1、*制造執(zhí)行系統(tǒng)*Manufacturing Execution System MES產(chǎn)生的背景和定義 MES的模型 MES的信息交互和信息流 MES的發(fā)展 MES的實際意義*MES產(chǎn)生的背景和定義 在制造業(yè)信息化的早期階段，企業(yè)經(jīng)營管理的信息化 與設備管理的自動化作為兩個獨立的分支各自進行發(fā)展。由于不同的部門，基于不同的目標建立起來的一系列單一功能的信息系統(tǒng)，逐漸形成對信息化進程的阻礙：Q信息孤島:企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)調(diào)度、工藝管理、設備維護、物料管理、過程控制等系統(tǒng)之間相互獨立、缺乏數(shù)據(jù)共享，導致相互之間的功能重疊，數(shù)據(jù)冗余等問題。信息孤島使企業(yè)內(nèi)部的信息在水平方向上斷裂，嚴重制約企業(yè)內(nèi)各種系統(tǒng)間的協(xié)

2、調(diào)，降低信息化的整體作用。Q信息斷層：企業(yè)級的經(jīng)營管理系統(tǒng)無法及時準確的得到實際的生產(chǎn)信息，無法有效掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的真* 實情況。信息斷層造成了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營信息在垂直方向上的阻斷，成為阻礙企業(yè)級的經(jīng)營管理系統(tǒng)與車間級的生產(chǎn)管理系統(tǒng)集成的根本原因。 隨著客戶對產(chǎn)品需求的多樣化，制造企業(yè)的生產(chǎn)模式開始由大批量剛性生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多品種小批量的柔性生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。計算機網(wǎng)絡和大型數(shù)據(jù)庫等信息技術(shù)的發(fā)展，使企業(yè)的信息系統(tǒng)開始由局部的、事后處理的方式轉(zhuǎn)向全局的、實時處理方式。但是仍然會面臨信息孤島和信息斷層多帶來的各種問題。例如由于上層生產(chǎn)計* 化管理受市場影響越來越大，計劃跟不上變化。面對客戶對交貨期的苛刻要求，面對

3、更多產(chǎn)品的改型，訂單的不斷調(diào)整，使企業(yè)決策決策者認識到，計劃的制訂要依賴于市場和實際的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，而不能完全以物料和庫存回報來控制生產(chǎn)。同時與低層的生產(chǎn)管理過程之間脫節(jié)的矛盾也日益暴露出來。 如何有效地解決兩者之間的矛盾，充分利用上下層之間的數(shù)據(jù)，提高計劃的實時性和靈活性，同時又能改善生產(chǎn)線的運行效率，成為人們所關注的重點。*Manufacturing Execution SystemManufacturing Execution System制造執(zhí)行系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng) MES提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活動實現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當前的和精

4、確的數(shù)據(jù)，對生動實現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當前的和精確的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進行初始化，及時引導、響應和報告工廠的活產(chǎn)活動進行初始化，及時引導、響應和報告工廠的活動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反應，重點削減不會產(chǎn)生附加值的活動，從而推動有效的應，重點削減不會產(chǎn)生附加值的活動，從而推動有效的工廠運行和過程。工廠運行和過程。國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會* Advanced Manufacturing Research 美國先進制造研究機構(gòu)美國先進制造研究機構(gòu)MES為位于上層計劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間為位于上層計劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的、面向

5、車間層的管理信息系統(tǒng)，的、面向車間層的管理信息系統(tǒng)，MES為操作人為操作人員、管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源員、管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人員、設備、物料、客戶需求等方面人員、設備、物料、客戶需求等方面)的當前狀態(tài)的當前狀態(tài)信息。其著重點是將信息技術(shù)運用于改善制造過信息。其著重點是將信息技術(shù)運用于改善制造過程。程。* National Institute of Standards and Technology 美國國家標準研究所美國國家標準研究所MES為使從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的管理為使從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的管理活動得以優(yōu)化，采集硬件活動得以優(yōu)化，采

6、集硬件/軟件的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信軟件的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。息。* 雖然關于MES的定義存在一些不同的表述，但以下共識還是普遍被接受的：Q MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。Q MES采集從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，目的在于優(yōu)化管理活動。它強調(diào)是當前視角，即精確的實時數(shù)據(jù)。*MES模型計劃層：面向客戶執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場AMR的倡導制造業(yè)三層模型。執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場計劃層：面向客戶執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場計劃層：面向客戶計劃層：面向客戶執(zhí)行層：面向車間

7、生產(chǎn)控制執(zhí)行層：面向車間生產(chǎn)控制控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場控制層：面向生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場圖圖2*Q位于頂層的計劃層通常是MRP(Manufacturing Resource Planning)或ERP(Enterprise Resource Planning)等系統(tǒng)，其作用是管理企業(yè)中的各種資源、管理銷售和服務、制定生產(chǎn)計劃等。Q位于低層的控制層包括DCS（(Distributed Control system）、DNC (Distributed Numerical Control)、PLC、SCADA（supervisory control and Data Acquisition）等系統(tǒng)其作用是對

8、生產(chǎn)過程和設備的控制。*Q位于中間層的MES面向工廠管理的生產(chǎn)調(diào)度設備管理質(zhì)量管理物料跟蹤等系統(tǒng)。MES填補計劃層和控制層之間的空白作用。計劃層的業(yè)務系統(tǒng)生成的生產(chǎn)計劃（計劃要做什么）被MES傳遞給生產(chǎn)現(xiàn)場，來自控制層的生產(chǎn)實際狀態(tài)（實際做了什么）通過MES報告給計劃層的業(yè)務系統(tǒng)。*MES 的信息交互和信息流 制造執(zhí)行系統(tǒng)是面向制造過程的，它必然與其它的制造管理系統(tǒng)共享和交互信息，這些系統(tǒng)包括供應鏈管理(Supply Chain Management，SCM)、企業(yè)資源計劃管理(ERP)、銷售和客戶服務管理(Sales and Service Management，SSM)、產(chǎn)品及產(chǎn)品工藝管理

9、(Product & Process Engineering，P&PE)以及生產(chǎn)底層控制管理等管理系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)起到連接以上各信息系統(tǒng)的信息集線器的作用，制造執(zhí)行系統(tǒng)與以上各信息系統(tǒng)之間都存在著功能信息的重疊，圖3反映了MES與企業(yè)其他管理系統(tǒng)之間的關系。*供應鏈管理SCM產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES銷售客戶服務管理SSM底層生產(chǎn)管理控制Control企業(yè)資源計劃ERP銷售客戶服務管理SSM供應鏈管理SCM銷售客戶服務管理SSM企業(yè)資源計劃ERP供應鏈管理SCM銷售客戶服務管理SSM產(chǎn)品及工藝管理P/PE企業(yè)資源計劃ERP供應鏈管理SCM底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服

10、務管理SSM制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務管理SSM產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務管理SSM企業(yè)資源計劃ERP產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務管理SSM供應鏈管理SCM企業(yè)資源計劃ERP產(chǎn)品及工藝管理P/PE制造執(zhí)行系統(tǒng)MES底層生產(chǎn)管理控制Control銷售客戶服務管理SSM圖3* MESA給出了在企業(yè)生產(chǎn)管理中ERP層、MES層和底層控制系統(tǒng)之間的操作、交互活動和信息流，如圖所示。資源檢查資源檢查/車間生產(chǎn)車間生產(chǎn)計劃制定計劃制定/下發(fā)工單下發(fā)工單/在制品跟蹤

11、在制品跟蹤任務狀態(tài)任務狀態(tài)設備狀態(tài)設備狀態(tài)加工參數(shù)加工參數(shù)訂單狀態(tài)訂單狀態(tài)在制品狀態(tài)在制品狀態(tài)質(zhì)量數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)歷史記錄歷史記錄底層控制系統(tǒng)MESERP/MRP生產(chǎn)指令生產(chǎn)指令控制參數(shù)控制參數(shù)制造信息制造信息物料庫存物料庫存產(chǎn)品需求產(chǎn)品需求生產(chǎn)計劃生產(chǎn)計劃客戶訂單客戶訂單設備信息設備信息工裝信息工裝信息人員信息人員信息圖4* ERP系統(tǒng)根據(jù)客戶訂單制定產(chǎn)品需求，安排生產(chǎn)計劃任務給MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)通過任務單和來自車間層的資源狀態(tài)信息制訂生產(chǎn)指令和控制參數(shù)給底層控制系統(tǒng)，底層控制系統(tǒng)將生產(chǎn)現(xiàn)場的設備信息、工裝信息和人員信息以及任務狀態(tài)、設備狀態(tài)和加工參數(shù)傳遞給MES系統(tǒng)，使MES系統(tǒng)完成資源檢

12、查、在制品跟蹤功能和控制加工過程功能，并根據(jù)底層提供的信息對車間生產(chǎn)計劃的制定、實時調(diào)度、現(xiàn)場控制指令等做出實時調(diào)整。同時，ERP系統(tǒng)可以查詢訂單狀態(tài)、在制品狀態(tài)和其他性能數(shù)據(jù)以便作出符合實際的預測和決策。* 從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題是長期的生產(chǎn)計劃(時間因子100倍)，執(zhí)行層系統(tǒng)考慮的問題是中長期的生產(chǎn)計劃(時間因子10倍)，控制層系統(tǒng)則必須實時地接收生產(chǎn)指令，使設備正常加工運轉(zhuǎn)(時間因子1倍)。它們相互關聯(lián)、互為補充，實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。圖5* MES的運行流程* MES的運行流程* MES的運行流程*MES的發(fā)展 傳統(tǒng)的MES (Traditional MES，

13、T-MES)大致可分為兩大類： Q 專用的MES 系統(tǒng)(Point MES) 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(chǎn)監(jiān)控、有限能力調(diào)度或是SCADA等。 Q 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，如航空、裝配、半導體、食品和衛(wèi)生等行業(yè)，目前也拓展到整個工業(yè)領域。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， 但仍然是針對一個特定的行業(yè)，缺少通用性和集成能力。* 由于T-MES系統(tǒng)是基于預先設定的程式進行系統(tǒng)開發(fā)的，因此此類系統(tǒng)成本高、效率低，并隱含較大的風險。具體表現(xiàn)如下：Q 通用性差 目前市場上

14、的T-MES系統(tǒng)，由于沒有一定的技術(shù)規(guī)范指導，針對不同的行業(yè)的MES功能基本上無法借鑒和使用，使得系統(tǒng)開發(fā)周期長、投資大，限制MES的快速發(fā)展。Q 可集成性弱 目前某些集成功能的MES雖然能實現(xiàn)與上層事務處理和下層控制系統(tǒng)的集成，但也僅僅局限某個特定的系統(tǒng)，用戶在選擇MES產(chǎn)品時受到很大限制。*Q 缺乏互操作性 企業(yè)采用的數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)是異構(gòu)的，在分布式生產(chǎn)環(huán)境下，需要從不同的MES系統(tǒng)中裁剪不同的功能以滿足某個特定任務的需要，實現(xiàn)互操作。Q 重構(gòu)能力差 不同的行業(yè)、不同的企業(yè)其生產(chǎn)組織模式不盡相同，信息系統(tǒng)必須具有可重構(gòu)能力，即根據(jù)不同的需要搭建相應的模式。Q 敏捷性差 敏捷性在生產(chǎn)中表現(xiàn)

15、為對市場的快速響應和對實際生產(chǎn)環(huán)境的應變能力，在信息系統(tǒng)中表現(xiàn)為系統(tǒng)的可重構(gòu)、可重用和可擴展。* AMR研究小組在分析信息技術(shù)的發(fā)展和MES的應用前景的基礎上提出可集成MES (Integratable MES)。它是將模塊化應用組件技術(shù)應用到MES系統(tǒng)開發(fā)中，是兩類T-MES系統(tǒng)的結(jié)合。從表現(xiàn)形式上，它具有專用MES系統(tǒng)的特點，即T-MES的部分功能可作為可重用組件單獨銷售；同時具有集成MES的特點，即可實現(xiàn)上下層之間的集成。 從系統(tǒng)功能講，它與T-MES沒有多大的區(qū)別，主要的區(qū)別在于軟件系統(tǒng)本身的體系結(jié)構(gòu)和開發(fā)技術(shù)手段不同，從而帶來質(zhì)的飛躍。* MES的實際意義 在許多工廠中其全廠管理的功

16、能目前仍然由文件和人工系統(tǒng)進行，通常有經(jīng)驗的人員執(zhí)掌著工廠生產(chǎn)效益的鑰匙。在大多數(shù)運行中，人工系統(tǒng)和有經(jīng)驗人員的判斷總是起著重要作用. 但是，市場要求產(chǎn)品的品種和數(shù)量經(jīng)常變化，靠人工和經(jīng)驗調(diào)整生產(chǎn)顯然效率低、反應慢、缺乏競爭力。而且人工系統(tǒng)也不可能適應產(chǎn)品、工藝、技術(shù)和用戶要求日趨加速的變化。如圖7采用MES取代人工決策的工廠信息系統(tǒng) *供應鏈管理ERP運行操作系統(tǒng)人員/文件經(jīng)驗/實踐銷售/服務管理產(chǎn)品/過程工程PLC電機驅(qū)動數(shù)據(jù)采集手動控制DCS控制控制自動化，儀表，設備實現(xiàn)實現(xiàn)MES之前之前供應鏈管理ERP銷售/服務管理產(chǎn)品/過程工程自動化，儀表，設備PLC電機驅(qū)動數(shù)據(jù)采集手動控制DCSM

17、ES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預的操作運行管理系統(tǒng)實現(xiàn)實現(xiàn)MES之后之后供應鏈管理運行操作系統(tǒng)ERP供應鏈管理運行操作系統(tǒng)銷售/服務管理ERP供應鏈管理運行操作系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程銷售/服務管理ERP供應鏈管理運行操作系統(tǒng)人員/文件產(chǎn)品/過程工程銷售/服務管理ERP供應鏈管理運行操作系統(tǒng)經(jīng)驗/實踐人員/文件產(chǎn)品/過程工程銷售/服務管理ERP供應鏈管理運行操作系統(tǒng)控制控制供應鏈管理ERP供應鏈管理銷售/服務管理ERP供應鏈管理運行操作系統(tǒng)銷售/服務管理ERP供應鏈管理產(chǎn)品/過程工程運行操作系統(tǒng)銷售/服務管理ERP供應鏈管理人員/文件產(chǎn)品/過程工程運行操作系統(tǒng)銷售/服務管理ERP供應鏈管理經(jīng)驗/實踐人員/

18、文件產(chǎn)品/過程工程運行操作系統(tǒng)銷售/服務管理ERP供應鏈管理自動化，儀表，設備自動化，儀表，設備經(jīng)驗經(jīng)驗/實踐實踐人員人員/文件文件產(chǎn)品產(chǎn)品/過程過程工程工程運行操作系統(tǒng)運行操作系統(tǒng)銷售銷售/服務管理服務管理ERP供應鏈管理供應鏈管理產(chǎn)品/過程工程自動化，儀表，設備MES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預的操作運行管理系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程自動化，儀表，設備ERPMES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預的操作運行管理系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程自動化，儀表，設備供應鏈管理ERPMES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預的操作運行管理系統(tǒng)產(chǎn)品/過程工程自動化，儀表，設備銷售銷售/服務管理服務管理供應鏈管理供應鏈管理ERPMES集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成生產(chǎn)數(shù)據(jù)有人員干預的有人員干預的操作運行管理系統(tǒng)操作運行管理系統(tǒng)產(chǎn)品產(chǎn)品/過程過程工程工程自動化，儀表，設備自動化，儀表，設備PLC電機驅(qū)動數(shù)據(jù)采集PLC電機驅(qū)動手動控制數(shù)據(jù)采集PLC電機驅(qū)動DCS手動控制數(shù)據(jù)采集PLC電機驅(qū)動PLCDCS手動控制數(shù)據(jù)采集PLC電機驅(qū)動電機驅(qū)動PLCDCS手動控制數(shù)據(jù)采集PLC電機驅(qū)動數(shù)據(jù)采集電機驅(qū)動PLCDCS手動控制數(shù)據(jù)采