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

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、設備維護管理、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)信息。

MES 的產(chǎn)生背景

當前許多企業(yè)已經(jīng)做了很多信息化項目，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)的報表、手工操作實現(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)不準確、不完整。使企業(yè)在生產(chǎn)方面無法準確進行各項分析，做到精細化管理。為企業(yè)的效益打了折扣。

同時，在 ERP 應用過程中，無法將計劃實時，準確下達到車間，也無法實時準確獲得車間生產(chǎn)的反饋，缺失了對生產(chǎn)的監(jiān)控。要把 ERP 的計劃與生產(chǎn)實時關(guān)聯(lián)起來。MES 作為一個橋梁就應運而生，彌補了企業(yè)信息化架構(gòu)斷層的問題。

MES 的發(fā)展歷程

20世紀80年代末，美國先進制造研究機構(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)展趨勢等問題進行了詳盡的闡述；

1999年，美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）在MESA白皮書的基礎(chǔ)上，發(fā)布有關(guān)MES模型的報告，將MES有關(guān)概念標準化。

專用的MES (Point MES)。它主要是針對某個特定的領(lǐng)域問題而開發(fā)的系統(tǒng)，如車間維護、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)起初是針對一個特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設計的，如今已拓展到許多領(lǐng)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。

可集成的MES(I-MES)。它將模塊化應用組件技術(shù)應用到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，即I-MES中的部分功能作為可重用組件單獨銷售；又具有集成化MES的特點，即能實現(xiàn)上下兩層之間的集成。 I-MES還具有能實現(xiàn)客戶化、可重構(gòu)、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遺留系統(tǒng)的保護，以及即插即用等功能。

智能化第二代MES(MESII)。其核心目標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)來更方便地進行生產(chǎn)管理，它通過分布在設備中的智能來保證車間生產(chǎn)的自動化

下一代MES(MOM)。其顯著的特點是強調(diào)生產(chǎn)同步性（協(xié)同），支持網(wǎng)絡化制造。它通過MES引擎在一個和幾個地點來進行工廠的實時生產(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)營達到同步化。

在應用方面國內(nèi)的 MES 明顯落后與發(fā)達國家，這幾年隨著國家推進智能制造，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驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)中分析。

過程管理：監(jiān)視生產(chǎn)過程，自動糾偏或為操作者提供決策支持以糾正和改善在制活動。 它可包括報警管理。可能通過數(shù)據(jù)采集/獲取提供智能設備與MES的接口。 （NIST認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，是因為該活動可能由一個單獨的系統(tǒng)來執(zhí)行）

維護管理：跟蹤和指導設備及工具的維護活動以保證這些資源在制造進程中的可獲性，保證周期性或預防性維護調(diào)度，以及對應急問題的反應（報警），并維護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：提供所有時期工作及其處置的可視性。其狀態(tài)信息可包括：誰在進行該工作；供應者提供的零件、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)建一個歷史記錄，該記錄給予零件和每個末端產(chǎn)品使用的可跟蹤性。

性能分析：提供實際制造操作活動的最新報告，以及與歷史記錄和預期經(jīng)營結(jié)果的比較。運行性能結(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、與標準的一致性等指標的度量

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，如設備維護或組裝調(diào)整。 （該功能為NIST所追加，它認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)場設備、現(xiàn)場采集系統(tǒng)等

MES 的業(yè)務價值

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

加強各生產(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)計分析的及時性、準確性，避免人為干擾，促使企業(yè)管理標準化。

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

實時掌控計劃、調(diào)度、質(zhì)量、工藝、裝置運行等信息情況，使各相關(guān)部門及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。提高制造系統(tǒng)對變化的響應能力以及客戶服務水平； 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：為何實施MES？外國也有同論：Why MES ？因為許多規(guī)劃是先實施ERP，后實施MES。因此產(chǎn)生了為ERP實施MES的結(jié)論。其實不盡然。

① 企業(yè)生存環(huán)境的客觀需要

因為工廠級、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，信息的及時性、準確性，隨時面臨的計劃變動，越來越小的任務單元，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從時間空間角度以及業(yè)務鏈條看，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，在實施ERP的過程中，人們發(fā)現(xiàn)：ERP的規(guī)模大、周期長，導致ERP項目有46%逾期完成；支出多、投入大，導致41%超過預算；多種原因致使49%沒有達到預期的社會效益、經(jīng)濟效益和目標。其中一個重要因素是與生產(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層的工作是分別進行的，因此產(chǎn)生了兩個問題：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，以硬設備為主，主要面向操作工人，實現(xiàn)生產(chǎn)過程操作運轉(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)運行管理軟件為主，主要面向生產(chǎn)管理人員，實現(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)。突出實時制造性能監(jiān)控、實時運營智能等管理理念。

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)營計劃層面與生產(chǎn)過程控制層面之間，實現(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個功能：

★ 生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控；

★ 作業(yè)計劃和排產(chǎn)；

★ 工藝規(guī)格標準管理；

★ 數(shù)據(jù)采集（裝置在線連接采集實時數(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）；

★ 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）；

★ 設備維護；

★ 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個功能實現(xiàn)的整體解決方案稱為MESⅡ（Manufacturing Execution Solution）。其中生產(chǎn)資源計劃、排產(chǎn)與調(diào)度是主線。如圖所示。

實施MES的關(guān)鍵

① 對企業(yè)制造執(zhí)行能力進行分析

MES是制造執(zhí)行系統(tǒng)，為生產(chǎn)制造管理服務，旨在提高生產(chǎn)制造執(zhí)行能力和水平。因此，實施MES前，首要問題是對現(xiàn)有的制造執(zhí)行能力進行評估。從制造戰(zhàn)略、制造質(zhì)量、供應鏈協(xié)調(diào)、信息收集、績效管理與改進、制造與IT基礎(chǔ)設施等角度把企業(yè)的制造執(zhí)行能力成熟程度劃分為劣、可、良、優(yōu)、未來追求目標共5個等級。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)進行評價，找出差距，定出目標。

② 選好功能模塊

MES系統(tǒng)中最重要的模塊——生產(chǎn)運行管理模塊的核心，即生產(chǎn)計劃、統(tǒng)計與調(diào)度。生產(chǎn)運行的基礎(chǔ)是設備及其運行，因此設備管理模塊和數(shù)據(jù)采集和存儲（實時數(shù)據(jù)庫），也應是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)的進步，企業(yè)管理的空間、時間范圍在擴大，同時管理的細度或粒度又在縮小。從宏觀和微觀上都要求可視化和實時化，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)是實時績效管理、制造績效服務，如圖所示。

結(jié)論：

★ 信息化普遍設計為有機相連的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問的。 ERP不能代替MES，對流程行業(yè)尤其是這樣。

★以DCS為重點的控制系統(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重點關(guān)注“人、財、物”的“物”，”產(chǎn)、供、銷”的“產(chǎn)”，以及生產(chǎn)運行的“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”。

★實施MES可先從基礎(chǔ)的、基本的模塊做起，再實施擴充的、增強的、高級的模塊。

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

★除了選取MES應用模塊、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。