MES-流程工业制造执行系统

M E S-流程工业制造执行系统一、MES的定义和由来国际制造执行系统协会MESA对MES的定义是，MES提供为优化从订单投人到产品完成的生产活动所需的信息口MES运用及时、准确的信息，指导、启动、响应并记录工厂活动，从而能够对条件做出迅速的响应，减少非增值活动，提高工厂运作过程的效率。

MES不但可以改善设备投资回报率，而且有助于及时交货、加快库存周转、提高收益和现金流的绩效。

MES在企业和供应链间•以双向交互的形式提供生产活动的基础信息口美国的调查咨询公司AMR把企业级的计划系统与工厂底层的控制系统之间的各种工厂管理系统的集合称作MES。

生产方式的演变和IT技术的进步是促进制造业信息化发展的两个基本动因。

在制造业信息化的早期阶段，受到当时的环境限制，工厂业务管理的信息化与生产设备的自动化通常被作为两个独立的领域而分别进行，由不同部门•基于不同看法而建成的一系列单一功能的信息系统，产生了以下两个长期存在的信息阻断问题。

①信息孤岛。

工厂内的生产调度、工艺管理、质量管理、设备维护、物料管理过程控制等系统之间相互独立，缺乏数据共享，从而导致功能重叠、数据矛盾等一系列问题。

信息孤岛造成了工厂中制造信息在水平方向的阻断。

所带来的问题严重地制约着工厂内各种系统间的协调，阻碍了系统的发展，降低了制造领域信息化的整体作用。

②信息断层。

公司级的业务管理系统无法得到及时准确的生产实绩信息，无法把握生产现场的真实情况，而生产现场人员也得不到切实可行的生产计划与生产指示。

信息断层造成了企业生产经营信息在垂直方向的阻断，成为阻碍公司级的•业务管理系统与工厂级的生产管理系统集成的根本原因。

从20世纪70年代后半期开始，出现了解决个别问题的单一功能的制造管理系统, 设备状态监控系统、质量管理系统，包括生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。

也就是说，在未实施整体解决方案或信息系统以前•各企业引人的只是单功能的软件产品和个别系统。

20世纪80年代中期以后，伴随着消费者对产品的需求愈加多样化，制造业的生产方式开始由大批量的刚性生产转向多品种少量的柔性生产，伴随着计算机网络和大型数据库等IT技术的发展，企业的信息系统也开始从局部的事后处理系统方式转向全局的、实时处理系统方式。

在制造管理领域出现了准时生产（JTT）、约束理论（TOC）等新的理念和方法；在管理系统软件领域IIRPII系统迅速普及，EIF'系统崭露头角；在过程控制领域PLC, DCS得到大量应用。

尽管企业信息化的各个领域都有了长足的发展，但是在工厂以及企业范围信息集成的实践过程中，仍然难以解决信息孤岛和信息断层所带来的各种问题。

例如，在计划过程中无法准确及时地把握生产实际状况，在生产过程中得不到切实可行的作业计划，工厂管理人员和操作人员难以跟踪产品的生产过程，不能有效地控制在制品库存，用户无法了解订单的执行状况。

产生这些问题的主要原因仍然在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程控制系统之间的界限模糊，缺乏紧密的联系。

2O世纪80年代中期，为了解决这两个课题，生产现场的信息系统开始发展，生产进度跟踪信息系统、质量信息系统、绩效信息系统、设备信息系统及其整合已形成共识。

与此同时。

原来底层的过程控制系统和上层的生产计划系统也得到发展，这时，产生了MES原型，即传统的MES（Traditronal MES, 一TMES），主要是POP（生产现场管理，Point of Production）和SFC（车间级控制系统，Shop Floor Control）。

制造执行系统MES（Manufacturing Execution Sastern）直到1990年才由美国的咨询调查公司ARM(Adrvaneed Manufacturting Reserach) 提出并使用，为解决企业信息集成间题提供了一个被广为接受的思想。

MES从一开始就是一个特定集合的总称，用来表示一些特定功能的集合以及实现这些特定功能的产品。

二、MES发展最初，MES并没有一个非常明确的定义，它几乎涵盖了所有那些无法准确地分配给其他层的应用程序或产品。

大多数这样的产品都是由一些定制的应用程序逐渐演化而来的，而这些应用程序基本上都是由系统集成商针对某类特定用户进行开发的，并且通常都是针对某个特定领域的（如排产、实验室、质量、产品跟踪等）。

此后，在国际上，各相关组织都开始意识到要对MES进行更加明确的定义。

MESA（Manufacturing Execution System Association In-ternational）, ISA 都相继开发了相关的模型对MSS加以描述，并试图通过模型使其标准化。

位于美国的MESA成立于1992年，是继AMR组织之后促进MES普及和标准化的团体，经常发布关于MES白皮书，还有用户使用MES后的效果调查报告。

AMR于1992年提出了3层企业集成模型，如图1-所示。

该模型揭示了过程控制与MRP II /ERP系统间的明显的断层，并将各种厂家提供的位于中间执行层的系统称作制造执行系统（MES ）。

图中各个层次的概要如下。

图1-1生产系统①位于底层的控制层PCS，包括DCS（分布式控制系统）、DNC（分布式数控系统）、PLC,SCADA等系统，其作用是生产过程和设备的控制。

②位于顶层的计划通常是MRP H或ERP等系统，其作用是管理企业中的各种资源，管理销售和服务制定生产计划等。

③位于中间层的制造执行层则是介于计划层和控制层之间。

面向制造工厂管理的生产调度、设备管理、质量管理物料跟踪等系统。

计划层nnn.制诸执行层Tinn揑制层图卜2 3桧企业集成模型MES在企业系统的3层结构中起着承上启下，填补计划层和控制层之间的空白的作用，计划层的业务系统生成的生产计划（计划要做什么）通过MES传递给生产现场，来自控制层的生产实际状态（实际做了什么）通过MES报告给计划层的业务系统。

AMR于1993年提出了制造执行系统的集成系统模型，如图1-所示。

它由围绕关系数据库和实时数据库的4组功能构成。

①工厂管理（plant management 是生产管理的核心部分，包括资源管理、计划管理和维护管理等功能。

②工艺管理（plant engineering）主要指工厂级的生产工艺管理，包括各种文档管理和过程优化等功能。

③ 质量管理(quality management 以制造执行层的质量管理为核心，包括统计质量控制、实验室信息管理系统等。

④ 过程管理(process rnana}etnent 包括状态的监测与控制、数据采集等功能。

企业圾管理•资頫管理 •计划管理 •维护管理过程骨理控制 图P3 制造执行系统的集成系统模型整个系统向上与公司级的系统 (ERP)相连，向下与过程控制层的系统相连。

模型中的各个功能组通过位于模型核心位置的关系数据库共享生产数据，并通过实时数据库确保与过程 控制系统的同步。

MESA 在1 9 97年公布的MES 白皮书中提出了 MES 的外部环境模型，如图1-4所示。

从图中可以看到，企业资源计划(ERP)系统、供应链管理(SCM)系统、销售和服务管理(S SM) 系统、产品和工艺设计(P&PE)、过程控制(PCS)系统以及制造执行系统(MES)是面向制造企 业的6种主流信息系统。

每个子系统都有各自的定位和功能。

企业资源计划(ERP)—包括财务、订单管理、生产和物料计划和相关功能。

供应链管理(SCM)—包括预测、发送和后勤、运输管理、电子商务和先进计划系统。

工厂管理 工艺管理•文档管理•过程优化关系 数据库 实时数据库质总管理 •统计质蹟控制 •实验室信息管 理系统销售和服务管理（SSM）—包括销售力自动化、产品组态、服务报价、产品召回等。

产品和工艺设计（P&PE）—包括计算机辅助设计/制造（CAD/C AM）工艺建模、产品数据管理（PDM）。

过程控制（PCS）—包括DCS、PLC、DNC、SCADA等设备控制以及产品制造的过程控制。

制造执行系统（MES）—包括车间范围的信息系统和有效执行操作功能以满足企业目标。

MES与其他几种类型的信息系统都紧密相连，这使得它在企业的整体信息基础中处于重要的地位。

从信息巢成的角度来看，MES在企业范围的SCM、SSM、ERP等系统与面向工厂底层设备的控制系统之间承上启下，起着垂直信息集成的作用。

同时MES连接SCM,SSM、ERP、P&PE等系统，起着横向信息集成的作用。

MES与其他5个子系统的有机集成不仅对MES本身，而且对其他5个子系统取得完满效益非常关键。

特别对于流程工业，流程工艺的生产过程具有大量丰富而又十分复杂的信息，这些信息对于控制、优化、故障诊断、调度、管理、决策等都具有重要的作用，MES 能处理流程工业CIMS中原本难以处理的具有生产与管理双重性的信息，而且能起到将生产经营活动的桥梁和纽带，是实现三级结构流程工业现代集成制造系统技术的关键。

过程产生的信息和经营管理的信息进行转换、加工、传递的作用，是面向过程的生产活动与作为核心生产执行系统，MES为其他子系统提供以下信息：ERP依赖MES获取生产实绩，如成本、循环时间、生产量以及生产性能数据；SCM从MES取得实际订单状态、生产能力和容量、排班限制等数据；SSM应用必须与MES连接，因为报价和发货都与给定时间内制造车间发生的事情有关；P&PE的精调要基于MES的生产率和质量测量结果；控制可从MES得到料单和指令以优化车间范围的运行。

MES也要从其他子系统得到数据:ERP的计划为MES工作分配提供依据；SCM的主计划和调度驱动工厂内活动的时间选择；SSM产品组织和报价提供生产订单信息的基准，P&PE 驱动工作指令、料单和运行参数；从控制来的数据用于测量实际性能和自动化过程变化的运行情况。

MES与其他子系统也有交叉。

例如，ERP或MES可给车间分配工作；SCM和M ES包括详细的调度；工艺计划和文档可来自P&PE或MES;控制和MES都包括数据收集功能。

但是没有其他子系统可代替MES功能，虽然在ERP和控制中有些听起来类似M ES的功能，但MES通常更关注与厂级生产性能，并致力于厂级运行优化。

MES功能的服务对象主要是运行人员，从工厂管理者到物流、维护、质量、调度管理者，到操作者和技术人员，这些都是关注制造生产率的人员。

而其他子系统也有各自的用户，如ERP的厂级控制卞要是收集财务和物流控制所需信息。

MES提供同样数据，但支持对厂级性能测量的分析。

控制系统中数据采集和收集一般用于独自过程的控制，而MES更关注各个过程对全厂性能的贡献。

除改进工厂运行外，MES还可以使企业在其他子系统投资效益得到放大。