制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的發(fā)展和挑戰(zhàn)

1、小議制造執(zhí)行系統(tǒng)（ MES ）的發(fā)展和挑戰(zhàn)上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所 彭 瑜2004-3-10 13:27:33當(dāng)前擺在人們面前的嚴(yán)峻問(wèn)題是， 如何使對(duì)企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資能迅速取得回報(bào)？ 看來(lái)正確認(rèn)識(shí) MES 的作用和正確地發(fā)揮 MES 的作用是非常關(guān)鍵的事情。本文將重點(diǎn)放在 至今在國(guó)內(nèi)尚未引起足夠注意的 MES ，以期對(duì)這個(gè)溝通 ERP 和生產(chǎn)制造的控制系統(tǒng)之間的 關(guān)鍵環(huán)節(jié)給予應(yīng)有的重視。引言20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)日益增加，信息技術(shù)的發(fā)展極為迅速，市場(chǎng)環(huán) 境發(fā)生了根本性的變化。 顧客驅(qū)動(dòng)已成為市場(chǎng)的主要特征， 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要素涉及到工控時(shí)間、 質(zhì)量、 價(jià)格、服務(wù)和環(huán)境。

2、 而信息技術(shù)的廣泛采用， 使得以顧客訂貨和市場(chǎng)需求為軸心的生 產(chǎn)活動(dòng)已可以不受時(shí)間和地域的限制，競(jìng)爭(zhēng)的高科技含量因此大大提高了。面對(duì)激烈競(jìng)爭(zhēng)， 企業(yè)界的重要對(duì)策就時(shí)采用將制造技術(shù)與信息技術(shù)、 自動(dòng)化技術(shù)、 現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué) 技術(shù)有機(jī)融合的新一代先進(jìn)制造技術(shù)。以此為契機(jī)，企業(yè)資源計(jì)劃ERP和制造執(zhí)行系統(tǒng) MES從理念發(fā)展到軟件平臺(tái)， 再形成完整的系統(tǒng)， 并開(kāi)始了較為廣泛的應(yīng)用。 它們或以軟件平臺(tái) 形式出現(xiàn)， 或以系統(tǒng)形式出現(xiàn)， 或以應(yīng)用服務(wù)的形式出觀， 這預(yù)示著人類(lèi)正在進(jìn)入電子商務(wù) 和電子制造完美結(jié)合的新時(shí)代。ERP立足于經(jīng)濟(jì)全球化的環(huán)境，面向正在迅速形成的供應(yīng)鏈，從企業(yè)全局的角度對(duì)經(jīng)營(yíng)

3、和生產(chǎn)進(jìn)行全面計(jì)劃，并實(shí)施企業(yè)資源的一體化管理。它以財(cái)務(wù)管理為核心，將資金流、物 流與信息流加以有機(jī)結(jié)合，使整體價(jià)值鏈管理的概念得以實(shí)現(xiàn)。它集成了供應(yīng)鏈管理功能， 強(qiáng)調(diào)供應(yīng)商、 制造商與分銷(xiāo)商之間的新型伙伴關(guān)系， 支持企業(yè)后勤管理， 形成對(duì)市場(chǎng)快速響 應(yīng)的能力。 它強(qiáng)調(diào)企業(yè)流和半制成品的管理， 通過(guò)對(duì)半制成品的管理實(shí)現(xiàn)企業(yè)的人員、 財(cái)務(wù)、 制造與銷(xiāo)售之聞的整合，支持企業(yè)業(yè)務(wù)過(guò)程重組。按理，在生產(chǎn)制造計(jì)劃中，ERP支持MES的管理模式，通過(guò) MES支持不同行業(yè)（就大的分類(lèi)而言，主要是離散制造業(yè)，流程工業(yè)和批 量流程工業(yè)）的管理模式。但仍然需要化大力氣去解決ERP與MES之間如何針對(duì)特定工業(yè)企業(yè)建

4、立協(xié)同作用的解決方案和實(shí)際存在的問(wèn)題。在典型的ERP軟件平臺(tái)中，財(cái)務(wù)管理（包括會(huì)計(jì)核算，財(cái)務(wù)管理）、生產(chǎn)控制（包括生產(chǎn) 計(jì)劃，制造 ） 、物流管理 （包括采購(gòu)，庫(kù)存管理，銷(xiāo)售 ）和人力資源管理等是基本功能模塊。 過(guò)去的若干年來(lái)，ERP在國(guó)內(nèi)得到了較廣泛的重視，一些企業(yè)花了大量資金上ERP但就一般情況而言，商業(yè)企業(yè)從ERP中獲得的利益比較明顯，而工業(yè)企業(yè)卻沒(méi)有那么幸運(yùn)，甚至受 到不同程度的損害。這一現(xiàn)象并非我國(guó)獨(dú)有，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也是如此。美國(guó)ARC公司調(diào)查 結(jié)果顯示，53%的客戶(hù)反映ERP對(duì)工廠(chǎng)生產(chǎn)存在負(fù)面影響。怪不得有人說(shuō)：不上ERP是等死, 上了 ERP找找死。這里反映出在ERP實(shí)施過(guò)程中

5、確實(shí)存在一些不可忽視的問(wèn)題，其中最主要的是光有ERP并不能幫助和指導(dǎo)工廠(chǎng)分析其生產(chǎn)的瓶頸，改進(jìn)和控制產(chǎn)品的質(zhì)量， 以及對(duì)具體的產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行排產(chǎn)； ERP不但沒(méi)有調(diào)動(dòng)工廠(chǎng)管理人員的積極性，反而把他們降格為一種 信息的收集者；ERP雖有生產(chǎn)控制模塊，但難以真正在工廠(chǎng)層中使用。如果不加分析和改進(jìn) 這些問(wèn)題，其結(jié)果則是將 IT 推離、而不是融人工廠(chǎng)的生產(chǎn)活動(dòng)。但是對(duì)于一個(gè)企業(yè)，如果僅僅從生產(chǎn)工廠(chǎng)的視角來(lái)分析其在競(jìng)爭(zhēng)中所處的地位，顯然是短視的。即使是最好的 MES解決方案，對(duì)于整個(gè)企業(yè)來(lái)講， 也不過(guò)是提供一個(gè)相對(duì)狹窄的視 角，缺乏在管理層為進(jìn)行決策支持所需要的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)的廣度和深度。這就啟示我們，完整

6、的、能夠引導(dǎo)一個(gè)企業(yè)保持長(zhǎng)期的業(yè)務(wù)利益和價(jià)值的企業(yè)信息系統(tǒng)，必須是控制、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和企業(yè)規(guī)劃系統(tǒng) ERP三者協(xié)同作用的整合。可惜的是，在人們認(rèn)識(shí)到ERP的重要 作用的同時(shí)，并不曾給予 MES足夠的重視，更何況上ERP項(xiàng)目動(dòng)輒要投資上千萬(wàn)， 甚至上億 元。一般中小企業(yè)難以承擔(dān)， 即使是大型企業(yè)花那么多錢(qián)也不是輕而易舉的。當(dāng)前擺在人們面前的嚴(yán)峻問(wèn)題是，如何使對(duì)企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資能迅速取得回報(bào)？看來(lái)正確認(rèn)識(shí)MES的作用和正確地發(fā)揮 MES勺作用是非常關(guān)鍵的事情。本文將重點(diǎn)放在至今在國(guó)內(nèi)尚未引起足 夠注意的MES以期對(duì)這個(gè)溝通 ERP和生產(chǎn)制造的控制系統(tǒng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)(見(jiàn)圖1)給予應(yīng)有的重

7、視。圖1 MES是上承ERP下接控制系統(tǒng)的橋梁一、MES的定義按照國(guó)際MES協(xié)會(huì)所給出的定義，MES提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過(guò)程的生產(chǎn)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的信息。 它采用當(dāng)前的和精確的數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行初始化，及時(shí)引導(dǎo)、響應(yīng)和報(bào)告工廠(chǎng)的活動(dòng)，對(duì)隨時(shí)可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反應(yīng)，重點(diǎn)削減不會(huì)產(chǎn)生附加值的活動(dòng)，從而推動(dòng)有效的工廠(chǎng)運(yùn)行和過(guò)程。MES改善運(yùn)行設(shè)備的回報(bào)，以及改善及時(shí)交貨、庫(kù)存周轉(zhuǎn)、毛利和現(xiàn)金流通性能。MES通過(guò)雙向通信，提供整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)以及供應(yīng)鏈中以任務(wù)作為關(guān)鍵因素的(mission critical)信息。其關(guān)鍵詞是精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這是以業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的(transac

8、tion-based)ERP和MRP-n系統(tǒng)未曾加以考慮的。美國(guó)AMF研究公司對(duì) MES也有自己的定義：MES是個(gè)常駐工廠(chǎng)層的信息系統(tǒng)，介于企 業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的計(jì)劃系統(tǒng)與主生產(chǎn)過(guò)程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。它以當(dāng)前視角向操作人員/管理人員提供生產(chǎn)過(guò)程的全部資源 (人員，設(shè)備，材料,工具和客戶(hù)要求)的數(shù)據(jù)和信息。其著重點(diǎn)是將信息技術(shù)運(yùn)用于改善制造過(guò)程。在AMR勺MES集成企業(yè)模型中分為 3層:承擔(dān)企業(yè)全面管理，包括會(huì)計(jì)/財(cái)務(wù)系統(tǒng)的管理決策層ERP承擔(dān)工廠(chǎng)級(jí)協(xié)調(diào)/跟蹤跋現(xiàn)并監(jiān)控趨勢(shì)的執(zhí)行層 MES承擔(dān)工廠(chǎng)生產(chǎn)控制的控制層。 美國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)研究所（NIST）有關(guān)MES 定義的表述是：為使從接受訂貨到制成最終

9、產(chǎn)品全過(guò)程的管理活動(dòng)得以?xún)?yōu)化，采集硬件嗽件的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。由上可知，關(guān)于MES的定義存在一些不同的表述。但是，以下幾點(diǎn)共識(shí)還是普遍被接受的：*MES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁。*MES采集從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過(guò)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(dòng)。它強(qiáng)調(diào)是當(dāng)前視角，即精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。*從對(duì)實(shí)時(shí)的要求而言，如果說(shuō)控制層要求的實(shí)時(shí)的時(shí)間系數(shù)為1，那么,MES的時(shí)間系數(shù)為10,ERP的時(shí)間系數(shù)為100（見(jiàn)圖2）。A ± 1 f. HU A * H 4MM t 4 i廠(chǎng)MA 赫 g K»n*dM f 0 a1_

10、1;iwI,ft 十fRF5圖2 MES中數(shù)據(jù)流和響應(yīng)時(shí)間要求二、我們?yōu)槭裁葱枰?MES?在許多工廠(chǎng)中，全廠(chǎng)管理的功能目前仍然由文件和人工系統(tǒng)進(jìn)行，通常有經(jīng)驗(yàn)的人員執(zhí)掌著工廠(chǎng)生產(chǎn)效益的鑰匙。在大多數(shù)運(yùn)行中，人工系統(tǒng)和有經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行人員的判斷總是起著重 要作用（見(jiàn)圖3）。但是，市場(chǎng)要求產(chǎn)品的品種和數(shù)量經(jīng)常變化，靠人工和經(jīng)驗(yàn)調(diào)整生產(chǎn)顯然 效率低、反應(yīng)慢、缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。而且人工系統(tǒng)也不可能適應(yīng)產(chǎn)品、工藝、技術(shù)和用戶(hù)要求日 趨加速的變化。由于生產(chǎn)運(yùn)行變化如此迅速，MES的信息的及時(shí)性要求以分，甚至秒的速度進(jìn)行反應(yīng)，此時(shí)光靠人恐怕不行。因此，采用MES帶來(lái)的效益不言而喻（圖4）。R B ”EM | 圖3工廠(chǎng)信

11、息系統(tǒng)在許多時(shí)候還由人來(lái)決策M(jìn) t S.人千 JliRAKHftS km»frUfi«9KKT- fx i alnt I1 解ft Mf4唐列廠(chǎng)存Tn廠(chǎng)益具"圖4采用MES取代人工決策的工廠(chǎng)信息系統(tǒng)ERP/ MRP勺環(huán)境是以具體事務(wù)為基礎(chǔ)的。其數(shù)據(jù)交換系對(duì)生產(chǎn)調(diào)度、運(yùn)輸安排或?qū)ιa(chǎn)計(jì)劃要求的響應(yīng)。 與此不同的是，控制的決策必須在秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)完成，它對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、操作人員，或?qū)Σ牧系牟僮餍枨笞鞒鲰憫?yīng)。顯然，實(shí)時(shí)環(huán)境和實(shí)時(shí)響應(yīng)的差異影響著絕大多數(shù)的具體事務(wù)和在控制層的執(zhí)行。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和控制流在 ERP與控制層之間存在著巨大的鴻溝。傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)向主管財(cái)務(wù)的總

12、經(jīng)理和財(cái)務(wù)管理負(fù)責(zé)人報(bào)告，居于管理層；而傳統(tǒng)的工程生產(chǎn)信息則向負(fù)責(zé)生產(chǎn)的總經(jīng)理報(bào)告；職責(zé)不同，相互之間的溝通不一定能做到及時(shí)且細(xì)致深入。與此相反，MES能提供的材料數(shù)據(jù)是與生產(chǎn)消耗相關(guān)的，同時(shí)能生成基于精確執(zhí)行時(shí)間 的材料供應(yīng)提前量， 這將改善倉(cāng)儲(chǔ)控制。 準(zhǔn)確的生產(chǎn)模型是與實(shí)際測(cè)量相對(duì)于計(jì)劃時(shí)間表的 關(guān)系緊緊相連的，因而可用來(lái)修正過(guò)程模型，而且有助于精確表達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)時(shí)行為。在當(dāng)今激烈競(jìng)爭(zhēng)的世界經(jīng)濟(jì)中， 要占有“最有價(jià)值”的地位， 必須使企業(yè)具有最好的質(zhì) 量、最佳的客戶(hù)服務(wù)、 最低的制造成本、 快速響應(yīng)以及靈活性的特點(diǎn)。 而要達(dá)到這樣的水平， 就必須在正確的時(shí)間提供正確的信息才可能進(jìn)行最佳的

13、決策。 這就要求不斷地對(duì)公用的數(shù)據(jù) 庫(kù)進(jìn)行改善，同時(shí)讓每個(gè)部門(mén)都擁有把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用信息的工具。怎么能做到這些呢?唯有MES才能真正向企業(yè)提供以上這些功能。三、MES在信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的地位主要的制造信息系統(tǒng)有：ERP企業(yè)資源計(jì)劃）、SCM供應(yīng)鏈管理）、SSM銷(xiāo)售和服務(wù)管理）、 P/ PE（產(chǎn)品和過(guò)程工程），以及MES制造執(zhí)行系統(tǒng)）和控制。這些系統(tǒng)每一個(gè)都有其一定的 功能，包括若干不同的模塊。它們間存在一些重疊，如調(diào)度可能出現(xiàn)在MES和SCM勞務(wù)管理出現(xiàn)在MES SSM ERP中的人力資源（HR）功能模塊中；文件管理出現(xiàn)在 MES和P/PE;過(guò) 程管理出現(xiàn)于MES和控制中。ERP包括財(cái)務(wù)、訂

14、貨管理、生產(chǎn)和材料計(jì)劃，以及相關(guān)功能；SCM包括預(yù)測(cè)、分配和后勤、運(yùn)輸管理、電子商務(wù)以及高級(jí)計(jì)劃系統(tǒng)；SSM包括銷(xiāo)售力自動(dòng)化、產(chǎn)品配置、服務(wù)報(bào)價(jià)、產(chǎn)品返回等；P/ PE包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造 （CAD/CAM）過(guò)程建模以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 （即PDM）控制包括DCS PLC SCADA DNC分布式數(shù)控），以及其它計(jì)算機(jī)化控制裝置。四、MES與其它系統(tǒng)的關(guān)系圖5給出了 MES和 ERR SCM SSM P/PE,以及控制系統(tǒng)之間實(shí)施數(shù)據(jù)交換的相互關(guān) 系，主要是：MES作為生產(chǎn)制造系統(tǒng)的核心向其它系統(tǒng)提供有關(guān)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)：MES向 ERP提供實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如成本、周期時(shí)間、產(chǎn)出和其它生產(chǎn)數(shù)據(jù)。MES

15、向 SCM提供實(shí)際訂貨狀態(tài)、生產(chǎn)能力和容量、班次間（shift-to-shift）的約束等。MES向 SSM提供在一定時(shí)間內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備和能力成功進(jìn)行報(bào)價(jià)和交貨期的數(shù)據(jù)。MES向 P/ PE提供有關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)出和質(zhì)量的實(shí)際數(shù)據(jù)，便于CAACAM乍適當(dāng)調(diào)整。MES向控制提供在一定時(shí)間內(nèi)使整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備以?xún)?yōu)化的方式進(jìn)行生產(chǎn)的工藝規(guī)程、配方和指令等，將其下載。01硯屮“開(kāi)貳旳丙札的關(guān)系復(fù)艱圖5 MES與其它系統(tǒng)的關(guān)系模型五、其它信息系統(tǒng)向 MES提供的數(shù)據(jù)MES也從其它系統(tǒng)取得數(shù)據(jù)，以保證工廠(chǎng)的智能化操作運(yùn)行。例如ERP的生產(chǎn)計(jì)劃模塊供給MES乍工作調(diào)配；供應(yīng)鏈向MES提供計(jì)劃和調(diào)度是為了確定工廠(chǎng)生產(chǎn)活動(dòng)

16、的時(shí)間表；銷(xiāo)售/服務(wù)的配置和報(bào)價(jià)模塊為MES提供生產(chǎn)信息的底線(xiàn)；P/ PE向MES發(fā)出工作指令、配方（recipe,泛指一組相互關(guān)連的工藝數(shù)據(jù)，也可能是一組材料的比例）、工藝規(guī)程和運(yùn)行參數(shù)；來(lái)自控制的數(shù)據(jù)用作測(cè)量實(shí)際性能和操作條件。六、MES勺功能模型按照MESA的定義,MES共有11個(gè)功能模塊（見(jiàn)圖6）,包括：資源（包括機(jī)械設(shè)備、工具、 熟練勞工、材料、其它設(shè)備及文檔等）配置和狀態(tài)模塊；生產(chǎn)單元（以任務(wù)、訂單、批次、批量和工作命令等形式表達(dá)）調(diào)度模塊；數(shù)據(jù)采集/獲取模塊； 質(zhì)量管理模塊；維護(hù)管理模塊； 性能分析（提供不超過(guò)以分為計(jì)時(shí)單位的實(shí)際制造運(yùn)行結(jié)果的報(bào)告，包括SP（/ SQC模塊；運(yùn)行

17、細(xì)節(jié)計(jì)劃編制與調(diào)度（提供按分鐘為時(shí)間單位編制的基于優(yōu)先級(jí)、屬性、特性和/或與 具體特性相關(guān)的配方、工藝等的安排順序）模塊；文件/文檔控制模塊；勞務(wù)管理模塊；過(guò)程管理（監(jiān)控生產(chǎn)，并自動(dòng)校正或向操作人員提供決策支持，以校正和改善生產(chǎn)流程中的活 動(dòng)）模塊；產(chǎn)品跟蹤模塊。圖6 MES的功能模型由于每個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)和流通流程不同，還有其特定的行規(guī)，不同的行業(yè)對(duì)MES的要求和著重點(diǎn)是完全不同的。例如電子工業(yè)通常要求 MES著重于建立精確的產(chǎn)品記錄，即使在產(chǎn)品 經(jīng)常變化以及工藝和設(shè)計(jì)經(jīng)常變化的情況下仍有精確記錄。紡織行業(yè)、食品工業(yè)以及許多批量處理的行業(yè)使用 MES是為了改善設(shè)備利用率，保證不問(wèn)斷的批量記錄，進(jìn)

18、行配方管理和加 速生產(chǎn)過(guò)程。宇航和軍工企業(yè)需要 MES能滿(mǎn)足在線(xiàn)的工作指令，在加工過(guò)程中保持出錯(cuò)幾乎 為零，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行完整的歷史記錄以保證法規(guī)和用戶(hù)的檢驗(yàn)，以及跟蹤大項(xiàng)目的進(jìn)程。 制藥行業(yè)通常要求 MES能精確地進(jìn)行便于管理的批量記錄，證明產(chǎn)品符合法規(guī)。甚至同一個(gè)行業(yè)中不同企業(yè)也各具特色，所以MES軟件包總是針對(duì)某一個(gè)行業(yè)的特定要求而開(kāi)發(fā)的。而且 MES具體的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和應(yīng)用服務(wù)的工作量相當(dāng)大，也相當(dāng)專(zhuān)業(yè)化。這就往往造成 MES的開(kāi)發(fā)成本和應(yīng)用成本過(guò)高，反過(guò)來(lái)又影響MES大面積的推廣應(yīng)用。七、MES帶來(lái)的效益基于MES用戶(hù)的經(jīng)驗(yàn)，使用 MES所帶來(lái)的效益很可觀。相比于其它任何制造軟件,MES

19、應(yīng)該是最具吸引力的：平均減少制造周期時(shí)間45%; 般減少數(shù)據(jù)輸入時(shí)間為75%以上；平均減少半成品（WIP）24 %:平均減少為交班而準(zhǔn)備的紙面工作61% ;平均減少引導(dǎo)時(shí)間27%.;平均減少紙面工作和設(shè)計(jì)藍(lán)圖所帶來(lái)的損失56% :平均減少產(chǎn)品缺陷 18%。以上列舉的若干統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是由國(guó)際MESA協(xié)會(huì)通過(guò)調(diào)查研究確定的，具有充分的根據(jù)。八、ISASP95-正在形成中的 MES標(biāo)準(zhǔn)為了進(jìn)一步規(guī)范 MES正在制定和發(fā)展企業(yè)信息整合 (集成)標(biāo)準(zhǔn)和模型，但是大多數(shù)是針對(duì)一種特定的工業(yè)門(mén)類(lèi)或類(lèi)似的幾種工業(yè)門(mén)類(lèi)的。例如，歐洲技術(shù)委員會(huì)CEN TC310WGI正在為制造業(yè)制訂高級(jí)信息集成解決方案。Aache

20、nln formati on Systems在為化學(xué)工業(yè)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)(meta-database)信息集成。ISO正在開(kāi)發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP(STandard forExchange ofProductdata)。從 1997 年開(kāi)始美國(guó)儀表學(xué)會(huì)啟動(dòng)了編制ISASP95企業(yè)控制系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)的工作，還有ISA的批量控制標(biāo)準(zhǔn)ISASP&已經(jīng)成為ISA正式標(biāo)準(zhǔn)的ISA SP95.00.01企業(yè)控制系統(tǒng)集成第 1部份模型和專(zhuān)用術(shù)語(yǔ) 目前已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織IEC/ISO所接受，正在發(fā)展成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它詳細(xì)規(guī)定了業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)和后勤支持系統(tǒng)與生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)之間的接口。其功能模型(參見(jiàn)圖7)主要

21、依據(jù)國(guó)際MES協(xié)會(huì)提出的模型和美國(guó)普渡大學(xué)著名教授T. Williams指導(dǎo)下提出普渡企業(yè)參考體系結(jié)構(gòu)PERA圖7 ISA SP95的功能模型ISASP95.00.01的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 4種主要資源類(lèi)型，即人員、材料、設(shè)備和流程段(process segme nt)。前3種資源定義表示人員、材料和設(shè)備的信息，可進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換；第 4種資源從制造流程的角度向經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)提供關(guān)于材料、勞力和設(shè)備的計(jì)劃和成本的信 息。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了 4個(gè)附加的交換信息集合：生產(chǎn)能力信息、產(chǎn)品信息、生產(chǎn)要求和生產(chǎn)響 應(yīng)。這些信息的動(dòng)態(tài)交換通常是在系統(tǒng)之間進(jìn)行，也是當(dāng)前大多數(shù)經(jīng)營(yíng)管理與制造信息集成的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)定義了這

22、類(lèi)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和表達(dá)這些信息之間的復(fù)雜相互關(guān)系的方法。生產(chǎn)能力界定經(jīng)營(yíng)管理調(diào)度所需要的信息；產(chǎn)品界定包括生產(chǎn)一種單一產(chǎn)品(或某種產(chǎn)品的一個(gè)生產(chǎn)批次)所需要的材料、設(shè)備和人員。生產(chǎn)要求或稱(chēng)排產(chǎn)調(diào)度(preductionschedules)界定安排其進(jìn)行生產(chǎn)的工廠(chǎng)及相關(guān)材料、 設(shè)備和人員。 生產(chǎn)響應(yīng)或稱(chēng)生產(chǎn)特性則界定實(shí)際生產(chǎn)的工廠(chǎng) 和實(shí)際所用的材料、設(shè)備和人員。ISAS795. 00. 02企業(yè)控制系統(tǒng)集成第 2部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性在2001年上半年成為ISA的正式標(biāo)準(zhǔn)。 該部分并未增加任何有關(guān)集成模型的新概念， 但是對(duì)第 1 部分所定義的內(nèi)容作 出詳細(xì)的規(guī)定， 并通過(guò)舉例和圖解進(jìn)行進(jìn)一步的解釋。 例

23、如按可使用的人員、 所用的材料和 已加工的材料所用的設(shè)備， 以及所用的排產(chǎn)調(diào)度和成本控制的流程段來(lái)描述生產(chǎn)信息。在該標(biāo)準(zhǔn)的第 1 和第 2 部分沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)之間的信息交換規(guī)定一種正式的協(xié)議或詳盡的格式，僅僅提供了發(fā)生交換的基礎(chǔ)。 正在編制中的第 3 部分將要定義為了最終達(dá)到企業(yè)信息集成，而必須對(duì)發(fā)生在生產(chǎn)制造與經(jīng)營(yíng)管理和后勤支持系統(tǒng)之間的各種活動(dòng)進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)采集的模型。ISA SP95 的第三部分試圖通過(guò)定義和詳細(xì)規(guī)定發(fā)生在管理層與制造層之間的數(shù)據(jù)流和 功能來(lái)重點(diǎn)解決互操作性的問(wèn)題。 它定義最小或基本功能 (組件 ) ，以及包括支持管理層與制 造層之間交換信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)流。借助于用一種共同語(yǔ)言，使

24、用戶(hù)和MES開(kāi)發(fā)、供應(yīng)商都能以更有效和精確的方法交流、描述自己的要求，表達(dá)可提供MES軟件包和服務(wù)的能力。 該標(biāo)準(zhǔn)還具備靈活性，允許MES開(kāi)發(fā)、供應(yīng)商增加其附加值的功能。例如一個(gè)用戶(hù)要實(shí)現(xiàn)一種新 的數(shù)據(jù)歷史記錄功能，他發(fā)現(xiàn)由SP95定義的8個(gè)數(shù)據(jù)歷史記錄功能中 5個(gè)可滿(mǎn)足其要求。如果某種功能超出了 SP95的范圍，那么用戶(hù)可以尋求一個(gè)供應(yīng)商，其軟件產(chǎn)品既符合 SP95, 又能提供額外的功能。對(duì)ISA SP95標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是，它必須滿(mǎn)足多種工業(yè)和行業(yè)對(duì)企業(yè)信息集成的需要。 它必須搞成一個(gè)適用于食品工業(yè)、 化學(xué)工業(yè)， 以及電子工業(yè)這些不同類(lèi)型的工業(yè)的跨行業(yè)的 定義集合，從而保證 SP95可以成

25、為復(fù)蓋離散型制造業(yè)、連續(xù)流程制造業(yè)和批處理流程制造 業(yè)的MES的標(biāo)準(zhǔn)。九、為降低風(fēng)險(xiǎn)，提高投資回報(bào)率，從MES入手面向制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)的 ERP在經(jīng)歷了如年代后期的穩(wěn)健增長(zhǎng)后，在2001年和2002年有顯著的下降。 軟件包的許可證收入受到的打擊最厲害， 而服務(wù)的收入繼續(xù)強(qiáng)勁。 同時(shí)在 大規(guī)模的ERP項(xiàng)目已趨于飽和后， 大多數(shù)ERP供應(yīng)商正在全力開(kāi)發(fā)中小規(guī)模項(xiàng)目的市場(chǎng)。這說(shuō)明， 如何使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資迅速取得回報(bào)， 引起企業(yè)管理層的極度重視。 目前廣 大的制造業(yè)和流程工業(yè)正在把投資轉(zhuǎn)向工廠(chǎng)級(jí)的IT項(xiàng)目聚焦于 MES或在2001年ISA展覽會(huì)上稱(chēng)的工廠(chǎng)軟件上。因?yàn)閺倪@里切入，顯然要比大把大把

26、的錢(qián)花在無(wú)盡頭的企業(yè)IT 改造上的風(fēng)險(xiǎn)低得多。據(jù)稱(chēng)，一個(gè)典型的工廠(chǎng)信息項(xiàng)目其投資回收周期少于12個(gè)月。這種投資回報(bào)易于定量，且完全可用真實(shí)的工廠(chǎng)數(shù)據(jù)加以檢驗(yàn)。在經(jīng)歷過(guò)去十年多的努力實(shí)踐和改進(jìn)后，MES技術(shù)顯著地變得成熟。它不但有著明確的定義、統(tǒng)一的名詞術(shù)語(yǔ)和參考模型，而且正在制定相關(guān)的包括MES基本功能、XML擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言綱要等在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，甚至出現(xiàn)了所謂最佳實(shí)踐的微軟的解決方案架構(gòu)和通用建模語(yǔ)言 (Mcrosoft Solution Framework and Universal Modeling Language)。不過(guò)我們還應(yīng)有清醒的認(rèn)識(shí)：如果沒(méi)有恰當(dāng)?shù)囊?guī)劃，MES的挑戰(zhàn)仍然是高風(fēng)險(xiǎn)的。只

27、有把目標(biāo)確定為既保證易于在MES本身內(nèi)部和ERR SCM等組合的靈活性，又能采用不斷改進(jìn)的新制造工藝的優(yōu)點(diǎn)的 同時(shí)，求取制造過(guò)程的優(yōu)化，才能漸進(jìn)地、逐步地通過(guò)MES的實(shí)踐取得高投資回報(bào)。十、MESE面臨著許多挑戰(zhàn)文獻(xiàn)指出MES面臨著十個(gè)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)相互有關(guān)，而且因各別環(huán)境而相互關(guān)連的權(quán)重 也存在差異。就其典型情況而言，在這些挑戰(zhàn)中，80屬于企業(yè)文化的范疇，只有20才屬技術(shù)范疇。這些挑戰(zhàn)主要是：*上MES項(xiàng)目時(shí)如何使得工廠(chǎng)和企業(yè)形成雙贏局面。如果工廠(chǎng)人員拒絕引入 MES和拒絕 對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)作相應(yīng)的改造，或者如果企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層不理解或支持工廠(chǎng)的改造，再好的 MES 的應(yīng)用也會(huì)淪為失敗。MES的形態(tài)結(jié)

28、構(gòu)，應(yīng)該抓住每*不同行業(yè)之間的 MES應(yīng)用存在巨大差異。對(duì)不同行業(yè)的種制造環(huán)境的基本的和本質(zhì)的癥結(jié)所在。*對(duì)MES系統(tǒng)維護(hù)的矛盾。MES是一種應(yīng)用于工廠(chǎng)的動(dòng)態(tài)的IT解決方案，經(jīng)常因產(chǎn)品、流程、以及新老產(chǎn)品的產(chǎn)出比例發(fā)生變化而不斷地有所改變， 由于數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)由 過(guò)程要求和具體事務(wù)的負(fù)荷導(dǎo)出的數(shù)據(jù)模型， 所以當(dāng)過(guò)程或產(chǎn)品發(fā)生改變， 數(shù)據(jù)模型也必須 相應(yīng)“遷移”。 其中包含報(bào)表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)關(guān)系的規(guī)格化， 以及增加數(shù)據(jù)負(fù)荷。 如果用戶(hù)在老 模型上附加表格，過(guò)程的性能將會(huì)很快變壞，致使生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢，于是形成了MES應(yīng)用的瓶頸。一般地說(shuō)在 5年的周期內(nèi)，MES的應(yīng)用軟件會(huì)有30 50%的變化

29、。而且 MES 系統(tǒng)有 724 的跨多個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備接口需要維護(hù)。因此公司必須聘請(qǐng)或培養(yǎng)具有過(guò)程控制、 IT 和管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)工作知識(shí)的制造業(yè) IT 專(zhuān)家。*建立一種共同語(yǔ)言 MES的整合不是輕而易舉的。問(wèn)題出在工廠(chǎng)和企業(yè)的應(yīng)用軟件的數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)不盡相同。企業(yè)和MES的應(yīng)用程序要求共同的規(guī)格，以便于在引入新產(chǎn)品和新流程時(shí)， 能有效地處理業(yè)務(wù)管理的改變，從而確定標(biāo)準(zhǔn)的工廠(chǎng)側(cè)流程。這是軟件維護(hù)的矛盾，改變管理是MES在生命周期、低成本和迅速的投資回報(bào)等方面獲得成功的關(guān)鍵。工廠(chǎng)側(cè)的系統(tǒng)用基于生產(chǎn)、產(chǎn)品的語(yǔ)言予以處理， 然后由MES加以分析變換為 ERP的術(shù)語(yǔ)一工廠(chǎng)最大產(chǎn)量和 能力，也為供應(yīng)鏈規(guī)劃和制

30、定生產(chǎn)的時(shí)間進(jìn)度提供相關(guān)數(shù)據(jù)。鑒于一個(gè)公司為優(yōu)化產(chǎn)品制造和形成流水線(xiàn)作業(yè)，通過(guò)它的綜合 IT 系統(tǒng)和管理流程，對(duì)其下屬工廠(chǎng)的生產(chǎn)安排的變化有 著相當(dāng)直接的影響， 因此為了簡(jiǎn)化接口， 公司必須在許多技術(shù)細(xì)節(jié)方面與其下屬的所有工廠(chǎng) 和原有的綜合系統(tǒng)取得一致。這包括：共同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；共同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；共同的事件和通報(bào)模型；共同的設(shè)備接口和應(yīng)用軟件接口； 共同的應(yīng)用程序整合方法； 共同的業(yè)務(wù)間 (B2B) 信息格式。如果每一個(gè)工廠(chǎng)都用相同的操作系統(tǒng)和中間件，上述問(wèn)題就變得容易了。但是， 許多工廠(chǎng)卻用了好幾種操作系統(tǒng)和好多種組件結(jié)構(gòu)， 這樣就有待于發(fā)展共同的語(yǔ)言了。 好在 為垂直綜合和水平的工廠(chǎng)整合而

31、發(fā)展的共同的語(yǔ)言已進(jìn)入了最后階段，這就是一系列的 CIM的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從參考模型到目標(biāo)模型， 再到XML綱要和數(shù)據(jù)模型。 這將極大地簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件 和接口的設(shè)計(jì)、維護(hù)和管理方法的改變。*建立一種共同的通信協(xié)議書(shū)隨著新一代以XML為基礎(chǔ)的應(yīng)用軟件一可重用基本設(shè)計(jì)架構(gòu) (A2F， Application-to-Framework) 的企業(yè)應(yīng)用軟件接口 (EAl) 問(wèn)世， IT 的亞結(jié)構(gòu)為建 立企業(yè)和工廠(chǎng)接口可減少50%的成本。隨著技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)MES的成本及MES的維護(hù)成本將持續(xù)走低。許多當(dāng)前的整合實(shí)踐使用了應(yīng)用軟件間(A2A ,Application-to-A pplication)的接口， 在整

32、個(gè)企業(yè)的 IT 系統(tǒng)中用了許多不同的通信協(xié)議和語(yǔ)言。 這樣，產(chǎn)品和流程變化， 用戶(hù)就需要對(duì) MES進(jìn)行維護(hù)。雖然許多公司已安裝了A2A EAI軟件，建立了接口庫(kù)存系統(tǒng)和對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口進(jìn)行變換(mapping)，但使用A2A EAI，如果工廠(chǎng)和企業(yè)內(nèi)外的多個(gè)應(yīng)用軟件 在運(yùn)行時(shí)，會(huì)使任意應(yīng)用軟件之間的相關(guān)數(shù)據(jù)變得復(fù)雜化。在A2FEAI軟件中，信息獨(dú)立地在許多不同的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件之間傳送， 而可重用基本設(shè)計(jì)架構(gòu)充當(dāng)解釋、 翻譯和指導(dǎo)。 由 此可見(jiàn)， 采用 A2F 的技術(shù)路線(xiàn)， 使公司在實(shí)現(xiàn)新的功能性方面得以增進(jìn)。 在此基礎(chǔ)上形成的 整合架構(gòu)，為將現(xiàn)有系統(tǒng)升級(jí)為性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于目前的 IT 系統(tǒng)創(chuàng)造了前

33、提條件。 A2F 帶 來(lái)的另一重要優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在， 它把工廠(chǎng)和企業(yè)的流程從基于應(yīng)用的限制加以抽象， 并首先構(gòu) 成數(shù)據(jù)模型。 于是公司可為獲取高年利潤(rùn)率和擴(kuò)大市場(chǎng)進(jìn)行最佳決策， 而不必顧及個(gè)別軟件 模塊的限制。*建立有效的管理改變機(jī)制為了有效地處理 MES的許多改變，需要把一種專(zhuān)門(mén)的改變管理機(jī)制(CMS change management system)和指導(dǎo)委員會(huì)納入企業(yè)的組織之中。MES旨導(dǎo)委員會(huì)應(yīng)進(jìn)行全面的決策和在規(guī)范的基礎(chǔ)上使改變活動(dòng)得到優(yōu)先處理。*正確地評(píng)估癥結(jié)所在 在一個(gè)企業(yè)開(kāi)始其漫長(zhǎng)的管控一體化進(jìn)程時(shí)， 最艱巨的任務(wù)是在 實(shí)現(xiàn)MES的第一階段識(shí)別出效率最差的流程。一般來(lái)說(shuō)，工廠(chǎng)人員僅

34、以一種定性而又帶有一定的主觀臆斷的方式了解生產(chǎn)的瓶頸和浪費(fèi)所在，缺少充分的數(shù)據(jù)予以驗(yàn)證。為了證明MES項(xiàng)目的可行性和確定投資回報(bào)周期， 必須對(duì)制造過(guò)程作定性分析和評(píng)估， 找出瓶頸和優(yōu)先解 決的范圍。 如果環(huán)境允許，先從小范圍起步。 在第一和第二階段， 只在二至三個(gè)自動(dòng)化區(qū)進(jìn) 行試點(diǎn)，且只與企業(yè)管理系統(tǒng)作很少的整合，甚至不作整合。 之所以作出這樣的折衷， 是基于以下的考慮：項(xiàng)目不大，但也能為完整的整合系統(tǒng)提供一個(gè)內(nèi)容廣泛的數(shù)據(jù)模型。因此， 可在選擇軟件要包括哪些必要的功能性方面，為第三階段及以后的發(fā)展作出明智的抉擇。 如果經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有問(wèn)題，基本上應(yīng)使整個(gè)系統(tǒng)可視化，這樣便于對(duì)制造過(guò)程和是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行評(píng)估