生产管理系统(MES)

..业车间生产管理系统（MES）及其典型结构【摘要】生产执行管理系统（MES）是企业CIMS信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。本文介绍了MES生产管理系统的概念、功能模型，以及MES与ERP及现场自动化系统之间的关系，并且描述了MES系统的典型结构。1、 概 述制 造 业 是 我 国 国 民 经 济 重 要 的 支 柱 产 业 ， 在 第 二 产 业 中 占 据 中 心 地位 。 伴 随 中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一点，就是以信息化带动工业化，加快信息化进 程 ，走 新 型 工 业 化 道 路 ，实 现 全 社会生 产 力 的 跨越式发展。 纵观我 国制 造 业 信 息 化 系 统 的 应用现 状，建设的 重 点 普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统（ShopFloorControlSystem,SFC）两个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因 而 也 对 制 造 企 业 生 产 现 场 的 管 理 和 组 织 提 出 了 挑 战 ，仅 仅 依 靠 ERP和 现 场 自 动 化系统往往无法应付这新的局面。工厂制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem,MES）恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业（家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药），能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。2、企业计划层与过程控制层之间的信息“断层”问题我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。简单的说是从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划—生产计划到达生产现场—组织生产—产品派送。企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层，以进行生产规划管理及一般事务处理。如ERP就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。在下层的生产控制层，企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产（制程）的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。由 于 市 场 环 境 的 变 化 和 现 代 生 产 管 理 理 念 的 不 断 更 新 ，一 个 制 造 型 企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快 速 的 应 对 措 施 ， 保 证 生 产 计 划 得 到 合 理 而 快 速 修 正 。 虽 然 ERP和 现 自 动 化 系 统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供 直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺 参数的监控，它可 以 向 管 理 人 员 提 供 现 场 检 测 和 统 计 数 据， 但 是 本身并非 真正 意义上 的管理系统。所以，ERP系统和 现 场 自 动 化 系 统 之间 出 现 了 管 理 信息方的“断层”， 对于用户车间层 面的 调度 和 管 理 要 求， 它 们往往显得 束·出现用户产品投诉的时候，能否根有生 产过程信息？·出现用户产品投诉的时候，能否根有生 产过程信息？能否立即查明它的：原难以给出产品的所、操作人据产 品 号 码 追 溯 这 批料 供 应 商 、 操 作 机 员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？·同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？过 去 12小 时 之内 生 产 线 上 出 现 最 多 的 5种 产 品 缺 陷 是 什 么 ？ 次 品数量各是多少？·目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？·生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？能 否 对 产 品 的 质 量 检 测 数 据自 动 进 行 统 计 和 分 析 ， 精 确 区 分 产 品质量的随机波动与异常波动，将质 量隐患消灭于萌芽之中？·能否废除人工报表，自动统 计每个过程的生产数 量、合格率和缺陷代码？MES的 定 位 ，是 处 于 计 划 层 和 现 场 自 动 化 系 统 之间 的 执 行 层 ，主 要 负如生 跟 踪 、质量控制、设备 故障分析如生 跟 踪 、质量控制、设备 故障分析、网络报表能 ， 据库 和通过网络联接可 以同时为生产部门、部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环 生 产，协助企业建立责车间生上集成诸等管理功产调度、产品使用统一的数质 检调制一 体 化 和 实 时 化 的 ERP/MES/SFC信息体 系 。3、 制 造 执 行 系 统 MES及 其 功 能． 1MES的 定 义MES是 美 国 管 理 界 90年 代 提 出 的 新 概 念 。 美 国 先 进 制 造 研 究 机 构AMR(AdvancedManufacturingResearch)通 过 对 大 量 企 业 的 调查发现现有的企业生产管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA、HMI(HumanMachineInteface)为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全面集成的MES软件群组成。根据调查结果，AMR于1992年提出的三层的企业集成模型（如图1）。MESAInternational(MES国 际 联 合 会 )是 以 宣 传 MES思 想 和 产 品 为 宗旨 的 贸 易 联 合 会 ，它 为 了 帮 助 其 成 员 组 织 在企业界推广MES制定了一系列 研 究 、 分 析 和 开 发 计 划 。 MESA协 会 白 皮 书 （ MESAWhitePaperNo.6，1997） 对 MES 系 统 作 如 下 之 定 义 ：MES 系 统 在 产 品 从 工 单发 出 到成 品 产 出 的 过 程 中， 扮演生 产 活动最佳化 的 信息传 递者。当事件发生变异时，借着实时正确的信息、生产执行系统规范、原始工作情况、资料反应及回馈，作出快速的响应以减少无附加价值之生产活动，提升工厂生产制程的效率。MES改善生产条件及准时出货、库存周转、生产毛利及现金流量效益，MES并且也在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流。MESA协会白皮书（MESAWhitePaperNo.3，1997）中提出说明企业资源规划（ERP）、MES与控制系统间的作业互动与信息流模式，如图二所示。图 中 左 边 ERP等 系 统 需 随 时 注 意 产 品 库 存 量 、客 户 订 单 状 况 与 材 料 需求， 然后将这些信息传 送 至 MES， 由 执 行 系 统 进 行 生 产 或 安 排 库 存 以 满足客 户订单需求。对MES而 言 ， 这 一 层 就 是 生 产 的 计 划 层 。中 间 部 分 为 MES 系 统 ， 负 责 完 成 产 品 制 造 工 作 ， 产 品 的 规 格 、 号 、 参 数 等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料转化为作业程序提供给控制系统之作业人员或机器设备来使用。右边部分为控制系统，当 作业程序、相 关流程、文 件 及 其 它 相 关 生产需 求 项目就绪，控制系统便 运 用所有工厂 内 相关资源（ 软 、硬 件 及 人 员 ）负 责 完 成 生 产 制 造 过 程 以 达成 产 品 生 产 目 标。3．2MES的 功能由MES的定义可见，MES为一系列管理功能，而并非一套软件系统，它完全可以是各种生产管理的功能软件集合。MESA通过其各成员的实践归纳了十一个主要的MES功能模块，包括：工序详细调度资源分配和状 态管理生产单元分配过 程 管理人 力 资 源 管维 护 管理质量管理文档控制产品跟踪和产品清单 管 理性能分析和数据采集MES的 各 功 能 模 型 与 企 业 其 它 信 息 化 系 统 的 关 系 如 图 三 所 示 。实 际 MES产 品 可 能 同 时 包含了其中一个或几个功能模块。4、 MES的 典 型 结 构由 于 MES在产品从工单发出到成品 产 出的整个过程 中 ， 扮演 生 产 活动最 佳 化 的 “ 信息传递者”的角色，MES必然要具有多 种 功 能并 且 能 够同时 为 生 产 、 质检、工艺、物流等多个 部 门服务，这就 决 定 了MES的 结构设 计 必 须 满 足以下原则：MES应 该是一个分布式的计算机 系 统MES系 统能够与企业的其他制造 信 息系统相联接 ， 从 而提 供 高 效的企 业 管 理 功 能“ 它 以 生产行为信息为核心，为 企 业决策系统提 供 直接的 支持”(MESA1997)由 于 工 厂可 能 会从 不同 的 软件供 应 商购买适合自己的 MES模 块 ， 或将车间现有 的 各 种 管 理 系 统 集成 为 MES功 能 的一部分，其 结果导致许多工 厂的 MES系 统 实 际 上是 一 个 大杂烩。 每 个 系统都有各 自的处 理 逻 辑 ，数据 库，数 据模 型 和 通 信 机 制 。又因为MES应用常常是 要 满足 关 键任务的系 统， 这 样的 系 统 就 很 难 随 技 术的 更新 而 进行级。一 个 基 于 统 一 软 硬 件 平 台 的 MES系 统 往 往 采 用 工 业 PC/PLC/HMI等设备作为车间内各生产单元（生产区域 ）功能 站的主要构件，通过对各个生产单元的数据收集和反馈，组成覆 盖全厂 或者整个流水线的、满足闭环生产管理需要的开放式以太网络。采用MES数据库服务器作为系统核心，进行实时数据存取和比照，实现 生产信 息的监视、控制和生产过程的管理。系统以大型关系型数据库技 术为设 计基础，便于大量实时数据 的 存 储 、 比 对 、 运 作 ， 产 生 各 类 统 计 分 析 报 表 ， 并 基 于 稳 定 的 Web应用 ， 提 供 标 准 的 网 际 网 络 的 浏 览 查询和 远程 资料索取 。 当前典型 的 MES结构 模型 如图四。在企业 内 部， 各 功 能 站 通 过 局域 网 对 MES 服 务 器 进 行 交互操作 ， 时 其他各 查询终端也通 过 局域 网 查询MES 处理 后提 供 的 数 据、报表和图形。在企业外部，通过Internet可以连接到MES，在设定的权限内对系统进行信息发布 或读取操作。公司内部管理、外部机构以及其它相关业务单位通过MES联系形成了一个紧密 的整体， 做 到实时信息 共享，使 业 务 流 程 变 得 有 序 而 高 效 5、 MES与 ERP虽 然 ERP和 MES在功 能 上 具 有 非 常 良 好 的 互补 性 ， 但 是 在企业 信 息化 建 设 过 程 中 ， 它 们 之 间 未 必 需 要 相 互依 赖 于 对 方 而 存 在。 在生 产 计 划管理、质量管理和物流管理等方面，MES和ERP系统的功能可以互相延伸和对接，共同构建更为完善的现代化企业信息管理体系。当企业已经存在ERP系统时，可以将MES与ERP系统进行集成，以优化公司的信息管理，更加有力地保证商业目标的实现。MES与 ERP系统集成的优点体现为：进一步改进现有的操作流程，实现企业管理层和车间管理层一体化标准运作，从而更加有效地缩短产品周期，提高劳动生产率。·进一步改造信息技术基础设施，实现公司内部信息和数据的集中管理，从根本上减少信息和数据内部流通的时间。配合供应链管理(SCM系统，减少供应链成本，增强对顾客需求的快速反应，优化客户服务并提高公司的整体工作效率。·增加财务系统数据当日更新和管理报表即时统计的功能，实现当日结帐的目标。·以实时数据为依据的生成计划更加正确及时地反映整个生产情况。6、MES的