制造业车间消费管理系统（精诚MES）

消费执行管理系统(MES)是企业CIMS信息集成的纽带，是施行企业敏捷制造战略和实现车间消费敏捷化的根本技术手腕。本文介绍了MES消费管理系统的概念、功能模型，以及MES与ERP及现场自动化系统之间的关系，并且描绘了MES系统的典型构造。
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。随同中国参与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剧烈的国内外竞争，如何迅速进步企业的核心竞争力，很重要的一点，就是以信息化带开工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会消费力的跨越式开展。 纵观我国制造业信息化系统的应用现状，建立的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统（Shop Floor Control System, SFC）两个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从消费导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业消费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（Manufacturing Execution System, MES）恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速开展、面向车间层的消费管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反响、有弹性、精细化的制造业环境，协助企业减低本钱、按期交货、进步产品的质量和进步效劳质量。适用于不同行业（家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药），可以对单一的大批量消费和既有多品种小批量消费又有大批量消费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，国内许多企业也逐步开端采用这项技术来加强自身的核心竞争力。
2、企业方案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消费过程的特点是“由上而下”按方案消费。简单的说是从方案层到消费控制层：企业根据订单或市场等情况制定消费方案—消费方案到达消费现场—组织消费—产品派送。企业管理信息化建立的重点也大都放在方案层，以停止消费规划管理及一般事务处置。如ERP就是“位”于企业上层方案层，用于整合企业现有的消费资源，编制消费方案。在下层的消费控制层，企业主要采用自动化消费设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运贮存设备等处置详细消费（制程）的消费瓶颈，实现消费现场的自动化控制。
由于市场环境的变化和现代消费管理理念的不时更新，一个制外型企业能否良性运营，关键是使“方案”与“消费”亲密配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握消费现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证消费方案得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经开展到了非常成熟的水平，但是由于ERP系统的效劳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，但是自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呈现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能单薄。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的处置手腕：
· 呈现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有消费过程信息？能否立即查明它的：原料供给商、操作机台、操作人员、经过的工序、消费时间日期和关键的工艺参数？
· 同一条消费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、产品消费流程错误、产品混装和货品交接错误？
· 过去12小时之内消费线上呈现最多的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？要分别供给给哪些供给商？何时可以及时交货？
· 消费线和加工设备有多少时间在消费，多少时间在停转和空转？影响设备消费潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？资料供给不及时？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停止统计和分析，准确区分产品质量的随机动摇与异常动摇，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消费数量、合格率和缺陷代码？
MES的定位，是处于方案层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间消费管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如消费调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为消费部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息效劳。系统通过强调制造过程的整体优化来协助企业施行完好的闭环消费，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/SFC信息体系。
3、制造执行系统MES及其功能
3．1 MES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(Advanced Manufacturing Research)通过对大量企业的调查发现现有的企业消费管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA、HMI(Human Machine Inteface)为代表的消费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）。

MESA International (MES国际结合会)是以宣传MES思想和产品为目标的贸易结合会，它为了协助其成员组织在企业界推广MES制定了一系列研究、分析和开发方案。MESA协会白皮书（MESA White Paper No.6，1997）对MES 系统作如下之定义：
· MES 系统在产品从工单发出到废品产出的过程中，扮演消费活动最佳化的信息传送者。
· 当事件发生变异时，借着实时正确的信息、消费执行系统规范、原始工作情况、资料反响及回馈，作出快速的响应以减少无附加价值之消费活动，提升工厂消费制程的效率。
· MES 改善消费条件及准时出货、库存周转、消费毛利及现金流量效益，MES 并且也在企业与供给链之间提供一个双向的消费信息流。
MESA协会白皮书（MESA White Paper No.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形式，如图二所示。

图中左边ERP等系统需随时注意产品库存量、客户订单情况与资料需求，然后将这些信息传送至MES，由执行系统停止消费或布置库存以满足客户订单需求。对MES而言，这一层就是消费的方案层。
· 中间部分为MES 系统，负责完成产品制造工作，产品的规格、型号、参数等相关资料贮存于此系统中，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、文件及其它相关消费需求项目就绪，控制系统便运用所有工厂内相关资源（软、硬件及人员）负责完成消费制造过程以达成产品消费目的。
3．2 MES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，它完全可以是各种消费管理的功能软件集合。MESA通过其各成员的理论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
消费单元分配
过程管理
人力资源管理
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。实际的MES产品可能同时包含了其中一个或几个功能模块。

4、MES的典型构造
由于MES在产品从工单发出到废品产出的整个过程中，扮演消费活动最佳化的“信息传送者”的角色，MES必然要具有多种功能并且可以同时为消费、质检、工艺、物流等多个部门效劳，这就决定了MES的构造设计必需满足以下原则：
· MES应该是一个分布式的计算机系统
· MES系统可以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
· “它以消费行为信息为核心，为企业决策系统提供直接的支持” (MESA 1997)
由于工厂可能会从不同的软件供给商购置合适自己的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置逻辑，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停止晋级。
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消费单元（消费区域）功能站的主要构件，通过对各个消费单元的数据搜集和反响，组成覆盖全厂或者整个流水线的、满足闭环消费管理需要的开放式以太网络。采用MES数据库效劳器作为系统核心，停止实时数据存取和对比，实现消费信息的监视、控制和消费过程的管理。系统以大型关系型数据库技术为设计根底，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，提供规范的网际网络的阅读查询和远程资料索取。当前典型的MES构造模型如图四。

在企业内部，各功能站通过局域网对MES 效劳器停止交互操作，同时其他各查询终端也通过局域网查询MES 处置后提供的数据、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停止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 联络形成了一个严密的整体，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立过程中，它们之间未必需要互相依赖于对方而存在。在消费方案管理、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系统停止集成，以优化公司的信息管理，更加有力地保证商业目的的实现。
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规范运作，从而更加有效地缩短产品周期，进步劳动消费率。
· 进一步改造信息技术根底设备，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。
· 配合供给链管理(SCM)系统，减少供给链本钱，加强对顾客需求的快速反响，优化客户效劳并进步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，实现当日结帐的目的。
· 以实时数据为根据的生成方案更加正确及时地反映整个消费情况。
6、MES的前景
MES是面向车间层的消费管理技术与实时信息系统，它是施行企业敏捷制造战略，实现车间消费敏捷化的根本技术手腕。由于MES强调控制和协调,使现代制造业信息系统不只有很好的方案系统，而且能使方案落实到实处的执行系统。因而短短几年间MES在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了宏大的经济效益。
我国企业施行以MRPII/ERP为主的企业管理软件有将近20年的历史，在业界，存在着为数庞大的ERP厂商和开发军团，但这部分厂商只要较少部分会向MES的方向开展，其原因是：MES与工业控制严密结合，其研发和施行需要很强的工业自动化根底和工业现场工程经历，这是一道比较高的技术门槛，将很多ERP类型的IT厂商拒之门外。
但我们也相信，随着行业和经济规模的开展，会有相当部分的IT厂商与自动化厂商、制外型企业合并或严密合作，在2-3年后，MES厂商可能会如雨后春笋般涌现，其技术和施行手腕也必然将日趋成熟。
精诚软件（EASSOFT）是国内专业的软件系统开发商，致力于信息化建立及（CRM/MES/WMS）等系统的研发和项目施行， 协助企业实现精益制造、卓越管理。