[摘要] 探討MES技術(shù)在流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化中的應(yīng)用問題，通過對流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化的主要內(nèi)容和MES的任務(wù)、功能進(jìn)行比較，說明MES技術(shù)解決流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化問題的可行性。在分析流程型企業(yè)信息化層次的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了流程型企業(yè)生產(chǎn)管理信息化的體系結(jié)構(gòu)，并提出了流程型企業(yè)生產(chǎn)管理信息化實施的步驟和原則。

[關(guān)鍵詞] MES 流程型企業(yè) 生產(chǎn)管理信息化

流程工業(yè)（Process Industries）主要是指化工、煉油、冶金、造紙、電力等原材料加工和能源型企業(yè)，其特點是對生產(chǎn)原料伴有化學(xué)、物理、相變等反應(yīng)、變化過程的連續(xù)加工，通常需要嚴(yán)格的剛性過程控制和大量的資本投入。用高效率的信息化方案和成功的策略來提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、提升管理水平已成為流程企業(yè)必須面對的問題。當(dāng)前，大多數(shù)流程企業(yè)在信息化建設(shè)上已做了相當(dāng)多的工作，如基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、管理軟件的應(yīng)用（如ERP）、辦公自動化（OA）等。這些系統(tǒng)的應(yīng)用為企業(yè)帶來了積極變化和明顯效益。但是，它們的應(yīng)用往往集中在經(jīng)營方面，管理軟件系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)相脫節(jié)，實施了的一些信息化項目難以真正在工廠層中使用，企業(yè)管理層在工作中常常會遇到這樣的問題和困惑：生產(chǎn)計劃下達(dá)后，無法在線跟蹤實際生產(chǎn)情況；無法及時、直觀地了解生產(chǎn)現(xiàn)場的運行情況；花費大量人力物力抄來的報表數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，以及依據(jù)這樣的數(shù)據(jù)，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘；多套控制系統(tǒng)各自獨立，形成信息孤島，如何統(tǒng)一規(guī)劃全廠資源等。

根據(jù)流程工業(yè)生產(chǎn)管理的特點運用有效的生產(chǎn)管理信息化手段，是解決好上面出現(xiàn)問題的有效途徑。其中MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）在流程工業(yè)中的運用為企業(yè)實施CIMS(計算機(jī)集成制造系統(tǒng))提供了可行的框架，有助于加深對發(fā)展生產(chǎn)過程建模的理解。

一、流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化的主要內(nèi)容與MES功能的重合

1.流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化的主要內(nèi)容

流程工業(yè)以穩(wěn)定、均衡、高負(fù)荷、安全、低能耗和少污染為目標(biāo)，調(diào)節(jié)手段主要是保證工藝過程參數(shù)保持在最優(yōu)狀態(tài)。針對流程企業(yè)生產(chǎn)管理的特點，流程工業(yè)的生產(chǎn)管理信息化應(yīng)該包括以下主要內(nèi)容：

(1)嚴(yán)格的、全生命周期的設(shè)備管理。流程行業(yè)的設(shè)備管理不僅是包含設(shè)備檔案，設(shè)備維修計劃，資產(chǎn)折舊等方面，還要能在線檢測設(shè)備狀況，準(zhǔn)確分析設(shè)備停機(jī)原因，發(fā)現(xiàn)潛在隱患，真正做到預(yù)防性維護(hù)，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

(2)生產(chǎn)過程中全面的質(zhì)量監(jiān)控與跟蹤。流程行業(yè)對于質(zhì)量要求非常高，信息系統(tǒng)需要做到在線檢測、實時參數(shù)分析，跟蹤生產(chǎn)產(chǎn)品的主要參數(shù)變化情況，及時發(fā)現(xiàn)造成質(zhì)量波動的原因，有效提高產(chǎn)品品質(zhì)。

(3)生產(chǎn)過程管理監(jiān)控。流程行業(yè)的生產(chǎn)過程基本是連續(xù)進(jìn)行，因此準(zhǔn)確掌握整個生產(chǎn)工藝過程中的實際生產(chǎn)情況非常重要。只有對各裝置的生產(chǎn)參數(shù)，運行狀況準(zhǔn)確跟蹤，才能保證生產(chǎn)計劃的有效執(zhí)行。這對信息系統(tǒng)提出了實時數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程展現(xiàn)的要求。

(4)動力、能耗的嚴(yán)格管理。流程行業(yè)生產(chǎn)過程中，動力消耗非常大。只有準(zhǔn)確掌握各車間生產(chǎn)過程中的動力成本，才能準(zhǔn)確掌握實際生產(chǎn)成本，達(dá)到降低成本的目的。

(5)優(yōu)化控制。自動化的發(fā)展已不僅僅是對生產(chǎn)裝置進(jìn)行控制，還要求對生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化，使生產(chǎn)執(zhí)行與計劃緊密聯(lián)系，提高生產(chǎn)效率。

要達(dá)到上述目標(biāo)，需要將生產(chǎn)信息和經(jīng)營信息有效集成，信息系統(tǒng)必須貫穿企業(yè)經(jīng)營計劃和生產(chǎn)調(diào)度層，實現(xiàn)生產(chǎn)信息的共享。管理系統(tǒng)（如ERP）指定計劃，檢查經(jīng)營結(jié)果。生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供實際生產(chǎn)過程中的信息并進(jìn)行處理，實現(xiàn)商業(yè)智能與生產(chǎn)智能的融合，最終構(gòu)成企業(yè)智能。

2.MES的任務(wù)和功能

MES的任務(wù)是根據(jù)上級下達(dá)的生產(chǎn)計劃，充分利用車間的各種生產(chǎn)資源、生產(chǎn)方法和豐富的實時現(xiàn)場信息，快速、低成本地制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品，其生產(chǎn)活動涉及訂單管理、設(shè)備管理、庫存跟蹤、物料流動、數(shù)據(jù)采集，以及維護(hù)管理、質(zhì)量控制、性能分析及人力資源管理等。MES匯集了車間中用以管理和優(yōu)化從下定單到產(chǎn)成品的生產(chǎn)活動全過程的相關(guān)硬件或軟件組件(Component)，它控制和利用實時準(zhǔn)確的制造信息來指導(dǎo)、傳授、響應(yīng)并報告車間發(fā)生的各項活動，同時向企業(yè)決策支持過程提供有關(guān)生產(chǎn)活動的任務(wù)評價信息。

MES的功能主要包括車間的資源分配、過程管理、質(zhì)量控制、維護(hù)管理、數(shù)據(jù)采集、性能分析及物料管理等。

通過上面的比較，我們發(fā)現(xiàn)MES功能和流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化的主要內(nèi)容有很大程度的重合。MES技術(shù)是解決流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化問題的對癥良藥。

CIMS理論是流程工業(yè)生產(chǎn)管理信息化的主要依據(jù)，而近年來ERP/MES/PCS已成為國外流程工業(yè)CIMS理論和產(chǎn)品的主流框架，大有替代Pudue五層結(jié)構(gòu)(決策-管理-調(diào)度-監(jiān)控-直接控制)的趨勢。流程工業(yè)企業(yè)內(nèi)部物流的控制與管理、生產(chǎn)過程成本的控制與管理等生產(chǎn)管理活動都在MES層完成，因此MES層的信息集成至關(guān)重要，它是流程工業(yè)CIMS研究與發(fā)展的關(guān)鍵，而實施MES的關(guān)鍵又在于體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的解決。

二、流程型企業(yè)生產(chǎn)管理信息化體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建

分析流程企業(yè)信息化應(yīng)用，可以將信息化分為三個層次：第一層次，裝置層的信息化，即是企業(yè)生產(chǎn)過程自動化，如集散型控制系統(tǒng)（DCS）、可編程控制器（PLC）、大型監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)。第二層次，車間作業(yè)層，即制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，要實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部集成信息系統(tǒng)，起到承上啟下的作用。提供從接受訂貨到制成產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)數(shù)據(jù)第三層次：是企業(yè)ERP建設(shè)的范圍，覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，不僅要包含企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)，還需集成所有與企業(yè)經(jīng)營相關(guān)的企業(yè)內(nèi)部及外部的資源和業(yè)務(wù)。

在這三個層次之中，生產(chǎn)管理系統(tǒng)位于企業(yè)上層企業(yè)資源計劃(ERP)和底層工業(yè)控制（DCS/PLC）之間，面向車間層的管理系統(tǒng)架起了工廠與辦公室之間的橋梁，填補(bǔ)了兩者之間的鴻溝，它在整個企業(yè)信息集成中承上啟下，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。MES采集從生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)到生產(chǎn)完成全過程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，優(yōu)化生產(chǎn)管理活動，跟蹤生產(chǎn)過程中物料移動和設(shè)備狀況，使企業(yè)真正成為“智能化工廠”。

從流程工業(yè)的發(fā)展來看，DCS/PLC的應(yīng)用已非常普及，自動采集生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)成為可能，MES通過采集生產(chǎn)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，并連接ERP系統(tǒng)，對于流程企業(yè)信息化起著關(guān)鍵的作用，真正為企業(yè)創(chuàng)造效益。

流程工業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，下層生產(chǎn)過程控制（PCS）的實時信息和上層企業(yè)資源管理（ERP）的各類信息都在MES層中融合與貫通，并通過信息集成形成優(yōu)化控制、優(yōu)化調(diào)度和優(yōu)化決策等的判斷或指令，實現(xiàn)流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、均衡、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目標(biāo)；同時，企業(yè)內(nèi)部物流的控制與管理、生產(chǎn)過程成本的控制與管理等生產(chǎn)管理活動都在MES層完成。針對流程工業(yè)的特點和目前CIMS技術(shù)的發(fā)展，MES必須采用開放性的、柔性的、可擴(kuò)展的、模塊化的、面向?qū)ο蠛蛻?yīng)用的基于知識的體系結(jié)構(gòu)。

筆者基于以上理論，構(gòu)建了“基于MES技術(shù)的流程型企業(yè)生產(chǎn)管理信息化體系結(jié)構(gòu)”，如下圖所示。

基于MES技術(shù)的流程型企業(yè)生產(chǎn)管理信息化體系結(jié)構(gòu)圖

基于MES技術(shù)的流程型企業(yè)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)應(yīng)該重點解決管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)信息脫節(jié)問題，它可以從ERP系統(tǒng)中獲取生產(chǎn)計劃信息，實際安排生產(chǎn)；也可以連接控制系統(tǒng)，優(yōu)化生產(chǎn)過程。同時，可以作為一個獨立系統(tǒng)使用，為企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度、工藝部門提供有效的決策工具。

三、流程型企業(yè)生產(chǎn)管理信息化的實施

MES系統(tǒng)涉及到企業(yè)生產(chǎn)及其管理的各個方面，實施MES系統(tǒng)不僅是軟件問題，也是管理和觀念的系統(tǒng)工程。

在規(guī)劃實施階段時，應(yīng)按功能由簡到難的順序：第一步：實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、展示；第二步：對采集上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行深層挖掘，實現(xiàn)停機(jī)分析、質(zhì)量統(tǒng)計分析和批次配方管理；第三步：實施生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、設(shè)備管理、實時成本分析等子系統(tǒng)構(gòu)建完整的生產(chǎn)管理系統(tǒng);

實施MES系統(tǒng)的原則是，盡量采用成熟技術(shù)，規(guī)避風(fēng)險，最大限度保護(hù)企業(yè)投資。系統(tǒng)中的模塊均可以獨立運行，并可以與其他模塊無縫集成，靈活組合，因此可以采用統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的方法，制定出近期、中期、遠(yuǎn)期的總體規(guī)劃，然后分模塊實施，從能夠快速見效的模塊入手，見效一塊實施一塊。

在我國實施的CIMS戰(zhàn)略中，車間自動化一直是一個薄弱環(huán)節(jié)，而實施MES則是提升車間自動化水平的有效途徑，因此MES在我國具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

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