制造業(yè)車間級管理系統(tǒng)MES及其典型結(jié)構(gòu)

制造業(yè)車間級管理系統(tǒng)（MES）及其典型結(jié)構(gòu)1、概述

制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，在第二產(chǎn)業(yè)中占據(jù)中心地位。伴隨中國加入WTO和經(jīng)濟(jì)全球化，中國正在成為世界制造業(yè)的中心。中國的制造業(yè)企業(yè)面臨日益激烈的國內(nèi)外競爭，如何迅速提高企業(yè)的核心競爭力，很重要的一點(diǎn)，就是以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，加快信息化進(jìn)程，走新型工業(yè)化道路，實(shí)現(xiàn)全社會生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展。

縱觀我國制造業(yè)信息化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，建設(shè)的重點(diǎn)普遍放在ERP管理系統(tǒng)和現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)（ShopFloorControlSystem,SFC）兩個(gè)方面。但是，由于產(chǎn)品行銷在這一、二十年間從生產(chǎn)導(dǎo)向快速地演變成市場導(dǎo)向、競爭導(dǎo)向，因而也對制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的管理和組織提出了挑戰(zhàn)，僅僅依靠ERP和現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)往往無法應(yīng)付這新的局面。

工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem,MES）恰好能填補(bǔ)這一空白。工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)MES是近10年來在國際上迅速發(fā)展、面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。MES可以為用戶提供一個(gè)快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)減低成本、按期交貨、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和提高服務(wù)質(zhì)量。適用于不同行業(yè)（家電、汽車、半導(dǎo)體、通訊、IT、醫(yī)藥），能夠?qū)我坏拇笈可a(chǎn)和既有多品種小批量生產(chǎn)又有大批量生產(chǎn)的混合型制造企業(yè)提供良好的企業(yè)信息管理。目前國外知名企業(yè)應(yīng)用MES系統(tǒng)已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象，國內(nèi)許多企業(yè)也逐漸開始采用這項(xiàng)技術(shù)來增強(qiáng)自身的核心競爭力。2、企業(yè)計(jì)劃層與過程控制層之間的信息“斷層”問題

我國制造業(yè)多年來采用的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)是“由上而下”按計(jì)劃生產(chǎn)。簡單的說是從計(jì)劃層到生產(chǎn)控制層：企業(yè)根據(jù)訂單或市場等情況制定生產(chǎn)計(jì)劃—生產(chǎn)計(jì)劃到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場—組織生產(chǎn)—產(chǎn)品派送。企業(yè)管理信息化建設(shè)的重點(diǎn)也大都放在計(jì)劃層，以進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃管理及一般事務(wù)處理。如ERP就是“位”于企業(yè)上層計(jì)劃層，用于整合企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，編制生產(chǎn)計(jì)劃。在下層的生產(chǎn)控制層，企業(yè)主要采用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、自動(dòng)化檢測儀器、自動(dòng)化物流搬運(yùn)儲存設(shè)備等解決具體生產(chǎn)（制程）的生產(chǎn)瓶頸，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制。

由于市場環(huán)境的變化和現(xiàn)代生產(chǎn)管理理念的不斷更新，一個(gè)制造型企業(yè)能否良性運(yùn)營，關(guān)鍵是使“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”密切配合，企業(yè)和車間管理人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的變化，作出準(zhǔn)確的判斷和快速的應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統(tǒng)的服務(wù)對象是企業(yè)管理的上層，一般對車間層的管理流程不提供直接和詳細(xì)的支持。而現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要在于現(xiàn)場設(shè)備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向管理人員提供現(xiàn)場檢測和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但是本身并非真正意義上的管理系統(tǒng)。所以，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的“斷層”，對于用戶車間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱。比如面對以下車間管理的典型問題，它們就難以給出完善的解決手段：

?出現(xiàn)用戶產(chǎn)品投訴的時(shí)候，能否根據(jù)產(chǎn)品號碼追溯這批產(chǎn)品的所有生產(chǎn)過程信息？能否立即查明它的：原料供應(yīng)商、操作機(jī)臺、操作人員、經(jīng)過的工序、生產(chǎn)時(shí)間日期和關(guān)鍵的工藝參數(shù)？

?同一條生產(chǎn)線需要混合組裝多種型號產(chǎn)品的時(shí)候，能否自動(dòng)校驗(yàn)和操作提示以防止工人部件裝配錯(cuò)誤、產(chǎn)品生產(chǎn)流程錯(cuò)誤、產(chǎn)品混裝和貨品交接錯(cuò)誤？

?過去12小時(shí)之內(nèi)生產(chǎn)線上出現(xiàn)最多的5種產(chǎn)品缺陷是什么？次品數(shù)量各是多少？

?目前倉庫以及前工序、中工序、后工序線上的每種產(chǎn)品數(shù)量各是多少？要分別供應(yīng)給哪些供應(yīng)商？何時(shí)能夠及時(shí)交貨？

?生產(chǎn)線和加工設(shè)備有多少時(shí)間在生產(chǎn)，多少時(shí)間在停轉(zhuǎn)和空轉(zhuǎn)？影響設(shè)備生產(chǎn)潛能的最主要原因是：設(shè)備故障？調(diào)度失誤？材料供應(yīng)不及時(shí)？工人培訓(xùn)不夠？還是工藝指標(biāo)不合理？

?能否對產(chǎn)品的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，精確區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，將質(zhì)量隱患消滅于萌芽之中？

?能否廢除人工報(bào)表，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每個(gè)過程的生產(chǎn)數(shù)量、合格率和缺陷代碼？

MES的定位，是處于計(jì)劃層和現(xiàn)場自動(dòng)化系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的MES系統(tǒng)可以在統(tǒng)一平臺上集成諸如生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可以同時(shí)為生產(chǎn)部門、質(zhì)檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間管理信息服務(wù)。系統(tǒng)通過強(qiáng)調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)實(shí)施完整的閉環(huán)生產(chǎn)，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實(shí)時(shí)化的ERP/MES/SFC信息體系。3、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及其功能

3．1MES的定義

MES是美國管理界90年代提出的新概念。美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR(AdvancedManufacturingResearch)通過對大量企業(yè)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的企業(yè)生產(chǎn)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(HumanMachineInteface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件和以實(shí)現(xiàn)操作過程自動(dòng)化，支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出的三層的企業(yè)集成模型（如圖1）。

MESAInternational(MES國際聯(lián)合會)是以宣傳MES思想和產(chǎn)品為宗旨的貿(mào)易聯(lián)合會，它為了幫助其成員組織在企業(yè)界推廣MES制定了一系列研究、分析和開發(fā)計(jì)劃。MESA協(xié)會白皮書（MESAWhitePaperNo.6，1997）對MES系統(tǒng)作如下之定義：

?MES系統(tǒng)在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品產(chǎn)出的過程中，扮演生產(chǎn)活動(dòng)最佳化的信息傳遞者。

?當(dāng)事件發(fā)生變異時(shí)，借著實(shí)時(shí)正確的信息、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)規(guī)范、原始工作情況、資料反應(yīng)及回饋，作出快速的響應(yīng)以減少無附加價(jià)值之生產(chǎn)活動(dòng)，提升工廠生產(chǎn)制程的效率。

?MES改善生產(chǎn)條件及準(zhǔn)時(shí)出貨、庫存周轉(zhuǎn)、生產(chǎn)毛利及現(xiàn)金流量效益，MES并且也在企業(yè)與供應(yīng)鏈之間提供一個(gè)雙向的生產(chǎn)信息流。

MESA協(xié)會白皮書（MESAWhitePaperNo.3，1997）中提出說明企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）、MES與控制系統(tǒng)間的作業(yè)互動(dòng)與信息流模式，如圖二所示。

圖中左邊ERP等系統(tǒng)需隨時(shí)注意產(chǎn)品庫存量、客戶訂單狀況與材料需求，然后將這些信息傳送至MES，由執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)或安排庫存以滿足客戶訂單需求。對MES而言，這一層就是生產(chǎn)的計(jì)劃層。

中間部分為MES系統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成產(chǎn)品制造工作，產(chǎn)品的規(guī)格、型號、參數(shù)等相關(guān)資料儲存于此系統(tǒng)中，MES將此產(chǎn)品相關(guān)資料轉(zhuǎn)化為作業(yè)程序提供給控制系統(tǒng)之作業(yè)人員或機(jī)器設(shè)備來使用。右邊部分為控制系統(tǒng)，當(dāng)作業(yè)程序、相關(guān)流程、文件及其它相關(guān)生產(chǎn)需求項(xiàng)目就緒，控制系統(tǒng)便運(yùn)用所有工廠內(nèi)相關(guān)資源（軟、硬件及人員）負(fù)責(zé)完成生產(chǎn)制造過程以達(dá)成產(chǎn)品生產(chǎn)目標(biāo)。松甩郵3．欺2早ME傘S的次功能拐誼姻由M瞇ES純的定效義可蝦見，甘ME揉S為竄一系光列管啊理功窮能，殃而并掌非一棚套軟拘件系壟統(tǒng)，何它完瓣全可蠻以是忽各種孤生產(chǎn)鎮(zhèn)管理歐的功窄能軟負(fù)件集艙合?；頜E景SA摟通過股其各疑成員肆的實(shí)島踐歸局納了種十一固個(gè)主底要的垃ME埋S功慚能模易塊，盾包括范：拌刷和工序箭詳細(xì)胸調(diào)度介既澆資源主分配屯和狀較態(tài)管薪理月刊眼生產(chǎn)艘單元丹分配傍在奔過程趴管理膀笛溉人力逮資源學(xué)管理物糧輩維護(hù)句管理鵲霞郊質(zhì)量千管理瀉知夾文檔通控制腎鮮幼產(chǎn)品概跟蹤蓄和產(chǎn)撈品清出單管尺理縫臉窮性能對分析調(diào)和數(shù)鐵據(jù)采奔集發(fā)猾益ME術(shù)S的謎各功爐能模涼型與賢企業(yè)活其它同信息耐化系無統(tǒng)的膏關(guān)系呆如圖招三所絨示。鋒實(shí)際膽的M躍ES貝產(chǎn)品丹可能打同時(shí)熱包含蜻了其摩中一舊個(gè)或版幾個(gè)辨功能騎模塊孫。徒潔肚4、棟ME勒S的卡典型趕結(jié)構(gòu)崖兔愿由于鵝ME群S在頂產(chǎn)品滲從工褲單發(fā)火出到確成品富產(chǎn)出經(jīng)的整檔個(gè)過品程中豬，扮你演生拔產(chǎn)活板動(dòng)最樂佳化挪的“忌信息猜傳遞屑者”宜的角殿色，膊ME棵S必囑然要讓具有宿多種盜功能插并且串能夠槍同時(shí)獵為生沸產(chǎn)、圖質(zhì)檢驢、工堂藝、縮物流紙等多億個(gè)部陵門服陜務(wù)，至這就原決定器了M奶ES童的結(jié)患構(gòu)設(shè)葬計(jì)必躬須滿嶼足以督下原誓則：城喂汪?老ME鐵S應(yīng)余該是隊(duì)一個(gè)攝分布脖式的走計(jì)算燃機(jī)系廳統(tǒng)柔套柔?顛ME印S系靠統(tǒng)能圍夠與擔(dān)企業(yè)抄的其爺他制啞造信堂息系區(qū)統(tǒng)相濃聯(lián)接丹，從刃而提墨供高品效的槽企業(yè)慣管理飲功能糧拆潮杰?泊“它容以生字產(chǎn)行臟為信塊息為褲核心濾，為謝企業(yè)俯決策貿(mào)系統(tǒng)仰提供疏直接冤的支兵持”損(溜ME曲SA鋒1綿99喜7)赤冊艇由于拾工廠雪可能模會從西不同水的軟磨件供穩(wěn)應(yīng)商是購買芹適合唇自己開的M礙ES悅模塊枕，或垃將車演間現(xiàn)某有的鍋各種御管理威系統(tǒng)累集成傅為M筋ES惱功能顯的一籌部分灰，其記結(jié)果中導(dǎo)致對許多梁工廠濃的M肉ES蓬系統(tǒng)悅實(shí)際證上是革一個(gè)敏大雜裝燴。臉每個(gè)飛系統(tǒng)棄都有倆各自樂的處專理邏研輯，扶數(shù)據(jù)身庫，聾數(shù)據(jù)撞模型鮮和通筒信機(jī)謀制。聽又因域?yàn)镸汁ES蹲應(yīng)用圖常常登是要想滿足啦關(guān)鍵騾任務(wù)窯的系盒統(tǒng)，接這樣從的系撥統(tǒng)就雹很難恩隨技云術(shù)的舅更新往而進(jìn)倦行升哲級。閃晨改一個(gè)劉基于川統(tǒng)一碑軟硬謹(jǐn)件平鍋臺的鍛ME按S系鬧統(tǒng)往疲往采誠用工辦業(yè)P椅C/部PL全C/畜HM稠I等夏設(shè)備接作為桐車間予內(nèi)各盤生產(chǎn)卷單元謀（生已產(chǎn)區(qū)修域）顆功能芳站的旋主要超構(gòu)件沖，通抄過對殲各個(gè)當(dāng)生產(chǎn)預(yù)單元蘇的數(shù)勤據(jù)收盯集和其反饋預(yù)，組累成覆曾蓋全濱廠或院者整希個(gè)流困水線采的、扮滿足思閉環(huán)焰生產(chǎn)另管理答需要案的開刺放式絮以太膨網(wǎng)絡(luò)泡。采碑用M必ES李數(shù)據(jù)哪庫服戀務(wù)器庫作為陸系統(tǒng)諷核心授，進(jìn)驅(qū)行實(shí)后時(shí)數(shù)蒙據(jù)存料取和畏比照慰，實(shí)法現(xiàn)生到產(chǎn)信舞息的靜監(jiān)視輔、控稍制和俯生產(chǎn)擴(kuò)過程館的管法理。想系統(tǒng)衛(wèi)以大丙型關(guān)刮系型源數(shù)據(jù)誤庫技綱術(shù)為濃設(shè)計(jì)路基礎(chǔ)茅，便技于大庸量實(shí)廳時(shí)數(shù)槳據(jù)的粗存儲喚、比凱對、傻運(yùn)作使，產(chǎn)發(fā)生各息類統(tǒng)棗計(jì)分緞析報(bào)乓表，并并基絞于穩(wěn)躲定的乓We彎b應(yīng)沙用，好提供抽標(biāo)準(zhǔn)潮的網(wǎng)獅際網(wǎng)含絡(luò)的叉瀏覽嫌查詢盈和遠(yuǎn)埋程資堵料索這取。哪當(dāng)前辮典型拉的M亞ES翅結(jié)構(gòu)境模型篩如圖正四。魂索壘在企之業(yè)內(nèi)朱部，必各功槽能站效通過限局域詞網(wǎng)對待ME積S蟲服務(wù)氏器進(jìn)解行交肯互操研作，接同時(shí)團(tuán)其他請各查暫詢終棚端也寇通過旁局域治網(wǎng)查隨詢M鼻ES趁處田理后宏提供妄的數(shù)撐據(jù)、賭報(bào)表蕉和圖市形。濤在企蠅業(yè)外礦部，谷通過孕In暑te脈rn行et牌可蛙以連桑接到坊ME鑰S，塞在設(shè)童定的煌權(quán)限妻內(nèi)對榜系統(tǒng)屋進(jìn)行頑信息醉發(fā)布否或讀嘩取操明作。肅公司扭內(nèi)部淘管理嶼、外烈部機(jī)邊構(gòu)以阿及其快它相垂關(guān)業(yè)渾務(wù)單喊位通齊過鳴ME止S玉聯(lián)系扯形成明了一旋個(gè)緊燥密的揚(yáng)整體喜，做交到實(shí)剛時(shí)信怨息共杜享，愁使業(yè)社務(wù)流吹程變叢得有攏序而病高效挪。列漁錢5、向ME額S與淡ER借P舒滲貫雖然忌ER加P和旱ME煙S在詠功能詠上具存有非枝常良鳥好的佛互補(bǔ)比性，理但是耀在企音業(yè)信儲息化澇建設(shè)甩過程遍中，老它們統(tǒng)之間士未必顏需要木相互隊(duì)依賴悲于對址方而扁存在揮。在濾生產(chǎn)術(shù)計(jì)劃礙管理蓬、質(zhì)粗量管拖理和際物流獸管理這等方迷面，架ME筐S和遺ER羨P系霜統(tǒng)的百功能埋可以邁互相街延伸弊和對父接，村共同頃構(gòu)建斬更為掩完善鉤的現(xiàn)逮代化峰企業(yè)搬信息音管理沖體系榜。當(dāng)負(fù)企業(yè)腐已經(jīng)血存在叼ER凈P系啊統(tǒng)時(shí)奧，可傲以將擋ME概S與稠ER挺P系安統(tǒng)進(jìn)黑行集勾成，隨以優(yōu)埋化公錯(cuò)司的晉信息潛管理協(xié)，更償加有金力地未保證偉商業(yè)佛目標(biāo)砍的實(shí)繞現(xiàn)。李塞擔(dān)ME摔S與蘇ER滴P系稀統(tǒng)集似成的炭優(yōu)點(diǎn)咳體現(xiàn)喚為：啟域綿?隆進(jìn)一務(wù)步改照進(jìn)現(xiàn)叮有的究操作黑流程壇，實(shí)顯現(xiàn)企鐘業(yè)管冶理層神和車驗(yàn)間管碰理層患一體性化標(biāo)春準(zhǔn)運(yùn)授作，蹤從而冰更加簡有效鉤地縮張短產(chǎn)罷品周窮期，冶提高貴勞動(dòng)噸生產(chǎn)彩率。黎猾場?疾進(jìn)一瞞步改漫造信眉息技急術(shù)基蟻礎(chǔ)設(shè)勁施，朽實(shí)現(xiàn)柄公司劣內(nèi)部得信息壽和數(shù)蜘據(jù)的巡集中怨管理宗，從引根本腹上減指少信紗息和豬數(shù)據(jù)遮內(nèi)部衰流通輛的時(shí)綱間。秧具服?詳配合伶供應(yīng)具鏈管異理(械SC馳M)寇系統(tǒng)許，減間少供趨應(yīng)鏈附成本錯(cuò)，增警強(qiáng)對控顧客司需求親的快字速反秤應(yīng)，扮優(yōu)化益客戶懇服務(wù)煤并提盆高公葉司的傳整體瘡工作苗效率狐。蟲坊坦?傍增加咐財(cái)務(wù)遲系統(tǒng)筋數(shù)據(jù)頑當(dāng)日諸更新誓和管傍理報(bào)師表即填時(shí)統(tǒng)關(guān)計(jì)的玩功能泰，實(shí)薪現(xiàn)當(dāng)暈日結(jié)童帳的予目標(biāo)抱?？灤?細(xì)以實(shí)梨時(shí)數(shù)勒據(jù)為豆依據(jù)痛的生習(xí)成計(jì)必劃更貿(mào)加正轉(zhuǎn)確及圓時(shí)地佩反映慮整個(gè)范生產(chǎn)凍情況咱。窗務(wù)僅6射、M傘ES療的前每景霉為顧ME堵S是蛙面向止車間爹層的須生產(chǎn)格管理清技術(shù)幻與實(shí)榜時(shí)信給息系男統(tǒng)，謀它是罩實(shí)施樹企業(yè)痛敏捷尖制造熊戰(zhàn)略肆，實(shí)仔現(xiàn)車錄間生傅產(chǎn)敏底捷化文的基胞本技呼術(shù)手策段。便由于匹ME密S強(qiáng)稈調(diào)控濤制和嚼協(xié)調(diào)團(tuán),使頸現(xiàn)代羽制造淺業(yè)信菜息系榜統(tǒng)不露僅有焰很好柳的計(jì)考劃系美統(tǒng)，霉而且來能使檔計(jì)劃僵落實(shí)逢到實(shí)按處的魄執(zhí)行煌系統(tǒng)困。因槽此短好短幾旺年間錦ME約S在欲國外客的企須業(yè)中誠迅速她推廣米開來赴，并餅給企鈔業(yè)帶槍來了謝巨大他的經(jīng)飲濟(jì)效可益。傻甩抗我國曲企業(yè)祥實(shí)施僵以M哲RP槳II傾/E佛RP瀉為主腰的企延業(yè)管既理軟既件有潑將近帥20薯年的喂歷史班，在姿業(yè)界訂，存慎在著叢為數(shù)砍龐大呆的E牛RP娘廠商的和開夕發(fā)軍伶團(tuán)，化