以MES確保企業制造與計劃相統一

通過MES來實現企業信息的全集成，形成實時化的ERP、MES、SFC是提高企業整體管理水平的關鍵，這對企業制造業整體水平的提升具有重要意義。我國在MES的理論研究以及實際互用方面，需要進一步加大力量。



十多年前誕生的MES目前在發達國家已經普遍推廣。在我國，對MES的認識和應用還處于剛剛起步階段。為此，本文將從企業需求、技術模型、如何實施以及不同行業應用特點等角度系統地介紹MES這一概念。

上個世紀80年代后期，美國在總結MRPⅡ實施成功率較低的教訓并吸收日本準時制生產系統(JIT)經驗的基礎上，提出既重視計劃又重視執行的管理新思想。此時，將計劃與制造過程統一起來的制造執行系統(ManufacturingExecutionSystem，簡稱MES)應運而生。

以MRPII、ERP為代表的管理信息系統，強調企業的計劃性。它們以客戶訂單和市場需求為計劃源頭，力求充分利用企業內的各種資源、降低庫存、提高企業的整體運作效率。

以數控加工、DNC(分布式數控技術)單元和柔性制造系統為代表的自動化技術，則強調設備的控制——通過控制優化，減少人為因素的影響，提高產品的質量與系統的運行效率。

然而，上述努力盡管取得了一定成功，卻并沒有很好地達到預期效果。一方面是由于企業在管理改革方面跟不上信息化發展的步伐，另一方面是由于企業對執行層的重視不夠，導致上層計劃缺乏有效的實時信息支持，下層的控制缺乏優化的調度與協調。

MES面向制造企業的車間層，可以為企業其它應用系統(例如ERP、SCM)提供生產現場的實時數據，從而加強計劃管理層與底層控制之間的溝通。

承上啟下:MES所處“位置”關鍵

上個世紀九十年代初期，通過對大量企業的調查，美國先進制造研究機構(AMR)發現:完善的企業生產管理系統，普遍由以下三種軟件構成:以ERP、MRPII為代表的企業管理軟件，以SCADA(數據采集與監視)、HMI(HumanMachineInterface)為代表的生產過程監控軟件，以及實現操作過程自動化、支持企業全面集成的MES軟件。

制造執行系統MES在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補了兩者之間的空隙。一方面，MES可以對來自MRPII、ERP軟件的生產管理信息進行細化、分解，將來自計劃層操作指令傳遞給底層控制層;另一方面，MES可以采集設備、儀表的狀態數據，以實時監控底層設備的運行狀態，再經過分析、計算與處理，從而方便、可靠地將控制系統與信息系統整合在一起，并將生產狀況及時反饋給計劃層。

一個企業的制造車間，是物流與信息流的交匯點，企業的經濟效益最終就是在這里被物化出來。隨著市場經濟的完善，車間在制造企業中逐步向分廠制過渡，導致其角色也由傳統的企業成本中心向利潤中心轉化，更強化了車間的作用。因此，位于車間起著執行功能的制造執行系統MES具有十分重要的作用。車間的實時信息的掌握與反饋是制造執行系統對上層計劃系統正常運行的保證，車間的生產管理是制造執行系統的根本任務，而對底層控制的支持則是制造執行系統的特色。

互通有無:MES與其它系統關系密切

作為面向制造的系統，MES必然要求與企業其它生產管理系統有密切關系，MES在其中起到了信息集線器(InformationHub)的作用，它相當于一個通訊工具為其它應用系統提供生產現場的實時數據。MES的定位(context)模型反映了MES與其他企業管理系統之間的關系。

MES可以為企業中其他管理信息系統提供實時數據。例如，企業資源計劃(ERP)系統需要MES提供的成本、制造周期和預計產出時間等實時生產數據;供應鏈管理(SCM)系統從MES中獲取當前的訂單狀態、當前的生產能力以及企業中生產換班的相互約束關系;客戶關系管理(CRM)的成功報價與準時交貨，則取決于MES所提供的有關生產的實時數據;產品數據管理(PDM)中的產品設計信息，可以基于MES的產品產出和生產質量數據進行優化;控制模塊則需要時刻從MES中獲取生產配方和操作技術資料來指導人員和設備進行正確地生產。

另一方面，MES也要從其它管理系統中獲取相關的數據以保證MES自身正常運行。例如，MES中進行生產調度的數據來自ERP的計劃數據;MES中生產活動的時間安排需要依據供應鏈(SCM)系統之中的主計劃和調度控制;PDM則為MES提供實際生產的工藝文件和各種配方及操作參數;從控制模塊反饋的實時生產狀態數據，則被MES用于實際生產性能評估和操作條件的判斷。

MES與企業其它管理系統之間有功能重疊的關系，例如MES、CRM、ERP中都有人力資源管理模塊;MES和PDM都具有文檔控制功能;MES和SCM中都有調度管理等等。各系統重疊范圍的大小，與工廠的實際執行情況有關。實際應用中，各個系統同一類模塊的側重點是不同的。

略顯薄弱:我國MES應用剛起步

雖然MES的發展歷史比MRPII、CAD、CAM都要短，但它能有效地實現“以時間為關鍵”的制造思想，因而在發達國家推廣非常迅速，并給工廠帶來了巨大的經濟效益。MES的出現以及普及，對國外的管理界也產生了深遠的影響。

近十多年來，我國通過863CIMS項目應用的研究和推廣，大大提高了企業的競爭力，使我國的制造業水平上了一個嶄新的臺階。但是，我國制造業水平與發達國家相比還有較大的差距。

在工廠自動化FA(FactoryAutomation)方面，我國的制造業企業過去多是強調物流自動化，如自動化生產設備、自動化檢測儀器、自動化物流運輸存儲設備等等。雖然它們能取代不少人工勞動并解決了一些生產瓶頸，但由于缺少相應的信息集成系統，這些系統不能充分發揮其功效而形成所謂的“自動化孤島”。

制造業水平的提高，不單是采用設備自動化，提高生產管理信息系統的效率顯得更為重要。在我國，MRPII、MIS已逐漸趨于成熟與普及，而面向制造執行層的MES軟件在開發與應用方面還比較薄弱。我國對車間層、單元層的研究大都著重于控制模型的研究，很少站在MES這一角度從應用出發來研究并開發面向制造過程的集成化管理和控制軟件。

現在，我國的許多高等院校、科研院所都在從事這方面的研究與應用開發工作。在理論研究方面，加入了并行、敏捷、網絡化、可重構等一些先進思想。在系統設計方面，則采用面向對象、構件、代理等技術，取得了不少有益的成果。但是，在軟件的商品化、成果的推廣應用方面還存在很大的差距。

目前，國內還沒有自主開發的很成熟且得到廣泛應用的MES軟件。即使有所謂的車間層控制SFC(ShopFloorControl)，也多數是收集相關資料再通過批處理方式錄入而已，其功能十分有限。

隨著企業信息化應用水平的不斷提高，企業逐漸認識到實現企業計劃層與車間執行層的雙向信息流交互，通過連續信息流來實現企業信息全集成，是提高企業敏捷性的一個重要因素。

因此，通過MES來實現企業信息的全集成，形成實時化的ERP、MES、SFC是提高企業整體管理水平的關鍵，這對企業制造業整體水平的提升具有重要意義。我國在MES的理論研究以及實際互用方面，需要進一步加大力量。

MES的定義

美國先進制造研究機構AMR(AdvancedManufacturingResearch)將MES定義為“位于上層計劃管理系統與底層工業控制之間的、面向車間層的管理信息系統”，MES為操作人員、管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等方面)的當前狀態信息。

制造執行系統協會(ManufacturingExecutionSystemAssociation，MESA)也給MES做出定義:“MES能通過信息傳遞，對從訂單下達到產品完成整個的生產過程進行優化管理。當工廠里面有實時事件發生時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。這種對狀態變化的迅速響應使得MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力、改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。”

后者對于MES的定義強調了以下三點:1.MES是對整個車間制造過程的優化，而不是單一解決某個生產瓶頸。2.MES必須提供實時收集生產過程數據的功能，并做出相應的分析和處理。3.MES需要與計劃層和控制層進行信息交互，通過企業的連續信息流來實現企業信息集成。

MES的發展歷史

MES作為生產形態變革的產物，其起源來自工廠的內部需求。為了更好得理解MES的產生背景，我們先回顧一下計算機輔助生產管理系統的演化歷史。

上個世紀八十年代，MRPII在美國生產與庫存管理協會(APICS)大力宣傳和組織推動下得到了迅速的普及和廣泛應用。推廣過程中，MRPII也暴露出一些不足之處，如MRPII對預測需求和銷售管理不夠重視，對車間的大量實時事件與數據不能很好地利用等等。

許多企業認識到，需要其它系統來解決MRPII在這些方面管理薄弱的問題。于是，為了滿足銷售、預測的需求，產生了分銷資源計劃DPR(DistributionResourcePlanning)。同樣，為了強化車間的執行功能，制造執行系統(MES)也就應運而生。

傳統的MES(TraditionalMES，T-MES)大致可分為兩大類:1、專用MES系統(PointMES)。它主要是針對某個特定領域的問題而開發的系統，如車間維護、生產監控、有限能力調度或是SCADA等。2、集成MES系統(IntegratedMES)。該類系統起初是針對一個特定的、規范化的環境而設計的，目前已拓展到許多領域，如航空、裝配、半導體、食品和衛生等行業，在功能上它已實現了與上層事務處理和下層實時控制系統的集成。

雖然，專用MES能夠為某一特定環境提供最好的性能，卻常常難以與其它應用系統集成。專用的MES整個系統重構性能弱，很難隨業務過程的變化而進行功能配置和動態改變。集成的MES，比專用MES邁進了一大步，具有很多優點:如單一的邏輯數據庫、系統內部具有良好的集成性、統一的數據模型等等。

美國AMR(AdvancedManufacturingResearch)研究小組在分析信息技術的發展和MES應用前景的基礎上，提出了可集成MES(IntegratableMES，I-MES)這一概念。它將模塊化和組件技術應用到MES的系統開發中，是兩類傳統MES系統的結合。

從表現形式上看，I-MES具有專用MES系統的特點，即I-MES中的部分功能可以作為可重用組件單獨銷售。同時，它又具有集成MES的特點，即能實現上下兩層之間的集成。此外，I-MES還能實現客戶化、可重構、可擴展和互操作等特性，能方便地實現不同廠商之間的集成和原有系統的保護以及即插即用(P&P)等功能。