制造执行系统MES现状及发展趋势探讨

1、制造执行系统 MES 现状及发展趋势探讨 21世纪的企业面临着日益猛烈的国际竞争，要想赢得市场、赢得用户 就必须通过实施 MRPII/ERP 来加大治理。然而上层生产打算治理受市场阻 碍越来越大，明显感到打算跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求， 面对更多产品的改型，订单的持续调整，企业决策者认识到，打算的制订 要依靠于市场和实际的作业执行状态，而不能完全以物料和库存回报来操 纵生产。 同时MRPn /ERP软件要紧是针对资源打算，这些系统通常能处理昨 天往常发生的情况（作历史分析），亦可估量并处理改日将要发生的事 件，但对今天正在发生的事件却往往留下了不规范的缺口。而传统生产现 场治理只是

2、一个黑箱作业，这已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此 如何将黑箱作业透亮化，找出任何阻碍产品品质和成本的咨询题，提升打 算的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为目前每个企 业十分关怀的咨询题。 制造执行系统（MES）恰好能填补这一空白。MES是处于打算层 和车间层操作操纵系统 SFC 之间的执行层，要紧负责生产治理和调度执 行。它通过操纵包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂 资源来提升制造竞争力，提供一种系统的在统一平台上集成诸如质量操 纵、文档治理、生产调度等功能的方式。从而实现企业实时化的 ERP/ME S/SFC系统。 MES 是美国治理界 90 年代提出的

3、新概念。美国先进制造研究机构 A MR（Adva need Man ufacturi ng Research通过对大量企业的调查发觉现有的企 业生产治理系统普遍由以 ERP/MRPII 为代表的企业治理软件，以 SCAD A、HMI（Human Machine Inteface）为代表的生产过程监控软件和以实现操 作过程自动化，支持企业全面集成的 MES 软件群组成。由于 MES 强调操 纵和和谐，使现代制造业信息系统不仅有专门好的打算系统，而且能使打 算落实到实处的执行系统。因此 MES在国外的企业中迅速推广开来，并 给企业带来了庞大的经济效益。企业认识到只有将数据信息从产品级取 出，穿过操

4、作操纵级，送达治理级，通过连续信息流来实现企业信息全集 成才能使企业在日益猛烈的竞争中立于不败之地。 随着企业生产模式逐步向灵敏制造进展，企业业务流程重组(BPR) 的实施、企业环境的异构性以及企业间动态联盟的组建等等对 MES 又提 出了更高的要求，传统的 MES 解决方案难以适应灵敏制造的要求，面向 灵敏制造的MES不仅要费用合理更要具有良好的适应性(adp table),可 重构性(reconfigurable)和可集成性(integratable),因此，国外许多组织和研 究机构开始研究面向灵敏制造的 MES。 一、MES典型模型 1、 MES 内涵 MES的需求是这十多年来生产形状的

5、变革所产生的，因而它的进展 史比 MIS、 MRP、 CAD/CAM 等要短,但人们对它的研究和应用却开展的 专门迅速，MESA International (MES国际联合会)是以宣传MES思想和产 品为宗旨的贸易联合会，它为了关心其成员组织在企业界推广MES制定 了一系列研究、分析和开发打算。MES国际联合会对MES的定义是：ME S能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化治 理。当工厂发生实时事件时, MES 能对作出及时反应、报告,并用当前的 准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能 够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程

6、,从 而使其既能提升工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提升生产 回报率。MES还通过双向的直截了当通讯在企业内部和整个产品供应链中 提供有关产品行为的关键任务信息。 从以上定义可看出MES的关键是强调整个生产过程的优化，它需 要收集生产过程中大量的实时数据,并对实时事件及时处理。同时又与打 算层和操纵层保持双向通信能力,从上下两层接收相应数据并反馈处理结 果和生产指令。因此，MES不同于以派工单形式为主的生产治理和辅助的 物料流为特点的传统车间操纵器,也不同于偏重于作业与设备调度为主的 单元操纵器,而应将 MES 作为一种生产模式 , 把制造系统的打算和进度安 排、追踪、监视和操纵、物

7、料流淌、质量治理、设备的操纵和运算机集成 制造接口（ CIM ）等一体化去考虑，以最终实施制造自动化战略。如图反 应了 MES 在企业生产治理中的数据流图和所处地位。 2、MES 的框架模型 20世纪 80 年代后期，随着运算机技术和网络技术的迅速进展，流 程工业操纵中显现了多学科间的相互渗透与交叉；同时，信号处理技术、 运算机技术、通信技术及运算机网络与自动操纵技术的结合使过程操纵开 始突破自动化孤岛模式，显现了集操纵、优化、调度、治理和经营于一体 的综合自动化新模式。 20世纪 90 年代，随着运算机技术的日新月异，运算机集成生产系 统的研究已成为自动化领域的一个前沿课题。国外大型流程工业

8、企业，专 门是石油化工企业，均十分重视信息集成技术的应用，纷纷以极大的热情 和精力，构架工厂级、公司级甚至超公司级的信息集成系统。它以面向数 据（而非面向应用）的模型为核心系统，连接实时数据库和关系数据库， 对生产过程进行过程监视、操纵和诊断、环境监测、单元整合、模拟和优 化。并在治理决策层进行物料平稳、生产打算、调度、排产、企业资源打 算、离线在线模拟与优化等。 据国外资料统计，石油化工企业为提升经济效益所采取的各项操纵 及优化技术要紧有：装置的先进操纵技术、库存治理、化验室自动化治 理、公用工程优化和生产调度的优化等，其中生产调度的优化产生的经济 效益是最明显的。如此，就使流程工业综合自动

9、化系统中原先难以处理的 具有生产与治理双重性质的信息咨询题得到了解决。目前，这已成为西方 先进工业国家流程工业综合自动化系统理论和产品的主流框架。 3、 MES 的定位模型 MES 作为面向制造的系统必定要与企业其它生产治理系统有紧密 关系， MES 在其中起到了信息集线器（ Information Hub ）的作用，它相当 于一个通讯工具为其它应用系统提供生产现场的实时数据。 MES 的定位模 型如图所示，可看出 MES 与其它分系统之间有功能重叠的关系，例如 ME S, CRM , ERP中都有人力资源治理，MES和PDM两者都具有文档操纵 功能，MES和SCM中也同样有调度治理等等。各系

10、统重叠范畴的大小与 工厂的实际执行情形有关，但每个系统的价值又是唯独的。 4、MES 的功能模型 MES本身也是各种生产治理的功能软件集合， MESA通过其各成员 的实践归纳了十一个要紧的 MES 功能模块，包括：工序详细调度、资源 分配和状态治理、生产单元分配、过程治理、人力资源治理、爱护治理、 质量治理、文档操纵、产品跟踪和产品清单治理、性能分析和数据采集。 实际的产品可能是包含其中一个或几个功能模块。各模块的功能简述如 下： （1）工序详细调度：通过基于有限资源能力的作业排序和调度来 优化车间性能。 （2）资源分配和状态治理： 指导劳动者，机器，工具和物料如何 和谐的进行生产，并跟踪其现

11、在的工作状态和刚刚完工情形。 （3）生产单元分配：通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工 单元开始工序或工步的操作。 （5）产品跟踪和产品清单治理： 通过监视工件在任意时刻的位置和状态来猎取每一个产品的历史 纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情形的可追溯性。 （6）性能分析 ：将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企 业制定的目标以及客户的要求进行比较。其输出的报告或在线显示用以辅 助性能的改进和提升。 （7）人力资源治理：提供按分钟级更新的职员状态信息数据（工 时，出勤等），基于人员资历，工作模式，业务需求的变化来指导人员的 工作。 （8）爱护治理： 通过活动监控和指导保证

12、机器和其它资产设备的正 常运转以实现工厂的执行目标。 （9）过程治理：基于打算和实际产品制造活动来指导工厂的工作流 程。这一模块的功能实际上也可由生产单元分配和质量治理来实现。那个 地点是作为一个单独的系统来实现。 10）质量治理：按照工程目标来实时记录，跟踪和分析产品和加工过 程的质量，以保证产品的质量操纵和确定生产中需要注意的咨询题。 （11） 数据采集：监视，收集和组织来自人员，机器和底层操纵操作 数据以及工序，物料信息。这些数据可由车间手工录入或由各种自动方式 猎取。 二、MES的应用进展现状及建议 1、MES进展现状 MES作为生产形状变革的产物，其起源大多源自工厂的内部需 求，传统

13、的MES（T-MES）确实是从70年代的零星车间级应用进展起来 的，在积存了相当的体会后，逐步形成了一些从事 MES 开发的专业公 司，同时其系统也开发出了相当成熟的标准。通常他们差不多上针对特定 的生产类型，或特定的功能需求而开发出较为标准化的MES，并拥有了一 定的市场份额。MES尽管它的提出是在 MRPn /ERP之后，处在操纵层和 打算层中间的执行层，它在打算层的操纵下，从底层操纵系统采集与生产 有关的实时数据，并进行短期生产作业的打算调度、监控、资源配置和生 产过程的优化等工作。要在现有 MES 系统的基础上建立更高级的打算层 系统，必须第一搞清 MES 系统建设的现状。 MES系统

14、要紧有专用MES系统和集成MES系统两类，若现有系统 是专用系统，它确实是针对某个特定领域的咨询题而开发的系统，如车间 爱护、生产监控、有限能力调度或是 SCADA 等。它的系统重构性能弱， 专门难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。在进一步实施企业 高级信息系统的时候，要考虑整个系统的整合性，最好是自行开发或是进 行客户化的订制，充分考虑原有 MES 系统的结构和功能，并将新系统与 原有系统进行无缝集成。若现有系统是集成 MES 系统，则具有良好的集 成性、能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不 同厂商之间的集成和原有系统的爱护以及即插即用（P&P）等功能。企业 则

15、能够从一些成熟的、扩展性好的套装软件中选择适合自己企业需要的软 件系统。 在考察原有 MES 系统的同时，还要考虑新的打算层系统是否需要 改进原有的 MES 系统，原有系统是否能够满足新系统建设的需要。例 如，ERP系统需要MES提供的周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳 动力和生产线运行性能、在制品（WIP）存放位置和状态、实际定单执行等 涉及生产运行的数据；SCM系统需要从MES中取到生产订单的实际状 态、企业当前的实际生产能力情形以及企业中生产换班的相互约束关系； CRM系统的成功报价和准时交货需要 MES系统提供每个时刻生产的实际 情形等等。现有的MES系统是否能提供这些数据，满足这些

16、需要，如果 不能，则第一要改进 MES 系统本身。 2、 MES 的几点建议 当明确了企业需求，认清了现有 MES系统现状之后，不论是自行 开发适应企业需要的软件系统，依旧采纳成形的套装软件，都必须注意以 下几个咨询题： 1要注重流程生产行业的特点。目前市场上的大多数 MRPII/ERP 系统是从离散制造业进展过来的，对离散制造业比较适合。在自行开发或 采纳套装软件的时候，要注意流程企业的一些特点，例如在生产打算方式 方面要紧是市场推测为主，在成本核算方面要紧采纳平行结转法，在作业 打算调度方面仅以整个流水生产线为单元进行调度等。 2、要重视MES系统项目的实施。目前大部分国有企业使用的所谓

17、MES或SFCS系统，差不多上解决实际工厂制造执行系统部分映像功能的 软件而已，还不是标准意义的 MES系统软件。MES系统入门门槛应该是 比较高的，讲低只是因为不是准确意义上的 MES系统。要把MES系统按 项目来作，因为在国内企业对治理软件的使用，或者讲对治理的认知与态 度不对（期望对软件做的每一个动作都能够回复或取消，关于工作流程不 能够做到标准化，或者变动太随意等）。 3要强调系统的整合性，幸免信息化孤岛。从 AMR 三层企业集成 模型来看，打算层系统需要与 MES 系统紧密衔接起来，才能发挥其庞大 作用。脱离了 MES的打算层系统，就脱离了底层数据的支撑，其产生的 结果也是不可靠的。

18、要保证MES系统与打算层系统采纳的是统一、规范 的数据格式和存取方式，不仅要让 MES 为打算层系统提供数据来源，还 要让打算层的打算来操纵 MES系统。例如，ERP的打算数据是MES进行 生产调度的依据； SCM 通过外来物料的采购和供应时刻操纵着生产打算的 制定和某些零件在工厂中的生产活动时刻； CRM 的采购订单中的具体客 户要求是指导工厂生产的重要依据；PDM则为MES提供实际生产的工艺 文件和各种配方及操作参数。 4要注意相同模块的不同侧重点。在企业立即实施的治理系统中 可能有一些功能模块在 MES系统中差不多有了，例如 MES、ERP中都有 人力资源治理模块；MES和PDM都具有文

19、档操纵功能；MES和SCM中 都有调度治理等等。显现了这种功能重叠的关系该如何办？实际上，各个 系统同一类模块的侧重点是不同的。如人力资源治理这一模块，MES系统 要紧记录的是工人工作的情形，而 ERP中的人力资源模块则侧重每个职员 各项信息的治理，包括个人信息、薪资待遇等等。 5.要做好MES和ERP的衔接工作。这要紧是由于我国绝大多数制 造业做治理信息化的IT企业和做MES的工控企业并不合作，专门多 ERP 厂商都差不多明白如此一个道理，不留接口，就管不着生产线，也就意味 着ERP在生产方面永久是粗放治理。因此，ERP厂商需要留出一定的接 口，为MES的数据上传做预备，MES厂商则负责将数

20、据上传，并按照 ER P留出的接口进行数据的整合和治理。 6要重视时期化的成果积存。企业信息化建设的投资，动辄就上百 万上千万，甚至上亿。要保证这么大一笔资金投下去一定能产生投资回 报，就更应当注重时期化的成果。这就要求企业在进行信息化建设时找准 切入点，整体规划，分期实施整个项目。并对 MES系统的时期化成果进 行专门好的总结，为以后的更好应用实施打下坚实的基础。 三、MES 的进展趋势 1、 MES 软件开发及应用市场的两个动向 MES软件开发商和MES的系统集成商正在受到来自两方面的挤压， 即ERP软件开发商和系统集成商自上向下的渗透，将其功能扩展到MES来，以及 HMI 和 SCADA

21、 软件开发商和系统集成商从下向上的冲击，增加 MES 的功能。 实力雄厚的自动化系统供应商 (如 Siemens，Rockwell Automation) 都 在采取并购一些卓有成效的 MES公司，或开发MES软件包来抢占MES 的市场。目前的 MES 软件产品并不是适合所有行业的。 2、MES 的效益及趋势 MES 在国外的企业中迅速推 MES是面向车间层的生产治理技术与实时信息系统，它是实施企业 灵敏制造战略，实现车间生产灵敏化的差不多技术手段。由于 MES 强调 操纵和和谐 ,使现代制造业信息系统不仅有专门好的打算系统，而且能使打 算落实到实处的执行系统。因此短短几年间 广开来，并给企业带来了庞大的经济效益。 我国企业实施以 MRPII/ERP 为主的企业治理软件有将近 20年的历 史，在业界，存在着为数庞大的 ERP 厂商和开发军团，但这部分厂商只有 较少部分会向MES的方向进展，其缘故是：MES与工业操纵紧密结合， 其研发和实施需要专门强的工业自动化基础和工业现场工程体会，这是一 道比较高的技术门槛，将专门多 ERP类型的IT厂商拒之门外。但随着行 业和经济规模的进展，会有相当部分的IT厂商与自动化厂商、制造型企 业合并或紧密合作，在2-3年后，MES厂商可能会如雨后春笋般涌现，其