第六章 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）課件

第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）18.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展

8.1.1MES的概念

制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）是隨著近十幾年來生產(chǎn)形態(tài)的變革而產(chǎn)生的，因而它的發(fā)展史比MIS、ERP、CAD/CAM等要短，但人們對它的研究和應(yīng)用卻開展的非常迅速。8.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展8.1.1MES的概念2MES國際聯(lián)合會（ManufacturingExecutionSystemAssociation，MESA）對MES的定義是：“MES提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動所需的信息。MES運用及時、準確的信息，指導、啟動、響應(yīng)并記錄工廠活動，從而能夠?qū)l件的變化做出迅速的響應(yīng)，減少非增值活動，提高公司運作過程的效率。MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)信息?！盡ES國際聯(lián)合會（Manufacturing3從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用——在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。其關(guān)鍵是強調(diào)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，它需要收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并對實時事件及時處理。同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應(yīng)數(shù)據(jù)并反饋處理結(jié)果和生產(chǎn)指令。從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起4因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車間控制器，也不同于偏重于作業(yè)與設(shè)備調(diào)度為主的單元控制器，而應(yīng)將MES作為一種生產(chǎn)模式，把制造系統(tǒng)的計劃和進度安排、追蹤、監(jiān)視和控制、物料流動、質(zhì)量管理、設(shè)備的控制和計算機集成制造接口（CIM）等一體化去考慮，以最終實施制造自動化戰(zhàn)略。因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和58.1.2MES的產(chǎn)生背景21世紀，許多企業(yè)通過實施MRPII/ERP來加強管理。然而上層生產(chǎn)計劃管理受市場影響越來越大，計劃明顯跟不上變化。企業(yè)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)。8.1.2MES的產(chǎn)生背景6同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，通常能處理昨天以前發(fā)生的事情（作歷史分析），亦可預(yù)計并處理明天將要發(fā)生的事件，但對今天正在發(fā)生的事件卻往往留下了不規(guī)范的缺口，即傳統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場管理是一黑箱作業(yè)，造成了生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題——這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應(yīng)鏈優(yōu)化的瓶頸。同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，7制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。MES是處于計劃層和車間層操作控制系統(tǒng)SFC之間的執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，彌合了企業(yè)計劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的間隔。它通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造的競爭力，提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式，從而實現(xiàn)企業(yè)實時化的ERP/MES/SFC系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。ME88.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

MES作為生產(chǎn)形態(tài)變革的產(chǎn)物，其根源可追溯到20世紀70年代的零星車間級應(yīng)用。但MES概念則是美國管理界于20世紀90年代提出的。8.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢9美國先進制造研究機構(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MRPII/ERP為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA、HMI(HumanMachineInterface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件和以實現(xiàn)操作過程自動化、支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。美國先進制造研究機構(gòu)AMR(Advanced10根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型（見下圖）：根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企11目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的Consilium，加拿大的Promise公司等）擁有一定的市場份額。但這些公司大多是針對特定的生產(chǎn)類型，或特定的功能需求而開發(fā)出MES，存在著通用性差、可集成性弱、重構(gòu)能力差等缺點。目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的12另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應(yīng)商購買適合自己的MES模塊，或?qū)F(xiàn)有系統(tǒng)（legacysystem）集成為MES功能的一部分，結(jié)果導致許多工廠的MES系統(tǒng)實際上是一個大雜燴，每個系統(tǒng)都有各自的處理邏輯、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)模型和通信機制，導致系統(tǒng)很難隨技術(shù)的更新而進行升級。另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應(yīng)商購買適合13為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成MES(IntegratableMES，I-MES)逐漸成為人們研究的熱點。I-MES采用高效的基礎(chǔ)框架，通過將面向?qū)ο蠹夹g(shù)、消息機制和組件技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)中，既大大增強了系統(tǒng)的集成性和適應(yīng)性，又能滿足關(guān)鍵事物的處理。為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成ME14I-MES結(jié)構(gòu)分為以下三個層次：領(lǐng)域?qū)?domain-specificlayer)、對象層(objectlayer)和基礎(chǔ)架構(gòu)層(low-levelinfrastructurelayer)。三層之間相互獨立，從而為I-MES的實現(xiàn)提供了技術(shù)保證。I-MES具有一些優(yōu)點，如單一的邏輯數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)內(nèi)部良好的集成性等，從而能實現(xiàn)客戶化、可重構(gòu)和互操作。I-MES結(jié)構(gòu)分為以下三個層次：領(lǐng)域?qū)?do15一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：168.2MES的技術(shù)架構(gòu)

8.2.1MES的功能模塊

作為一種計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，MES重要使命就是實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。MES國際聯(lián)合會歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、物料和過程管理、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集模塊。8.2MES的技術(shù)架構(gòu)8.2.1MES的功能模塊178.2.2MES的獨到技術(shù)

MES涉及的技術(shù)領(lǐng)域，很多方面與MRPII、ERP所用技術(shù)相類似。這里僅就MES中較有特色的技術(shù)進行說明。運行狀態(tài)實時采集技術(shù)：對機器的開/停、加工運行狀態(tài)進行實時采集，為計劃控制和動態(tài)調(diào)度提供及時、準確的信息支持，使車間管理與控制真正做到實時。8.2.2MES的獨到技術(shù)18NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技術(shù)：在MES系統(tǒng)中，NC程序的雙向傳輸主要解決具有不同傳輸協(xié)議的數(shù)控系統(tǒng)NC程序的傳輸問題。維修知識庫的建立與維修向?qū)Ъ夹g(shù)：是MES的一項關(guān)鍵技術(shù)，它可以實現(xiàn)輔助故障診斷，在對故障的統(tǒng)計、歸類分析的基礎(chǔ)上，建立故障現(xiàn)象與原因之間的關(guān)系，通過決策樹的方式支持故障診斷。NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技198.2.3MES的優(yōu)勢

攜手上下層、優(yōu)化數(shù)據(jù)流MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用。在MES下層，是底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合；在MES上層，則是高層管理計劃系統(tǒng)，包括MRPII/ERP。8.2.3MES的優(yōu)勢20從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題域是中長期的生產(chǎn)計劃（時間因子＝100倍）；執(zhí)行層MES系統(tǒng)處理的問題域是近期生產(chǎn)任務(wù)的協(xié)調(diào)安排問題（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(shè)備正常加工運轉(zhuǎn)（時間因子＝1倍）。它們相互關(guān)聯(lián)、互為補充，實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問21從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)可劃分為工廠層（或公司層）、車間層、單元層（企業(yè)的工段或班組）和設(shè)備層。通常，ERP系統(tǒng)處于工廠層和車間層；設(shè)備控制系統(tǒng)處于設(shè)備層，有時會擴展到單元層；而MES則總是處于車間層與單元層。因此，MES與ERP在車間層（有時包括單元層）的功能上會有部分重復。從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)可劃分為工廠22制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)圖制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)圖23如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與具體，而由分布在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)自下而上經(jīng)過層層匯總，數(shù)據(jù)的綜合性越來越強。如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與24在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，進行短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作。下圖描述了MES在企業(yè)中的數(shù)據(jù)流圖。在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導25企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖26在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周期盤點次數(shù)、生產(chǎn)能力、材料消耗、勞動力和生產(chǎn)線運行性能、在制品(WIP)存放位置和狀態(tài)、實際定單執(zhí)行等涉及生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù)；向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)指令控制及有關(guān)的生產(chǎn)線運行的各種參數(shù)等。下圖描述了MES與計劃層和控制層的信息交互關(guān)系。在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周27MES與計劃層和控制層的信息交互MES與計劃層和控制層的信息交互28與ERP優(yōu)勢互補1）ERP的不足雖然ERP能夠很好地解決生產(chǎn)計劃問題，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。而且ERP系統(tǒng)中車間加工單和調(diào)度單的時間跨度（或計劃期）常常比較長，通常為周。但實際時間跨度完全根據(jù)系統(tǒng)的實施要求和控制細度來確定。另外，ERP通常采集主要工序現(xiàn)場信息的時候，基本靠手工錄入，不僅效率低、易出錯，而且輸入的數(shù)據(jù)是基本上是前一個班或前一天的數(shù)據(jù)，信息滯后。與ERP優(yōu)勢互補292）MES的優(yōu)勢

MES的計劃調(diào)度功能與ERP車間層的功能有些類似，但MES的計劃調(diào)度的功能比較強，制定的計劃也比較詳細；MES一般按車間層和單元層分級制定作業(yè)計劃，并對車間的每一臺設(shè)備或操作人員分派任務(wù)，通常會細化到計劃期內(nèi)每個單元每臺設(shè)備每天（或每班）的生產(chǎn)任務(wù)；MES系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)不僅包括每臺設(shè)備、每個工序和每個操作人員的數(shù)據(jù)，還包括加工過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且采用自動化數(shù)據(jù)采集技術(shù)實現(xiàn)實時采集。2）MES的優(yōu)勢30綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅能充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，還可使MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃更合理，使ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更及時有效，工作效率更高。綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅318.3MES的應(yīng)用

8.3.1MES應(yīng)用的行業(yè)差異MES的應(yīng)用，涉及到具體的生產(chǎn)過程，故要充分考慮到企業(yè)的具體情況，以謀求最合適的信息化解決方案。8.3MES的應(yīng)用8.3.1MES應(yīng)用的行業(yè)差異32企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者的組合。從生產(chǎn)類型上考慮，則可以分為批量生產(chǎn)和單件小批生產(chǎn)。從產(chǎn)品類型和生產(chǎn)工藝組織方式上，企業(yè)的行業(yè)類型可分為流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)。企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者33典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼鐵等領(lǐng)域，主要采用按庫存、批量、連續(xù)的生產(chǎn)方式。典型的離散制造行業(yè)主要包括機械制造、航空制造、汽車制造等，既有按定單生產(chǎn)，也有按庫存生產(chǎn)；既有批量生產(chǎn)，也有單件小批生產(chǎn)。典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼34流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程、生產(chǎn)組織方式等方面都存在較大的差別。所以，在MES應(yīng)用上，要根據(jù)行業(yè)特征區(qū)別對待，主要是對MRPII/ERP的要求不同，具體表現(xiàn)在：1)對生產(chǎn)模型的要求不同：流程生產(chǎn)行業(yè)的生產(chǎn)模型以配方為核心，而離散行業(yè)的生產(chǎn)模型以產(chǎn)品BOM為核心。流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程、生產(chǎn)組織方式352）生產(chǎn)計劃方式不同：流程企業(yè)根據(jù)市場的需求進行生產(chǎn)，離散企業(yè)根據(jù)定單或市場預(yù)測作為生產(chǎn)計劃制訂的依據(jù)。3）作業(yè)計劃調(diào)度不同：離散企業(yè)根據(jù)優(yōu)先級、工作中心能力、設(shè)備能力調(diào)度，是基于有限能力的調(diào)度；流程企業(yè)是連續(xù)的生產(chǎn)方式，不需要也無法精確到工序級別，而是以整個流水生產(chǎn)線為單元進行調(diào)度。

2）生產(chǎn)計劃方式不同：流程企業(yè)根據(jù)市場的需求進行生產(chǎn)，離散364）數(shù)據(jù)采集不同：離散企業(yè)以手工上報為主，并可以結(jié)合條形碼采集等半自動信息采集技術(shù)；流程生產(chǎn)行業(yè)的自動化程度較高，對于MES而言，重點在于系統(tǒng)構(gòu)建的時候與這些自動化設(shè)備做好數(shù)據(jù)接口。5）作業(yè)指令的下達不同：離散行業(yè)的MES一般采用派工單、施工單等書面方式，或采用電子看板方式；流程生產(chǎn)行業(yè)的MES不僅要下達作業(yè)指令，還要將作業(yè)指令轉(zhuǎn)化為各個機組及設(shè)備的操作指令和各種基礎(chǔ)自動化設(shè)備的控制參數(shù)（如PID控制參數(shù)）。4）數(shù)據(jù)采集不同：離散企業(yè)以手工上報為主，并可以結(jié)合條形碼采378.3.2MES的實施

將MES系統(tǒng)導入到企業(yè)的運作體系之中，企業(yè)需要先完善管理基礎(chǔ)，根據(jù)自身情況選擇好“合身”的MES軟件系統(tǒng)，而后采用科學的實施方法充分準備，才能促使MES正式運行、發(fā)揮效用。8.3.2MES的實施38MES的管理基礎(chǔ)

信息技術(shù)可以成為提高企業(yè)管理水平的有效手段，但不會自動地解決企業(yè)的管理問題。因為沒有健全的管理體系，MES系統(tǒng)信息的及時維護就難以保證，信息就不能得到有效利用。要想成功實施MES，企業(yè)必須先在管理上下功夫——與MES密切相關(guān)的工作，包括車間環(huán)境、職責分工以及人員保障等方面。MES的管理基礎(chǔ)391）定置，改善車間環(huán)境：是指通過對生產(chǎn)和工作環(huán)境的分析，把生產(chǎn)和工作需要的物品按照工藝的需要科學地確定位置。2）合理分工、明確責職：對企業(yè)的業(yè)務(wù)流程進行合理重組，去除重疊的部門責能，減少無效勞動，合理分工、明確責職。3）提供人員保證：對不同類型、不同層次人員進行不同的培訓方式。1）定置，改善車間環(huán)境：是指通過對生產(chǎn)和工作環(huán)境的分析，把生40MES的實施進程

一個典型的MES實施進程，主要包括前期工作、實施準備、模擬運行與試運行、切換運行以及新系統(tǒng)運行幾個階段，如下圖所示。MES的實施進程41MES實施進程MES實施進程421）項目前期，打好基礎(chǔ)：MES軟硬件安裝之前，主要工作包括前面提到的MES培訓、車間現(xiàn)場問題診斷，以及需求分析、軟件選型等方面的工作。2）實施準備，“軟”“硬”兼顧：準備并錄入一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；建設(shè)好網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；MES軟件的選型；進行系列原型測試；MES補充開發(fā)。3）運行管理：進行實戰(zhàn)性模擬并制定工作規(guī)程；進行試運行；切換運行。4）業(yè)績評價和后期支持。1）項目前期，打好基礎(chǔ)：MES軟硬件安裝之前，主要工作包括前43第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）第六章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）448.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展

8.1.1MES的概念

制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）是隨著近十幾年來生產(chǎn)形態(tài)的變革而產(chǎn)生的，因而它的發(fā)展史比MIS、ERP、CAD/CAM等要短，但人們對它的研究和應(yīng)用卻開展的非常迅速。8.1MES的概念及產(chǎn)生、發(fā)展8.1.1MES的概念45MES國際聯(lián)合會（ManufacturingExecutionSystemAssociation，MESA）對MES的定義是：“MES提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動所需的信息。MES運用及時、準確的信息，指導、啟動、響應(yīng)并記錄工廠活動，從而能夠?qū)l件的變化做出迅速的響應(yīng)，減少非增值活動，提高公司運作過程的效率。MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)信息?！盡ES國際聯(lián)合會（Manufacturing46從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用——在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。其關(guān)鍵是強調(diào)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，它需要收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并對實時事件及時處理。同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應(yīng)數(shù)據(jù)并反饋處理結(jié)果和生產(chǎn)指令。從以上定義看出，MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起47因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車間控制器，也不同于偏重于作業(yè)與設(shè)備調(diào)度為主的單元控制器，而應(yīng)將MES作為一種生產(chǎn)模式，把制造系統(tǒng)的計劃和進度安排、追蹤、監(jiān)視和控制、物料流動、質(zhì)量管理、設(shè)備的控制和計算機集成制造接口（CIM）等一體化去考慮，以最終實施制造自動化戰(zhàn)略。因此，MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和488.1.2MES的產(chǎn)生背景21世紀，許多企業(yè)通過實施MRPII/ERP來加強管理。然而上層生產(chǎn)計劃管理受市場影響越來越大，計劃明顯跟不上變化。企業(yè)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)。8.1.2MES的產(chǎn)生背景49同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，通常能處理昨天以前發(fā)生的事情（作歷史分析），亦可預(yù)計并處理明天將要發(fā)生的事件，但對今天正在發(fā)生的事件卻往往留下了不規(guī)范的缺口，即傳統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場管理是一黑箱作業(yè)，造成了生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題——這一問題長期以來不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應(yīng)鏈優(yōu)化的瓶頸。同時，MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，50制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。MES是處于計劃層和車間層操作控制系統(tǒng)SFC之間的執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，彌合了企業(yè)計劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的間隔。它通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造的競爭力，提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的方式，從而實現(xiàn)企業(yè)實時化的ERP/MES/SFC系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好能填補這一空白。ME518.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

MES作為生產(chǎn)形態(tài)變革的產(chǎn)物，其根源可追溯到20世紀70年代的零星車間級應(yīng)用。但MES概念則是美國管理界于20世紀90年代提出的。8.1.3MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢52美國先進制造研究機構(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MRPII/ERP為代表的企業(yè)管理軟件，以SCADA、HMI(HumanMachineInterface)為代表的生產(chǎn)過程監(jiān)控軟件和以實現(xiàn)操作過程自動化、支持企業(yè)全面集成的MES軟件群組成。美國先進制造研究機構(gòu)AMR(Advanced53根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型（見下圖）：根據(jù)調(diào)查結(jié)果，AMR于1992年提出了三層的企54目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的Consilium，加拿大的Promise公司等）擁有一定的市場份額。但這些公司大多是針對特定的生產(chǎn)類型，或特定的功能需求而開發(fā)出MES，存在著通用性差、可集成性弱、重構(gòu)能力差等缺點。目前，一些從事MES開發(fā)的專業(yè)公司（如美國的55另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應(yīng)商購買適合自己的MES模塊，或?qū)F(xiàn)有系統(tǒng)（legacysystem）集成為MES功能的一部分，結(jié)果導致許多工廠的MES系統(tǒng)實際上是一個大雜燴，每個系統(tǒng)都有各自的處理邏輯、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)模型和通信機制，導致系統(tǒng)很難隨技術(shù)的更新而進行升級。另外，由于工廠可能會從不同的軟件供應(yīng)商購買適合56為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成MES(IntegratableMES，I-MES)逐漸成為人們研究的熱點。I-MES采用高效的基礎(chǔ)框架，通過將面向?qū)ο蠹夹g(shù)、消息機制和組件技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)中，既大大增強了系統(tǒng)的集成性和適應(yīng)性，又能滿足關(guān)鍵事物的處理。為了解決MES與外部系統(tǒng)的集成問題，可集成ME57I-MES結(jié)構(gòu)分為以下三個層次：領(lǐng)域?qū)?domain-specificlayer)、對象層(objectlayer)和基礎(chǔ)架構(gòu)層(low-levelinfrastructurelayer)。三層之間相互獨立，從而為I-MES的實現(xiàn)提供了技術(shù)保證。I-MES具有一些優(yōu)點，如單一的邏輯數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)內(nèi)部良好的集成性等，從而能實現(xiàn)客戶化、可重構(gòu)和互操作。I-MES結(jié)構(gòu)分為以下三個層次：領(lǐng)域?qū)?do58一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：一個典型的I-MES系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：598.2MES的技術(shù)架構(gòu)

8.2.1MES的功能模塊

作為一種計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，MES重要使命就是實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。MES國際聯(lián)合會歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、物料和過程管理、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集模塊。8.2MES的技術(shù)架構(gòu)8.2.1MES的功能模塊608.2.2MES的獨到技術(shù)

MES涉及的技術(shù)領(lǐng)域，很多方面與MRPII、ERP所用技術(shù)相類似。這里僅就MES中較有特色的技術(shù)進行說明。運行狀態(tài)實時采集技術(shù)：對機器的開/停、加工運行狀態(tài)進行實時采集，為計劃控制和動態(tài)調(diào)度提供及時、準確的信息支持，使車間管理與控制真正做到實時。8.2.2MES的獨到技術(shù)61NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技術(shù)：在MES系統(tǒng)中，NC程序的雙向傳輸主要解決具有不同傳輸協(xié)議的數(shù)控系統(tǒng)NC程序的傳輸問題。維修知識庫的建立與維修向?qū)Ъ夹g(shù)：是MES的一項關(guān)鍵技術(shù)，它可以實現(xiàn)輔助故障診斷，在對故障的統(tǒng)計、歸類分析的基礎(chǔ)上，建立故障現(xiàn)象與原因之間的關(guān)系，通過決策樹的方式支持故障診斷。NC（NumericalControl，數(shù)控）程序的傳輸技628.2.3MES的優(yōu)勢

攜手上下層、優(yōu)化數(shù)據(jù)流MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用。在MES下層，是底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合；在MES上層，則是高層管理計劃系統(tǒng)，包括MRPII/ERP。8.2.3MES的優(yōu)勢63從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問題域是中長期的生產(chǎn)計劃（時間因子＝100倍）；執(zhí)行層MES系統(tǒng)處理的問題域是近期生產(chǎn)任務(wù)的協(xié)調(diào)安排問題（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(shè)備正常加工運轉(zhuǎn)（時間因子＝1倍）。它們相互關(guān)聯(lián)、互為補充，實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。從時間因素分析，在MES之上的計劃系統(tǒng)考慮的問64從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)可劃分為工廠層（或公司層）、車間層、單元層（企業(yè)的工段或班組）和設(shè)備層。通常，ERP系統(tǒng)處于工廠層和車間層；設(shè)備控制系統(tǒng)處于設(shè)備層，有時會擴展到單元層；而MES則總是處于車間層與單元層。因此，MES與ERP在車間層（有時包括單元層）的功能上會有部分重復。從層次角度分析，制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)可劃分為工廠65制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)圖制造企業(yè)的控制結(jié)構(gòu)圖66如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與具體，而由分布在生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)自下而上經(jīng)過層層匯總，數(shù)據(jù)的綜合性越來越強。如上圖所示，計劃與控制指令自上而下越來越詳細與67在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實時數(shù)據(jù)，進行短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作。下圖描述了MES在企業(yè)中的數(shù)據(jù)流圖。在MRPII、ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導68企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖企業(yè)中MES的數(shù)據(jù)流圖69在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周期盤點次數(shù)、生產(chǎn)能力、材料消耗、勞動力和生產(chǎn)線運行性能、在制品(WIP)存放位置和狀態(tài)、實際定單執(zhí)行等涉及生產(chǎn)運行的數(shù)據(jù)；向底層控制系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)指令控制及有關(guān)的生產(chǎn)線運行的各種參數(shù)等。下圖描述了MES與計劃層和控制層的信息交互關(guān)系。在信息交互的具體內(nèi)容方面，MES向上層提交周70MES與計劃層和控制層的信息交互MES與計劃層和控制層的信息交互71與ERP優(yōu)勢互補1）ERP的不足雖然ERP能夠很好地解決生產(chǎn)計劃問題，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。而且ERP系統(tǒng)中車間加工單和調(diào)度單的時間跨度（或計劃期）常常比較長，通常為周。但實際時間跨度完全根據(jù)系統(tǒng)的實施要求和控制細度來確定。另外，ERP通常采集主要工序現(xiàn)場信息的時候，基本靠手工錄入，不僅效率低、易出錯，而且輸入的數(shù)據(jù)是基本上是前一個班或前一天的數(shù)據(jù)，信息滯后。與ERP優(yōu)勢互補722）MES的優(yōu)勢

MES的計劃調(diào)度功能與ERP車間層的功能有些類似，但MES的計劃調(diào)度的功能比較強，制定的計劃也比較詳細；MES一般按車間層和單元層分級制定作業(yè)計劃，并對車間的每一臺設(shè)備或操作人員分派任務(wù)，通常會細化到計劃期內(nèi)每個單元每臺設(shè)備每天（或每班）的生產(chǎn)任務(wù)；MES系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)不僅包括每臺設(shè)備、每個工序和每個操作人員的數(shù)據(jù)，還包括加工過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且采用自動化數(shù)據(jù)采集技術(shù)實現(xiàn)實時采集。2）MES的優(yōu)勢73綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅能充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，還可使MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃更合理，使ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更及時有效，工作效率更高。綜上所述，如果把MES與ERP集成起來，不僅748.3MES的應(yīng)用

8.3.1MES應(yīng)用的行業(yè)差異MES的應(yīng)用，涉及到具體的生產(chǎn)過程，故要充分考慮到企業(yè)的具體情況，以謀求最合適的信息化解決方案。8.3MES的應(yīng)用8.3.1MES應(yīng)用的行業(yè)差異75企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者的組合。從生產(chǎn)類型上考慮，則可以分為批量生產(chǎn)和單件小批生產(chǎn)。從產(chǎn)品類型和生產(chǎn)工藝組織方式上，企業(yè)的行業(yè)類型可分為流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)。企業(yè)的生產(chǎn)方式，主要可以分為按定單生產(chǎn)、按庫存生產(chǎn)或上述兩者76典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼鐵等領(lǐng)域，主要采用按庫存、批量、連續(xù)的生產(chǎn)方式。典型的離散制造行業(yè)主要包括機械制造、航空制造、汽車制造等，既有按定單生產(chǎn)，也有按庫存生產(chǎn)；既有批量生產(chǎn)，也有單件小批生產(chǎn)。典型的流程生產(chǎn)行業(yè)有醫(yī)藥、石油化工、電力、鋼77流程生產(chǎn)行業(yè)和離散制造行業(yè)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程、生產(chǎn)組織方式等方面都存在較大的差別。所以，在MES應(yīng)用上，要根據(jù)行業(yè)