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制造执行系统(MES)的由来与应用 |
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作者：陈宗舜 梁长虹 来源：雅式工业专网 |
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本文在论证企业信息化系统中建立执行监控考核系统必要性的基础上，阐述了制造执行系统（MES）的出现、发展和上世纪90年代在美国制造企业中取得的效益，同时还介绍了MES在中国的应用情况。
一、国内外对企业管理信息化效益的评述
怎样提高企业信息化的效益，这是企业必须认真思考与解决的问题。除了在系统设计与实施时要解决系统集成、数据共享、应用先进制造技术优化产品开发、制造工艺与生产经营管理外，建立一个全公司范围内，应用信息技术的执行监控考核系统是企业方针、目标及各项计划实现的保证，也是建立先进制造模式、实现企业信息化的必由之路。
现代管理学指出，管理的职能由计划、组织、控制、处理（协调）四大部分组成。其中控制即为保证实际工作与计划、组织工作相一致而采取的一切行动，而处理（协调）正是对执行过程中所发生的一切事项的协调处理与考核。图1是现代管理职能的示意图。
图1 现代管理职能的示意图
ERP系统是以计划为主的企业资源优化系统，是解决企业生产过程中时间与数量的优化问题，ERP解决企业生产过程中的问题如图2。
图2 ERP系统中MRP解决的问题
因此企业信息化系统中ERP系统是建立解决企业生产过程中时间与数量的优化问题，至于怎样贯彻落实ERP计划、保证计划的执行，ERP系统没有提出解决方案。一般由人工系统处理，处理信息返回到ERP系统中，这样不但处理速度慢，不及时，而且处理时以处理人的意见为准，不一定准确，并且使整个信息系统中断。根据以上情况，已有企业提出建立执行监控考核系统。执行监控考核系统的目标是通过执行监控考核系统保证ERP系统中计划的实现，解决生产、工作过程中各岗位职责的监控与考核，是图1所示执行管理职能的第三项的一部分和第四项的内容。这正是目前ERP系统中不包括的内容，也是技术信息系统（TIS）、产品数据管理（PDM）不包括的内容，它是整个企业信息系统中ERP、TIS、PDM功能的延伸。
所以在企业信息化系统中建立执行监控考核系统是信息化系统正常运行与取得实际效果的保证。根据今后五至十年企业发展的要求及企业集成信息系统的要求，建立公司执行监控考核系统，应作为整个系统的基础支柱之一。
二、制造执行系统（MES）的出现和发展
近几年国外MES(Manufacturing Execution System)制造执行系统的理念及软件逐渐成熟。MES作为生产形态变革的产物，其起源大多源自工厂的内部需求，传统的MES（Traditional MES，T-MES）就是从上个世纪70年代的零星车间级应用发展起来的。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。
MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时做出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对生产过程进行相应的指导和处理。
国际权威机构先进制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）于1992年提出了三层的企业集成模型，将企业分为三个层次：计划层（MRPII/ERP）、执行层（MES）、控制层（Control），如图3和图4所示。图5和图6是计算机辅助生产管理及MES的发展过程。 
图3 很多企业出现的计画层与控制层断层 图4 AMR公司的三层企业集成模型
图5 电脑辅助生产管理的发展过程
图6 MES的发展过程
经过几十年计算机辅助生产管理的发展，在积累了相当的经验后，逐渐形成了一些从事MES开发的专业公司，并且其系统也有了相当成熟的标准。通常他们都是针对特定的生产类型，或特定的功能需求而开发出较为标准化的MES，并拥有了一定的市场份额。总的来说T-MES可大致分为两大类：专用的MES系统（Point MES）和集成的MES系统（Integrated MES）。专用的MES是指为解决某个特定领域问题，如车间维护、生产调度而开发的单独应用系统。集成的MES则是针对特定行业如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业而设计的，具有一定的通用性。并且逐步加强了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成能力。
MES系统是多种生产过程控制和管理功能的软件集合，MESA（MES国际联合会）通过对其成员的大量实践进行了总结，归纳了11个主要的功能模块，如图7所示： 
图7 MES国际联合会归纳的MES系统
三、MES的效益
据美国MESA协会统计，MES效益见表1。 表1 美国MESA协会在1996年所做的调查统计资料
 四、MES在中国的应用
近十多年来，中国通过863 CIMS项目应用的研究和推广，大大提高了企业的竞争力，使中国的制造业水平上了一个崭新的台阶。但是，中国制造业水平与发达国家相比还有较大的差距。
在工厂自动化FA（Factory Automation）方面，中国的制造业企业过去多是强调物流自动化，如自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流运输存储设备等等。虽然它们能取代不少人工劳动并解决了一些生产瓶颈，但由于缺少相应的信息集成系统，这些系统不能充分发挥其功效而形成所谓的“自动化孤岛”。
制造业水平的提高，不单是制造设备的自动化，提高生产管理信息系统的效率显得更为重要。在中国，MRPII、ERP已逐渐趋于成熟与普及，而面向制造执行层的MES软件在开发与应用方面还比较薄弱。
随着企业信息化应用水平的不断提高，企业逐渐认识到实现企业计划层与车间执行层的双向信息流交互，通过连续信息流来实现企业信息全集成，是提高企业敏捷性的一个重要因素。
因此，通过MES来实现企业信息的全集成，形成实时化的ERP、MES、SFC（车间作业控制）是提高企业整体管理水平的关键，这对制造业整体水平的提升具有重要意义。
“十五”期间，国家863项目研究将MES作为重点研究课题，流程工业领域MES成为技术研究的突破口。
流程工业最突出的特点是：生产线自动化程度高；制造过程的信息已经取得；具备了信息数据基础；MES的重要性充分显现出来，企业对MES产生了迫切需求；流程工业MES实施条件基本成熟。由此，在2001年，国家863/CIMS主题将流程工业中钢铁、石化行业的MES技术和应用的研究作为重点项目立项，下达了首批研究课题，最终目标是获得MES技术研究成果、形成系统、实现产品的工程应用。
2005年，由上海宝信软件公司联合清华大学、浙江大学、上海交大、东北大学、大连理工、冶金自动化院等六家研究单位和院校共同承担的国家863计划“冶金工业MES架构和关键技术研究与示范应用” 课题攻克了冶金企业实际生产中的动态优化调度技术、网络环境下物流管理与控制技术、面向决策和操作的全面质量管理技术、生产全过程的动态成本控制技术、设备故障监测与评价分析技术、数据分析与挖掘技术、冶金过程流程模拟技术、结构化MES软件产品的设计、开发与系统集成等重大关键技术，提出了符合中国国情并具有国际先进水平的钢铁制造业MES控制策略与产品构架，制定出了行业推荐标准《企业信息化技术规范 制造执行系统（MES）》。基于该标准，开发完成了中国首套“冶金工业MES软件”产品，填补了国内流程工业MES领域内的一项空白，并在国内市场上与外国最先进的MES软件供应商的竞争中，以技术、价格等综合优势取得了绝对的胜利。在上海一钢公司、上海益昌薄板公司、马钢、涟钢、邯郸钢铁、包头钢铁、吉林通钢及梅山公司等等也都得到了成功的应用。此外，除了在这些钢铁行业以外，宝信的MES现已延伸到了金属和铝等其它行业。
而石化行业的排头兵中石化2004年开发出了具有自主知识产权、符合中国石化企业特色的中国石化MES系统，称为S–MESV1.0版，已经通过了863专家组评审通过，现在已经在发挥作用。
在离散型制造企业如何应用MES系统？在工厂底层自动化完善的车间或工厂，实施MES比较容易。由于底层自动化加工设备能自动将加工信息收集返回到MES中, MES根据返回信息进行生产控制，调整或变更生产计划，实施车间生产控制。“北一大隈”是北京第一机床厂与日本大隈合资企业，由于工厂底层自动化完善，解决了车间作业信息自动收集与返回，与ERP中车间控制等模块的联接，实现MES功能。
但是目前中国制造企业底层自动化都不完善，通过自动化返回信息进行生产控制不可能一步到位，必须根据底层自动化水平的提高，局部完善。目前实施MES的实时生产信息必须有人工收集与输入。机床行业计算机应用技术专家委员会正在与双叶家具实业有限公司研究离散型制造企业中底层自动化不完善情况下MES的实施。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(6/29/2007) |
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