MES在各行业中的需求与解决方案

MES在各行业中的需求与解决方案概述许多公司已经开发出针对各个行业的软件产品和解决方案，解决制造过程的管理和组织。虽然他们一般表现为制造执行系统（MES），但这些产品的范围从“我的Excel工作表”到所有与生产相关过程的综合管理、组织和自动化处理。

本系列文章并不打算定义一种新的“制造执行系统”。本系列文章的目的是对有兴趣的读者提供目前存在的可行的解决方案，简要介绍满足不同行业特殊要求的方案，了解和推广适合的MES应用，优化生产流程。

本系列文章将使用“企业与控制系统集成--IEC62264”这套标准作为基础，解决方案尽可能与产品和供应商无关，只指出方案的功能表现。从第1到第3部分，简要介绍这套标准，该标准也被称为S95（美国标准）。目前，相同的MES术语和任务在不同企业有着不同的解释，甚至也在供应商当中使用。因此，在第4部分，基于S95的结构和术语，这里按行业分类出最重要的术语，并对多种不同的术语和产品提供解释。

基于工业的典型需求，第5部分介绍MES的功能和收益。第6部分介绍在流程行业和制造行业MES应用的相同与差异。第7和第8部分提供了需求定义的概述和MES功能的选择，并基于特定案例展现他们的收益。第9部分总结本文的全部内容，并给出MES未来解决方案的前景。

就像在第5部分介绍的，在整个工业领域，针对他们的可扩展性、模块化和集成能力等各自的需求，今天每个特定行业都有可供选择的解决方案，这些解决方案可以显著提高企业的运营绩效。

工业运营商面临的挑战是如何抓住这个机会，使本企业的绩效达到最大化。1．使用MES的市场需求和理由为了评价MES解决方案的最新技术和发展动态，必须要考虑MES在自动化历史中的位置。今天的MES解决方案包括了已前的计算机集成制造（CIM）组件，如计算机辅助设计（CAP），计算机辅助制造（CAM），计算机辅助质量保证（CAQ），生产数据采集（PDA），机器数据采集（MDA）和员工时间记录/时间与考勤（PTR/T&A）。

然而，这些计算机集成制造组件并没有完全融入到企业流程之中。相反，他们大多数只用于部门级单一项目的应用。现在，为了更好地支持大企业制造，企业项目需要集成越来越多的部门，需要协调内部和外部的价值链，也需要更多的集成软件解决方案。

由于以上这些原因，企业越来越多地使用综合MES解决方案，这种方法也被流程行业和制造行业所认可。正在出现的经济全球化也加速了这一趋势，因为全球化需要竞争力的最大化。必须完成以下目标：

·提高工作绩效，同时增加灵活性；

·更高的生产流程效率；

·增强并确保流程和产品质量；

·整体流程的成本优化；

·产品生命周期的缩短。

使用MES的驱动力是新型生产模式的发展、新型物流理念的推广，以及产品市场的迅速变化和开发流程的不断缩短。

产品的生命周期连续缩短，同时产品的技术日益复杂。同时，缩短的开发时间，需要更多的原型，要求更多的产品变化。

在一个全球性和竞争性的经济中，“上市时间”是每一家制造商成功的关键性和决定性因素。MES可以为这种成功作出显著的贡献。

上面列出要求内容中，企业价值链的持续改进需要这样一组工具，该工具不仅能支持各个部门，而且应考虑把“该生产”作为企业内的整体流程。

MES实现这一流程就像一种实时应用。由于整个生产的每一个环节都由这一整体流程来控制，持续的改进和优化就可以实现。

MES的实时性能力横跨多个部门的要求（如订单规划和控制、物料管理、生产数据采集、机器数据收集、质量管理、文档管理），提供了与生产流程的直接连接。

此外，需要扩展供应链和全球采购、以及各区域公司销售业务在开发市场中表现的集成。

MES不仅是“生产”和“企业”之间的运营链接，它还链接了供应链中的所有合作伙伴。这意味着：它连接了一个连续的、全面的和可管理的价值流。

在此基础上，MES正成为一种灵活的和一体化生产的战略要素。在今天的软件系统中，MES结合了现代化生产管理的所有任务。

同时，该系统是每个企业不断向未来“数字工厂”发展的运营平台。2.MES和规范性标准（IEC62264）正如概述中指出的，术语MES通常代表工业、公司或者供应商为生产运营管理的特定解决方案。

有些组织一般将“制造执行系统”归类于离散制造领域，作为“面向流程的制造管理系统”，并作为“生产流程组织和执行的全面驱动力”。以下为MES的主要任务：

a）组织和支持生产流程的所有活动：

·流程需求（工单处理、资源规划、质量需求）；

·运行行为（确保资源、材料流动和质量的可用性）；

·跟踪和分析（库存管理、关键绩效指标的计算、持续改进流程的依据，如：六西格玛和营运开支（OpEx））。

b）与生产流程（规划、启动、管理、控制、记录、评估、审查等）执行相关的所有行为闭环的实现。

c）与其他级别的信息交换，如企业管理级（企业资源规划，ERP）和制造/流程级（可编程控制器PLC、分布式控制系统DCS），以及运营支撑系统，例如产品和流程工程（P/PE），供应链管理（SCM）。

为了符合相关指南，MES的功能涵盖了生产流程按时间顺序排列的所有方面：

产前方面->生产流程的规划；

实时方面->生产流程的管理；

历史方面->生产流程的分析与评估。

本文使用的术语MES作为IEC62264“制造运营和控制”中第3级规定的所有解决方案和系统的代名词。

与此同时，一些其他术语诸如“制造运营管理（MOM）”或“协同生产管理（CPM）”也在目前的市场中使用，试图强调任务的全面性。

本文基于IEC62264“企业与控制系统集成”这套标准，该标准的中文版本GB/T20720也即将发布，其中有：

企业--控制系统集成--第一部分：模型与术语；

企业--控制系统集成--第二部分：对象模型属性；

企业--控制系统集成--第三部分：制造运营管理的行为模型；

企业--控制系统集成--第四部分：制造运营管理集成的对象与属性；

企业--控制系统集成--第五部分：制造交易的业务。

其中三个部分“模型和术语”、“对象模型属性”和“制造运营管理的活动模型”是主要焦点。

IEC62264定义了一个企业的多个功能级，他们按不同的时间尺度和不同的详细程度进行分级。这些功能级由较高的或较低的功能信息是否可用，以及其他因素来决定。功能级在下面列出，参见图1。

图1：功能级，引用IEC62264-3中的图2。·第4级：业务规划和物流；

·第3级：制造运营管理；

·第2级：监视以及生产流程的监督和自动化控制：

--批控制；

--连续控制；

--离散控制。

·第1级：流程或机械的控制和数据采集；

·第0级：生产流程。

该标准的第1部分描述了企业所有部门第3和第4级的相关功能，以及他们之间通常交换的对象。图2给出了部门与部门之间关系的一般描述。

图2：制造运营管理模型，引用IEC62264-3中的图1。MES的相关区域用灰色椭圆显示在IEC62264中定义的术语、概念和模型，为企业管理级和生产管理级的集成提供了一个标准。这改善了MES项目中利益相关者之间的沟通。该标准还为企业管理和生产管理的集成提供了最佳集成实践。同时，该标准还与企业自动化的程度和特定技术的使用无关。

在IEC62264第2部分中，定义了交换对象的特性和属性。第3部分描述了有关的制造或流程工厂管理的活动和功能。

本文主要涉及制造相关的运营活动，而不是功能区域之间的接口。因此，图2表示了制造运营管理的区域，图3所示的管理活动的通用模型将在以后的章节中叙述。

图3：制造运营管理的一般活动模型，引用IEC62264-3中的图6。图2中所示，与企业控制模型相关功能的活动，可以分配到制造运营管理级（第3级，黄色示出），并分成以下四个功能区域（灰色背景）：

·生产运营管理；

·质量运营管理；

·维护运营管理；

·库存运营管理。

图3模型中的活动主要解决下面的问题：

·如何管理...？（规范管理）；

·管理什么，在哪里，谁可以管理...？（资源管理）；

·何时，何地，谁来管理...？（详细调度和分派）；

·需要做什么，在哪里，由谁做...？（执行管理）；

·何时，何地，谁来做...？（数据采集与跟踪）；

·怎么样......？（数据采集与分析）。

生产、质量、库存和维护：这些活动能够均匀地分布在制造运营管理级的四个功能区域。因为这个模型特别适合使用MES模块构造和描述，作为各个活动的基础，更详细的解释将在下一部分描述。

对现有架构或计划架构的分析可以看出，这些活动可以在不同的系统中实现，例如在MES模块中的功能、在ERP系统中的功能或者在流程控制系统中的功能。图4提供了关于制造运营管理活动的技术集成及其分配到不同技术实现层的例子。

根据特定需求，允许一个级同时分配多个活动，该一般活动模型可以用于描述完整的解决方案，定义必要的接口。

图4：不同的活动类别和他们的技术集成（示例），引用IEC62264-3中的图31。3.按照IEC62264标准的流程模型分类如图2所示，制造运营管理构成了MES功能的核心，其本身由生产运营管理、维护运营管理、质量运营管理和库存运营管理所组成。它们搭建了企业资源计划（ERP）功能与在第1级和第2级实现功能（参见图1）之间的桥梁。所有这些核心功都能由不同的单个元素构成，提供或处理信息。图2：制造运营管理模型，引用IEC62264-3中的图1。MES的相关区域用灰色椭圆显示

这些运营信息可以分成以下几类：

·定义信息–执行运营和所需资源的规范；

·能力信息--资源属性；

·调度/请求信息--调度和执行；

·性能/响应信息--绩效和结果的反馈。

制造运营管理的不同领域遵循通用活动模型（参见图5），它描述了各个元素之间的相互作用。活动本身包括特定的任务，这些任务可根据需要执行的功能而有所不同。图5：通用活动模型，基于图3并增加了过程接口

各种活动通过信息流链接在一起。根据各自的功能，活动之间需要交换特定的信息。该活动和信息交换通过MES软件产品实现，这些产品的功能都是行业或产品特定的。3.1资源管理

资源管理可能包括相关分布式资源的信息管理，这是制造运营管理（MOM）各个功能所需要的。该信息包括了资源的容量和分配，以及当前和未来的可用性。

因此，生产资源管理专注于生产所需的资源，诸如机械、工具、人员和技术、材料和能源，以及整个生产步骤。

质量测试资源管理规定了人员要求（包括专业知识，证书和授权）、材料和进行质量测试需要的设备。

为了维护工单和工作，维护资源管理包括了关于需求资源的信息：标准和专用工具、内部和外部人员（有相应的专业知识和资格）、维护文件、以及执行维护工作所需的备件和消耗品。资源的状态包括了设备的健康状况、功能、可用性、预计利用、位置和可访问性。此外，必须考虑维护工作是否能在运营期间进行或者设备必须停机。

库存资源管理涉及到相关的资源：材料库存和材料搬运、人员（包括专业知识、证书和授权）、耗材和能源。库存水平和能力也在考虑之列。3.2定义管理

定义管理包括对制造运营管理不同功能的特性、过程指令、法规和需求的定义及管理。

生产定义管理包括关于产品、他们的功能和他们的制造流程（制造规则、配方、标准运营规程（SOP）、标准运营条件（SOC），运输和装配顺序）信息（可能分布）的定义和管理。

质量检测定义管理涵盖了人员资格、质量测试规程、执行这些规程的作业指导书的定义和管理。这也包括测试方法、测试频率（采样方案）和材料与资源的公差信息。此外，测试规范版本和日期的管理也应包括在内。

需要执行维护工作的信息和说明应在维护定义管理中定义和管理。

库存定义管理的活动包括了：指定和管理储存、材料运输说明（包括库存水平、运输说明和仓库相关的参数）。3.3详细调度

详细调度包括了：时间相关的需求、本地资源优化利用、制造运营管理各个功能的相关创建活动。该活动通常基于现有的计划。

详细调度针对企业的生产设备，如为机械和设备建立详细和优化的调度。该调度表包括诸如批量大小和设置时间，以及资源可用性和利用率。资源可用性可能需要定义多张调度表。

详细质量测试调度专注于质量测试的规划，可在生产流程之内或之外进行。除其他事项外，这应包括测试系统和人员的有效性，以及测试准备和测试评估的计划表。

详细维护调度包括维护要求的检查和优先级，并把与时间相关集成的维护活动融入到生产流程中。

生产调度方面，如果要产品变更和计划停机，必须考虑这是否可行。

详细库存调度管理要收集关于库存水平和材料搬运的信息。这也包括运输过程资源规划和最优化。3.4分派

分派包括了制造运营管理中的管理和协调活动。分派的基础是，在组件之间把各个资源的调度作为详细调度的一部分。

生产分派通过分配设备和人员控制生产的流动。例如，这包括在批处理控制系统中的批次调度和发布工单。

质量测试分派包括根据测试计划对质量控制设施发布测试工单。这也可以包括样品的提交。

维护分派专注于对维护相关的资源发布维护工单，同时考虑内部和外部人员能力的可用性。

库存分派包括根据定义和调度发布工单检查库存水平。3.5执行管理

执行管理的目的是基于调度、工单和遵从标准生产流程的管理与优化。

生产执行管理是指在实际生产处理和执行的活动，如根据产品定义和制造说明选择和启动生产步骤。它也对一个生产步骤到下一个生产步骤的传输进行管理。并在这个点，收集关于使用材料和处理时间的信息。因此，工单的状态和目前的进展成为可用信息。基于此信息，在局部可以优化生产步骤。

质量测试执行管理集中于执行质量测试，并监视使用的资源（设备、材料、人员），以及是否符合质量标准、产品特性与公差。

维护执行管理控制和监视维护工单的执行。这包括检查是否符合服务和维修说明、法规和质量标准，以及状态和结果是否正确归档。在分派中，应监视并使用为设备、备件、工具和人员相关证书。不可预测的事件应转发到详细调度。

库存执行管理包括存货相关的任务。包括检查正在使用的储存、运输和人力资源是否正确，检查储存、运输和状态报告是否符合质量标准和法规，存储监测和会计也是库存执行管理的一部分。3.6数据收集

数据收集包括制造运营管理中特定流程的购买、（预）处理和管理数据。在大多数情况下，该数据来源于功能层（图1）的第1级第和2级。该数据也可以由用户进行的输入和行动来生成。数据收集可以是周期的或由事件驱动的，数据的表示可以是直接测量值（用工程单位）或间接值（导出值或积分值）。为了正确评估数据，通常需要收集数据的相关内容，例如时间戳。

生产数据收集涉及到相关生产运营或其各个步骤的数据。这包括传感器的值和状态信息，以及通过执行生产相关的交易和来自模型评估获得的结果。

质量测试数据收集包含了实际测试数据、关于测试执行的数据、测试中用户输入的数据、中间数据和在测试报告中的数据。

维护数据收集的专注于在执行维护工单时创建的数据。这包括服务或维修运行设备的当前状态，反馈的时间和由内部和外部资源产生的成本，以及估计工作量与实际工作量之间的比较。收集的信息将集成到设备特定的维护历史记录中。

库存数据收集聚焦在库存有关活动和处理材料数据的采集和评估。产品跟踪数据，如库存水平、存储状态、使用设备、还包括仓库和运输操作员。库存数据采集也用于其他的功能区域，如质量跟踪（样品管理、参考材料管理）和维护跟踪（备件储备）。合规管理部门可能需要这种类型的数据，他们必须集成到生产数据中。

3.7跟踪

跟踪包括了反馈的生成和响应，从制造运营管理到第4级相关功能的特定流程。

生产跟踪包括了用于生产相关利用资源信息的总结和评估，如人员和生产设备、消费和生产的材料、成本和性能分析结果。生产跟踪也把信息传送给详细生产调度，使调度可以根据当前条件进行更新。

质量检测跟踪把质量信息反馈到第3级和第4级的相关功能。把测试结果编译成测试报告并管理相关的测试设备利用信息。该测试报告可以按需要或时间由事件驱动创建，例如在一个生产步骤或批次结束时。这样的测试报告可在不同的时间和不同的单元来创建。

维护跟踪着重于维护期间的资源利用和维护结果的相对效用，包括关于服务运营设备和辅助设备在工单执行时的状态和可用性数据集的生成和更新。这些信息可以用于遵从法规的证明。

库存跟踪包括仓库活动（例如，运输开始和完成）、库存利用率、储量大小和当前存储位置的报告。这包括库存材料的运输和管理相关数据集的生成和更新。该收集的信息也可以用于质量测试目的和遵从法规的证明。

3.8分析

分析包括了对商业系统数据（性能相关）相关的评估和报告活动。

生产性能分析集中于有关生产（设备，单元）周期时间、生产设备利用率、负载和设备性能、规程有效性，以及生产变化等信息。基于这些分析，关键绩效指标（KPI），可以由时间驱动算出，例如在生产运行或批处理结束，也可以根据需要计算。关键绩效指标（KPI）用于优化生产和资源消耗。生产性能分析和优化的过程可以与生产并行。改变优化标准和其他的内部或外部约束，如市场和环境条件，可能需要反复分析、策略修订和重新优化。

为了提高产品质量，质量性能分析评估质量测试结果和测试表现。这通常是一个连续的过程，包括质量偏差分析、质量测试周期时间、测试有效性，以及资源利用率。此外，它还可以为质量指标（关键）带来趋势的确定，对质量问题的根本原因分析，以及为他们的纠正提出建议。

维护分析检查人员、备件、辅助设备、直接和间接成本，以及在维修过程中的组织序列，可揭示问题的位置和为进一步改善进行优化。重点是维修策略的最优化和资产回报（ROA）的最大化。分析结果可以为生产调度用作反馈。该结果可用于计算维护性能指标，这有助于评估维护的有效性。此外，这些结果可以为提高业务流程效率提供决策支持。

库存分析包括了有关库存效率和资源利用的分析信息。这包括材料递送，包括质量和准时到达，库存损失和材料搬运与存储位置、设备和转移的关系。此外，要跟踪和分析材料的流动、库存资源的历史和趋势。使用这些数据可以导出库存指标，可以在制造运营管理内部使用，实现优化目的。此外，该指标可以转发到业务流程的第4级，在这层，他们与财务信息相结合提供了成本相关的指标。4典型的MES功能模块和相关术语

4.1概述

本文根据特定MES功能和它们的特定应用使用不同的术语。有时不同行业不同目的使用相同的术语。

下表给出了一般工业、跨行业和特定行业的术语。该表提供了各个模块应用领域的概述，以及它们的使用。对于每个模块，列出了具体主要支持的区域和活动。该表仅提供一般概述而不是完整的术语。区域活动缩略语含义与任务级别生产质量维护库存资源管理定义管理详细调度分派执行管理数据收集跟踪分析1.一般工业CMMS计算机维护管理系统3/4PPPPPPPPPDCA文件控制与归档3PPEWI电子工作指令3PPPPPPEMI企业制造智能3PPPPPERP企业资源规划4PPPPPKPI关键绩效指标3PPPPPPMM材料管理3PPPPPPOEE整体设备效率3PPPPPOM工单管理3PPPPPPPPAMS工厂资产管理系统3PPPPPPPPRM人力资源管理3PPPPPPPPPPPLM产品生命周期管理4PPPPPS生产计划与调度3/4PPPPPPPQMS/QA质量管理体系/质量保证3/4PPPPPPPSCADA监控与数据采集2/3PPPPSCM供应链管理3/4PPPPPPSPC统计过程控制3PPPPSQC统计质量控制3PPPPPPT&T跟踪和追溯3PPPPPPPWMS仓库管理系统3/4PPPPPP2.制造工业（大批量和单件生产）CKM车载管理3PPPPPPPGEN最终产品部件家谱3PPPJIS/JIT正好在列/准时4PPPPPPPKBM看板管理3PPPPPPPMDA机械数据采集3PPPPPPPDA生产数据采集3PPPPPPPPMC生产监视与控制3PPPPPPPRTLS实时定位系统3PPPPPPRWM返修管理3PPPPPPRTS实时调度器3PPPPP3.过程工业AM报警管理2/3PPPPPPAPC先进过程控制2/3PPPPPLIMS实验室信息管理系统3PPPPPPPPPIMS过程信息管理系统3PPPPPDCS分布式控制系统2PPPPPPAS过程自动化系统2PPPPP3.1.批处理EBR电子批记录3PPPPPRA配方制作2/3PPPWD称重与发放3PPPP3.2.连续过程BMA混合和传输自动化2/3PPPPPPPPPBPC混合属性控制2/3PPPPBRC混合比例控制2PPRPMS炼油和石化建模系统3PPPPPP3.3.灌装和包装LMS生产线监测系统2/3PPPPP表1：典型MES模块和MES相关术语的分类4.2典型MES功能模块和MES相关术语简述

4.2.1一般工业

CMMS--计算机维护管理系统

CMMS用于维护相关数据、能力和工单，以及相关的成本和性能测量的管理、规划、控制和监视。

DCA--文档控制和归档

系统或MES的模块，用于对相关文件处理、管理、存储和检索。主要功能包括：电子存储；文件的访问权限管理；根据文件类型和状态文件工作流的组织，以及预定义的处理时间；文件存档，包括版本和历史管理。

EWI--电子工作指令

对于每种类型的设备、事件或目的，EWIS规定了在什么条件下和用什么方式工作，工作执行应记录在案。EWI还定义了为这个工作所需的人员和资源。

EMI--企业制造智能

EMI是一个软件系统，集成及关联了生产相关数据，该数据通常存储在多个和分布的企业系统中。

ERP--企业资源计划

ERP系统是一个包括财务和生产相关业务过程的综合管理企业IT系统。用于监测和控制过程等不同的战略规划、生产、分销、工单处理和库存管理。

KPI--关键绩效指标

关键绩效指标是性能和经济测量，指示战略和运营目标实现的程度。

MM–材料管理

材料管理包括在生产过程中材料流、以及相关信息流的规划和控制。通常，该材料数据从ERP/WMS系统导入，并用于制造中的管理和库存处理。

重要的功能组件管理识别、分类、处置、规划、采购、质量控制、包装、贮存要求等。

OEE--整体设备效率

OEE是一种性能测量，指示技术装备整体有效利用率。该OEE用百分比表示，并用实际测量的设备利用率与理论上可能的最大利用率进行比较。

制造OEE使用可用性产品的时间、设备性能和达到质量标准生产量来计算。OEE的参考值可以用最大可用的生产时间除以生产调度。

另一个使用业务OEE的因素是设备计划的非利用时间。这个值是基于每年（8.760小时）的总小时数。

OM–工单管理

工单管理确保及时和准确的资源采购，保证准时生产和交货。

PAMS--工厂资产管理系统

工厂资产管理系统是一种软件系统，用于对生产相关设备的管理和在线监测。这具体包括了机械、现场设备、以及相关的硬件和软件。使用实时监视，PAMS也根据他们当前条件促进所有资产的优化检查和维护。工厂资产管理的基本概念适用于过程以及制造等行业。

PRM--人力资源管理

PRM系统管理可用的人力资源，并基于任务要求、时间约束和技术能力，优化工作分配。

PLM--产品生命周期管理

产品生命周期管理（PLM）收集产品相关的技术、业务和管理数据，涵盖了产品的整个生命周期，并使数据在不同的产品阶段可用。

PPS--生产计划与调度

生产计划与调度基于计算机系统，用于在生产制造设施中进行生产的运营规划和控制。

QMS/QA--质量管理体系/质量保证

质量管理体系的目的是对产品和工艺上改进。质量管理体系定义了规程，以达到规定的产品质量。质量保证（QA）确保符合质量管理体系（QMS）定义的规程。对于特定区域有特定规程，可能还有法律要求的强制执行。

SCADA系统--监控与数据采集

SCADA系统是软件系统，用于监测和控制工艺过程。它们可视化过程的执行、记录过程数据、并允许操作员控制设备和过程。该过程界面需要适当的控制和通信基础设施。

SCM--供应链管理

供应链管理控制和协调物流网络中的信息和组织。该物流网络覆盖了从供应商、制造和生产、到最终客户的整个价值链。

供应链管理的目的是提高整个供应链的效率，并协调供应商、制造商、客户和物流服务供应商之间的业务流程。

SPC-统计过程控制

基于统计参数过程的管理和优化。

SQC--统计质量控制

SQC监视对时常采样结果质量标准的符合性。在SQC中实施的统计算法，动态确定采样数量和频率。

T＆T–跟踪和追溯

跟踪和追溯是一个通用术语，用于产品的识别和跟踪，无论是在生产、质量保证或是在物流运输。在生产中，重点是确定产品的生产状况，可能包括它的物理位置。为了保证质量，强调的是符合生产要求，特别是有关健康和安全方面的因素。

跟踪和追溯以跟踪部件（召回行动）和批次（食品、饮料、以及医药等行业）为基本前提。

WMS--仓库管理系统

仓库管理系统是一个IT系统，在数量和价值方面管理存储产品。为了控制库存和最大化收益，它包括了如采购、收货、发货、配送、发票、应收账款和现金流管理等方面。

4.2.2制造业（大批量和单件生产）CKM--车载管理

术语车载管理来源于汽车的总装生产线，代表一种配货策略，即在装配前必须把专用装配部件放入车上的一个“篮子”。这个篮子随着车穿过总装生产线，并提供在装配阶段所需的专门选定的组件。

详细调度

详细调度，常常与机械控制中心结合使用，是详细规划和执行生产工单的工具。制约因素，如技术序列以及优化设置时间和生产数量要纳入考虑。详细调度优化机械的利用，一旦发生变动，应提供基于计算机的重新调度（优先级或快速工单），并清楚地显示过程的执行。因此，它能确保及时和优化生产运行。详细调度工具主要用于单件生产，但也用于非互联设备的批量生产。

GEN–产品家谱

产品家谱确保组装成最终产品的所有部件可以根据其制造商、产地或特定属性进行跟踪。家谱有时也称为追溯。

JIS/JIT–正好在列/准时

JIT（准时）指的是在一个特定的预定时间，组装部件直接到装配线或位置的递送。供应商承诺在指定的时间窗口内交付部件。

JIT实践避免了大的库存水平和库存时间，从而优化了物流成本。JIS（正好在列）比JIT更进一步，指定的组装部件按照正确的顺序送到装配生产线或位置。例如，在汽车的最终组装过程中，外部后视镜按照颜色顺序交付，它是按装配线上不同颜色喷漆车辆的顺序来确定的。

KBM-看板管理

看板是一种基于卡片或标签（名称源于“招牌”或“广告牌”）进行生产调度和物流的简单而高效的系统。该系统是在50年代初，由丰田生产系统的一部分开发而成的。

看板是一种按照材料消耗而创建“拉”的补给方法。这样，生产控制和材料供应仅在生产材料消耗的基础上提供。该卡是控制系统的基本元件，并在需要时发送信息。

看板循环可以明显降低生产的材料库存，同时提高了交货的可靠性。今天的物理卡正在逐步被基于计算机的信息所取代。这通常被称为电子看板。

MDA–机器数据采集

机器数据采集收集相关的参数、生产指标、状态和机器运行时间的信息。此信息用于规划和控制生产工单。

PDA--生产数据采集

PDA收集当前运行过程中的数据和状态信息（如工单状态、生产指标，如数量、体积、重量、质量数据等）。

PMC--生产监视与控制

生产监控包括了多个实时系统，收集和处理生产相关的全部数据，如数量、工艺参数、工厂及机械状态。一旦出现不可接受的偏差或差异，可能会自动执行纠正措施，包括PPS输入。根据自动化程度，数据可以直接传送到从属系统或导致相应的指令给人员（例如，给定值的变化、拒绝、关机）。

RTLS--实时定位系统

RTLS是一个系统，通过启动装有应答器的物体（如汽车），经过多个接近测量或多个三角测量提供实时位置。RTLS的优点是，汽车或其它物体的位置可以在任何时间确定。这可以优化修补运行或物流过程。另一个应用是通过改锥和车辆的自动识别，自动给车辆准确无误地分配螺丝。

RWM--返修管理

返修管理永远是质量管理的一部分，包括为每个产品部分的完成部门。返修管理的性能需要最终产品、办公区、备品备件、员工和质量检验的规划。

排序

排序确定产品生产的位置（机器分配）、产品或批处理的顺序（次序规划）和生产的时间（时间规划）。万一发生故障，次序规划应以最小改变处理顺序的影响。

4.2.3过程工业概述

AM--报警管理

报警管理提出了各种各样的方法、功能和工具，用于防止不正常的工厂条件，并为操作员提供处理和控制的支持。

APC–先进过程控制

先进过程控制提供了一种控制结构，通过加强典型层级概念的基本控制，为工厂或车间的多变量或离散量控制实现经济过程管理和特定过程优化。

该功能和工具的范围从简单增强，如前馈或串级控制，到动态去耦合交互，再到基于模型的多变量控制器和使用过程仿真的优化。

典型的模块包括基于模型预测控制（MPC）、实时优化（RTO）、非线性控制（NLC）、统计过程控制（SPC）和软传感器。

LIMS--实验室信息管理系统

实验室信息管理系统（LIMS）支持计划、控制、评估和存档化实验工单。它通常支持功能，如主数据、工单和样品登记、检测范围定义，样品和任务分配，结果收集、数据评估，报告创建和数据发布。

PIMS–过程信息管理系统

过程信息管理系统（PIMS）对生产过程中生成的当前和历史信息进行收集、整合、处理、存档和报告。它使生产数据可整合，生产序列可追溯，并为计算生产指标提供信息。

DCS/PAS--分布式控制系统/过程自动化系统

分布式控制系统控制连续或批量过程。它主要由直接连接到过程执行控制和监视功能的控制器、以及操作员和工程师站构成。

4.2.4过程工业：批处理

批量分析

这个软件是MES系统或DCS的一部分，用于评估和评价生产进度以及批处理的产量和质量。典型的功能有：确定和显示参数、质量相关差，并把其他批次与“黄金批次”进行比较。

批量控制

批控制软件是MES或DCS的一部分，按照电子作业或控制指令的形式完成配方的自动执行，实现较低级别的自动化功能。

EBR--电子批量记录

EBR是电子化和自动生成的批生产日志，它记录了批次生产和相关的配方数据、实际过程的数据和事件。

此软件是MES的一部分，允许对EBR定义、创建、管理和存储。

配方编辑器，RA–配方制作

配方编辑软件模块是MES或DCS的一部分，用于配方的创建和管理。配方是根据预定义规程制造产品的规则。该配方包含了过程执行的必要条件、用什么顺序和在什么工艺条件下执行程序步骤的说明。根据工厂自动化的程度，配方包含由配方控制的操作员工作指令（用纸质或电子）和/或自动执行的控制指令，这通常利用DCS较低级别的自动化功能。

调度中心

调度中心是一个MES模块，用于过程工业生产订单的详细调度、实施和状态显示。调度中心完善了长期调度的要求，例如，源于ERP系统，利用工厂数据采集提供的信息。调度中心软件还可以检测并跟踪所需的材料和设施（MT–材料跟踪和ET--设备跟踪）。调度中心的图形显示经常使用动态更新的甘特图，表明设备计划和实际分配对时间的函数。

调度中心可以作为一个手动规划板、一个独立软件解决方案，或一个综合运营管理软件中的集成模块来实现。

WD--称重和发放

WD描述了材料的称重、准备和分发，根据配方规范通常添加手动操作。在使用点，该称重与标记的材料制成移动的容器、圆桶或袋子，并且在正确的时间必须添加到正确的批次。MES的WD软件管理和记录这些关键序列。4.2.5过程工业：连续和石化过程

BMA--混合及传输自动化

在炼油厂，BMA软件计划和优化混合运行和必要的传输，在这些地方以提高工厂盈利为目标，并防止异常情况发生。多种BMA工具能计划和监控目标、考虑库存局限、提供调度计划和产品规范、同时进行数据分析，并建立关键绩效指标（KPI）。

BPC--混合属性控制

根据规定的质量标准，BPC控制和优化精炼组件的直列混合过程，生产出符合规范的销售产品，同时满足混合要求和混合成分的组成，以及可用的能力和设备。

BRC--混合比例控制

BRC根据人工和质量为导向的设置，直接控制炼油产品的混合过程。

LP模型--线性编程模型

一个LP模型包括模型化的线性方程或不等式组，描述了不同变量参照目标函数的关系，以及用于该系统解决方案的方法。

RPMS--炼油与石化建模系统

RPMS是LP模型的创建和分析系统，用于炼油厂和石油化工厂的短期和长期规划。

4.2.6灌装和包装

LMS–生产线监视系统

生产线监测系统是MES的多个模块，在灌装和包装设备以及相关过程中，收集和监视生产数据。分析和显示生产线或设备相关的关键绩效指标，通常是LMS的一部分。典型的指标是生产时间、生产数量、利用效率、停机时间、故障原因及包装损失。5基于典型应用的MES模块部署实例

在前面的部分中，根据IEC62264的标准，MES模块是按行业进行分类的，本部分给出了几个特定行业应用实例需要特别考虑的两个内容。

a.今天，与制造执行系统相关的解决方案已经“有机”地开发了很多年，且有各种应用。随着时间的推移，在两个主要工业：“制造业”和“流程工业”已出现了显著的差异。然而，即使在每个行业，特殊和应用特定的变体已经建立。它们这些发展和历史将在下面介绍。

b.尽管前面诉说了差异，行业特定的MES相关变化可以用IEC62264过程模型的结构来体现。由于MES模块和解决方案的不断成熟，技术已经出现了跨多个应用领域的使用。在过去几年中，这种发展趋势没有例外，通常用于制造工业和过程工业的许多自动化功能都已经用硬件和软件组件（PLC，DCS）实现。此外，以前完全独立的两条产品线，现在已可以在两个行业中互用。

为了更好地让读者理解，下面的部分首先提供相应典型运行过程的一般描述，随后通过各个业务活动的表格描述MES模块是如何支持生产、质量、维护和库存管理的。

为了关联所描述MES模块的功能和应用，以下一般运行过程的描述给出了对各个行业主要特点简单而直接的叙述。

5.1活性药物成分生产

在制药工业中，活性成分通过化学或生物过程生产（植物提取物、化学合成或生物技术发酵）。制造过程必须符合政府的法规，这一般概括成所谓的“现行良好生产实践”（cGMP）。

在下面活性成分化学生产的例子中，显示了在自动批处理控制的柔性多产品工厂中，运行要求和应用MES模块的可能性。重点是生产管理。

5.1.1典型运行一般描述

基于对活性成分的需求，成分的管理和预测在ERP系统中完成，成分的生产由MES组织实施。

每个产品或者已有了生产配方，或者要为产品创建新的配方。根据工厂自动化的程度，可以基于操作员的指令实现生产配方或者由过程自动化系统实现基本配方（图6）。除了配料量和工艺控制参数，该配方包括设备的互连要求、手动执行步骤（SOP：标准操作规程）工作说明书、处理危险材料的安全说明和质量控制要求，包括采样（IPC：在线过程控制，PM：过程监视）。作为符合cGMP的一部分，该配方有版本控制，并要求有生产管理和质量保证部门的批准。

图6：在MES配方编辑器中，集成了MES（绿色）和DCS（蓝色）的配方定义和管理生产调度要求：

a）所需的工艺设备（剂量容器、反应器、填充站等）的选择和分配，需要的柔性设备互连、以及可用的移动设备规划和分配。

b）检查谁获得了有关标准操作规程（SOP）和处理产品有害物质培训的资格证书。

c）在适当的时间需要检查成分的可用性。

d）把生产分为多个生产批次。

e）为了把各个成分容器（大袋，桶）手动添加到该过程，生成称重和运输工单。

f）为在线过程控制（IPC）和过程监视（PM）的样品生成实验室检测工单。

生产准备要求：

a）检查计划的设备是否清洁可用，还是“干净”的状态已经过期，需要在使用前进行清洗。制作设备状态文件。

b）建立柔性设备互连和移动设备的分配。为了保证质量，检查和制作互连文件。

生产执行要求：

a）根据生产的配方生产各个批次，即可以用配方中包含的指令通过手动操作，也可以用DCS自动执行配方。在这两种情况下，必须符合cGMP文档中的“谁做什么和什么时间做”。

b）质量相关工艺参数的cGMP符合文件，作为符合活性成分药物批次生产的证明文件。

c）成分容器符合cGMP在正确时间和位置进行称重（图7）、记录、标签和运输。

图7：在配方材料称重期间，使用移动或固定操作员终端的操作员界面d）在过程的正确时间，把正确的容器放到计划的生产批次。该释放必须符合cGMP标准，即通过操作员确认和监督员验证或自动验证，如通过条形码。

e）样品采集并生成检测工单。

生产评价要求：

a）为了允许QA快速发送批量，当时识别质量相关的批量偏差。

b）额外的运行评估，例如，最小化批次周期时间和产量的变动。

经济背景：

一般来说，活性药物成分是高价值产品。失去一个批次可能会造成六位数的损失。

5.1.2通过MES功能支持运行资源管理生产质量维护库存员工规划培训要求：员工接受了什么培训？进行了多长时间的培训？什么时候需要重复？链接到定义管理：有什么样的标准操作规程（SOP）？哪类员工需要这样的培训？员工什么时候可以工作（班次和节假日规划）？链接到详细调度和执行管理：执行当前良好制造实践（cGMP）相关任务的员工有相应的许可和培训吗？过程设备单元分类和它们的一般属性（类型：反应器，接收器，离心机...；设备状态：干净的，已用的，正在维护...）单元和各自属性（装置限制：体积，温度，压力...；材质：钢，玻璃，聚四氟乙烯...；专用装置：带/不带计量罐...）一般过程的资源，如加热或冷却介质，氮气，真空，排气净气器等，以及它们的容量固定和灵活的设备互连和移动装置员工员工培训和资质可用员工测试装置测试装置可用性，校准周期，维护计划检测援助需要检测援助的库存和到期员工员工培训和资格认证可用员工生产装置和仪器仪表类型，数量及状态工具和校准装置类型，数量及状态备件和运行材料所需类型和库存水平维修合同维护工作外包员工员工培训和资质可用员工材料材料，数量，状态商店商店，类型，容量和分配运行装置和包装材料秤盒子及包装（容器，桶，大袋...）交通资源

定义管理生产质量维护库存符合cGMP文档的创建、发布和控制生产和清洁配方（为过程控制系统（PAS）自动配方的定义或引用存储在PAS中配方，和为手动任务链接到SOP电子工作说明的定义）工作说明书（SOP）安全说明书cGMP符合性的创建、发布和控制测试方法测试规程及允许的偏差测试计划创建、量化、发布和控制维护计划测试规程校准周期创建、发布和控制材料，状态，储存和运输条件，最小化库存水平处理危险材料的说明工作说明书许可的包装规范

详细调度生产质量维护库存定义和规划生产活动为了从ERP系统传输处理工单，定义到ERP系统接口基于预期的配方要求和可用性，单元分配的建议和选择对应预期的单元分配和可用连接，建立连接的建议和选择关于在预期时间的资源和材料瓶颈的忠告目标值与实际生产值的比较规划为货物接收，过程控制和产品发送所需的测试目标值与实际值的比较规划状态相关的检查和维护措施比较目标值与实际值规划为生产所必需的材料库存水平容器必要的称重，同时考虑材料的储存时间（FIFO）需要的运输运营比较目标值与实际值

分派生产质量维护库存为运行生产活动分配工单为活动开始分配工单为配料容器的称重分配工单（到库存详细调度的接口）为活动的各批次处理分配工单（到PAS的接口）为实验室测试分配工单（到LIMS详细调度的接口）为中间清洗分配工单（可通过PAS自动执行）为最后清理分配工单（可通过PAS自动执行）和在活动结束解除连接并停机分配工单测试工单分配工单维护工单分配工单收到物品要求的采样所需容器的称量所需的运输运营

执行管理生产质量维护库存生产活动的运行和监视各种活动，生产批次，材料容器和运输工单的状态显示和运行执行电子工作指令显示批次进程内容中配方定义的电子工作指令有适当权限的员工进行检查在手动补充材料的情况下：检查容器的批次数据（如通过条形码）测试执行在线访问测试工单和测试规程自动或手动执行记录结果反馈给生产和商店维护工单的控制和监视在线访问工单，服务计划，文件和指令状态跟踪记录结果执行或帮助操作员材料称重运输材料和产品释放或检疫

数据收集生产质量维护库存电子数据记录根据法律要求记录和存储数据：如21联邦法规（21CFR第11部分）：电子记录；电子签名记录所有与批处理或活动过程相关的MES事件与或操作员行为把PAS批处理事件（操作员行为，报警，报告值）传输到MES中的批次数据，或在电子批记录生成过程中通过连接器访问该数据把LIMS的分析数据传输给MES中的批次数据，或在电子批记录生成过程中通过数据连接器访问该数据电子数据记录测试工单和分析结果负责员工电子数据记录失效时间损失必需的工作时间需要的备件维护工单成本生产损失导致的成本电子数据记录物料数据（批次号，数量，分析值，检疫状况）库存水平和位置移动容器的使用和状态运输工单的执行

跟踪生产质量维护库存自动跟踪活动，批次，工作和运输工单状态变化，并适当显示概要把材料消耗和制造产品的信息反馈到ERP系统自动跟踪完成测试工单如果分析值超出公差，发出警告完成维护工单的收集合格反馈，工单状态损坏原因分配为今后改进和解决问题提供建议完成工单收集货物接收发运的货物称量运输工单

分析生产质量维护库存电子批次记录的生成批次时间进展质量相关差异质量相关测量的历史趋势图批次历史趋势图比较使用“金批次”统计分析（批运行时间，产量等的变动）材料跟踪和材料家谱概述：在批次中使用哪种成分？概述：在哪个批次中使用了特殊成分？统计分析KPI（产量，完成时间，废料，修补，利用率，资源消耗，成本）统计分析KPI（利用率，运行时间，资源消耗，成本）质量数据变动测试计划优化统计分析KPI（利用率，维修时间，资源消耗，成本）技术设备的可用性部件的可靠性维护计划和间隔的优化统计分析KPI（捆绑资本，周转次数，检疫花费时间，成本）库存水平和包装单元的优化供应商评估5.2啤酒行业

啤酒行业的特点是工厂的能力可大可小，变化很大。小啤酒厂的规模约为每年生产20万升啤酒，即40万瓶0.5升的啤酒；而德国最大的啤酒厂每年可生产约5亿升啤酒，还有跨国的高达10亿升/年的啤酒厂，有些啤酒厂的生产能力甚至超过这个数字。酒厂规模对自动化和MES的需求也发生了相应变化。在型小啤酒厂，一般只有酿造厂房和一些清洗设备作为“自动化孤岛”而自动运行。起步的产量约为1千万升/年，啤酒厂用一套完全集成的自动化解决方案控制整个生产过程。大型啤酒厂则完全依靠生产设备的自动化运行，由中央控制室监视。

MES的主要功能是保证质量，生产调度支持，包括物流和库存的数据，并用产品质量和效益评估生产。

MES系统的核心功能是面向目标的生产支持。专有系统超出办公软件产品范围的情况，通常可以在年产量5千万升的啤酒厂中找到。酿造业一直都在考虑大型化和国际化的运营模式，对不同工厂选定的性能指标进行比较也变得越来越重要。而MES正好能够提供这些性能指标。

生产企业的内部设施主要分成两个区域，分别是酿造和装瓶，即啤酒原浆的生成和各种瓶子的灌装，最后成为准备销售的啤酒。这两个区域是不同的部门，需要不同MES功能。下面的叙述着重于生成过程，即酿造部分。

5.2.1典型运行的一般描述

啤酒的准备部分分成四个过程单元：

·筒仓区域=原料储存；

·酿造厂房=麦汁准备；

·发酵酒窖=发酵过程；

·过滤啤酒=啤酒过滤，准备装瓶。在大多数情况下，所用的原料是麦芽和啤酒花。酵母在生产过程中生成并再产。消耗的材料是清洁剂和助滤剂。副产品包括酒糟，酵母和助滤剂。

由于完整的酿造过程需要约4周时间，为了保证必要的生产时间，销售需要进行相应地预测。

原料的质量变化和市场的口味变化，需要产品不断创新以及灵活的配方管理。这个功能通常在控制系统级就可以实现。配方在单元级或设备级上定义。厂级或通用配方已不太常见，偶尔存在于制造的说明书上。从80年代以后，啤酒厂已普遍采用在控制系统内实现配方。

各个过程工位的生产调度：

筒仓区

a）从ERP系统得到原材料的采购规划；

b）在ERP内发贴，或在集成环境下，通过MES反馈给ERP；

c）库存水平和消耗，从MES反馈到ERP。

酿酒厂

a）规划时限：1个星期；

b）相对较少的变化（大约1-10）；

c）按酿造线规划酿造过程（图8）。

图8:使用罐调度支持调度功能d）发酵窖（下一阶段）的容量决定了同一酿造的顺序号；

e）为规划输入参数（图9）

图9:在MES中自动关联资源和过程执行-发酵窖中的目前液位；填补发酵窖中丢失容量。

-根据选择酿造的品种，预测长期销售。这决定了这种酿造类型要生产的数量。作为规划的一部分，还要把该总量分成为多个批次（啤酒）。

-计划的不确定性是由于酿造生成与成品啤酒销售要有24星期的延迟。

发酵酒窖

a）酒罐的灌装是按酿造规划决定的。

b）14周的批次时间。

c）酒罐的排空是由过滤规划决定的。

d）在发酵窖中其余的工作（酵母培养，清洗）作为每周调度的一部分执行。

成品啤酒装瓶的过滤和交付

a）规划时限为2至3天。

b）相对高的品种数量（约为5–50种）。

c）装瓶要快速适应规划的变更。

d）装瓶的典型缓冲时间小于1天。

生产调度主要由工厂和设备的可用性决定，而不是由原材料调度。

人员规划

这项工作与所提的能力要求差不多。因此，每个班次的人员规划要有足够的人数。这可以通过简单的列表完成。

生产准备要求：

a）原材料供应是ERP系统的责任。

b）所需设备单元和路线的选择与分配。

c）检查批次（质量发布）以及设备（清洗）的必要状态。

d）考虑了从过程控制系统或MES得到的当前过程状态后，对下一个处理步骤提出要求。

生产执行要求：

a）自动化过程的监视。

b）为手动任务描述完成工作流程。

c）在MES中获得生产和消费量数据。

d）触发所需样品的收集和质量保证的分析。

e）根据质量结果，为进一步的处理阻止或释放批次。

f）在生产结束时请求清洗。

生产评估要求：

a）从该过程控制系统获得批处理数据。

b）合并所有相关的数据（DCS，实验室信息管理系统，手动收集）。

c）根据规范检查选择的数据点。

d）对与目标值产生偏差的批次进行快速检查。这有助于对生产问题的识别。

e）对没有产生缺陷批次的百分比评估。

f）根据有限数量的性能指标，评估生产目标。

g）用验证的收集数据，评估生产批次的管理。

h）可能需修正所有收集数据，其中包括自动收集的数据。当把数据导出到ERP系统时，错误数据会导致无用和引起问题。

5.2.2由MES功能支持运行

资源管理生产质量维护库存概述单元和子单元分配可能在控制系统层发生。这是在单元类中根据单元设备指定的不灵活，技术修复过程运行设备在DCS中管理资源在单元上可以修复过程规范经常在不同生产线有相同的功能（例如2条酿造线，有多个罐装和排空路经）生产状态管理在DCS中执行保持过程状态：如：灌装，填充，排出，清空，清洗等以及卫生状态（使用了，清洗了，消毒了）；状态遵从S88.01规程材料从ERP发出材料类和材料的转移指令在DCS中把材料类分配到过程在DCS中把材料分配到配方员工需要时，把所有自动化人员分配到所有生产区域在MES中，很少做人员规划产品属性要求收集需要的质量数据成分属性的收集和评估相关成分属性的分析和存储评估（接受或拒绝）对生产要求影响的评估，必要时需要调整参数管理检测设备和检测手段由实验室或生产人员分析绩效战略决策：情境或预防性维护规划设备停顿和维修（周期）设想情境维护计划人员要与预计运营阶段和短期需求相吻合材料的需求和容量规划ERP关键原料的长期供应合同（麦芽/酒花）参考去年的数据MES决定并管理当前和历史的库存（MES往往引导ERP）对ERP反馈消耗和生产数据分配过程工单（根据连接的ERP）核对当前的库存水平

定义管理生产质量维护库存制造规程和配方的定义规程和配方中的参数在DCS中定义区别：设备参数，工艺参数，产品参数通常在单元类级定义规程，在具体单元级定义配方。例外的是罐区，配方仅在类级存在为手动任务链接SOP规范为存储在DCS中的参数输入限值对质量相关参数限值的定义在MES中进行=>必须选择如果不期望质量缺陷，按规范检查才有意义批次分类“不在规范中”规范需要经常维护，否则有糟糕的评估风险LIMS接口多数规范已存在实验室信息系统中实验室要对DCS反馈超限信息质量相关的现场测量要报告给实验室材料特性规范成分质量成分检测和公布规程产品质量质量数据调整工单相关的调整机制创建，发布和控制检测方法检测规程建立限值成分公布/限制修补批次发布/限制与DCS的界面通过在线界面发布质量反馈到批次级对运行维护周期和标准的要求维护工单规程维护清单（设备，人员）确定维护间隔维护要求的限制创建，量化，发布和控制测量校准周期对选择的组件，根据工作小时（周期）面向对象的维护计划设备区的全面维护（预定关机的服务）库存量的修正条文（备份量）最小化库存水平库存定义的天数

详细调度生产质量维护库存工厂设备和生产分配调度从ERP或供应链管理软件传送生产要求酿造厂：在DCS中把ERP（每个产品数量）的生产要求拆分成生产批次（酿造）发酵：分别从产品状态或清洁要求进行必要的处理；无高一级规划过滤：根据目前的库存水平和从ERP的装瓶规划为装瓶提供过滤啤酒在DCS中分配运行生产单元（生产线/路线，单元，容器）根据需要变更短期规划也在MES中显示设备分配和生产状态根据质量标准物流规划调整在生产过程中计划分析从当前的批次信息中创建采样计划规划数据的交接到维护管理模块成份根据库存水平和生产规划征调递交产品为要求的数量优化装瓶规划，最小化空闲时间

分派生产质量维护按照预定和当前运行数据优化工厂设备分配在DCS中存在所有的功能手动或者根据设备的可用性启动生产自动选择可用的单元（请求如过程清洗）在不同工艺阶段通过MES模块解耦操作员行为用固定的批量生产，按照工厂规模预先定义限制范围为运行生产活动分配工单为中间可能需要的清洗分配工单（通过DCS实现自动化）反馈过程状态，作为规划依据工单分配提取样品分析设备的分配根据当前需求在线规划和调整资源人员需求

执行管理生产质量维护库存优化管理和生产单元控制信条：没有MES必须也能生产用配方控制自动或半自动运行规程在DCS中管理离散和调节控制设备的可变参数集（配方内容）自动路由控制批次的混合，计量，选择和取消可灵活选择，如像单元是分离的可平滑切换酒罐的变更，虽然在批次开始时所需罐的数量不固定过程控制在MES中监视过程状态当前违反规范的列表在MES中评估生产（KPI）产品质量生产运行时，在线测量产品质量执行分析在线访问检测工单和规程反馈分析结果制作结果文档反应阻止或释放成分和/或生产批次下指令传输给DCS维护工单的控制和监视运行周期，小时的收集现场设备的校准间隔在线访问作业工单，服务计划，文件和规程商店自动发布交货时间送货单数据分配人工库存移动的收集（如集装箱货物）；材料入库和生产分配水平预订使用的材料，发布生产量预订空状态修正当前水平的人工库存反馈给ERP

数据收集生产质量维护库存收集和显示当前处理的数据（控制系统）给MES报告所有批次，主要在运行级（开始时间和结束时间，整个过程运行时间，材料识别，使用的配方版本等）根据相应的过程或连续改进过程（CIP）对工单分类，作为报告的基础使用当前和最近（天，周）的运行参数，这些参数由控制室的操作员归档在控制系统组件中长期归档为当前或未来的分析，收集和归档工厂范围内的运行数据；通常这些参数用在控制室外电子数据记录记录所有与批处理或生产进展相关的事件和操作员操作从DCS把批次事件（操作员操作，报警，报告值）传递给MES中的批次数据从LIMS系统把分析数据传递给MES中的批次数据为生产运行定义，收集和备案通用质量指标实验室数据收集：从过程和实验室收集和存储分析数据电子数据记录检测工单和分析结果负责员工一旦设备变化更新维护数据维护工作记录收集运行周期收集运行时间维护工作后复位表值消耗/生产材料移动（批次ID，存储位置，材料，数量等）建立批次关系（链接源与目标批次）为过程批次分配消耗/生产材料预定方法

跟踪生产质量维护库存生产对象跟踪创建浓缩生产概述生产参数，损失，消耗查明KPI跟踪分配时间报告预定义“标准报告”，涵盖经常性报告任务用户可配置报告查询，提供更强的选择标准和组合能力数据传递到MSExcel，然后在MSExcel中进一步处理生产评估每个批次的所有相关值应在规范范围内在规范内的批次数量是1个规范值质量参数的目标与实际评估以及显示当分析值超出公差范围时，产生报警维护数据调整保持周期服务库存水平库存概述–当前水平或指定时间的水平库存位置历史批次跟踪材料库存移动材料移动主要产品流动：从麦芽接收，然后到酿造厂，发酵，过滤，最后到装瓶生产线在极少数情况下，从酿造链接到装瓶线的灌装机如果副产品要出售到制药或食品和饮料行业，跟踪副产品（酵母）是有意义

分析生产质量维护库存分析计划情况与实际情况时间差异分析生产要求与运行数据的比较报警，事件和消息列表的评估从DCS的数据分析报警，事件和消息生成电子批记录批次的定时进展质量相关测量的趋势图材料跟踪或材料家谱概述：在批次中用了什么成分？概述：哪个批次中使用了特殊成分？统计分析评估KPIOEE分析基于MES数据的在线分析过程（OLAP）质量数据的分析和记录生成统计评估：KPI质量数据的变化在中长期生产中质量进步的指示质量监视，评估和记录质量相关差异维护数据的分析和记录运行时间，人员开支，问题设备参数查明事件驱动维护措施的数量（成本，生产损失）资源需求和成本库存数据的分析和记录消耗，库存水平与运行数据相关联成分利用的程度评估交付完整性（到期日，数量）虽然本文介绍的是啤酒行业，但也适用于类似的食品和饮料行业。5.3炼油与石化行业

为了更经济地管理和控制生产工厂，全面和自含式软件系统在调节过程和制造行业广泛使用，但没有在炼油厂和石化工业广泛使用。不过，像生产规划与调度、资源优化利用等功能已成为过程管理、确保设备可用性和质量控制的一部分，是极其重要的。因此，虽然不在单一的软件环境，这些行业也用MES的功能。有一种特殊裁剪应用的选择可用于处理特定的任务，其中一些任务可以集成，并与集中管理的、开放的数据库通信。

这些应用程序的目的是提高运营绩效，增加运行规程的透明度，生产选择的识别。普遍接受的、基于国际准则的运营过程标准，在这个行业使用的越来越多。然而，现在还没有完全标准化的软件解决方案和一致有效的规程。

生产链接企业管理的需求正变得日益迫切，特别是在全球需求变化和经济条件不稳定的情况下。因此，这种链接的实施在日益增长。

5.3.1典型运行的一般说明

运行过程包括时间周期为几个月或几年（一般基于线性规划LP模型）的长期规划、短期生产计划和调度、生产管理、过程控制与监视、材料和能源管理以及采购和质量保证。图10给出了整个价值链的概览。

图10:炼油厂价值链长期线性规划（LP）模型的时间周期从一个月至五年（取决于什么任务，范围可以从生产调度到投资规划），使用ERP生成需求预测，附加从原油数据库获得的原料数据。LP模型优化目标值--通常盈利--这取决于原油数据、市场驱动的经济要求和现在运营的约束。此外，使用非线性仿真模型和所谓的流表单模拟器进行进一步计算。这些工具可以对不同生产区域进行互联模拟。考虑了要求的产品结构、原料和能量要求以及二氧化碳的排放，该结果为特定炼油厂优化选择了合适的原油等级。交付的原料是通过（LIMS）验证的，并纳入库存管理。基于这些数据，可以计划原油部署、过程单元分配，以及随后的产品混合。该调度数据然后传送给过程控制工具和系统，它们使用该数据优化运行策略，例如先进过程控制（APC）。

除了购买和储存原料，采购还要负责保持备件可供运行使用。同时，质量控制需要检查和记录原材料以及中间品和制成品。为了出具发票，还要使用附加工具来计划、监视和记录产品的储存和装运。

一个炼油厂的所有区域，关于供应原料、过程和事件等生产过程的数据，通常存储在中央数据库中。中央数据库不仅能够提供全面的文档，还能为进一步优化运行及时进行分析和推论。

生产调度要求：

a）对时间周期在1至3个月的需求，使用LP模型进行规范和分析。ERP提供LP模型以及其它数据。

b）在原油数据库，提供有关原料的信息。

c）为几个炼油厂和石化厂（供应链管理）创建和优化供应与生产计划。

这个规划为一个或多个炼油厂选择原油。

生产准备要求：

a）中期规划（115天），为炼油厂调度原油分配和特定单元的具体位置。基于LP模型的结果为成分混合（多周期，多产品）提出要求。目标是优化设备和能力的利用。

b）从ERP系统传递数据。

生产执行要求：

a）把调度要求转换成过程控制的设定值（APC软件或过程控制系统）。

b）为成分混合的过程单元和软件模块执行计划指令。

c）过程控制包括资源优化（设备，能源，原料）。

d）混合管理软件，过程控制系统和APC的软件。

e）在LP模型中原料利用的规划，要根据更新的运行数据进行实时修正。

f）获取、计算和显示能源消耗（KPI）。APC可使用目标函数实现优化。

生产评估要求：

a）收集和归档全厂范围的生产数据，包括长期数据库中的实验室数据。

b）分析生产和实验室数据，写报告，并把数据反馈到规划模型。

c）月计划或重算计划（回测计划）应与实际生产的结果进行比较。

5.3.2由MES功能支持的操作

资源管理生产质量维护库存炼油厂装载长远规划检查当前和预期市场需求，对企业、工厂和生产级现有能力的分配为企业和各个厂原料供应长期规划，同时考虑原料可用性以及原料运输成本（战略，战术和运营供应规划）按照一般的市场需求和客户实际需求，长期规划运营中所需的资产参数优化，如原料采购，产品需求，分散成本，分散能力，生产能力，制造成本和库存水平最小化运营的不适应性人员规划原料特性的收集与评估原料分析并使用原油的数据库；可用原油导致的产量和质量数据为LP模型或在供应链中其他模拟工具输入数据长期规划确保关键资产的及时可用工厂设备的计划停机和维护面向生产状况的备件采购按照预期的生产阶段，计划在线人员为人员，材料和设备在线的长期计划，规划需求和容量调整库存水平工单，（暂时的）容量增加

定义管理生产质量维护库存分析需求的产品质量并决定必要的生产与配方参数产品质量和期限的规范相关工单的输入定义设备维护周期和标准维护清单（设备，人员）运行相关的适配经济库存指标的确定和管理详细调度生产质量维护库存运营设施和生产任务的调度目的是最大化绩效和利润，用物流、数量和质量作为调度标准最小化运营成本，同时最大化产量和利用率考虑工单数据，原料接收和可用路线在炼油时调度原油和混合物，分配设备、单元和生产路线为产品混合调度成分；分配到终端能源和设施的规划与分配把数据传输到物流和运营应用人员管理用质量标准加强物流规划物流调度的质量修正；把原料特性和运行参数转换为产量、属性和运行限制把规划数据移动到维护模块中把规划数据移动到库存模块中

分派生产质量维护库存根据调度和当前运行数据，优化运行设备的分配优化原料混合（混合材料，路线）的分配基于设备可用性优化材料路线选择优化混合商品的分配，包括管理材料的传输输入，控制和监测质量参数混合成分和产品储罐选择路线分析和调整混合质量按照部署和资源计划，使用CMMS帮助组织在线维护任务时间按当前需求，规划/调整在线资源

执行管理生产质量维护库存优化生产单元的管理稳定、一致的设备与单元控制策略（控制系统）自动或半自动的运行规程（一致的运行和质量，较少的异常）为设备控制策略管理可变运行参数集优化生产单元（MPC）的运行参数为优化整体运行（模拟）协调设备参数根据规范的产品混合混合参数的设定值控制避免超出规范要求的改进质量稳定的混合比控制混合质量调整产品质量（在线，实验室）的测量与记录工厂资产管理（PAM）收集运行设备参数送入维修活动规划到库存水平和采购备件和材料的接口按工厂需求，在线执行维护活动监视和调整工厂资产服务周期（过程相关的资产管理）控制回路性能监视，主动确定现场设备和阀门所需的行动基于设备条件，调整库存数据

数据收集生产质量维护库存收集和可视化当前过程和事件参数（控制系统）使用当前和最近（天，周）的运行参数，这些参数归档在控制系统组件中长期归档为当前或未来分析收集和归档全厂范围的运行数据；通常在控制室之外使用为实验室收集生产数据，定义、收集和储存通用质量指标来自实验室（LIMS）分析数据的收集和存储根据设备变化的结果，更新维护数据根据设备变化，在线更新库存水平数据

跟踪生产质量维护库存通过目标对比实际进行评估，显示在现场条件下的运行参数通过目标对比实际进行评估，显示在现场条件下的质量参数可以根据定义的机制，调整维护数据可以根据定义的机，调整库存的数据

分析生产质量维护库存通过计划对比实际进行分析用LP模型拿规档运行数据与规划数据进行比较用当前数据修正规划模型归档生产参数的评估分析和记录运行参数的经济指标分析和记录设备或单元异常情况分析和记录运行参数的相关性报警，事件和消息列表的评估分析和记录控制系统中报警、事件和消息归档事件顺序的评估分析和记录异常情况的事件顺序数据（SOE）分析和记录质量数据和关键绩效指标（KPI）分析和记录维护数据运行时间，人员开支，技术有问题地区，成本运行参数和运行区域的相关性分析和记录库存数据消