制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的發(fā)展和挑戰(zhàn)

當前擺在人們面前的嚴峻問題是，如何使對企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資能迅速取得回報？看來正確認識MES的作用和正確地發(fā)揮MES的作用是非常關(guān)鍵的事情。本文將重點放在至今在國內(nèi)尚未引起足夠注意的MES，以期對這個溝通ERP和生產(chǎn)制造的控制系統(tǒng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)給予應有的重視。


引言

20世紀90年代以來，經(jīng)濟全球化的趨勢日益增加，信息技術(shù)的發(fā)展極為迅速，市場環(huán)境發(fā)生了根本性的變化。顧客驅(qū)動已成為市場的主要特征，市場競爭的要素涉及到工控時間、質(zhì)量、價格、服務和環(huán)境。而信息技術(shù)的廣泛采用，使得以顧客訂貨和市場需求為軸心的生產(chǎn)活動已可以不受時間和地域的限制，競爭的高科技含量因此大大提高了。面對激烈競爭，企業(yè)界的重要對策就時采用將制造技術(shù)與信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)科學技術(shù)有機融合的新一代先進制造技術(shù)。以此為契機，企業(yè)資源計劃ERP和制造執(zhí)行系統(tǒng)MES從理念發(fā)展到軟件平臺，再形成完整的系統(tǒng)，并開始了較為廣泛的應用。它們或以軟件平臺形式出現(xiàn)，或以系統(tǒng)形式出現(xiàn)，或以應用服務的形式出觀，這預示著人類正在進入電子商務和電子制造完美結(jié)合的新時代。

ERP立足于經(jīng)濟全球化的環(huán)境，面向正在迅速形成的供應鏈，從企業(yè)全局的角度對經(jīng)營和生產(chǎn)進行全面計劃，并實施企業(yè)資源的一體化管理。它以財務管理為核心，將資金流、物流與信息流加以有機結(jié)合，使整體價值鏈管理的概念得以實現(xiàn)。它集成了供應鏈管理功能，強調(diào)供應商、制造商與分銷商之間的新型伙伴關(guān)系，支持企業(yè)后勤管理，形成允諧】燜儐煊Φ哪芰ΑＫ康髕笠盜骱桶脛瞥善返墓芾恚ü園脛瞥善返墓芾硎迪制笠檔娜嗽薄⒉莆瘛⒅圃煊胂壑諾惱希С制笠狄滴窆討刈欏０蠢恚諫圃旒蘋校珽RP支持MES的管理模式，通過MES支持不同行業(yè)(就大的分類而言，主要是離散制造業(yè)，流程工業(yè)和批量流程工業(yè))的管理模式。但仍然需要化大力氣去解決ERP與MES之間如何針對特定工業(yè)企業(yè)建立協(xié)同作用的解決方案和實際存在的問題。

在典型的ERP軟件平臺中，財務管理(包括會計核算，財務管理)、生產(chǎn)控制(包括生產(chǎn)計劃，制造)、物流管理(包括采購，庫存管理，銷售)和人力資源管理等是基本功能模塊。過去的若干年來，ERP在國內(nèi)得到了較廣泛的重視，一些企業(yè)花了大量資金上ERP。但就一般情況而言，商業(yè)企業(yè)從ERP中獲得的利益比較明顯，而工業(yè)企業(yè)卻沒有那么幸運，甚至受到不同程度的損害。這一現(xiàn)象并非我國獨有，在工業(yè)發(fā)達國家也是如此。美國ARC公司調(diào)查結(jié)果顯示，53％的客戶反映ERP對工廠生產(chǎn)存在負面影響。怪不得有人說：不上ERP是等死，上了ERP找找死。這里反映出在ERP實施過程中確實存在一些不可忽視的問題，其中最主要的是光有ERP并不能幫助和指導工廠分析其生產(chǎn)的瓶頸，改進和控制產(chǎn)品的質(zhì)量，以及對具體的產(chǎn)品生產(chǎn)進行排產(chǎn)；ERP不但沒有調(diào)動工廠管理人員的積極性，反而把他們降格為一種信息的收集者；ERP雖有生產(chǎn)控制模塊，但難以真正在工廠層中使用。如果不加分析和改進這些問題，其結(jié)果則是將IT推離、而不是融人工廠的生產(chǎn)活動。

但是對于一個企業(yè)，如果僅僅從生產(chǎn)工廠的視角來分析其在競爭中所處的地位，顯然是短視的。即使是最好的MES解決方案，對于整個企業(yè)來講，也不過是提供一個相對狹窄的視角，缺乏在管理層為進行決策支持所需要的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)的廣度和深度。這就啟示我們，完整的、能夠引導一個企業(yè)保持長期的業(yè)務利益和價值的企業(yè)信息系統(tǒng)，必須是控制、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和企業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)ERP三者協(xié)同作用的整合。可惜的是，在人們認識到ERP的重要作用的同時，并不曾給予MES足夠的重視，更何況上ERP項目動輒要投資上千萬，甚至上億元。一般中小企業(yè)難以承擔，即使是大型企業(yè)花那么多錢也不是輕而易舉的。當前擺在人們面前的嚴峻問題是，如何使對企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資能迅速取得回報？看來正確認識MES的作用和正確地發(fā)揮MES的作用是非常關(guān)鍵的事情。本文將重點放在至今在國內(nèi)尚未引起足夠注意的MES，以期對這個溝通ERP和生產(chǎn)制造的控制系統(tǒng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)(見圖1)給予應有的重視。


一、MES的定義

按照國際MES協(xié)會所給出的定義，MES提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活動實現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當前的和精確的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進行初始化，及時引導、響應和報告工廠的活動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反應，重點削減不會產(chǎn)生附加值的活動，從而推動有效的工廠運行和過程。MES改善運行設(shè)備的回報，以及改善及時交貨、庫存周轉(zhuǎn)、毛利和現(xiàn)金流通性能。MES通過雙向通信，提供整個企業(yè)的生產(chǎn)活動以及供應鏈中以任務作為關(guān)鍵因素的(missioncritical)信息。其關(guān)鍵詞是精確的實時數(shù)據(jù)，這是以業(yè)務為基礎(chǔ)的（transaction-based)ERP和MRP-Ⅱ系統(tǒng)未曾加以考慮的。

美國AMR研究公司對MES也有自己的定義：MES是一個常駐工廠層的信息系統(tǒng)，介于企業(yè)領(lǐng)導層的計劃系統(tǒng)與主生產(chǎn)過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。它以當前視角向操作人員／管理人員提供生產(chǎn)過程的全部資源(人員，設(shè)備，材料,工具和客戶要求)的數(shù)據(jù)和信息。

其著重點是將信息技術(shù)運用于改善制造過程。在AMR的MES集成企業(yè)模型中分為3層：承擔企業(yè)全面管理，包括會計／財務系統(tǒng)的管理決策層ERP；承擔工廠級協(xié)調(diào)／跟蹤跋現(xiàn)并監(jiān)控趨勢的執(zhí)行層MES；承擔工廠生產(chǎn)控制的控制層。美國的國家標準研究所(NIST)有關(guān)MES定義的表述是：為使從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的管理活動得以優(yōu)化，采集硬件嗽件的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。

由上可知，關(guān)于MES的定義存在一些不同的表述。但是，以下幾點共識還是普遍被接受的：

*MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。

*MES采集從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，目的在于優(yōu)化管理活動。它強調(diào)是當前視角，即精確的實時數(shù)據(jù)。

*從對實時的要求而言，如果說控制層要求的實時的時間系數(shù)為1，那么,MES的時間系數(shù)為1O,ERP的時間系數(shù)為100(見圖2)。


二、我們?yōu)槭裁葱枰狹ES?

在許多工廠中，全廠管理的功能目前仍然由文件和人工系統(tǒng)進行，通常有經(jīng)驗的人員執(zhí)掌著工廠生產(chǎn)效益的鑰匙。在大多數(shù)運行中，人工系統(tǒng)和有經(jīng)驗運行人員的判斷總是起著重要作用(見圖3)。但是，市場要求產(chǎn)品的品種和數(shù)量經(jīng)常變化，靠人工和經(jīng)驗調(diào)整生產(chǎn)顯然效率低、反應慢、缺乏競爭力。而且人工系統(tǒng)也不可能適應產(chǎn)品、工藝、技術(shù)和用戶要求日趨加速的變化。由于生產(chǎn)運行變化如此迅速，MES的信息的及時性要求以分，甚至秒的速度進行反應，此時光靠人恐怕不行。因此，采用MES帶來的效益不言而喻(圖4)。

ERP／MRP的環(huán)境是以具體事務為基礎(chǔ)的。其數(shù)據(jù)交換系對生產(chǎn)調(diào)度、運輸安排或?qū)ιa(chǎn)計劃要求的響應。與此不同的是，控制的決策必須在秒甚至更短的時間內(nèi)完成，它對生產(chǎn)過程、操作人員，或?qū)Σ牧系牟僮餍枨笞鞒鲰憫ｏ@然，實時環(huán)境和實時響應的差異影響著絕大多數(shù)的具體事務和在控制層的執(zhí)行。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和控制流在ERP與控制層之間存在著巨大的鴻溝。傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)向主管財務的總經(jīng)理和財務管理負責人報告，居于管理層；而傳統(tǒng)的工程生產(chǎn)信息則向負責生產(chǎn)的總經(jīng)理報告；職責不同，相互之間的溝通不一定能做到及時且細致深入。

與此相反，MES能提供的材料數(shù)據(jù)是與生產(chǎn)消耗相關(guān)的，同時能生成基于精確執(zhí)行時間的材料供應提前量，這將改善倉儲控制。準確的生產(chǎn)模型是與實際測量相對于計劃時間表的關(guān)系緊緊相連的，因而可用來修正過程模型，而且有助于精確表達生產(chǎn)計劃的實時行為。

在當今激烈競爭的世界經(jīng)濟中，要占有“最有價值”的地位，必須使企業(yè)具有最好的質(zhì)量、最佳的客戶服務、最低的制造成本、快速響應以及靈活性的特點。而要達到這樣的水平，就必須在正確的時間提供正確的信息才可能進行最佳的決策。這就要求不斷地對公用的數(shù)據(jù)庫進行改善，同時讓每個部門都擁有把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用信息的工具。怎么能做到這些呢?唯有MES才能真正向企業(yè)提供以上這些功能。

三、MES在信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的地位

主要的制造信息系統(tǒng)有：ERP(企業(yè)資源計劃)、SCM(供應鏈管理)、SSM(銷售和服務管理)、P／PE(產(chǎn)品和過程工程)，以及MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))和控制。這些系統(tǒng)每一個都有其一定的功能，包括若干不同的模塊。它們間存在一些重疊，如調(diào)度可能出現(xiàn)在MES和SCM；勞務管理出現(xiàn)在MES、SSM、ERP中的人力資源(HR)功能模塊中；文件管理出現(xiàn)在MES和P／PE；過程管理出現(xiàn)于MES和控制中。

ERP包括財務、訂貨管理、生產(chǎn)和材料計劃，以及相關(guān)功能；
SCM包括預測、分配和后勤、運輸管理、電子商務以及高級計劃系統(tǒng)；
SSM包括銷售力自動化、產(chǎn)品配置、服務報價、產(chǎn)品返回等；
P／PE包括計算機輔助設(shè)計／制造(CAD／CAM)、過程建模以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(即PDM)：
控制包括DCS、PLC、SCADA、DNC(分布式數(shù)控)，以及其它計算機化控制裝置。

四、MES與其它系統(tǒng)的關(guān)系

MES和ERP、SCM、SSM、P／PE，以及控制系統(tǒng)之間實施數(shù)據(jù)交換的相互關(guān)系，主要是：MES作為生產(chǎn)制造系統(tǒng)的核心向其它系統(tǒng)提供有關(guān)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)：

MES向ERP提供實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如成本、周期時間、產(chǎn)出和其它生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
MES向SCM提供實際訂貨狀態(tài)、生產(chǎn)能力和容量、班次間(shift-to-shift)的約束等。
MES向SSM提供在一定時間內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備和能力成功進行報價和交貨期的數(shù)據(jù)。
MES向P／PE提供有關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)出和質(zhì)量的實際數(shù)據(jù)，便于CAD／CAM作適當調(diào)整。
MES向控制提供在一定時間內(nèi)使整個生產(chǎn)設(shè)備以優(yōu)化的方式進行生產(chǎn)的工藝規(guī)程、配方和指令等，將其下載。

五、其它信息系統(tǒng)向MES提供的數(shù)據(jù)

MES也從其它系統(tǒng)取得數(shù)據(jù)，以保證工廠的智能化操作運行。例如ERP的生產(chǎn)計劃模塊供給MES作工作調(diào)配；供應鏈向MES提供計劃和調(diào)度是為了確定工廠生產(chǎn)活動的時間表；銷售／服務的配置和報價模塊為MES提供生產(chǎn)信息的底線；P／PE向MES發(fā)出工作指令、配方(recipe,泛指一組相互關(guān)連的工藝數(shù)據(jù)，也可能是一組材料的比例)、工藝規(guī)程和運行參數(shù)；來自控制的數(shù)據(jù)用作測量實際性能和操作條件。

六、MES的功能模型

按照MESA的定義,MES共有11個功能模塊(見圖6)，包括：資源(包括機械設(shè)備、工具、熟練勞工、材料、其它設(shè)備及文檔等)配置和狀態(tài)模塊；生產(chǎn)單元(以任務、訂單、批次、批量和工作命令等形式表達)調(diào)度模塊；數(shù)據(jù)采集／獲取模塊；質(zhì)量管理模塊；維護管理模塊；性能分析(提供不超過以分為計時單位的實際制造運行結(jié)果的報告，包括SPC／SQC)模
塊；運行細節(jié)計劃編制與調(diào)度(提供按分鐘為時間單位編制的基于優(yōu)先級、屬性、特性和／或與具體特性相關(guān)的配方、工藝等的安排順序)模塊；文件／文檔控制模塊；勞務管理模塊；過程管理(監(jiān)控生產(chǎn)，并自動校正或向操作人員提供決策支持，以校正和改善生產(chǎn)流程中的活動)模塊；產(chǎn)品跟蹤模塊。


由于每個行業(yè)的生產(chǎn)和流通流程不同，還有其特定的行規(guī)，不同的行業(yè)對MES的要求和著重點是完全不同的。例如電子工業(yè)通常要求MES著重于建立精確的產(chǎn)品記錄，即使在產(chǎn)品經(jīng)常變化以及工藝和設(shè)計經(jīng)常變化的情況下仍有精確記錄。紡織行業(yè)、食品工業(yè)以及許多批量處理的行業(yè)使用MES是為了改善設(shè)備利用率，保證不問斷的批量記錄，進行配方管理和加速生產(chǎn)過程。宇航和軍工企業(yè)需要MES能滿足在線的工作指令，在加工過程中保持出錯幾乎為零，對產(chǎn)品進行完整的歷史記錄以保證法規(guī)和用戶的檢驗，以及跟蹤大項目的進程。制藥行業(yè)通常要求MES能精確地進行便于管理的批量記錄，證明產(chǎn)品符合法規(guī)。

甚至同一個行業(yè)中不同企業(yè)也各具特色，所以MES軟件包總是針對某一個行業(yè)的特定要求而開發(fā)的。而且MES具體的應用程序開發(fā)和應用服務的工作量相當大，也相當專業(yè)化。

這就往往造成MES的開發(fā)成本和應用成本過高，反過來又影響MES大面積的推廣應用。
七、MES帶來的效益

基于MES用戶的經(jīng)驗，使用MES所帶來的效益很可觀。相比于其它任何制造軟件,MES應該是最具吸引力的：平均減少制造周期時間45％；一般減少數(shù)據(jù)輸入時間為75％以上；平均減少半成品(WlP)24％：平均減少為交班而準備的紙面工作61％；平均減少引導時間27％．；平均減少紙面工作和設(shè)計藍圖所帶來的損失56％：平均減少產(chǎn)品缺陷18％。

以上列舉的若干統(tǒng)計數(shù)據(jù)是由國際MESA協(xié)會通過調(diào)查研究確定的，具有充分的根據(jù)。

八、ISASP95—正在形成中的MES標準

為了進一步規(guī)范MES，正在制定和發(fā)展企業(yè)信息整合(集成)標準和模型，但是大多數(shù)是針對一種特定的工業(yè)門類或類似的幾種工業(yè)門類的。例如，歐洲技術(shù)委員會CENTC310WGl正在為制造業(yè)制訂高級信息集成解決方案。AachenlnformationSystems在為化學工業(yè)開發(fā)數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫(meta-database)信息集成。ISO正在開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)交換標準STEP(STandardforExchangeofProductdata)。從1997年開始美國儀表學會啟動了編制ISASP95企業(yè)控制系統(tǒng)集成標準的工作，還有ISA的批量控制標準ISASP8。

已經(jīng)成為ISA正式標準的ISASP95.00.01企業(yè)控制系統(tǒng)集成第1部份模型和專用術(shù)語目前已被國際標準組織IEC／ISO所接受，正在發(fā)展成為國際標準。它詳細規(guī)定了業(yè)務經(jīng)營和后勤支持系統(tǒng)與生產(chǎn)運行系統(tǒng)之間的接口。其功能模型(參見圖7)主要依據(jù)國際MES協(xié)會提出的模型和美國普渡大學著名教授T．Williams指導下提出普渡企業(yè)參考體系結(jié)構(gòu)PERA。


圖7　　ISA　SP95的功能模型

ISASP95．00．01的標準規(guī)定了4種主要資源類型，即人員、材料、設(shè)備和流程段(process　segment)。前3種資源定義表示人員、材料和設(shè)備的信息，可進行靜態(tài)或動態(tài)數(shù)據(jù)交換；第4種資源從制造流程的角度向經(jīng)營管理系統(tǒng)提供關(guān)于材料、勞力和設(shè)備的計劃和成本的信息。標準還規(guī)定了4個附加的交換信息集合：生產(chǎn)能力信息、產(chǎn)品信息、生產(chǎn)要求和生產(chǎn)響應。這些信息的動態(tài)交換通常是在系統(tǒng)之間進行，也是當前大多數(shù)經(jīng)營管理與制造信息集成的基礎(chǔ)。標準定義了這類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和表達這些信息之間的復雜相互關(guān)系的方法。生產(chǎn)能力界定經(jīng)營管理調(diào)度所需要的信息；產(chǎn)品界定包括生產(chǎn)一種單一產(chǎn)品(或某種產(chǎn)品的一個生產(chǎn)批次)所需要的材料、設(shè)備和人員。生產(chǎn)要求或稱排產(chǎn)調(diào)度(preductionschedules)界定安排其進行生產(chǎn)的工廠及相關(guān)材料、設(shè)備和人員。生產(chǎn)響應或稱生產(chǎn)特性則界定實際生產(chǎn)的工廠和實際所用的材料、設(shè)備和人員。ISAS795．00．02企業(yè)控制系統(tǒng)集成第2部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性在2001年上半年成為ISA的正式標準。該部分并未增加任何有關(guān)集成模型的新概念，但是對第1部分所定義的內(nèi)容作出詳細的規(guī)定，并通過舉例和圖解進行進一步的解釋。例如按可使用的人員、所用的材料和已加工的材料所用的設(shè)備，以及所用的排產(chǎn)調(diào)度和成本控制的流程段來描述生產(chǎn)信息。在該標準的第1和第2部分沒有對系統(tǒng)之間的信息交換規(guī)定一種正式的協(xié)議或詳盡的格式，僅僅提供了發(fā)生交換的基礎(chǔ)。正在編制中的第3部分將要定義為了最終達到企業(yè)信息集成，而必須對發(fā)生在生產(chǎn)制造與經(jīng)營管理和后勤支持系統(tǒng)之間的各種活動進行非對稱采集的模型。

ISASP95的第三部分試圖通過定義和詳細規(guī)定發(fā)生在管理層與制造層之間的數(shù)據(jù)流和功能來重點解決互操作性的問題。它定義最小或基本功能(組件)，以及包括支持管理層與制造層之間交換信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)流。借助于用一種共同語言，使用戶和MES開發(fā)、供應商都能以更有效和精確的方法交流、描述自己的要求，表達可提供MES軟件包和服務的能力。該標準還具備靈活性，允許MES開發(fā)、供應商增加其附加值的功能。例如一個用戶要實現(xiàn)一種新的數(shù)據(jù)歷史記錄功能，他發(fā)現(xiàn)由SP95定義的8個數(shù)據(jù)歷史記錄功能中5個可滿足其要求。如果某種功能超出了SP95的范圍，那么用戶可以尋求一個供應商，其軟件產(chǎn)品既符合SP95，又能提供額外的功能。

對ISASP95標準最嚴峻的挑戰(zhàn)是，它必須滿足多種工業(yè)和行業(yè)對企業(yè)信息集成的需要。它必須搞成一個適用于食品工業(yè)、化學工業(yè)，以及電子工業(yè)這些不同類型的工業(yè)的跨行業(yè)的定義集合，從而保證SP95可以成為復蓋離散型制造業(yè)、連續(xù)流程制造業(yè)和批處理流程制造業(yè)的MES的標準。

九、為降低風險，提高投資回報率，從MES入手

面向制造業(yè)和過程工業(yè)的ERP在經(jīng)歷了如年代后期的穩(wěn)健增長后，在2001年和2002年有顯著的下降。軟件包的許可證收入受到的打擊最厲害，而服務的收入繼續(xù)強勁。同時在大規(guī)模的ERP項目已趨于飽和后，大多數(shù)ERP供應商正在全力開發(fā)中小規(guī)模項目的市場。這說明，如何使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資迅速取得回報，引起企業(yè)管理層的極度重視。目前廣大的制造業(yè)和流程工業(yè)正在把投資轉(zhuǎn)向工廠級的IT項目聚焦于MES，或在2001年ISA展覽會上稱的工廠軟件上。因為從這里切入，顯然要比大把大把的錢花在無盡頭的企業(yè)IT改造上的風險低得多。據(jù)稱，一個典型的工廠信息項目其投資回收周期少于12個月。這種投資回報易于定量，且完全可用真實的工廠數(shù)據(jù)加以檢驗。

在經(jīng)歷過去十年多的努力實踐和改進后，MES技術(shù)顯著地變得成熟。它不但有著明確的定義、統(tǒng)一的名詞術(shù)語和參考模型，而且正在制定相關(guān)的包括MES基本功能、XML擴展標記語言綱要等在內(nèi)的標準，甚至出現(xiàn)了所謂最佳實踐的微軟的解決方案架構(gòu)和通用建模語言(McrosoftSolutionFrameworkandUniversalModelingLanguage)。不過我們還應有清醒的認識：如果沒有恰當?shù)囊?guī)劃，MES的挑戰(zhàn)仍然是高風險的。只有把目標確定為既保證易于在MES本身內(nèi)部和ERP、SCM等組合的靈活性，又能采用不斷改進的新制造工藝的優(yōu)點的同時，求取制造過程的優(yōu)化，才能漸進地、逐步地通過MES的實踐取得高投資回報。

十、MES正面臨著許多挑戰(zhàn)

文獻指出MES面臨著十個挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)相互有關(guān)，而且因各別環(huán)境而相互關(guān)連的權(quán)重也存在差異。就其典型情況而言，在這些挑戰(zhàn)中，80％屬于企業(yè)文化的范疇，只有20％才屬技術(shù)范疇。這些挑戰(zhàn)主要是：

*上MES項目時如何使得工廠和企業(yè)形成雙贏局面。如果工廠人員拒絕引入MES和拒絕對自動化系統(tǒng)作相應的改造，或者如果企業(yè)領(lǐng)導層不理解或支持工廠的改造，再好的MES的應用也會淪為失敗。

*不同行業(yè)之間的MES應用存在巨大差異。對不同行業(yè)的MES的形態(tài)結(jié)構(gòu)，應該抓住每種制造環(huán)境的基本的和本質(zhì)的癥結(jié)所在。

*對MES系統(tǒng)維護的矛盾。MES是一種應用于工廠的動態(tài)的IT解決方案，經(jīng)常因產(chǎn)品、流程、以及新老產(chǎn)品的產(chǎn)出比例發(fā)生變化而不斷地有所改變，由于數(shù)據(jù)庫的應用軟件實現(xiàn)由過程要求和具體事務的負荷導出的數(shù)據(jù)模型，所以當過程或產(chǎn)品發(fā)生改變，數(shù)據(jù)模型也必須相應“遷移”。其中包含報表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)關(guān)系的規(guī)格化，以及增加數(shù)據(jù)負荷。如果用戶在老模型上附加表格，過程的性能將會很快變壞，致使生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)速度減慢，于是形成了MES應用的瓶頸。一般地說在5年的周期內(nèi)，MES的應用軟件會有30—50％的變化。而且MES系統(tǒng)有7／24的跨多個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備接口需要維護。因此公司必須聘請或培養(yǎng)具有過程控制、IT和管理業(yè)務系統(tǒng)工作知識的制造業(yè)IT專家。

*建立一種共同語言MES的整合不是輕而易舉的。問題出在工廠和企業(yè)的應用軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不盡相同。企業(yè)和MES的應用程序要求共同的規(guī)格，以便于在引入新產(chǎn)品和新流程時，能有效地處理業(yè)務管理的改變，從而確定標準的工廠側(cè)流程。這是軟件維護的矛盾，改變管理是MES在生命周期、低成本和迅速的投資回報等方面獲得成功的關(guān)鍵。工廠側(cè)的系統(tǒng)用基于生產(chǎn)、產(chǎn)品的語言予以處理，然后由MES加以分析變換為ERP的術(shù)語—工廠最大產(chǎn)量和能力，也為供應鏈規(guī)劃和制定生產(chǎn)的時間進度提供相關(guān)數(shù)據(jù)。鑒于一個公司為優(yōu)化產(chǎn)品制造和形成流水線作業(yè)，通過它的綜合IT系統(tǒng)和管理流程，對其下屬工廠的生產(chǎn)安排的變化有著相當直接的影響，因此為了簡化接口，公司必須在許多技術(shù)細節(jié)方面與其下屬的所有工廠和原有的綜合系統(tǒng)取得一致。這包括：共同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；共同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；共同的事件和通報模型；共同的設(shè)備接口和應用軟件接口；共同的應用程序整合方法；共同的業(yè)務間(B2B)信息格式。如果每一個工廠都用相同的操作系統(tǒng)和中間件，上述問題就變得容易了。但是，許多工廠卻用了好幾種操作系統(tǒng)和好多種組件結(jié)構(gòu)，這樣就有待于發(fā)展共同的語言了。好在為垂直綜合和水平的工廠整合而發(fā)展的共同的語言已進入了最后階段，這就是一系列的CIM的工業(yè)標準，從參考模型到目標模型，再到XML綱要和數(shù)據(jù)模型。這將極大地簡化應用軟件和接口的設(shè)計、維護和管理方法的改變。

*建立一種共同的通信協(xié)議書隨著新一代以XML為基礎(chǔ)的應用軟件—可重用基本設(shè)計架構(gòu)(A2F，Application-to-Framework)的企業(yè)應用軟件接口(EAl)問世，IT的亞結(jié)構(gòu)為建立企業(yè)和工廠接口可減少50％的成本。隨著技術(shù)的成熟，實現(xiàn)MES的成本及MES的維護成本將持續(xù)走低。許多當前的整合實踐使用了應用軟件間(A2A，Application-to-Ａpplication)的接口，在整個企業(yè)的IT系統(tǒng)中用了許多不同的通信協(xié)議和語言。這樣，產(chǎn)品和流程變化，用戶就需要對MES進行維護。雖然許多公司已安裝了A2AEAI軟件，建立了接口庫存系統(tǒng)和對點對點接口進行變換(mapping)，但使用A2AEAI，如果工廠和企業(yè)內(nèi)外的多個應用軟件在運行時，會使任意應用軟件之間的相關(guān)數(shù)據(jù)變得復雜化。在A2FEAI軟件中，信息獨立地在許多不同的系統(tǒng)和應用軟件之間傳送，而可重用基本設(shè)計架構(gòu)充當解釋、翻譯和指導。由此可見，采用A2F的技術(shù)路線，使公司在實現(xiàn)新的功能性方面得以增進。在此基礎(chǔ)上形成的整合架構(gòu)，為將現(xiàn)有系統(tǒng)升級為性能價格比遠高于目前的IT系統(tǒng)創(chuàng)造了前提條件。A2F帶來的另一重要優(yōu)點還表現(xiàn)在，它把工廠和企業(yè)的流程從基于應用的限制加以抽象，并首先構(gòu)成數(shù)據(jù)模型。于是公司可為獲取高年利潤率和擴大市場進行最佳決策，而不必顧及個別軟件模塊的限制。

*建立有效的管理改變機制為了有效地處理MES的許多改變，需要把一種專門的改變管理機制(CMS，changemanagementsystem)和指導委員會納入企業(yè)的組織之中。MES指導委員會應進行全面的決策和在規(guī)范的基礎(chǔ)上使改變活動得到優(yōu)先處理。

*正確地評估癥結(jié)所在在一個企業(yè)開始其漫長的管控一體化進程時，最艱巨的任務是在實現(xiàn)MES的第一階段識別出效率最差的流程。一般來說，工廠人員僅以一種定性而又帶有一定的主觀臆斷的方式了解生產(chǎn)的瓶頸和浪費所在，缺少充分的數(shù)據(jù)予以驗證。為了證明MES項目的可行性和確定投資回報周期，必須對制造過程作定性分析和評估，找出瓶頸和優(yōu)先解決的范圍。如果環(huán)境允許，先從小范圍起步。在第一和第二階段，只在二至三個自動化區(qū)進行試點，且只與企業(yè)管理系統(tǒng)作很少的整合，甚至不作整合。之所以作出這樣的折衷，是基于以下的考慮：項目不大，但也能為完整的整合系統(tǒng)提供一個內(nèi)容廣泛的數(shù)據(jù)模型。因此，可在選擇軟件要包括哪些必要的功能性方面，為第三階段及以后的發(fā)展作出明智的抉擇。如果經(jīng)濟上沒有問題，基本上應使整個系統(tǒng)可視化，這樣便于對制造過程和是否滿足設(shè)計要求進行評估。

*對事務負荷和數(shù)據(jù)模型的要求作出定量分析和配置一旦完成制造過程評估，在選擇軟件之前首先要把各種要求加以確定并凍結(jié)。在分析數(shù)據(jù)庫事務和數(shù)據(jù)負載中選擇軟件，結(jié)果導致數(shù)據(jù)模型的確立。此分析勾畫了在最壞的情況時的數(shù)據(jù)長度、發(fā)生最壞情況的次數(shù)，以及在一個生產(chǎn)進行過程中同時出現(xiàn)的事務類型，在此時MES不致造成生產(chǎn)周期時間變慢。一般地說，帶寬和響應問題主要來自一大批參數(shù)數(shù)據(jù)、測試算法、工作命令，以及在一個單一客戶過載問題。一旦確定了數(shù)據(jù)模型和事務規(guī)范，便可以選擇軟件的體系結(jié)構(gòu)，以使這些規(guī)范達到最佳。許多用戶跳過數(shù)據(jù)建模過程，僅基于外在的特性要求就去采購軟件。這或許會導致數(shù)據(jù)庫處于很不正常和存取緩慢的狀態(tài)。

十一、MES軟件開發(fā)及應用市場的兩個動向

MES軟件開發(fā)商和MES的系統(tǒng)集成商正在受到來自兩方面的擠壓，即ERP軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商自上向下的滲透，將其功能擴展到MES來，以及HMI和SCADA軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商從下向上的沖擊，增加MES的功能。

實力雄厚的自動化系統(tǒng)供應商(如Siemens，RockwellAutomation)都在采取并購一些卓有成效的MES公司，或開發(fā)MES軟件包來搶占MES的市場。Siemens收購了比利時的CompexITPlantSolutions公司的MES產(chǎn)品proCX,主要用于制藥工業(yè)和生物工程。RockwellAutomation推出了生產(chǎn)管理軟件解決方案RSBizware，針對離散制造業(yè)和批量生產(chǎn)過程。

據(jù)了解，RockwellAutomation還以O(shè)EM方式向北京和利時公司提供有關(guān)MES的軟件。

目前的MES軟件產(chǎn)品并不是適合所有行業(yè)的，讀者若有興趣可以查閱參考文獻所給出的MES軟件性能表。

十二、小結(jié)

(1)MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。不實施MES，管控一體化只是一句空話。對于面向制造加工業(yè)和過程工業(yè)的ERP，脫離MES將無法根據(jù)市場需求去組織、管理和優(yōu)化生產(chǎn)。

(2)MES技術(shù)在過去十年來已顯著地成熟。但MES的發(fā)展和應用是一個過程，而不是一個事件，不可能想象成功的MES實施是可以一蹴而就的。要取得長期的成功，要求改造制造環(huán)境，要求獲得有組織的支持，要求管理機制作適應性的改變。與此同時，MES軟件在改善維護、改善與其它IT管理軟件的接口等方面也有待于進一步發(fā)展、提高。

(3)要使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資迅速取得回報，從MES人手是一種明智的選擇。但是MES的實施需要恰當?shù)囊?guī)劃和細致的分析，可從旨在解決一兩個當務之急的工廠生產(chǎn)瓶頸問題著手，逐步地擴大。