制造执行系统MES——生产制造企业信息化的关键

边疆

英利能源发展有限公司，河北保定，071051

0 引言

为了满足市场需求，提高产品质量，扩大和加强业务，新建的大型产业园引进了大量先进设备和组装工艺，但生产管理模式的固化限制了8万台/年的大规模生产能力，原有的生产组织模式和质量管理模式已不能满足先进制造水平的要求。

同时，为确保公司战略目标的实现，有必要借助信息技术加强对各种业务流程的管理，使科技能够在公司运营层面提供广泛深入的支持，真正为公司价值链的附加值服务。考虑到设备先进性与生产管理模式的对应性，决定采用新的管理手段，引入新的管理模式，在此基础上，在工业园区建设的同时，同步规划工业园区电脑化方案的实施，经过反复研究论证，最终决定采用一套成熟可靠的制造执行系统（MES）来支持生产管理的计算机化控制。

1 企业MES系统功能架构

针对企业而言，MES的组织架构是不可或缺的，这决定着这一项工作实行是否能够落实到每一个部门单位，并能够严格进行。MES的三层软件架构的系统架构示意图如图1所示。

图1 MES 的三层软件系统架构

而单单这几点还是远远不够完善的，还很需要重新进行企业生产组织管理中的功能内容重新提炼，以下的这11个主要方面则基本上就囊括了企业所有可能的重要生产经营管理能力要素，这些管理功能因素的优劣取舍将取决于当前特定环境的企业环境特点和我们期望企业的管理产出效益[1]。

（1）预测生产资源分配并跟踪资源状况。公司几乎所有主要资源的各种日常生产和活动资料都可以由专人进行跟踪和管理，以确保各种生产要素有序、随时准备在公司日常运营中使用。同时还负责实时记录设备资源占用过程中全公司及各系统的重要历史信息，以做到充分保证企业各环节生产全要素设备合理有序的实时动态配置，并要定期地对有关生产中设备资源占用方面的企业各项系统实时状态信息记录等数据进行跟踪。

（2）工序/生产细节调度。根据每个生产工艺单元生产的生产优先级、属性和特征，对所有生产过程工序资源进行综合优化，使企业生产全过程资源配置成本的相对变化程度降制到尽可能最低。

（3）制定生产活动计划组织和实施调度。制定月生产作业计划，并同时以作业任务、工单、批次、订单计划等文件形式分别下划发给当月各作业生产作业单元。可以每月根据月度生产经营实际动态实时动态调整作业原始调度计划，产生出新单的生产调度动态信息。

（4）文档控制。对生产工厂的所有相关的或与企业各种具体生产过程操作及单元活动直接有关的数据档案的各种原始信息资料一定要同步进行数字化存储管理，包括企业生产车间工作指令、图纸、配方、标准设备的制造操作方法和制造流程、设计记录及图纸变更、产品出厂记录的资料数据以及所有相关的ISO信息数据资料等，并保证同时能够进行整个工厂历史数据档案文件的存储。

（5）现场数据采集/自动获取。实时现场采集现场生产系统数据，记录每个生产操作单元生产的过程各种关键参数，并记录保存记录在系统相应位置的相关表格文件和记录中。数据信息可以同时由机器人工直接录入数据和机器从生产设备数据库中直接自动完成采集。该功能仅需向外网提供的一个数据接口，以便于其他生产应用厂商可以轻松通过用它轻松获得生产实时数据。

（6）执行员工绩效管理。记录前一天公司所有员工的出勤表现和专业技能。实时记录每个公司员工第一天的日常情况，实现与企业资源配置平台的无缝交互。以快速实现企业产生的人力资源的最优配置。

（7）质量跟踪管理。提供企业生产质量的跟踪实时监测分析，保证了严格高效的全面产品全程质量控制。能够提前发现企业潜在中的产品质量问题。对已出现产品的所有质量问题一一进行系统诊断、分析，并迅速提出有效改进之方法。包括基于SPC/SQC技术的在线实时跟踪分析和实时离线跟踪分析两个功能。

（8）生产过程跟踪管理：对整个企业的生产过程进行实时监控，让其预防在遇到特殊情况时自动纠正或自动报警相关操作和人员，消除生产管理中的严重缺陷。提供报警控制接口，以及与其他智能设备的MES系统接口[2]。

（9）日常维护运行管理。跟踪检测并适时指导清洁生产，以改进维护保养设备工艺和维修工具。对日常突发问题迅速作出系统快速处理响应。建立维护历史事件信息和日常故障处理记录等数据库，协助工程师完成维护故障快速诊断。

（10）产品跟踪与记录。是可供企业内部可生产的产品的跟踪控制手段，监视该产品的技术状态情况及用途。

（11）性能综合分析。对实际生产运行实际指标和企业历史信息等进行跟踪分析，以预测得到企业现实优化生产发展状况带来的综合效果，并可以与所预计产生的实际效果数据进行有效比较。

2 MES在制造产业中的应用

企业的制造及执行自控系统智能化的网络建设将是整个企业走向信息化与发展一体化的第一个关键战略环节，是一个企业如何从单一工艺设备控制、单一制造与过程自动化控制逐步向生产信息化管理与系统全面及综合过程自动化控制技术发展的两条必然之路。

现在，制造业生产信息化应用系统架构已初步从较初级层次的生产MIS控制发展延伸到一个以工业生产运行控制、调度流程优化、营销、经营预测和综合决策控制等业务位于一体的综合性企业经营综合过程控制及其自动化服务系统，企业信息化的技术框架结构通常由工业经营层企业ERP信息化系统、工业生产运营层MES系统及过程控制运营层PCS系统组成。MES系统作为一个执行分析机构，对由生产计划命令开始下一步发令到最终产品装配完成之前的整个企业生产作业过程数据进行了优化，实时有效的实时将各种生产工作过程信息直接反馈传输给生产上层执行系统，其执行时间维度上主要还是集中分布在车间班组部门和车间生产执行系统部门[3]。

制造服务型企业在正式实施了MES规范以后，生产企业管理能力将会被上升到另外一个更新高的发展水平，归纳概括起来主要特征如下。

（1）提高增强了工业生产全过程管理部门的专业技术含量程度和现代企业管理手段的现代信息化建设水平，适应建设现代化大型企业现代生产信息化管理平台需要。

（2）能根据生产工作现场取得的多种实时数据动态进行调度排产分析和实时调度，提高了实时排产数据和生产调度工作的处理效率[4]。

（3）提高到了企业生产运行管理过程的动态实时性和、科学性。

（4）实现了物料远程跟踪。

（5）加强了质量控制。

（6）为计算生产成本提供了依据。

3 MES系统的实施

3.1 MES在中国的现状

目前，在先进制造技术企业质量控制的信息化集成领域建设中，所体现起着的管理MES理论思想，仍然主要还是只停留在了关于管理MES管理思想的、内涵以及理论研究发展阶段基础上，软件应用集成应用分析能力等还显得仍然显得比较相对的薄弱[5]。很少看到应用MES进行制造装备技术研究开发应用研究开发领域应用上，MES系统的具体产品研究应用研究开发方法设计理论和具体产品的应用研发技术设计还大多只是处于研究和起步和试验阶段。

（1）总部人员需要登录基地账号才可以查询本地数据

很多情况下企业分部是不具备数据共享的权限的，因为需要总部的管理人员登录本部基地的本地数据才可以查询到，很多情况下都会延缓企业生产的进度。

（2）业务流程不统一，总部无法根据统一指标管控子公司企业在运营方面，面对大量的客户很多企业会选择将企业分部建立，企业分为几个区块开展不同的业务，但这也代表了各个公司可能无法直接参与到子公司的业务流程当中，因为很多都是不匹配的，总部介入相对困难。

3.2 如何实施MES系统

在项目获得批准、演示并决定实施MES系统后，公司制定了实施MES的总体计划，设定了总体目标，并制定了总体实施政策。

（1）建立MES项目实施团队。MES系统的设计实施基本上涵盖到了整个公司整个生产运营过程当中的基本所有控制要素，部门间和部门人员之间系统的设计协调配合非常十分重要。因此，有必要先组建好一个项目团队。

（2）选择MES供应商。选择真正适合软件公司运营的供应链管理的软件产品和服务寻找一家强大优秀的大型软件公司作为软件供应商也是我们早期成长阶段中的一道重要准备工作。作为主要供应，企业应该着重选择一支技术实力足够强、熟悉整个业务流程系统的核心软件供应商，关注核心软件供应商独立解决业务实际运行问题能力的研发能力，并经常检查核心软件供应商产品的潜在盈利预测能力。

（3）进行业务流程体系重新设计分析和新系统应用开发。实施新MES管理信息系统后，公司原来的企业生产运营管理控制模式结构将因此发生许多重大战略性变化。公司业务流程也需要全面重组，职能互相交叉关联的相关部门人员要实行合理岗位分工，明确部门职责，确保各类信息得以及时正确处理，实现整个MES管理系统平台的整体最佳集成运行控制效果。由于中国每家软件公司面临的客户情况也不同，我们都需要通过与专业软件制造商紧密合作，做好中国MES系统业务需求调查研究，以便专业制造商真正能够尽快为我们公司设计开发定制出一种真正的合适公司的中国MES业务软件系统。

（4）有全面负责的财会人员岗前培训。MES的具体实施环境包括现场的计算机、网络工厂和车间人员。该专业员工应该具有两种不同方面的文化知识水平、业务水平、对现代MES管理的全面理解度和高级计算机综合应用知识水平。

（5）注意数据准备。MES生产系统还特别强调重视对现场进行生产作业组织进行管理组织设计指导和作业组织沟通协调。生产过程环节产生的计算机各项有关基本工艺控制和信息文件内容（如材料、设备、工艺路线和质量标准）等也同样必须首先被自动输入传递至现场计算机，并同时要求计算机系统为现场输入的这些有关信息数据内容事先编码建立的一种高度科学与合理协调的生产信息自动编码系统。

4 MES的未来展望

从近期的国际MESA协会等组织在对MES制造系统提出的许多新功能和要求进行重新描述之事上我们已经可以较为清晰地发现，基本已经不会再去重点强调这种系统在制造功能要求上的主次之分，而是开始更加突出和强调协同化制造系统这个全新的功能概念，这其实更加主要的是想让其更好地适应当前经济日益全球化而带来的新技术发展。

同时，也可能是为了进一步适应目前这种更加激烈与复杂多样的中小型企业市场和信息化应用竞争，MES协会已经决定要由原来单纯的MES应用系统外延而再次扩大，加入了另外一些在原来就只属于传统管理ERP软件服务应用范畴之外的现代管理信息化内容，如供应链与运营精细化管理、客户关系管理CRM软件服务系统等，从而也逐步形成发展出了这样一套系统更为成熟、完整、全面的现代制造型的企业解决方案。因此，MES系统概念也应正式转变定义为现代制造服务型的企业解决方案[6]。传统的企业生产系统流程图如图2所示。

图2 传统企业生产系统流程图

同时，原来国内一些主要提供整套ERP解决方案产品的软件公司现在也逐步意识到了原ERP系统和现有PCS软件之间存在的一个信息断层，在他们原来设计的系统功能上又包含了现在大部分的MES的功能，这样也就慢慢形成了现在ERP软件系统公司和现在MES系统公司之间的功能互相交叉渗透的竞争局面，双方企业都是希望通过为现有用户企业提供这一整套的企业全面信息化整体解决方案，最大限度地减少双方企业在信息这几个方面之间的投资，以使自己能够在竞争中立于不败之地。

5 结语

信息化已经是当今世界发展的大趋势，也是我国实现工业现代化的关键环节。目前，只有大力推广MES的理念和应用，以促进MES的普及，才能促进制造企业信息化的深入开展，使我国制造企业信息化的建设迈向更高层次。

随着网络技术飞速发展，MES可以将物资的储藏速率与排单精准度有很大程度上的提升，通过与ERP技术优势的有效结合，将ERP技术的全局性与MES的精准化有机整合，针对企业现存的生产管理问题提供有效的管理，同时提高企业在管理方面的信息化水平，继而实现技术的长远应用。