制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）概述

　　美國先進制造研究機構AMR(Advanced Manufacturing Research)將MES定義為“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”,它為操作人員/管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態(tài)。 　　制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(Manufacturing Execution System Association，MESA)對MES所下的定義：“MES 能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息?！?/p>

　　MESA在MES定義中強調了以下三點：

　　1）MES是對整個車間制造過程的優(yōu)化，而不是單一的解決某個生產瓶頸；

　　2） MES必須提供實時收集生產過程中數(shù)據的功能，并作出相應的分析和處理。

　　3）MES需要與計劃層和控制層進行信息交互，通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成。

制造執(zhí)行系統(tǒng)的發(fā)展歷史

　　MES作為生產形態(tài)變革的產物，其起源大多源自工廠的內部需求。為了更好得理解MES的產生背景，我們先回顧一下計算機輔助生產管理系統(tǒng)的演化歷史

　　八十年代MRPII在美國生產與庫存管理協(xié)會（APICS）大力宣傳和組織推動下得到了迅速的普及和廣泛應用，但也暴露出一些不足之處，如MRPII對預測需求和銷售管理不夠重視，對車間的大量實時事件與數(shù)據不能很好地利用等等。許多企業(yè)認識到需要其它系統(tǒng)來解決MRPII在某些方面管理薄弱的問題。于是為了滿足銷售、預測的需求，產生了分銷資源計劃DPR（Distribution?Resource Planning）。同樣，為了強化車間的執(zhí)行功能，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）也就應運而生。傳統(tǒng)的MES(Traditional MES，T-MES)大致可分為兩大類：

　　1）專用的MES 系統(tǒng)(Point MES)。它主要是針對某個特定的領域問題而開發(fā)的系統(tǒng)，如車間維護、生產監(jiān)控、有限能力調度或是SCADA等；

　　2）集成的MES系統(tǒng) (Integrated MES)。該類系統(tǒng)起初是針對一個特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設計的，目前已拓展到許多領域，如航空、裝配、半導體、食品和衛(wèi)生等行業(yè)，在功能上它已實現(xiàn)了與上層事務處理和下層實時控制系統(tǒng)的集成。

　　雖然專用的MES能夠為某一特定環(huán)境提供最好的性能，卻常常難以與其它應用集成。集成的 MES比專用的MES邁進了一大步，具有一些優(yōu)點，如單一的邏輯數(shù)據庫、系統(tǒng)內部具有良好的集成性、統(tǒng)一的數(shù)據模型等等，但其整個系統(tǒng)重構性能弱，很難隨業(yè)務過程的變化而進行功能配置和動態(tài)改變。

　　美國AMR(Advanced Manufacturing Research)研究小組在分析信息技術的發(fā)展和MES應用前景的基礎上提出了可集成MES(Integratable MES，I-MES) 。它將模塊化和組件技術應用到MES的系統(tǒng)開發(fā)中，是兩類T-MES系統(tǒng)的結合。從表現(xiàn)形式上看，具有專用的MES系統(tǒng)的特點，即I-MES中的部分功能作為可重用組件單獨銷售。同時，它又具有集成的MES的特點，即能實現(xiàn)上下兩層之間的集成。此外，I-MES還能實現(xiàn)客戶化、可重構、可擴展和互操作等特性，能方便地實現(xiàn)不同廠商之間的集成和原有系統(tǒng)的保護，以及即插即用等功能。

制造執(zhí)行系統(tǒng)在國內的現(xiàn)狀

　　雖然MES的發(fā)展歷史比MRPII，CAD/CAM等要短，但它能有效地實現(xiàn)以時間為關鍵的制造思想，因而在發(fā)達國家推廣的非常迅速，并給工廠帶來了巨大的經濟效益，對國外的管理界也產生了深遠的影響。近十多年來，我國通過863/CIMS應用的研究和推廣，大大提高了企業(yè)的競爭力，使我國的制造業(yè)水平上了一個嶄新的臺階，但與發(fā)達國家相比還有較大的差距。制造業(yè)水平的提高，不單是采用設備自動化，提高生產管理信息系統(tǒng)的效率顯得更為重要。其中MRPII、MIS已逐漸趨于成熟與普及，而面向制造執(zhí)行層的MES軟件的開發(fā)與應用還比較薄弱。我國的研究者對車間層、單元層的研究大都著重于控制模型的研究，很少站在MES這一角度從應用出發(fā)來研究和開發(fā)面向制造過程的集成化管理和控制軟件。我國的許多高等院校、科研院所都在從事這方面的研究與應用開發(fā)工作，在理論研究方面，加入了并行、敏捷、網絡化、可重構等一些先進思想，在系統(tǒng)設計方面采用面向對象、構件、代理等技術，取得了不少有益的成果，但在軟件的商品化、成果的推廣應用方面還存在很大的差距。

　　目前，國內還沒有自主開發(fā)的很成熟的且得到廣泛應用的MES軟件。即使有所謂的車間層控制SFC（Shop Floor Control），也多數(shù)是收集相關資料，再通過批處理方式錄入，其功能十分有限。在工廠自動化?FA（Factory Automation）方面，過去多是強調物流自動化，如自動化生產設備，自動化檢測儀器，自動化物流運輸存儲設備等等。雖然它們能取代不少人工并解決了一些生產瓶頸，但由于缺少相應的信息集成系統(tǒng)，不能充分發(fā)揮其功效而形成所謂的“自動化孤島”。隨著企業(yè)信息化應用水平的不斷提高，企業(yè)逐漸認識到實現(xiàn)企業(yè)計劃層與車間執(zhí)行層的雙向信息流交互，通過連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成，是提高企業(yè)敏捷性的一個重要因素。因此，通過 MES來實現(xiàn)企業(yè)信息的全集成，形成實時化的ERP/MES/SFC是提高企業(yè)整體管理水平的關鍵，這對企業(yè)制造業(yè)整體水平的提升具有重要意義。同時制造單元中的信息集成也為敏捷制造企業(yè)的實施提供了良好的基礎。

制造執(zhí)行系統(tǒng)在企業(yè)信息化中的位置

　　美國先進制造研究機構（AMR）通過對大量企業(yè)的調查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的企業(yè)生產管理系統(tǒng)普遍由以ERP/MRPII為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA、 HMI(Human Machine Interface)為代表的生產過程監(jiān)控軟件和以實現(xiàn)操作過程自動化，支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。根據調查結果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型。一個制造企業(yè)的制造車間是物流與信息流的交匯點,企業(yè)的經濟效益最終將在這里被物化出來。隨著市場經濟的完善,車間在制造企業(yè)中逐步向分廠制過渡,導致其角色也由傳統(tǒng)的企業(yè)成本中心向利潤中心轉化,更強化了車間的作用。因此,位于車間起著執(zhí)行功能的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES具有十分重要的作用,從這模型可以看出，制造執(zhí)行系統(tǒng)MES在計劃管理層與底層控制之間架起了一座橋梁，填補了兩者之間的空隙。

　　一方面，MES可以對來自MRPII?/ERP 軟件的生產管理信息細化、分解，將操作指令傳遞給底層控制；

　　另一方面，MES可以實時監(jiān)控底層設備的運行狀態(tài)，采集設備、儀表的狀態(tài)數(shù)據，經過分析、計算與處理，觸發(fā)新的事件，從而方便、可靠地將控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起，并將生產狀況及時反饋給計劃層。

　　車間的實時信息的掌握與反饋是制造執(zhí)行系統(tǒng)對上層計劃系統(tǒng)正常運行的保證，車間的生產管理是制造執(zhí)行系統(tǒng)的根本任務,而對底層控制的支持則是制造執(zhí)行系統(tǒng)的特色。

制造執(zhí)行系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)之間的關系

　　MES作為面向制造的系統(tǒng)必然要與企業(yè)其它生產管理系統(tǒng)有密切關系，MES在其中起到了信息集線器（Information Hub）的作用，它相當于一個通訊工具為其它應用系統(tǒng)提供生產現(xiàn)場的實時數(shù)據。

　　一方面，ERP系統(tǒng)需要MES提供的成本、制造周期和預計產出時間等實時的生產數(shù)據；供應鏈管理系統(tǒng)從MES中獲取當前的訂單狀態(tài)、當前的生產能力以及企業(yè)中生產換班的相互約束關系；客戶關系管理的成功報價與準時交貨則取決于MES所提供的有關生產實時數(shù)據；產品數(shù)據管理中的產品設計信息是基于MES的產品產出和生產質量數(shù)據進行優(yōu)化的；控制模塊則需要時刻從MES中獲取生產配方和操作技術資料來指導人員和設備進行正確地生產。

　　另一方面，MES也要從其它系統(tǒng)中獲取相關的數(shù)據以保證MES在工廠中的正常運行。例如，MES中進行生產調度的數(shù)據來自ERP的計劃數(shù)據；供應鏈的主計劃和調度控制著MES中生產活動的時間安排；PDM為MES提供實際生產的工藝文件和各種配方及操作參數(shù)；從控制模塊反饋的實時生產狀態(tài)數(shù)據被MES用于實際生產性能評估和操作條件的判斷。

　　MES與其它分系統(tǒng)之間有功能重疊的關系，例如MES，CRM，ERP中都有人力資源管理，MES和PDM兩者都具有文檔控制功能，MES和SCM中也同樣有調度管理等等，但各自的側重點是不同的。各系統(tǒng)重疊范圍的大小與工廠的實際執(zhí)行情況有關，而且每個系統(tǒng)的價值又是唯一的。