製造執行系統

製造執行系統(manufacturing execution system，簡稱MES)是美國AMR公司(Advanced Manufacturing Research，Inc．)在90年代初提出的，旨在加強MRP計畫的執行功能，把MRP計畫同車間作業現場控制，通過執行系統聯繫起來。這裡的現場控制包括PLC程控器、數據採集器、條型碼、各種計量及檢測儀器、機械手等。MES系統設定了必要的接口，與提供生產現場控制設施的廠商建立合作關係。

系統簡介

製造執行系統

MRPII的執行層包括了車間作業和採購作業，MES側重在車間作業計畫的執行，充實了軟體在車間控制和車間調度方面的功能，以適應車間現場環境多變情況下的需求。同時，為了適應執行計畫過程中變化的外部環境，MRP的計畫功能要更為靈活，如加強物科計畫與能力計畫的集成度，物料和工藝路線自動替代及增減、平移、分割工序的功能等。一個完善的MRPII系統，本身應當包括計畫執行的功能，問題的實質是軟體的計畫執行程式功能的強弱、同現場控制設施的接口和集成、以及計畫調度功能是否有足夠的應變能力和靈活性。

一些在車間或現場管理方面具有特色的軟體公司及其合作夥伴與用戶在1992年成立了MESA協會，以發展其業務。該組織由最初的23家公司發展到目前約200餘個成員單位。

系統分析

製造執行系統（MES）分析

製造執行系統

美國先進制造研究機構AMR(Advanced Manufacturing Research)將MES定義為“位於上層的計畫管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統”,它為操作人員/管理人員提供計畫的執行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態。

製造執行系統協會(Manufacturing Execution System Association，MESA)對MES所下的定義：“MES 能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行最佳化管理。當工廠發生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，並用當前的準確數據對它們進行指導和處理。這種對狀態變化的迅速回響使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。”

MESA在MES定義中強調了以下三點：
1）MES是對整個車間製造過程的最佳化，而不是單一的解決某個生產瓶頸；
2） MES必須提供實時收集生產過程中數據的功能，並作出相應的分析和處理。
3）MES需要與計畫層和控制層進行信息互動，通過企業的連續信息流來實現企業信息全集成。

發展歷史

製造執行系統的發展歷史

製造執行系統

MES作為生產形態變革的產物，其起源大多源自工廠的內部需求。為了更好得理解MES的產生背景，我們先回顧一下計算機輔助生產管理系統的演化歷史

八十年代MRPII在美國生產與庫存管理協會（APICS）大力宣傳和組織推動下得到了迅速的普及和廣泛套用，但也暴露出一些不足之處，如MRPII對預測需求和銷售管理不夠重視，對車間的大量實時事件與數據不能很好地利用等等。許多企業認識到需要其它系統來解決MRPII在某些方面管理薄弱的問題。於是為了滿足銷售、預測的需求，產生了分銷資源計畫DPR（Distribution Resource Planning）。同樣，為了強化車間的執行功能，製造執行系統（MES）也就應運而生。傳統的MES(Traditional MES，T-MES)大致可分為兩大類：

1）專用的MES 系統(Point MES)。它主要是針對某個特定的領域問題而開發的系統，如車間維護、生產監控、有限能力調度或是SCADA等；

2）集成的MES系統 (Integrated MES)。該類系統起初是針對一個特定的、規範化的環境而設計的，目前已拓展到許多領域，如航空、裝配、半導體、食品和衛生等行業，在功能上它已實現了與上層事務處理和下層實時控制系統的集成。

雖然專用的MES能夠為某一特定環境提供最好的性能，卻常常難以與其它套用集成。集成的 MES比專用的MES邁進了一大步，具有一些優點，如單一的邏輯資料庫、系統內部具有良好的集成性、統一的數據模型等等，但其整個系統重構性能弱，很難隨業務過程的變化而進行功能配置和動態改變。

美國AMR(Advanced Manufacturing Research)研究小組在分析信息技術的發展和MES套用前景的基礎上提出了可集成MES(Integratable MES，I-MES) 。它將模組化和組件技術套用到MES的系統開發中，是兩類T-MES系統的結合。從表現形式上看，具有專用的MES系統的特點，即I-MES中的部分功能作為可重用組件單獨銷售。同時，它又具有集成的MES的特點，即能實現上下兩層之間的集成。此外，I-MES還能實現客戶化、可重構、可擴展和互操作等特性，能方便地實現不同廠商之間的集成和原有系統的保護，以及即插即用等功能。

國內現狀

製造執行系統在國內的現狀

製造執行系統

雖然MES的發展歷史比MRPII，CAD/CAM等要短，但它能有效地實現以時間為關鍵的製造思想，因而在已開發國家推廣的非常迅速，並給工廠帶來了巨大的經濟效益，對國外的管理界也產生了深遠的影響。近十多年來，我國通過863/CIMS套用的研究和推廣，大大提高了企業的競爭力，使我國的製造業水平上了一個嶄新的台階，但與已開發國家相比還有較大的差距。製造業水平的提高，不單是採用設備自動化，提高生產管理信息系統的效率顯得更為重要。其中MRPII、MIS已逐漸趨於成熟與普及，而面向製造執行層的MES軟體的開發與套用還比較薄弱。我國的研究者對車間層、單元層的研究大都著重於控制模型的研究，很少站在MES這一角度從套用出發來研究和開發面向製造過程的集成化管理和控制軟體。我國的許多高等院校、科研院所都在從事這方面的研究與套用開發工作，在理論研究方面，加入了並行、敏捷、網路化、可重構等一些先進思想，在系統設計方面採用面向對象、構件、代理等技術，取得了不少有益的成果，但在軟體的商品化、成果的推廣套用方面還存在很大的差距。

目前，國內還沒有自主開發的很成熟的且得到廣泛套用的MES軟體。即使有所謂的車間層控制SFC（Shop Floor Control），也多數是收集相關資料，再通過批處理方式錄入，其功能十分有限。在工廠自動化 FA（Factory Automation）方面，過去多是強調物流自動化，如自動化生產設備，自動化檢測儀器，自動化物流運輸存儲設備等等。雖然它們能取代不少人工並解決了一些生產瓶頸，但由於缺少相應的信息集成系統，不能充分發揮其功效而形成所謂的“自動化孤島”。隨著企業信息化套用水平的不斷提高，企業逐漸認識到實現企業計畫層與車間執行層的雙向信息流互動，通過連續信息流來實現企業信息全集成，是提高企業敏捷性的一個重要因素。因此，通過 MES來實現企業信息的全集成，形成實時化的ERP/MES/SFC是提高企業整體管理水平的關鍵，這對企業製造業整體水平的提升具有重要意義。同時製造單元中的信息集成也為敏捷製造企業的實施提供了良好的基礎。

在企業信息化中的位置

製造執行系統在企業信息化中的位置：

製造執行系統

美國先進制造研究機構（AMR）通過對大量企業的調查發現現有的企業生產管理系統普遍由以ERP/MRPII為代表的企業管理軟體，以SCADA、 HMI(Human Machine Interface)為代表的生產過程監控軟體和以實現操作過程自動化，支持企業全面集成的MES軟體群組成。根據調查結果，AMR於1992年提出了三層的企業集成模型。一個製造企業的製造車間是物流與信息流的交匯點,企業的經濟效益最終將在這裡被物化出來。隨著市場經濟的完善,車間在製造企業中逐步向分廠制過渡,導致其角色也由傳統的企業成本中心向利潤中心轉化,更強化了車間的作用。因此,位於車間起著執行功能的製造執行系統MES具有十分重要的作用,從這模型可以看出，製造執行系統MES在計畫管理層與底層控制之間架起了一座橋樑，填補了兩者之間的空隙。

一方面，MES可以對來自MRPII /ERP 軟體的生產管理信息細化、分解，將操作指令傳遞給底層控制；

另一方面，MES可以實時監控底層設備的運行狀態，採集設備、儀表的狀態數據，經過分析、計算與處理，觸發新的事件，從而方便、可靠地將控制系統與信息系統聯繫在一起，並將生產狀況及時反饋給計畫層。

車間的實時信息的掌握與反饋是製造執行系統對上層計畫系統正常運行的保證，車間的生產管理是製造執行系統的根本任務,而對底層控制的支持則是製造執行系統的特色。

與信息系統之間的關係

製造執行系統與其他信息系統之間的關係

製造執行系統

MES作為面向製造的系統必然要與企業其它生產管理系統有密切關係，MES在其中起到了信息集線器（Information Hub）的作用，它相當於一個通訊工具為其它套用系統提供生產現場的實時數據。

一方面，ERP系統需要MES提供的成本、製造周期和預計產出時間等實時的生產數據；供應鏈管理系統從MES中獲取當前的訂單狀態、當前的生產能力以及企業中生產換班的相互約束關係；客戶關係管理的成功報價與準時交貨則取決於MES所提供的有關生產實時數據；產品數據管理中的產品設計信息是基於MES的產品產出和生產質量數據進行最佳化的；控制模組則需要時刻從MES中獲取生產配方和操作技術資料來指導人員和設備進行正確地生產。

另一方面，MES也要從其它系統中獲取相關的數據以保證MES在工廠中的正常運行。例如，MES中進行生產調度的數據來自ERP的計畫數據；供應鏈的主計畫和調度控制著MES中生產活動的時間安排；PDM為MES提供實際生產的工藝檔案和各種配方及操作參數；從控制模組反饋的實時生產狀態數據被MES用於實際生產性能評估和操作條件的判斷。

MES與其它分系統之間有功能重疊的關係，例如MES，CRM，ERP中都有人力資源管理，MES和PDM兩者都具有文檔控制功能，MES和SCM中也同樣有調度管理等等，但各自的側重點是不同的。各系統重疊範圍的大小與工廠的實際執行情況有關，而且每個系統的價值又是唯一的。

MESA對MES的功能定義

製造執行系統

1．製造資源分配與狀態報告；
2．詳細工序作業計畫；
3．生產調度；
4．車間文檔管理；
5．數據採集；
6．人力資源管理；
7、質量管理；
8．工藝過程管理；
9．設備維修管理；
10．產品跟蹤；
11．業績分析。