制造业车间级管理系统MES及其典型结构

制造业车间级管理系统（MES）及其典型结构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（ShopFloorControlSystem,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（ManufacturingExecutionSystem,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，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

3．1MES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(AdvancedManufacturingResearch)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(HumanMachineInteface)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）。

MESAInternational(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（MESAWhitePaperNo.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。

•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（MESAWhitePaperNo.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。

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、硬件及人员）负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。松甩邮3．欺2早ME伞S的次功能拐谊姻由M眯ES纯的定效义可虾见，甘ME揉S为窜一系光列管啊理功穷能，殃而并掌非一棚套软拘件系垄统，何它完瓣全可蛮以是忽各种孤生产镇管理欧的功窄能软负件集舱合。活ME景SA搂通过股其各疑成员肆的实岛践归局纳了种十一固个主底要的垃ME埋S功惭能模易块，盾包括范：拌刷和工序箭详细胸调度介既浇资源主分配屯和状较态管薪理月刊眼生产艘单元丹分配傍在奔过程趴管理膀笛溉人力逮资源学管理物粮辈维护句管理鹊霞郊质量千管理泻知夹文档通控制肾鲜幼产品概跟踪蓄和产捞品清出单管尺理缝脸穷性能对分析调和数铁据采奔集发猾益ME术S的谜各功炉能模凉型与贤企业活其它同信息耐化系无统的膏关系呆如图招三所绒示。锋实际胆的M跃ES贝产品丹可能打同时热包含蜻了其摩中一旧个或版几个辨功能骑模块孙。徒洁肚4、栋ME勒S的卡典型赶结构崖兔愿由于鹅ME群S在顶产品渗从工裤单发火出到确成品富产出经的整档个过品程中猪，扮你演生拔产活板动最乐佳化挪的“忌信息猜传递屑者”宜的角殿色，膊ME棵S必嘱然要让具有宿多种盗功能插并且串能够枪同时猎为生沸产、图质检驴、工堂艺、缩物流纸等多亿个部陵门服陕务，至这就原决定器了M奶ES童的结患构设葬计必躬须满屿足以督下原誓则：城喂汪•老ME铁S应余该是队一个摄分布脖式的走计算燃机系厅统柔套柔•颠ME印S系靠统能围够与担企业抄的其爷他制哑造信堂息系区统相浓联接丹，从刃而提墨供高品效的槽企业惯管理饮功能粮拆潮杰•泊“它容以生字产行脏为信块息为裤核心滤，为谢企业俯决策贸系统仰提供疏直接冤的支兵持”损(溜ME曲SA锋1绵99喜7)赤册艇由于拾工厂雪可能模会从西不同水的软磨件供稳应商是购买芹适合唇自己开的M碍ES悦模块枕，或垃将车演间现某有的锅各种御管理威系统累集成傅为M筋ES恼功能显的一筹部分灰，其记结果中导致对许多梁工厂浓的M肉ES蓬系统悦实际证上是革一个敏大杂装烩。脸每个飞系统弃都有俩各自乐的处专理逻研辑，扶数据身库，聋数据撞模型鲜和通筒信机谋制。听又因域为M汁ES蹲应用图常常登是要想满足啦关键骡任务窑的系盒统，接这样从的系拨统就雹很难恩随技云术的舅更新往而进倦行升哲级。闪晨改一个刘基于川统一碑软硬谨件平锅台的锻ME按S系闹统往疲往采诚用工办业P椅C/部PL全C/畜HM稠I等夏设备接作为桐车间予内各盘生产卷单元谋（生已产区修域）颗功能芳站的旋主要超构件冲，通抄过对歼各个当生产预单元苏的数勤据收盯集和其反馈预，组累成覆曾盖全滨厂或院者整希个流困水线采的、扮满足思闭环焰生产另管理答需要案的开刺放式絮以太膨网络泡。采碑用M必ES李数据哪库服恋务器库作为陆系统讽核心授，进驱行实后时数蒙据存料取和畏比照慰，实法现生到产信舞息的静监视辅、控稍制和俯生产扩过程馆的管法理。想系统卫以大丙型关刮系型源数据误库技纲术为浓设计路基础茅，便技于大庸量实厅时数桨据的粗存储唤、比凯对、傻运作使，产发生各息类统枣计分缎析报乓表，并并基绞于稳躲定的乓We弯b应沙用，好提供抽标准潮的网狮际网含络的叉浏览嫌查询盈和远埋程资堵料索这取。哪当前辫典型拉的M亚ES翅结构境模型筛如图正四。魂索垒在企之业内朱部，必各功槽能站效通过限局域词网对待ME积S虫服务氏器进解行交肯互操研作，接同时团其他请各查暂询终棚端也寇通过旁局域治网查随询M鼻ES趁处田理后宏提供妄的数撑据、赌报表蕉和图市形。涛在企蝇业外矿部，谷通过孕In暑te脉rn行et牌可蛙以连桑接到坊ME钥S，塞在设童定的煌权限妻内对榜系统屋进行顽信息醉发布否或读哗取操明作。肃公司扭内部淘管理屿、外烈部机边构以阿及其快它相垂关业浑务单喊位通齐过鸣ME止S玉联系扯形成明了一旋个紧燥密的扬整体喜，做交到实刚时信怨息共杜享，愁使业社务流吹程变丛得有拢序而病高效挪。列渔钱5、向ME额S与淡ER借P舒渗贯虽然忌ER加P和旱ME烟S在咏功能咏上具存有非枝常良鸟好的佛互补比性，理但是耀在企音业信储息化涝建设甩过程遍中，老它们统之间士未必颜需要木相互队依赖悲于对址方而扁存在挥。在滤生产术计划碍管理蓬、质粗量管拖理和际物流兽管理这等方迷面，架ME筐S和遗ER羡P系霜统的百功能埋可以迈互相街延伸弊和对父接，村共同顷构建斩更为掩完善钩的现逮代化峰企业搬信息音管理冲体系榜。当负企业腐已经血存在叼ER净P系啊统时奥，可傲以将挡ME概S与稠ER挺P系安统进黑行集勾成，随以优埋化公错司的晋信息潜管理协，更偿加有金力地未保证伟商业佛目标砍的实绕现。李塞担ME摔S与苏ER滴P系稀统集似成的炭优点咳体现唤为：启域绵•隆进一务步改照进现叮有的究操作黑流程坛，实显现企钟业管冶理层神和车验间管碰理层患一体性化标春准运授作，踪从而冰更加简有效钩地缩张短产罢品周穷期，冶提高贵劳动吨生产彩率。黎猾场•疾进一瞒步改漫造信眉息技急术基蚁础设劲施，朽实现柄公司劣内部得信息寿和数蜘据的巡集中怨管理宗，从引根本腹上减指少信纱息和猪数据遮内部衰流通辆的时纲间。秧具服•详配合伶供应具链管异理(械SC驰M)寇系统许，减间少供趋应链附成本错，增警强对控顾客司需求亲的快字速反秤应，扮优化益客户恳服务煤并提盆高公叶司的传整体疮工作苗效率狐。虫坊坦•傍增加咐财务迟系统筋数据顽当日诸更新誓和管傍理报师表即填时统关计的玩功能泰，实薪现当晕日结童帐的予目标抱。葵蜡脆•细以实梨时数勒据为豆依据痛的生习成计必划更贸加正转确及圆时地佩反映虑整个范生产冻情况咱。窗务仅6射、M伞ES疗的前每景霉为顾ME堵S是蛙面向止车间爹层的须生产格管理清技术幻与实榜时信给息系男统，谋它是罩实施树企业痛敏捷尖制造熊战略肆，实仔现车录间生傅产敏底捷化文的基胞本技呼术手策段。便由于匹ME密S强秆调控涛制和嚼协调团,使颈现代羽制造浅业信菜息系榜统不露仅有焰很好柳的计考划系美统，霉而且来能使档计划僵落实逢到实按处的魄执行煌系统困。因槽此短好短几旺年间锦ME约S在欲国外客的企须业中诚迅速她推广米开来赴，并饼给企钞业带枪来了谢巨大他的经饮济效可益。傻甩抗我国曲企业祥实施僵以M哲RP桨II倾/E佛RP泻为主腰的企延业管既理软既件有泼将近帅20薯年的喂历史班，在姿业界订，存慎在着丛为数砍庞大呆的E牛RP娘厂商的和开夕发军伶团，化