生产管理系统MES

1、制造业车间生产管理系统（MES）及其典型结构【摘要】生产执行管理系统（MES ）是企业CIMS信息集成的纽带 ，是 实 施 企 业 敏 捷 制 造 战 略 和 实 现 车 间 生 产 敏 捷 化 的 基 本 技 术 手 段 。本 文 介 绍了 MES 生产 管理 系统的 概 念 、功能 模 型 ，以及 MES 与 ERP 及 现 场自动化系统之间的 关系，并且描述了 MES 系统的典型结构。1、概 述制造业是我国国民 经济重要的 支柱产业，在第二产业中占据中心 地 位 。伴 随 中 国 加 入 WTO 和 经 济 全 球 化 ，中 国 正 在 成 为 世 界 制 造 业 的 中 心 。 中国的

2、制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业 的核心 竞 争 力 ，很 重 要 的 一 点 ，就 是 以 信 息 化 带 动 工 业 化 ，加 快 信 息 化 进 程 ，走 新型工业化道路，实现全社会生产力的 跨越式发展。 纵观我国制造业 信 息化系统的应用现状，建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系 统 （ Shop Floor Control System, SFC） 两 个 方 面 。 但 是 ， 由 于 产 品 行 销在 这 一 、二 十 年 间 从 生 产 导 向 快 速 地 演 变 成 市 场 导 向 、竞 争 导 向 ，因 而 也 对制造企业生产现场的管理和组织提

3、出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动 化系统往往无法应付这新的 局面。工厂制造执行系统 （ Manufacturing Execution System, MES） 恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发 展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一 个快速反应、有 弹性、精 细化的制 造业环境，帮 助企业减低成本、按 期交 货、提 高产 品的质量和 提高服务质量。适 用于不同行业（ 家电、汽 车、半 导体、通讯、IT、医药），能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量 生产又有大批量生产的混合型制造企业 提供良好的 企业信息管理。目前国 外知名

4、企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采 用 这项技术来增强自 身的核心竞争力。2、企业 计划层与过程控制层之间的 信息“断层”问题我国 制造业多年来 采用 的传统 生产过程的 特点 是“由上而下”按 计划生产。简单的说是从计划层到生产控制层 ：企业根据订单或市场等情 况制定生产计划生产计划到达生产现场组织生产产品 派送。企业 管 理信息化建设的 重点 也大都放在计划层 ，以进行生产规划管理及一 般事务 处理。如 ERP 就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资 源，编制生产计划。在下层的生产控制层，企业主要采用自动化生产设备、 自动化检测仪器、自动化物流搬运储

5、存设备等解决具体生产（制程）的生 产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造 型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车 间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和 快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然 ERP 和现场自 动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是 企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而 现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管 理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。 所以

6、，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”， 对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄 弱。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的 所有生产过程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人 员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？ 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校 验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和 货品交接错误？ 过去 12 小时之内生产线上出现最多的 5 种产品缺陷是什么？ 次品数量各是多少？ 目前仓库以及前

7、工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各 是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？ 生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空 转？影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应 不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？ 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分 产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？ 能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和 缺陷代码？MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主 要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平 台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量

8、控制、设备故障分析、网络报表 等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质 检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制 造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化 和 实时化 的ERP/MES/SFC 信息体系。3、制造执行系统MES及其功能3 . 1 MES的定义MES是美国管理界90年代提出的新概念。美国先进制造研究机构 AMR(Adva need Manu facturi ngResearch) 通过对 大量企业的 调查发现现有的企业生产管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA、HMI(Human

9、 Machi ne In teface) 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。根据调查结果， AMR于1992年提出的三层的企业集成模型(如图1 )。图一帥尺的三层企业集成模型MESA In ternatio nal (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，它为了帮助其成员组织在企业界推广MES制定了一 系列 研究、分析 和开发计划。MESA协会白皮书(MESA White Paper No.6 , 1997 )对MES系统作如下之定义： MES系统在产品从工单发出到成品产出的过程中，扮演生产活 动最佳化的信息传递者。

10、当事件发生变异时，借着实时正确的信息、生产执行系统规范、 原始工作情况、资料反应及回馈，作出快速的响应以减少无附加价值之生 产活动，提升工厂生产制程的效率。 MES改善生产条件及准时出货、库存周转、生产毛利及现金流 量效益，MES并且也在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流。MESA协会白皮书(MESA White Pap er No.3, 1997 )中提出说明企业资源规划(ERP)、MES与控制系统间的作业互动与信息流模式，如图二所示。喜户订挙实时工J管理（ME5 工厂中的尅雄滝】ERP J MRPI1/ 紮统控制爹叢工作生产 订单制造执行務统 MES总童靈諫生产作业计| 退踪IIP释

11、枚生产订单 显示掾柞员需专 S&ERPSail单秋态 IlPtt 生产历史绘制系咬 或手:L援作）图二M克在工厂中的数摄流图中左边ERP等系统需随时注意产品库存量、客户订单状况与材 料需求，然后将这些信息传送至MES，由执行系统进行生产或安排库存以 满足客户订单需求。对MES而言，这一层就是生产的计划层。中间部分为MES系统，负责完成产品制造工作，产品的规格、 型号、参数等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料转化为作 业程序提供给控制系统之作业人员或机器设备来使用。右边部分为控制系统，当作业程序、相关流程、文件及其它相 关生产需求项目就绪，控制系统便运用所有工厂内相关资源（软

12、、硬件及 人员）负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。3 . 2 MES的功能由MES的定义可见，MES为一系列管理功能，而并非一套软件系 统，它完全可以是各种生产管理的功能软件集合。MESA通过其各成员的 实践归纳了十一个主要的MES功能模块，包括：工序详细调度资源分配和状态管理生产单元分配过程管理人力资源管理维护管理质量管理文档控制产品跟踪和产品清单管理性能分析和数据采集MES的各功能模型与企业其它信息化系统的关系如图三所示。实 际的MES产品可能同时包含了其中一个或几个功能模块。图三MES H各功能模型与企业基它信息化系统的关系4、MES的典型结构由于MES在产品从工单发出到成品产出的

13、整个过程中，扮演生产 活动最佳化的“信息传递者”的角色，MES必然要具有多种功能并且能够 同时为生产、质检、工艺、物流等多个部门服务，这就决定了 MES的结构 设计必须满足以下原则： MES应该是一个分布式的计算机系统 MES系统能够与企业的其他制造信息系统相联接，从而提供高 效的企业管理功能 “它以生产行为信息为核心，为企业决策系统提供直接的支 持” (MESA 1997)由于工厂可能会从不同的软件供应商购买适合自己的MES模块， 或将车间现有的各种管理系统集成为MES功能的一部分，其结果导致许多 工厂的MES系统实际上是一个大杂绘。每个系统都有各自的处理逻辑，数 据库，数据模型和通信机制。

14、又因为MES应用常常是要满足关键任务的系统，这样的系统就很难随技术的更新而进行升级。一个基于统一软硬件平台的MES系统往往采用工业PC/PLC/HMI 等 设备作为车间内各生产单元（生产区域）功能站的主要构件，通过对各个 生产单元的数据收集和反馈，组成覆盖全厂或者整个流水线的、满足闭环 生产管理需要的开放式以太网络。采用MES数据库服务器作为系统核心， 进行实时数据存取和比照，实现生产信息的监视、控制和生产过程的管理。 系统以大型关系型数据库技术为设计基础，便于大量实时数据的存储、比 对、运作，产生各类统计分析报表，并基于稳定的 Web应用，提供标准的 网际网络的浏览查询和远程资料索取。当前典

15、型的MES结构模型如图四。哄方商田内井OF制專户四MES的典型结构在企业内部，各功能站通过局域网对MES服务器进行交互操作， 同时其他各查询终端也通过局域网查询MES处理后提供的数据、报表和 图形。在企业外部，通过In ternet可以连接到MES,在设定的权限内对系统进行信息发布或读取操作。公司内部管理、外部机构以及其它相关业 务单位通过 MES联系形成了一个紧密的整体，做到实时信息共享，使业 务流程变得有序而高效。5、MES 与 ERP虽然ERP和MES在功能上具有非常良好的互补性，但是在企业信 息化建设过程中，它们之间未必需要相互依赖于对方而存在。在生产计划 管理、质量管理和物流管理等方

16、面，MES和ERP系统的功能可以互相延伸 和对接，共同构建更为完善的现代化企业信息管理体系。当企业已经存在 ERP 系统时，可以将 MES 与 ERP 系统进行集成，以优化公司的信息管理， 更加有力地保证商业目标的实现。MES与ERP系统集成的优点体现为：进一步改进现有的操作流程，实现企业管理层和车间管理层一体化标 准运作，从而更加有效地缩短产品周期，提高劳动生产率。 进一步改造信息技术基础设施，实现公司内部信息和数据的集 中管理，从根本上减少信息和数据内部流通的时间。配合供应链管理（SCM）系统，减少供应链成本，增强对顾客需 求的快速反应，优化客户服务并提高公司的整体工作效率。 增加财务系统数据当日更新和管理报表即时统计的功能，实现 当日结帐的目标。 以实时数据为依据的生成计划更加正确及时地反映整个生产 情况。6、MES的前景MES是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，它是实施企 业敏捷制造战略，实现车间生产敏捷化的基本技术手段。由于MES强调控 制和协调,使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能使计划 落实到实处的执行系统。因此短短几年间MES在国外的企业中迅速推广开 来，并给企业带来了巨大的经济效益