江蘇自動化研究所 吳從好

隨著信息技術的不斷發(fā)展以及企業(yè)業(yè)務數據的爆發(fā)式增長，處理業(yè)務數據已經不能靠人來實現，信息系統通過計算機技術實現業(yè)務數據的流轉，極大提高了企業(yè)管理的效率。MES系統作業(yè)企業(yè)車間級管理系統，在ERP與DNC之間建議溝通橋梁，有效解決了車間級精細化管理問題。本文旨在通過介紹MES系統在國內外的發(fā)展現狀，分析MES系統各功能模塊性能，闡明MES系統對企業(yè)帶來的效益。

1 MES系統發(fā)展現狀

1.1 國內MES系統發(fā)展現狀

從行業(yè)角度看，國內的MES主要在流程行業(yè)（如汽車、家電）等少數領域應用較為成熟，而在離散型制造領域（如軍工、科研單位），無論從成功案例的數量還是案例的規(guī)模上來看都有較大差距。以汽車制造為例，該行業(yè)屬于典型流程型行業(yè)，采用庫存生產模式（MTS），投產時以ERP系統為主導的生產訂單按制造流程生成相應的物料需求計劃、采購計劃等生產計劃，分發(fā)MES系統，由MES系統進行車間級各工序計劃的控制。由于其流程相對固定，在生產現場可以布置大量的傳感器、自動化裝置，實現數據的高度透明，從而實時采集和分析現場生產數據，形成生產最優(yōu)解。

1.2 國外MES系統的發(fā)展情況

國外的MES系統概念源自于20世紀80年代早期的數據采集系統，到20世紀90年代的早期和中期，數據采集系統生產商開始通過從相關領域引進相關功能，升級它們在某些時候使用的專業(yè)系統（勞動力、PDA、CAQ、DNC等）。1990年11月，美國先進制造研究中心AMR提出了MES（制造執(zhí)行系統）概念；1997年，制造執(zhí)行系統協會（MESA）提出的MES功能組件和集成模型；同時，在過去的幾十年中，ERP和SCM系統并沒有帶來預期的回報，尤其是在給車間提供技術支撐方面，而運用MES系統可以解決車間管理問題，并能有效管理內部生產流程，這也促進了MES系統的發(fā)展。

2 MES系統各功能模塊

MES的核心觀念是為生產領域提供響應式綜合信息處理功能，并利用所產生的可能性成果，它的主要任務或功能包括：信息管理、人力資源管理、規(guī)劃與調度管理、材料管理、質量管理、數據采集、資源管理、生產控制、能源管理等方面。MES系統各功能模塊位置如圖1所示。

圖1 MES系統各功能模塊位置

信息管理模塊：適用于創(chuàng)建和管理文檔化的工作流；創(chuàng)建和管理規(guī)則的發(fā)布程序和通知流程；支持無紙化生產；確保文檔管理和法律確定性數據存檔；文檔更改日志和版本歷史記錄；管理圖紙和NC程序。

人力資源管理模塊：確保及時為生產過程提供具有適當資格的人員，以獲取與人員相關的能力數據。對資質要求進行管理；支持資格認證計劃的制定；允許計算人員配置和人員規(guī)劃；支持時間帳戶的運行并分析時間（包括假期和缺勤）；支持基于績效的薪酬流程。

規(guī)劃與調度模塊：考慮到產能和對意外事件（如設備故障）的響應，調度模塊和控制器在處理工作隊列時支持生產。針對有限的產能計劃和瓶頸因素，對工作計劃、訂單和規(guī)劃進行管理；幫助資源評估加工時間和材料可用性；允許分配計劃（例如產能計劃表）；生產模擬和優(yōu)化訂單網絡；發(fā)布生產訂單和分發(fā)訂單；監(jiān)控紙質訂單積壓，支持看板生產。

材料管理模塊：材料管理模塊通過材料、在制品生產庫存（WIP）和使用歷史（可追溯性）來支持生產的供應和處置。提供材料編號；支持分類；管理物料主目錄和物料清單；創(chuàng)建并管理配方使用列表；允許批量跟蹤，生成部署和存儲；管理揀貨訂單、提款和庫存；支持創(chuàng)建來源和使用歷史記錄。

質量管理模塊：通過質量計劃和測試為產品和過程質量提供支持。創(chuàng)建和管理檢驗計劃和檢驗訂單；記錄測試數據并評估統計過程控制（SPC）；支持QM文檔（例如通過測試報告）；支持錯誤識別和跟蹤歸檔過程數據；記錄跟蹤原材料質量的批次。

數據采集模塊：是近實時的采集過程，通過自動、半自動或手動輸入程序來確認數據允許操作和機器數據采集；允許支持訂單的確認和部分確認；具有報警功能和進程鎖定；可視化操作狀態(tài)以及管理錯誤信息；進行真實性檢查；生成實時過程圖像。

資源管理模塊：確保了資源的及時和適當的可用性和技術功能。支持維護管理；管理系統和工廠歷史的結構；收集并報告錯誤信息和問題診斷；允許創(chuàng)建維護訂單計劃（例如，通過創(chuàng)建維護計劃）；協助技術訂單；確認驗收和資源發(fā)放。

生產控制模塊：分析通過關鍵性能指標（KPI）幫助生產操作控制以及長期優(yōu)化工藝，代表了生產相關領域的中央信息門戶；允許創(chuàng)建標準、批量和特別報告；為以下目標生成與生產相關的指標；機器負載和OEE；生產力定期交貨；提供的交貨日期。支持圖形可視化（例如，借助儀表板和標準駕駛艙）。MES任務訂單管理從不同的外部來源和內部MES來源接收訂單列表，并使這些數據可用于其它MES任務，如詳細的調度和過程控制向生產組織提供從外部系統獲取的所有數據；處理和壓縮來自數據采集的訂單相關數據；考慮條件和合理性的因素；應對生產條件的變化；提供訂單的當前信息；管理生產區(qū)域內各種訂單的完整列表。

能源管理模塊：MES“能源管理”任務的目的是計劃、系統記錄、監(jiān)控、控制并最終降低制造企業(yè)的能源消耗。維護和管理能源數據；能源數據的目標/實際比較；顯示當前負載概況和能耗曲線、能源趨勢；建立生產項目（如機器、生產訂單和材料、數量）和能耗之間的必要聯系。

3 MES系統對企業(yè)的作用

MES系統不僅可以面向生產底層，也關注訂單管理、人力資源、財務成本、數據管理、信息管理等企業(yè)管理的多個方面。

MES系統可實現數據的一次收集，并可供所有用戶使用；提高人員和資源的管理效率，減少不良員工管理所需的工作量，通過實時了解所有可用的工作資源對規(guī)劃進行改進，為內部客戶和外部客戶確定實際日期來提高準時度。還可通過訂單和面向運行時的資源計劃來減少制造周期，并通過檢查NC程序的資源和可用性來減少時間；為企業(yè)帶來了兩種主要效益：一是提供了生產數據的透明度，由于MES系統直接面向公司與底層之間的管理，可以獲取大量的動態(tài)數據，存在最新的反饋信息，能夠識別早期階段出現的無用的萌芽因素和干擾因素，這樣就提高了數據的透明度，數據的透明度越高，越能為決策者提供幫助，提前發(fā)現瓶頸，從而提高決策能力與水平。二是將精益管理中的工具方法嵌入到系統中，如“數據采集模塊”中的“可視化操作狀態(tài)以及管理錯誤信息”功能、“質量管理模塊”中的“記錄測試數據并評估統計過程控制（SPC）”功能，都是精益思想的貫徹和實行。

結語：MES系統作為近些年日益成熟的信息系統，在企業(yè)實現車間精細化管理方面提供了重要支撐。企業(yè)應根據自身產品特點及業(yè)務數據情況，通過科學分析MES系統各功能模塊，結合精益管理思想，提高MES系統的應用水平。