浅谈制造执行系统MES

随着市场竞争从无序到规范，企业管理者普遍认识到了信息化在经营管理中发挥的重要作用，客户关系管理(CRM)、企业资源计划(ERP)、产品全生命周期管理(PLM)、供应链管理(SCM)、办公自动化(OA)等系统在企业得到了不同程度的推广和应用，给企业带来了一定的经济效益和管理效益。但是，当企业的管理者想要通过进一步推进信息化进程来提高自身的管理水平和管理深度时，往往会遇到一个共性的问题：缺少底层数据，缺少对企业生产过程的主体——生产现场的管理。相当多的企业(包括信息化应用较好的企业)在生产现场管理方面就好象是在黑箱中操作一样，从而使企业管理信息化过程中的信息流形成了明显的断层。尽管个别企业采用了一些功能简单的处理系统，如定单执行跟踪、质量管理、材料定额管理等，但由于集成性差，加上数据采集方式不一致，因而使得企业的基础信息不完整、不准确，进而使企业在成本分析、投入产出分析、生产过程监控等方面无的放矢：无法做到精细化管理，降低成本落不到实处，管理效益无形中打了拆扣，影响了企业竞争力。造成这些问题的主要原因是企业信息化架构不完整，缺少制造执行管理系统——MES这一重要环节。

一、制造执行系统(MES)国内现状分析

    MES是一个集硬件与软件于一体的系统，在国外其与ERP是相提并论的。通过大量的应用和研究证实：MES能给企业带来巨大的经济效益。而在国内，几乎没有软件供应商提供类似商品软件，更谈不上较好的实际应用。随着国内企业对MRPⅡ、MIS乃至ERP系统的应用更加深入，企业对管理精细化的要求越来越高，对制造执行系统的需求也就越来越强烈。同时，相关的政府部门也注意到了这个问题——国家科技部的重大专项“制造业信息化工程”已将MES作为整个流程综合自动化的关键技术列入了“863”计划。

    从目前的情况看，国内很多高校、科研院所已经开始了在MES方面的研究与应用开发。在理论研究方面，他们加入了并行、敏捷、网络化、可重构等一些先进思想；在系统设计方面，则采用面向对象、构件、代理等技术，我们看到，这些研究已经取得了一定的成果。但是，国内的研究过多地偏重于企业车间层、单元层的控制模型，在面向制造执行层的MES软件的开发与应用方面相对比较薄弱，因此在软件的商品化方面还存在很大的差距。

二、制造执行系统的地位与作用

    1.制造执行系统的定义

    执行管理系统是美国管理界20世纪90年代提出的一个新概念，是对从下达订单到生产出最终成品的生产过程进行优化的信息系统。美国AMR研究机构对MES这样定义：MES是一个常驻工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划系统与主生产过程的直接工业控制系统之问，它以当前视角向操作人员/管理人员提供生产过程中全部资源(包括人员、设备、材料、工具和客户要求等)的数据和信息。

    2.制造执行系统的地位与作用

    图1展示了企业信息化通用架构，从图中看出：MES系统是企业信息管理的基础，它对企业ERP系统的应用起到至关重要的作用。MES通过将ERP系统与实时生产过程联系起来，使企业能够有效控制和组织生产。MES属于ERP计划层和车间层操作控制系统之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它提供了一个能够集成诸如：定单执行与跟踪、质量控制、生产调度、物料投入产出管理等功能的统一的系统平台，能够实现ERP系统无法实现的实时生产管理报表功能。相关管理者可以通过MES系统直接查询产品制造过程的关键信息，包括：每一个定单的执行状况和状态；每个定单的投入产出情况；生产过程中的质量监控；劳动力资源的使用等，从而帮助企业实现实时化的生产精细化管理。

图1 企业信息化通用模型

    MES系统不但可以提供现场信息采集与管理的自动化，而且通过与MRP或ERP系统的连接，可以发挥良好的承上启下的作用，使企业的计算机应用达到高度集成。

三、制造执行系统的业务模型

    图2为MES业务模型。MES是面向企业生产现场数据采集、统计分析和业务处理的整体解决方案，是对传统车间管理的改造、完善和整合。从现场管理来看，它整合厂工厂现场各相关业务部门(如：物料、计划、制造、质量、仓储等)的各项资料，使各部门能够及时查询获得所需要的数据和信息，发现问题，快速处理，提高了工作效率和控制力度。另外，MES在零部件使用方面，通过对现场的质量管理，能够为供应商管理提供详细的有关零部件品质的数据，对加强供应商管理起到了强有力的支持作用。

图2 面向MES的企业现场信息管理模型

    MES改变了单一、离散的信息采集处理方式，而是针对企业生产信息进行采集、整合、集成和分析，从而形成了一个企业车间级管理的整体解决方案。从企业信息化松体架构来看，MES连接于ERP系统、供应链管理系统(SCM)和现场作业/生产设备之间，提供实时、准确的实际生产过程信息，和ERP系统形成良好的互补，有效地解决了ERP系统在数据采集、数据准确性和输入及时性等方面存在的问题，使企业信息化真正为管理提供强有力的支持。

    企业制造执行系统(MES)在硬件系统配置上主要采用各种现场识别技术和网络技术。在实际使用中，生产车间一般会根据业务需要设置不同的数据采集点，进行实时数据采集，并建立完善的数据库，借助成熟的SPC(Statistical Process Control)理论和模型为使用者提供强大的数据查询分析功能，为管理者及时决策提供帮助。

四、制造执行系统应该具备的功能模块

    制造执行系统(MES)一般应包括以下几个常用的功能模块：

    (1)基本资料设定模块：基本资料设定模块用于对MES基础数据进行设定和对用户权限进行管理。

    (2)数据采集模块：数据采集模块是MES系统的核心模块，负责数据库和DCS(DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)之间的双向数据交换：一方面完成数据的收集，同时完成向DCS的信息反馈，及时与操作人员进行交互。

    (3)生产管理模块：生产管理模块的功能主要是依据ERP所制订的订单，进行生产计划的编制、上线和修改，而此处编制的汁划可以直接下达到车间一级。同时该模块还能够同时进行实时生产情况查询，以便于及时调整计划，合理排产。

    (4)进料检验模块：该模块的作用是在源头进行质量控制，负责部件、物料的进货和检验，并与SCM相连接，传送相关的物料使用数据与信息。

    (5)看板模块：该模块的主要功能是控制LED电子看板的显示方式和显示内容，可以将其设定为显示当前的生产线体、生产单兀的工作日标、完成数量、不良率及差异等。

    (6)QA模块：通过QA质量管理模块，MES可以为相关人员提供丰富的生产质量信息查询，并且分析统计产品合格率、返修率和直通率，查询产品电子流程卡和产品部件装配情况等。

    (7)QC模块：该模块为设置在产品出货时的质量检验模块。一般是操作工进行检验后，根据检验情况输入相关的信息，为定单跟踪和监控提供实时的信息。

    (8)维修模块：该模块为实现不合格产品现场维修管理的模块，其主要记录的是产品维修情况和部件更换的处理情况。

    (9)下线包装模块：下线包装工序是产品出厂前的最后一道工序，涉及到附件的包装、产品质量的最后检验，以及记录最终下线数据。同时还可以根据需要打印包装的条码标签。

    (10)综合查询模块：通过该模块，MES可以根据管理的实际需求和SPC理论为企业管理者提供报表查询和图形显示。

五、MES系统架构

    从方便用户使用的角度考虑，MES系统应采用B/S与C/S相结合的系统结构——对于现场处理，应该采用CIS结构，因为这样可以发挥其界面良好、保证速度的优点。而对于综合查询，应该采用WEB技术，因为这样可以借助其浏览器，发挥灵活简便的优点。

    由于MES系统及其数据信息对于一个企业来讲是举足轻重的，因此从实时性、可靠性及保密性等角度来考虑，都应当采用独立的网络架构，其系统架构组成如图3示。

图3 MES系统架构

六、结束语

    制造执行系统在企业信息化整体架构中处于非常重要的位置，是沟通企业生产过程与企业管理的桥梁。缺少MES环节，就没有准确的底层数据信息，通过信息化提升企业管理就会很模糊、很苍白。目前也有关于把ERP向现场拓展的说法，这对干商品化的软件来说，要增加很多个性化的定制，存在一定的风险。另外，山于不同企业有各自的生产组织方式，能否研究出一种通用的系统模型也是很客观的问题。

    总之，企业制造执行管理是企业信息化必须重点考虑的问题之一，只有解决了这个问题，企业信息化才能真正帮助管理者加强管理和控制力度，达到精细化管理的目标，最终增强企业竞争力。

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