MES 的定義

MES(Manufacturing Execution System), 制造執(zhí)行系統(tǒng)，是面向車間生產(chǎn)的管理系統(tǒng)。MESA 對 MES 的定義為：在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品完工的過程中，制造執(zhí)行系統(tǒng)起到傳遞信息以優(yōu)化生產(chǎn)活動的作用。

在生產(chǎn)過程中，借助實(shí)時(shí)精確的信息、MES引導(dǎo)、發(fā)起、響應(yīng)，報(bào)告生產(chǎn)活動。作出快速的響應(yīng)以應(yīng)對變化, 減少無附加價(jià)值的生產(chǎn)活動，提高操作及流程的效率。MES提升投資回報(bào)、凈利潤水平、改善現(xiàn)金流和庫存周轉(zhuǎn)速度、保證按時(shí)出貨。MES保證了整個(gè)企業(yè)內(nèi)部及供應(yīng)商間生產(chǎn)活動關(guān)鍵任務(wù)信息的雙向流動。

MESA 提出了 MES 的功能組件和集成模型，定義了11個(gè)模塊，包括：資源管理、工序管理、單元管理、生產(chǎn)跟蹤、性能分析、文檔管理、人力資源管理、設(shè)備維護(hù)管理、過程管理、質(zhì)量管理和數(shù)據(jù)采集。

MES是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間、 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(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)信息。

MES 的產(chǎn)生背景

當(dāng)前許多企業(yè)已經(jīng)做了很多信息化項(xiàng)目，包括 CRM , ERP, PLM, SCM, OA等。這些系統(tǒng)為企業(yè)的管理帶來了不少收益。但是這些系統(tǒng)都未能支持到車間生產(chǎn)層面。企業(yè)上游管理與車間生產(chǎn)之間沒有數(shù)據(jù)的傳遞。

多數(shù)企業(yè)車間執(zhí)行過程是依靠紙質(zhì)的報(bào)表、手工操作實(shí)現(xiàn)上下游的溝通。這種方式非常低效，并且產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不完整。使企業(yè)在生產(chǎn)方面無法準(zhǔn)確進(jìn)行各項(xiàng)分析，做到精細(xì)化管理。為企業(yè)的效益打了折扣。

同時(shí)，在 ERP 應(yīng)用過程中，無法將計(jì)劃實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確下達(dá)到車間，也無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲得車間生產(chǎn)的反饋，缺失了對生產(chǎn)的監(jiān)控。要把 ERP 的計(jì)劃與生產(chǎn)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)起來。MES 作為一個(gè)橋梁就應(yīng)運(yùn)而生，彌補(bǔ)了企業(yè)信息化架構(gòu)斷層的問題。

MES 的發(fā)展歷程

20世紀(jì)80年代末，美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AMR)首先提出MES的概念

1992年，美國成立以宣傳MES思想和產(chǎn)品為宗旨的貿(mào)易聯(lián)合會——MES國際聯(lián)合會（MESA International

1997年，MESA發(fā)布修訂后的6個(gè)關(guān)于MES的白皮書，對MES的定義與功能、 MES與相關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)流程、應(yīng)用MES的效益、MES軟件評估與選擇以及MES發(fā)展趨勢等問題進(jìn)行了詳盡的闡述；

1999年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）在MESA白皮書的基礎(chǔ)上，發(fā)布有關(guān)MES模型的報(bào)告，將MES有關(guān)概念標(biāo)準(zhǔn)化。

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

集成的MES(Integrated MES)。該類系統(tǒng)起初是針對一個(gè)特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設(shè)計(jì)的，如今已拓展到許多領(lǐng)域，如航空、裝配、半導(dǎo)體、食品和衛(wèi)生等行業(yè)，在功能上它已實(shí)現(xiàn)了與上層事務(wù)處理和下層實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的集成。

可集成的MES(I-MES)。它將模塊化應(yīng)用組件技術(shù)應(yīng)用到MES的系統(tǒng)開發(fā)中, 是前兩類MES系統(tǒng)的結(jié)合：既具有專用MES系統(tǒng)的特點(diǎn)，即I-MES中的部分功能作為可重用組件單獨(dú)銷售；又具有集成化MES的特點(diǎn)，即能實(shí)現(xiàn)上下兩層之間的集成。 I-MES還具有能實(shí)現(xiàn)客戶化、可重構(gòu)、可擴(kuò)展和互操作等特性，能方便地實(shí)現(xiàn)不同廠商之間的集成和遺留系統(tǒng)的保護(hù)，以及即插即用等功能。

智能化第二代MES(MESII)。其核心目標(biāo)是通過更精確的過程狀態(tài)跟蹤和更完整的數(shù)據(jù)記錄以獲取更多的數(shù)據(jù)來更方便地進(jìn)行生產(chǎn)管理，它通過分布在設(shè)備中的智能來保證車間生產(chǎn)的自動化

下一代MES(MOM)。其顯著的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)同步性（協(xié)同），支持網(wǎng)絡(luò)化制造。它通過MES引擎在一個(gè)和幾個(gè)地點(diǎn)來進(jìn)行工廠的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息和過程管理以協(xié)同企業(yè)所有的生產(chǎn)活動，建立過程化、敏捷化、有效的組織和級別化的管理使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營達(dá)到同步化。

在應(yīng)用方面國內(nèi)的 MES 明顯落后與發(fā)達(dá)國家，這幾年隨著國家推進(jìn)智能制造，MES在國內(nèi)市場已經(jīng)出現(xiàn)了較大的需求。

MES 功能介紹

質(zhì)量管理：及時(shí)提供產(chǎn)品和制造工序測量尺寸分析以保證產(chǎn)品質(zhì)量控制，并辨別需要引起注的問題。它可推薦一些矯正問題的措施。也可以包括SPC/SQC跟蹤、離線檢測操作以及在實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)中分析。

過程管理：監(jiān)視生產(chǎn)過程，自動糾偏或?yàn)椴僮髡咛峁Q策支持以糾正和改善在制活動。 它可包括報(bào)警管理?？赡芡ㄟ^數(shù)據(jù)采集/獲取提供智能設(shè)備與MES的接口。 （NIST認(rèn)為過程管理活動已在分派與質(zhì)量管理中描述；MESA將其單列，是因?yàn)樵摶顒涌赡苡梢粋€(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)來執(zhí)行）

維護(hù)管理：跟蹤和指導(dǎo)設(shè)備及工具的維護(hù)活動以保證這些資源在制造進(jìn)程中的可獲性，保證周期性或預(yù)防性維護(hù)調(diào)度，以及對應(yīng)急問題的反應(yīng)（報(bào)警），并維護(hù)事件或問題的歷史信息以支持故障診斷。

產(chǎn)品跟蹤和譜系：提供所有時(shí)期工作及其處置的可視性。其狀態(tài)信息可包括：誰在進(jìn)行該工作；供應(yīng)者提供的零件、物料、批量、序列號；任何警告、返工或與產(chǎn)品相關(guān)的其它例外信息。其在線跟蹤功能也創(chuàng)建一個(gè)歷史記錄，該記錄給予零件和每個(gè)末端產(chǎn)品使用的可跟蹤性。

性能分析：提供實(shí)際制造操作活動的最新報(bào)告，以及與歷史記錄和預(yù)期經(jīng)營結(jié)果的比較。運(yùn)行性能結(jié)果包括對諸如資源利用率、資源可獲取性、產(chǎn)品單位周期、與排程表的一致性、與標(biāo)準(zhǔn)的一致性等指標(biāo)的度量

物料管理：管理物料（原料、零件、工具）及可消耗品的移動、緩沖與儲存。這些移動可能直接支持過程操作或其它功能，如設(shè)備維護(hù)或組裝調(diào)整。 （該功能為NIST所追加，它認(rèn)為上述物料管理活動與資源分配和跟蹤功能的關(guān)系并不明確）

MES 與其他 IT 系統(tǒng)關(guān)系

MOM/MES 處于計(jì)劃系統(tǒng)與現(xiàn)場采集系統(tǒng)的中間位置，起著承上啟下的橋梁作用。MES天生就需要與眾多的IT系統(tǒng)打交道，這些系統(tǒng)主要包括ERP、SCM、WMS、PDM、CRM、現(xiàn)場設(shè)備、現(xiàn)場采集系統(tǒng)等

MES 的業(yè)務(wù)價(jià)值

優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)制造管理模式，強(qiáng)化過程管理和控制，均衡企業(yè)資源的利用率，優(yōu)化產(chǎn)能，提高運(yùn)作效率，達(dá)到精細(xì)化管理目的。

加強(qiáng)各生產(chǎn)部門的協(xié)同辦公能力，提高工作效率、降低生產(chǎn)成本。

提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，避免人為干擾，促使企業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化。

為企業(yè)的產(chǎn)品、中間產(chǎn)品、原材料等質(zhì)量檢驗(yàn)提供有效、規(guī)范的管理支持。

實(shí)時(shí)掌控計(jì)劃、調(diào)度、質(zhì)量、工藝、裝置運(yùn)行等信息情況，使各相關(guān)部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。提高制造系統(tǒng)對變化的響應(yīng)能力以及客戶服務(wù)水平； 最終可利用 MES系統(tǒng)建立起規(guī)范的生產(chǎn)管理信息平臺，使企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)場控制層與管理層之間的信息互聯(lián)互通，以此提高企業(yè)核心競爭力。

為何實(shí)施MES？

MES一詞相對其他信息系統(tǒng)在中國流行較晚。很多企業(yè)決策者開始常提到：為何實(shí)施MES？外國也有同論：Why MES ？因?yàn)樵S多規(guī)劃是先實(shí)施ERP，后實(shí)施MES。因此產(chǎn)生了為ERP實(shí)施MES的結(jié)論。其實(shí)不盡然。

① 企業(yè)生存環(huán)境的客觀需要

因?yàn)楣S級、車間級管理面臨著新的挑戰(zhàn)：需要上下游車間的高效溝通，信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，隨時(shí)面臨的計(jì)劃變動，越來越小的任務(wù)單元，越來越高的質(zhì)量追溯要求，管理人員成本的不斷升高等。

② 企業(yè)管理的內(nèi)在規(guī)律

MES從時(shí)間空間角度以及業(yè)務(wù)鏈條看，是企業(yè)管理中的不可或缺的領(lǐng)域和環(huán)節(jié)。

③ 是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果

信息技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用，首先是解決生產(chǎn)過程控制的問題，而且發(fā)展迅速。接著就是提升經(jīng)營管理水平和手段，產(chǎn)生了以ERP為代表的一大批軟件。

但是，在實(shí)施ERP的過程中，人們發(fā)現(xiàn)：ERP的規(guī)模大、周期長，導(dǎo)致ERP項(xiàng)目有46%逾期完成；支出多、投入大，導(dǎo)致41%超過預(yù)算；多種原因致使49%沒有達(dá)到預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和目標(biāo)。其中一個(gè)重要因素是與生產(chǎn)現(xiàn)場的連接與集成被忽略了，而生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，即完美的生產(chǎn)信息是ERP的基礎(chǔ)，是集成的關(guān)鍵。

由于ERP層和DCS層的工作是分別進(jìn)行的，因此產(chǎn)生了兩個(gè)問題：一是橫向系統(tǒng)之間的信息孤島（Island of Information），二是ERP和DCS兩層之間形成缺損環(huán)或斷缺鏈接（Missing Ring or Link）。這也是催生MES的重要原因。

因此，國際上公認(rèn)的信息化總體架構(gòu)是原則上將框架劃分為3層：PCS層、MES層、ERP層。

PCS層為底層，以硬設(shè)備為主，主要面向操作工人，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程操作運(yùn)轉(zhuǎn)自動化，減少操作工人編制；

MES層為中間層，承上啟下，以生產(chǎn)運(yùn)行管理軟件為主，主要面向生產(chǎn)管理人員，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理信息化，以及管理組織的扁平化和緊密化；

ERP層為最高層，以經(jīng)營管理軟件為主，主要面向經(jīng)營管理和決策人員，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營決策管理信息化以及管理組織的扁平化和集約化。

近期從最上層分離出決策層，演變成4層結(jié)構(gòu)。突出實(shí)時(shí)制造性能監(jiān)控、實(shí)時(shí)運(yùn)營智能等管理理念。

MES的功能地位

MES主要管理4種資源，包括生產(chǎn)活動中的人力資源（Personnel Resources）、生產(chǎn)設(shè)備（Equipment）、物料和能源（Material and Energy）以及工藝過程鏈（Process Segments）；在企業(yè)經(jīng)營計(jì)劃層面與生產(chǎn)過程控制層面之間，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力信息的交換、產(chǎn)品信息的交換、生產(chǎn)調(diào)度信息的交換、生產(chǎn)績效信息的交換（4P交換功能）。

AMR組織定義的MES有11個(gè)功能：

★ 生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控；

★ 作業(yè)計(jì)劃和排產(chǎn)；

★ 工藝規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)管理；

★ 數(shù)據(jù)采集（裝置在線連接采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各種參數(shù)信息，控制系統(tǒng)接口，生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄、質(zhì)量數(shù)據(jù)、績效信息、臺賬累計(jì)）；

★ 作業(yè)員工管理；

★ 產(chǎn)品質(zhì)量管理；

★ 過程管理（過程控制、APC、基于模型的分析與模擬、與外部解析系統(tǒng)接口）；

★ 設(shè)備維護(hù)；

★ 績效分析；

★ 生產(chǎn)單元調(diào)度；

★ 產(chǎn)品跟蹤。

AMR組織則又把按著11個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的整體解決方案稱為MESⅡ（Manufacturing Execution Solution）。其中生產(chǎn)資源計(jì)劃、排產(chǎn)與調(diào)度是主線。如圖所示。

實(shí)施MES的關(guān)鍵

① 對企業(yè)制造執(zhí)行能力進(jìn)行分析

MES是制造執(zhí)行系統(tǒng)，為生產(chǎn)制造管理服務(wù)，旨在提高生產(chǎn)制造執(zhí)行能力和水平。因此，實(shí)施MES前，首要問題是對現(xiàn)有的制造執(zhí)行能力進(jìn)行評估。從制造戰(zhàn)略、制造質(zhì)量、供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)、信息收集、績效管理與改進(jìn)、制造與IT基礎(chǔ)設(shè)施等角度把企業(yè)的制造執(zhí)行能力成熟程度劃分為劣、可、良、優(yōu)、未來追求目標(biāo)共5個(gè)等級。使用該成熟度模型，根據(jù)企業(yè)目前狀況和環(huán)境對企業(yè)的要求，對企業(yè)進(jìn)行評價(jià)，找出差距，定出目標(biāo)。

② 選好功能模塊

MES系統(tǒng)中最重要的模塊——生產(chǎn)運(yùn)行管理模塊的核心，即生產(chǎn)計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)與調(diào)度。生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)是設(shè)備及其運(yùn)行，因此設(shè)備管理模塊和數(shù)據(jù)采集和存儲（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫），也應(yīng)是MES的基本模塊。一般還有產(chǎn)品質(zhì)量管理模塊，成本管理模塊，物料平衡與倉儲管理模塊等。目前，隨著管理的集約化和精細(xì)化，又有新的需求。產(chǎn)生了新的信息技術(shù)和軟件，增加了MES的功能。

③ 做好集成

隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，企業(yè)管理的空間、時(shí)間范圍在擴(kuò)大，同時(shí)管理的細(xì)度或粒度又在縮小。從宏觀和微觀上都要求可視化和實(shí)時(shí)化，這就需要集成技術(shù)。一是MES各模塊的集成，二是MES和PCS層面、ERP層面的集成，三是企業(yè)內(nèi)部與企業(yè)外部的集成。目前流行的理念和技術(shù)是實(shí)時(shí)績效管理、制造績效服務(wù)，如圖所示。

結(jié)論：

★ 信息化普遍設(shè)計(jì)為有機(jī)相連的3或4層架構(gòu)。

★ERP與MES的界限是模糊的，有些功能有重疊。所以，其模塊邊界的劃分是有學(xué)問的。 ERP不能代替MES，對流程行業(yè)尤其是這樣。

★以DCS為重點(diǎn)的控制系統(tǒng)，以ERP為代表的經(jīng)營管理系統(tǒng)，以MES為核心的生產(chǎn)運(yùn)行指揮調(diào)度系統(tǒng)，是企業(yè)信息化的3大領(lǐng)域，其中MES的效率和效益最具潛力。

★MES重點(diǎn)關(guān)注“人、財(cái)、物”的“物”，”產(chǎn)、供、銷”的“產(chǎn)”，以及生產(chǎn)運(yùn)行的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”。

★實(shí)施MES可先從基礎(chǔ)的、基本的模塊做起，再實(shí)施擴(kuò)充的、增強(qiáng)的、高級的模塊。

★沒有一家的產(chǎn)品能包打天下。MES模塊應(yīng)優(yōu)中選優(yōu)，再通過第三方集成平臺軟件進(jìn)行綜合集成是上策。

★除了選取MES應(yīng)用模塊、軟件外，選取集成商或主承包商提供整體解決方案和集成最關(guān)鍵。