西门子mes解决方案

西门子解决方案

篇一：西门子MES介绍

应用MES（生产执行系统），对工厂进行整体优化

摘要：

中国加入WTO以后,中国的钢铁工业面临诸多挑战,如

更加灵活的生产,更苛刻的质量要求以及具备竞争力的成

本。这些目标只有通过投资具有成本效益的生产线，使用最

新的科技才能够达到。

目前，独立的生产线的自动化水平和优化程度已经很

高，进行进一步改进的空间非常有限。而

划）系统仅局限于总体生产计划的编制，并没有考虑设备的

实际状态和生产线的工艺约束。因而现代化的工厂需要通过

使用最新技术，联合多个独立的生产线组成一个优化的生产

ERP（企业资源策

链并连接基础自动化级

执行系统协会）的定义，

成品的生产过程进行优化的信息系统。

,

过程级与管理级。根据

MES是对从下达订单到生产出最终

MESA（制造

本文详细描述了钢铁工业MES系统的不同功能模块和典

型的系统结构。通过分析一个具有成熟功能的实际案例，揭

示了MES系统为工厂的所有者带来的效益。

正文

MES系统是企业信息化建设的重要组成部分

中国加入世界贸易组织后，中国的钢铁工业正在面临几

个主要的挑战；它们是：

更为灵活的生产

钢铁工业的客户期望在定单执行、定单修改方面有更大

的灵活性，同时缩短和保证交货时间。

产品质量方面的更高要求

对于所有客户的复杂产品结构，卓越的产品质量是企业

成功的关键因素。同时，国际质量标准要求详细而完整的产

品生产质量文档。

具有竞争力的成本定位

具有竞争力的价位是能够在国际化的钢铁市场中生存

的重要因素。这必须通过以提高生产率，设备作业率为手段，

提高产量和经济效益才能够达到。

所有这些目标，只有通过投资具有经济效益的生产线并

使用最新科技才能够实现。

目前，独立的生产线的自动化程度和优化水平已经很

高，进一步改进的空间非常有限。另一方面，ERP（企业资

源策划）系统局限于总体生产计划的编排，而没有考虑设备

的实际运行状态和生产线的工艺约束。

因而现代化的工厂需要现代科技作为企业信息化建设

的重要组成部分，联合多个独立的生产线构成生产链（水平

集成），并连接生产层与管理层（垂直集成）。完成这项特

定任务的系统称为MES系统（制造执行系统）。

根据MESA（制造执行系统协会）的定义，

MES是对从下

达订单到生产出最终成品的生产过程进行优化的信息系统。

图（1）信息的水平集成与垂直集成

图（2）MES系统在企业信息化建设的重要地位：

用于冶金企业的MES功能

作为企业信息建设的重要组成部分，

MES系统包含多种

不同的功能。功能的取舍，取决于特定的工厂环境以及所期

望的效益。

图（3）MES系统功能概貌

备注：这是根据MESA模型建立的MES功能说明1至11。

MES功能1－资源分配

这项功能管理各种资源，包括机器、工具、劳动力技能、

材料、气体设备，以及其它各项内容，如开始操作时必须提

供的文件。它提供详细的资源历史，保证设备的正确设置，

并提供实时的设备状况。这些资源的管理包括资源的保存和

调度，以满足操作时间安排方面的目标。

MES功能2－操作/详细排产

这项功能根据与具体生产单位的优先级、属性、特征和

/或配方，在操作中对生产顺序，如颜色排序的形态或其它

特征进行优化，从而可以通过正确的顺序，使对设备的调整

降低到最小。系统限制和识别生产路径并考虑生产的重叠性

与并行性，从而计算出精确的时间和设备负载并对生产调度

进行调整。MES功能3：分配生产单元

系统以任务，订单，炉次，批次以及生产指令对生产物

流进行管理。调度信息以生产序列的形式呈现并依据生产实

重新生产，

绩进行实时调整。MES有能力改变以下达的计划，

补救生产以及通过缓冲区管理来实时控制生产线负载。

MES功能4－文件控制

/表格，包

这项功能可以控制生产单位必须维护的记录

括工作指示、配方、图纸、标准操作程序、零件加工程序、

批量产品记录、工程设计变动通知、班次间的通讯，以及编

辑“按计划角度”和“按制造角度”的信息。它对操作现场

下达指示，包括向操作人员提供数据，或向设备控制装置提

供配方。它还将包括环境、健康和安全条例的控制和完整性，

以及ISO信息，如纠正措施程序。历史数据的存储。

MES功能5－数据采集

这项功能提供一个接口链接，用来获取中间产品和参数

数据，填写在生产单位的表格和记录中。这些数据既可以从

工厂现场进行人工收集，也可以从设备中自动收集，并保证

数据的及时更新。

MES功能6－劳动力管理

该功能提供工厂员工情况的实时报道。包括记录员工的

考勤情况及时间、资格跟踪，而且可以记录员工的非直接工

作，如材料准备、工具间工作等。这些都可以作为动态成本

核算的依据。该功能可以与资源分配软件（1）协同工作，

以达到最佳的人力资源分配。

MES功能7－质量管理

系统从生产过程采集实时测量信息，并对其进行分析以

确保严格的产品质量控制，同时鉴别潜在的质量问题。系统

可以提示问题纠正方案，包括相关现象，行为以及原因的诊

断。同时可以包括SPC/SQC以及对实验室信息管理系统

（LIMS）中的离线质量检验和分析进行跟踪和管理等功能。

MES功能8－生产管理

对生产进行监控并自动纠正或提示操作员纠正生产中

存在的问题以改善生产线的在调节性。这些调节重点着眼于

受监视和控制的设备，并逐次跟踪。系统可以管理报警以确

保工厂人员了解可能导致超差的生产变更。该功能通过数据

采集功能，提供MES与智能设备的接口。

篇二：MES基本知识介绍

制造执行系统在90年代初提出的，旨在加强

MRP计划

的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系

统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、

数据采集器、

条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。

必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关

系。

MES系统设臵了

MES

MES即制造执行系统，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管理。当工厂中有实时

事件发生时，MES能对此及时作出反应、报告，并用当前准

确的数据对它们进行约束和处理。这种对状态变化的迅速响

应使得MES能够减少企业内部那些没有附加值的活动，有效

地指导工厂的生产运作，同时提高了工厂及时交货的能力、

改善了物料的流通性能，提高生产回报率。MES

还能通过双

向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有

关生产行为的关键任务信息。

MES概述

MES是在40年代由美国先进制造研究机构AMR

（AdvancedManufacturingResearch）通过对大量企业

的调查提出的，认为制造业应该用三层模型

（3rd-layer-model）表示信息化（如图

1所示），将位于

计划层和控制层的中间位臵的执行层叫做

MES，MES处于企

业计划系统（ERP/SCM）和过程控制系统

（PCS）的中间位臵。

ERP作为业务管理系统，

DCS/PLC作为控制系统，而MES则

作为生产执行系统与上层

ERP等业务系统和底层DCS等生产

设备控制系统一起构成企业的神经系统，把业务计划的指令

传达到生产现场，将生产现场的信息及时收集、上传和处理。

MES作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，是连结

现场层和经营层，改善生产经营效益的前沿系统。

图1AMR1992年提出的三层模型

MES是在公司的整个资源按其经营目标进行管理时，为

公司提供实现执行目标的执行手段。通过实时数据库连接基

本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供业务计划

系统与制造控制系统之间的通信功能，是应用于各种制造业

的重要信息系统。

MESA协会白皮书（MESA，1997）中提出MES在企业与

供应链之间提供一个双向的生产信息流，说明了

与PCS的作业互动与信息流模式，如图

ERP、MES

2所示。

图中左边部分的ERP等系统（计划层）将实时的产品库

存量、客户订单状况与材料需求等信息传送至MES，MES进

行生产或安排库存以满足客户订单需求。

图中中间部分的MES系统（中间层）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的作

业人员或机器设备来使用。图2工厂中的MES数据流

图中右边部分的控制系统（底层），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。

在此基础上，1998年，AMR公司发表REPAC（Ready，

Execute，Process，Analyse，Coordinate）模型，即包括

准备、实行、处理、分析、调整5个阶段组成的过程周期。

该模型将计划、技术方案，调度、执行和控制等对应的

5个

信息系统集成连接。REPAC模型把

MES三层模型的进行扩充，

MES不只是工厂的单一信息系统，

而是横向之间、纵向之间、

系统之间集成的系统，成为企业经营系统闭环回路中的一部

分。应用功能模型

随着MES的产生与发展，MES的功能模型也发生了相应

变化，1993年，AMR在提出了三层结构的基础上，指出MES

应该包括车间管理、工艺管理、质量管理和过程管理等功能

的集成模型。1997年，MESA提出了包括11个功能的MES功

能组件和集成模型。该模型强调MES是一个与其他系统相连

的信息网络中心，在功能上可以根据行业和企业的不同需要

与其他系统集成，为实施基于组件技术的可集成的

了标准化的功能结构、技术框架和信息结构。其集成功能模

MES提供

型图如图3所示。

图3MES应用功能集成模型

其具体功能如下：

1、资源分配及状态管理（ResourceAllocationand

Status）该功能管理机床、工具、人员物料、其它设备以及

其它生产实体，满足生产计划的要求对其所作的预定和调

度，用以保证生产的正常进行；提供资源使用情况的历史记

录和实时状态信息，确保设备能够正确安装和运转。

2、工序详细调度（Operations/DetailScheduling）

该功能提供与指定生产单元相关的优先级（Priorities）、

属性（Attributes）、特征（Chameterietioa）以及处方

（Recipes）等，通过基于有限能力的调度，通过考虑生产

中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整

时间，实现良好的作业顺序，最大限度减少生产过程中的准

备时间。

3、生产单元分配（DispatchingProductionUnits）

该功能以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理生产

单元间的工作流。通过调整车间已制订的生产进度，对返修

品和废品进行处理，用缓冲管理的方法控制任意位臵的在制

品数量。当车间有事件发生时，要提供一定顺序的调度信息

并按此进行相关的实时操作。

4、过程管理（ProcessManagement）该功能监控生产

过程、自动纠正生产中的错误并向用户提供决策支持以提高

生产效率。通过连续跟踪生产操作流程，在被监视和被控制

的机器上实现一些比较底层的操作；通过报警功能，使车间

人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的加工过程；通过

数据采集接口，实现智能设备与制造执行系统之间的数据交

换。

篇三：制造执行系统的发展和挑战

制造执行系统的发展和挑战

当前摆在人们面前的严峻问题是，如何使对企业信息技

术网络的投资能迅速取得回报？看来正确认识MES的作用和

正确地发挥MES的作用是非常关键的事情。本文将重点放在

MES，以期对这个沟通

至今在国内尚未引起足够注意的

和生产制造的控制系统之间的关键环节给予应有的重视。

引言

20世纪90年代以来，经济全球化的趋势日益增加，信

息技术的发展极为迅速，市场环境发生了根本性的变化。顾

客驱动已成为市场的主要特征，市场竞争的要素涉及到工控

时间、质量、价格、服务和环境。而信息技术的广泛采用，

使得以顾客订货和市场需求为轴心的生产活动已可以不受

时间和地域的限制，竞争的高科技含量因此大大提高了。面

对激烈竞争，企业界的重要对策就时采用将制造技术与信息

技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融合

的新一代先进制造技术。以此为契机，企业资源计划

制造执行系统MES从理念发展到软件平台，再形成完整的系

统，并开始了较为广泛的应用。它们或以软件平台形式出现，

或以系统形式出现，或以应用服务的形式出观，这预示着人

类正在进入电子商务和电子制造完美结合的新时代。

ERP立足于经济全球化的环境，面向正在迅速形成的供

ERP

ERP和

应链，从企业全局的角度对经营和生产进行全面计划，并实

施企业资源的一体化管理。它以财务管理为核心，将资金流、

物流与信息流加以有机结合，使整体价值链管理的概念得以

实现。它集成了供应链管理功能，强调供应商、制造商与分

销商之间的新型伙伴关系，支持企业后勤管理，形成对市场

快速响应

的能力。它强调企业流和半制成品的管理，通过对半制

成品的管理实现企业的人员、财务、制造与销售之闻的整合，

支持企业业务过程重组。按理，在生产制造计划中，ERP支

持MES的管理模式，通过MES支持不同行业的管理模式。但

仍然需要化大力气去解决ERP与MES之间如何针对特定工业

企业建立协同作用的解决方案和实际存在的问题。

在典型的ERP软件平台中，财务管理、生产控制、物流

管理和人力资源管理等是基本功能模块。过去的若干年来，

ERP在国内得到了较广泛的重视，一些企业花了大量资金上

ERP。但就一般情况而言，商业企业从ERP中获得的利益比

较明显，而工业企业却没有那么幸运，甚至受到不同程度的

损害。这一现象并非我国独有，在工业发达国家也是如此。

美国ARC公司调查结果显示，53％的客户反映ERP对工厂生

产存在负面影响。怪不得有人说：不上ERP是等死，上了ERP

找找死。这里反映出在ERP实施过程中确实存在一些不可忽

视的问题，其中最主要的是光有ERP并不能帮助和指导工厂

分析其生产的瓶颈，改进和控制产品的质量，以及对具体的

产品生产进行排产；ERP不但没有调动工厂管理人员的积极

性，反而把他们降格为一种信息的收集者；ERP虽有生产控

制模块，但难以真正在工厂层中使用。如果不加分析和改进

这些问题，其结果则是将IT推离、而不是融人工厂的生产

活动。

MES

但是对于一个企业，如果仅仅从生产工厂的视角来分析

其在竞争中所处的地位，显然是短视的。即使是最好的

解决方案，对于整个企业来讲，也不过是提供一个相对狭窄

的视角，缺乏在管理层为进行决策支持所需要的生产执行数

据的广度和深度。这就启示我们，完整的、能够引导一个企

业保持长期的业务利益和价值的企业信息系统，必须是控

制、制造执行系统MES和企业规划系统ERP三者协同作用的

整合。可惜的是，在人们认识到ERP的重要作用

的同时，并不曾给予MES足够的重视，更何况上ERP项

目动辄要投资上千万，甚至上亿元。一般中小企业难以承担，

即使是大型企业花那么多钱也不是轻而易举的。当前摆在人

们面前的严峻问题是，如何使对企业信息技术网络的投资能

迅速取得回报？看来正确认识MES的作用和正确地发挥MES

的作用是非常关键的事情。本文将重点放在至今在国内尚未

引起足够注意的MES，以期对这个沟通ERP和生产制造的控

制系统之间的关键环节给予应有的重视。

一、MES的定义

按照国际MES协会所给出的定义，MES提供从接受订货

到制成最终产品全过程的生产活动实现优化的信息。它采用

当前的和精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、

响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和

条件作出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而

推动有效的工厂运行和过程。MES改善运行设备的回报，以

及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。MES通

过双向通信，提供整个企业的生产活动以及供应链中以任务

作为关键因素的信息。其关键词是精确的实时数据，这是以

业务为基础的（transaction-based)ERP和MRP-Ⅱ系统未曾

加以考虑的。

美国AMR研究公司对MES也有自己的定义：MES是一个

常驻工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划系统与主生

产过程的直接工业控制系统之间。它以当前视角向操作人员

/管理人员提供生产过程的全部资源的数据和信息。

其着重点是将信息技术运用于改善制造过程。在

AMR的

MES集成企业模型中分为3层：承担企业全面管理，包括会

计／财务系统的管理决策层ERP；承担工厂级协调／跟踪跋

现

并监控趋势的执行层

美国的国家标准研究所有关

MES；承担工厂生产控制的控制层。

MES定义的表述是：为使从接受

订货到制成最终产品全过程的管理活动得以优化，采集硬件

嗽件的各种数据和状态信息。

由上可知，关于MES的定义存在一些不同的表述。但是，

以下几点共识还是普遍被接受的：*MES在整个企业信息集

成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥

梁。*MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数

据和状态信息，目的在于优化管理活动。它强调是当前视角，

即精确的实时数据。

*从对实时的要求而言，如果说控制层要求的实时的时

间系数为1，那么,MES的时间系数为1O,ERP的时间系数为

100。

二、我们为什么需要MES

在许多工厂中，全厂管理的功能目前仍然由文件和人工

系统进行，通常有经验的人员执掌着工厂生产效益的钥匙。

在大多数运行中，人工系统和有经验运行人员的判断总是起

着重要作用。但是，市场要求产品的品种和数量经常变化，

靠人工和经验调整生产显然效率低、反应慢、缺乏竞争力。

而且人工系统也不可能适应产品、工艺、