，可能分派给某个工作中心，并且由低层元素组合而成。

4

uit3．43ceu53．443．453．463．473．483．493．503．513．523．533．5425485—2010∞attainable

GB／T25485—2010

4MES的定义

本标准根据制造执行系统(MEs)的功能特点，对其进行如下定义描述：MEs是针对企业整个生产

制造过程进行管理和优化的集成运行系统。它在接受订单开始到制成最终产品的全部时间范围内，采

集各种数据信息和状态信息，与上层业务计划层和底层过程控制层进行信息交互，通过整个企业的信息

流来支撑企业的信息集成，实现对工厂的全部生产过程进行优化管理。MEs提供实时收集生产过程数

据的功能，当工厂发生实时事件时，MEs能够对此及时做出反应、报告，并使用当前的准确数据对其进

行指导和处理。这种对事件的迅速响应使得MEs能够减少企业内部无附加值的活动，有效指导工厂

的生产运作过程，使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。

5MEs功能层次定义

5．1功能层次的描述

本标准将制造类企业的信息集成划分为三个不同的功能层次等级，分别是：业务计划层、制造执行

层，以及过程控制层(细分为：连续控制、批控制及离散控制)。如图1所示。

20720的相关内

注：本标准参考了AMR对企业信息集成的3层次划分，同时参考了Purdue企业参考模型及GB／T

容，并结合中国企业的实际情况，给出了该功能层次的描述。

制定生产计划；确定原材料使用、

配送和运输；决定库存水平．

时限：季度、月、旬、周、日

工作流调度控制；分派生产；设备管理；

质量管理；物料跟踪；库存管理：档案

维护；生产过程优化

时限：日、轮班、小时、分钟

感知、操控、监测实际物理生产过程；

生产过程的监督控制和自动控制

时限：小时、分钟、秒、几分之几秒

图1制造类企业功能层次

5．1．1过程控制层

定义了感知、监测和控制实际物理生产过程的活动。按照实际生产方式的不同，可细分为：连续控

制、批控制及离散控制。控制层通常选用的控制系统包括：Dcs(分布式控制系统)、DNc(分布式数控

系统)、PLc、scADA等。过程控制层的活动运行时限通常是：小时、分钟、秒、几分之几秒，甚至更快。

5．1．2制造执行层

介于业务计划层和过程控制层之间，定义了为了实现生产出最终产品的工作流的活动。包括记录

维护和过程协调等活动。主要面向制造型企业工厂管理的生产调度、设备管理、质量管理、物料跟踪、库

存管理等等。可以通过蛐盼实现这些功能。制造执行层的活动运行时限通常是：日、轮班、小时和分钟。

5．1．3业务计划层

定义了制造型企业管理所需的相关业务类活动。包括管理企业中的各种资源、管理企业的销售和

服务、制定生产计划、确定库存水平，以及确保物料能按时传送到正确的地点进行生产等。通常会选用

6

25485—2010

GB／T25485—2010

5．3．1产品定义信息

产品定义信息是产品生产规则、物料清单，以及资源清单之间共享的信息。描述了生产中“应该如

何制成产品”的信息。

产品生产规则是用来指导如何生产一种产品的制造操作信息。如在GB／T16656．1中定义的产品

配步骤。

资源清单是生产一种产品所需要的所有资源的列表。资源可包括：物料、人员、设备、能源，及消耗

品。资源清单不包括特定的生产步骤，但是它可能以分层方式编制，以反映某些生产步骤。

物料清单是表明为生产某种产品所需要的所有物料每种数量的列表。这些物料可以是原材料、中

间物料、分装配件、零件，及消耗品。这种表并不包含物料用于何处或何时需用等细节，但是它可能以分

层方式组织，以反映某些生产步骤。物料清单通常包括与产品无关的物料，如发货用物料或相应的文

件。物料清单是资源清单的子集。制造通知单是与生产有关的物料清单的子集。

5．3．2生产能力信息

生产能力信息是对生产(指定次数)的所有资源的信息的汇集。它由有关的设备、物料、人员和过程

段的信息组成。描述了生产中“什么资源是可用的”的信息。

生产能力信息描述了制造控制系统已知的名字、术语、状态和数量。生产能力信息包含用于产能调

度和维护信息的词汇表。一种生产能力是对于一个给定的时间段(目前或今后)的人员能力、设备能力、

物料能力和过程段能力的汇集，并可分类为“承担的、可利用的和难以达到的”。

5．3．3生产计划调度信息

对生产的请求可列为生产计划调度信息。生产计划调度信息应由一个或者多个生产请求组成。描

述了生产中“将要使用什么资源；将要制造什么产品”的信息。

生产请求是指由生产规则标识的单一产品要求生产的请求。生产请求包含为完成计划内生产制造

所需要的信息。在某些情况下，物料标识、生产规则标识和物料数量可能就是制造所需的全部信息。其

他情况可能需要附加信息。附加信息可以用生产参数、人员要求、设备要求和物料要求来描述。生产请

求可以确认或引用相关的生产规则。一个生产请求可能对应一个或多个生产响应。

生产请求可包括：

a)何时开始生产，主要用于由调度系统控制调度的场合；

b)何时结束生产，主要用于制造系统控制其内部调度以满足截止时间；

c)请求的优先级，主要用于准确的生产顺序没有在外部计划的情况；

d)包装的调度表；

e)对被加工物料预先分派的批量标识。

5．3．4生产绩效统计信息

生产绩效统计信息是对所提出的制造请求的响应报告，是所有生产响应的汇集。描述了生产中“实

际使用了什么资源；制成了什么产品”的信息。

生产响应是指与生产请求相关联的制造响应。如果生产设备需要将生产请求分解成几个更小的工

作单元，那么对一个单独的生产请求可以有一个或多个生产响应。

示例：对生产200个齿轮的单一生产请求，由于制造条件所限，可以报告为10个生产响应对象，每个响应对象为20个

齿轮。

生产结果可包括请求状况，诸如完成百分率、完工状态，或中止状态。

在生产结束或在生产过程中，生产响应包括了向业务系统回报的事项。由于生产物料或中间物料

的成本核算，业务系统需要知道中间生产响应状态，而不是等待最终生产响应状态。

5．3．5设备和过程生产规则

设备和过程生产规则可以定义为基于特定分配任务的、对过程控制层的专门说明。

示例：针对特定产品的cNc机械程序；随着控制过程改变的PLc程序；或过程控制层中执行的单个配方。可参见

GB／T15969．3—2005，作为此数据类型的例子。

8

966．125485—2010

GB／T25485—2010

影响生产的主要功能模型(图3中制造执行层右侧虚线框部分)：定义了“维护管理”、“质量管理”、

“库存管理”。它们都是制造类企业的制造执行层中必不可少的组成部分，它们对制造类企业的生产运

行会产生极为重要的影响，有时甚至是决定性的影响。本模型通过信息流的定义来表达它们之间，及它

们与生产之间的相互影响关系。本标准将在6．3进一步给出“维护管理”、“质量管理”、“库存管理”的详

细表述；并且给出它们与“生产管理”之间主要的交互信息流。

影响生产的其他功能模型(图3的制造执行层中右下脚方框)：它们并不是对于所有的制造类企业

都是必需的，但是有时它们对生产也将会产生非常重要影响，或是可以对生产的管理提供非常有益的帮

助。同时，对于不同的行业和不同企业的实际情况，需要这样的功能扩展也将会有所区别。本标准将在

6．4进一步给出“能源管理”、“安全管理”、“文档管理”、“系统仿真”这几个扩展功能的定义，它们对于大

多数的制造类企业也将会产生较为重要影响。同时，本标准规定针对特定行业或特定企业的制造执行

系统，可以根据具体行业和企业的实际情况，对这部分模型进行进一步的模块定义、扩展和删减。

6．2生产管理模型

“生产管理”可定义为一组满足成本、质量、数量、安全性和实时性要求的活动，这组活动对关于利用

原材料、能源、设备、人员和信息来制造产品的诸多功能进行协调、指导、管理和跟踪。包括：

a)收集和保存关于产品、库存、人力、原材料、剩余部分和能源使用的数据。

b)实现必需的人员管理功能，像工作时期统计表(例如，时间、任务)、休假时间表、劳动强度统计

表、工会路线的进展，以及内部培训和人员资格认证。

c)为所辖区域内的维护、运输，及其他与生产有关的请求建立及时的详细生产调度。

d)在完成业务计划层制定的生产调度的同时，对个别产品区域进行本地成本优化。

e)在职责范围内，修改生产调度，来补偿可能发生的生产中断行为。

f)提交含可变制造成本的生产报告。

g)按工程功能的要求进行数据收集和离线分析。包括基于统计学的质量分析以及相关控制功能。

图4详细描述了“生产管理”内部的9个子功能，并给出了各功能之间，以及特定功能模块与上层业

务计划层和下层过程控制层之间传递的信息流。对应了图3中左侧虚线框内所表示的部分，是制造执

行系统的核心。

注：本条目参考了IEc／Is062264—3的部分内容，并进行了修改和补充，给出该生产管理模型。

图4生产管理模型

25485—2010

GB／T25485—2010

6．2．1．3详细任务定义

产品定义管理的任务包括：

a)管理文档，比如制造说明书、配方、产品结构图、制造清单和产品变量定义；

b)新产品定义的管理；

c)产品定义变化的管理，包括路线设计和制造清单在批准过程中的可修改性、翻译管理、跟踪修

改和信息的安全性控制；

d)向工作人员或其他活动提供产品生产规则；

e)例如：制造步骤、主要配方、机器设置规则和过程流程图的形式；

f)维持产品可行而详细的生产安排；

g)在制造运行必需的细节上为制造运行提供产品的分割路线；

h)在业务运行必需的细节上对产品定义管理的信息与业务计划层的功能之间的交流进行管理；

i)基于过程分析和生产绩效分析的产品生产规则的优化；

j)生成和维持与产品间接相关的本地生产规则集，比如清洁、启动和关闭；

k)与产品和生产有关的关键性能指示器的管理。

注：在产品定义管理行为中存在一系列的工具来帮助完成产品定义管理，包括机械和电子计算机辅助设计(cAD)、

工作指示(EWIs)。

6．2．2资源管理

6．2．2．1功能定义

资源管理定义为：一系列有关生产运行所必需的信息的资源管理的活动。这些资源包括机器、工

具、劳动力(经过专门技术培训)、原料和能源。对这些资源进行直接控制是为了满足完成其他活动的生

产要求，比如生产分配和生产执行管理。

资源信息的管理可以由计算机系统完成，但也可能部分