制造执行系统的发展和挑战.docx

《制造执行系统的发展和挑战.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制造执行系统的发展和挑战.docx（16页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、制造执行系统（MES）的发展和挑战发表时间：2006/2/14彭瑜来源：PLC&FA关键字：MES ERE信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 面对激烈竞争，企业界的重要对策就是采用将制造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融合的新 一代先进制造技术。以此为契机，企业资源计划ERP和制造执行系统MES从理念发展到软件平台，再形成完整的系统，并开始 了较为广泛的应用。它们或以软件平台形式出现，或以系统形式出现，或以应用服务的形式出现，这预示着人类正在进入电子 商务和电子制造完美结合的新时代。1、引言20世纪90年代以来，经济全球化的趋势日益加强，信息技术的发展极为

2、迅速，市场环境发生了根本性的 变化。顾客驱动已成为市场的主要特征，市场竞争的要素涉及到供货时间、质量、价格、服务和环境。而信息 技术的广泛采用，使得以顾客订货和市场需求为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制，竞争的高科技 含量因此大大提高了。面对激烈竞争，企业界的重要对策就是采用将制造技术与信息技术、自动化技术、现代 管理技术和系统科学技术有机融合的新一代先进制造技术。以此为契机，企业资源计划ERE和制造执行系统MES 从理念发展到软件平台，再形成完整的系统，并开始了较为广泛的应用1。它们或以软件平台形式出现，或以 系统形式出现，或以应用服务的形式出现，这预示着人类正在进入电子商务和电子制

3、造完美结合的新时代。ERE立足于经济全球化的环境，面向正在迅速形成的供应链，从企业全局的角度对经营和生产进行全面计 划，并实施企业资源的一体化管理。它以财务管理为核心，将资金流，物流与信息流加以有机结合，使整体价 值链管理的概念得以实现。它集成了供应链管理功能，强调供应商、制造商与分销商之间的新型伙伴关系，支 持企业后勤管理，形成对市场快速响应的能力。它强调企业流和半制成品的管理，通过对半制成品的管理实现 企业的人员、财务、制造与销售之间的整合，支持企业业务过程重组。按理在生产制造计划中，ERE支持MES 的管理模式，通过MES支持不同行业（就大的分类而言，主要是离散制造业，流程工业和批量流程

4、工业）的管理 模式。但仍然需要化大力气去解决ERE与MES之间，如何针对特定工业企业建立协同作用的解决方案和实际存 在的问题。在典型的ERE软件平台中，财务管理（包括会计核算，财务管理）、生产控制（包括生产计划，制造）、物流 管理（包括采购，库存管理，销售）和人力资源管理等是基本功能模块。过去的若干年来，ERE在国内得到了较广泛地重视，一些企业花了大量资金上ERE。但就一般情况而言，商 业企业从ERE中获得的利益比较明显，而工业企业却没有那么幸运，甚至受到不同程度的损害。这一现象并非 我国独有，在工业发达国家也是如此。美国ARC公司调查结果说，53%的客户反映ERE对工厂生产存在负面影响。 怪

5、不得有人说：“不上ERE是等死，上了 ERE是找死。”这里反映出在ERE实施过程中确实存在一些不可忽视 的问题，其中最主要的是光有ERE并不能帮助和指导工厂分析其生产的瓶颈、改进和控制产品的质量，以及对 具体的产品生产进行排产；ERE不但没有调动工厂管理人员的积极性，反而把他们降格为一种信息的收集者： ERE虽有生产控制模块，但难以真正在工厂层中使用：而不加分析和改进这些问题，其结果则是将IT推离、而 不是融入工厂的生产活动。但是对于一个企业，如果仅仅从生产工厂的视角来分析其在竞争中所处的地位，显然是短视的。即使是最 好的MES解决方案，对于整个企业来讲，也不过是提供一个相对狭窄的视角，缺乏在

6、管理层为进行决策支持所 需要的生产执行数据的广度和深度。这就启示我们，完整的、能够引导一个企业保持长期的业务利益和价值的 企业信息系统，必须是控制、制造执行系统MES和企业规划系统ERE三者协同作用的整合。可惜的是，在人们1 / 14认识到ERP的重要作用的同时，并不曾给予MES足够的重视。更何况上ERP项目动辄要投资上千万，甚至上亿 元。一般中小企业难以承担，即使是大型企业化那么多钱也不是轻而易举的。当前摆人们面前的严峻问题是， 如何使对企业信息技术网络的投资能迅速取得回报？看来正确认识MES的作用和正确地发挥MES的作用，是非 常关键的事情。本文将重点放在至今在国内尚未引起足够注意的MES

7、，以期对这个沟通ERP和生产制造的控制 系统之间的关键环节（见图1）给予应有的重视。图1 MES是上承ERP、下接控制系统的桥梁2、MES的定义在给出制造执行系统MES定义前，先看制造系统的定义。制造系统由一系列包括机器、工具、物料处理设 备和人员等元素组合而成，目的是把原材料转化为成品。系统的输入是除原材料以外，还有信息 （顾客定单、系 统现行状况等），资本（资金、设备和固定资产）和能源（劳动力、电力和辅助能源等）：系统的输出是成品、信息、 废品和利润。制造系统包括对系统进行支持、操作和控制的所有功能，维护、工程、人力资源、财务、销售和 市场营销也是制造系统资源的一部分。图2示出了以系统的角

8、度看制造过程的示意图。图2以系统的角度看制造过程在制造系统生产控制上，20多年来存在着两种不同的方法：基于成本控制机制的制造系统（LEAN）和基于运 行状况控制机制的制造系统（MES）。二者有很大的区别，尤其是在产品成本、质量和产出时间等参数上的要求等 方面。LEAN强调成本和效率，不考虑弹性和速度，如果订货批量小、要求高，影响成本和效率，按照LEAN的 理念只能不接受订货。现在管理的理念更注重弹性和和响应速度，不采用建立在计算机信息化基础上的MES，又如何得以实现！近年来出现了将二者优点结合起来的整体设备效能(overall equipment effectiveness, OEE) 概念，

9、综合考虑可用性、性能和质量等因素。按照国际MES协会所给出的定义2，MES提供从接受订货到制成最终产品全过程的生产活动实现优化的信 息。它采用当前的和精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发 生变化的生产状态和条件作出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程。 MES改善运行设备的回报，以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能MES通过双向通信，提供整个 企业的生产活动以及供应链中以任务作为关键因素的(mission critical)信息。其关键词是精确的实时数据， 这是以业务为基础的(transaction-based

10、)ERP和MRP-II系统未曾加以考虑的。美国AMR研究公司对MES也有自己的定义3： MES是一个常驻工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划 系统与主生产过程的直接工业控制系统之间。它以当前视角向操作人员/管理人员提供生产过程的全部资源(人 员、设备、材料、工具和客户要求)的数据和信息。其着重点是将信息技术运用于改善制造过程。在AMR的MES 集成企业模型中分为3层：承担企业全面管理，包括会计/财务系统的管理决策层ERP:承担工厂级协调/跟踪/ 发现并监控趋势的执行层MES:承担工厂生产控制的控制层。美国的国家标准研究所(NIST)有关MES定义的表述是：为使从接受订货到制成最终产品全过程的

11、管理活动 得以优化，采集硬件/软件的各种数据和状态信息。由上可知，关于MES的定义存在一些不同的表述。但以下几点共识还是普遍被接受的：MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在于优化管理活动。它强调是当 前视角，即精确的实时数据。从对实时的要求而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为1，那么，MES的时间系数为10，ERP的时间 系数为100(见图3)4。.图3 MES中数据流和响应时间要求3、我们为什么需要MES?在许多工厂中其全厂管理的功能目前仍然由文件和人工系统进行，通常有经验的人员执掌

12、着工厂生产效益 的钥匙。在大多数运行中，人工系统和有经验运行人员的判断总是起着重要作用（见图4）。但是，市场要求产 品的品种和数量经常变化，靠人工和经验调整生产显然效率低、反应慢、缺乏竞争力。而且人工系统也不可能 适应产品、工艺、技术和用户要求日趋加速的变化。由于生产运行变化如此迅速，MES的信息对及时性要求以 “分”，甚至“秒”的速度进行反应，此时光靠人恐怕不行。因此，采用MES带来的效益不言而喻（见图4） 5。ERP产期过程人员W中经物类PLC/电乱胆动羌集手动控制DCSfOCS供应链卷理EHP铮i伯碾券节理MES；集成生产数据有入员干预（包舍观践玺盈）的操作远行管理系统产品/姓程 工璀技

13、制实职MES之后PLC/41埋辑电机4t+动DCS/ OCS动您枚熬设备ERP/MRP的环境是以具体事务为基础的。其数据交换系对生产调度、运输安排或对生产计划要求的响应。与此 不同的是，控制的决策必须在“秒”级，甚至更短的时间内完成，它对生产过程、操作人员，或对材料的操作需求做出响应。显然，实时环境和实时响应的差异影响着绝大多数的具体业务及其在控制层的执行。传统的数 据流和控制流在ERP与控制层之间存在着巨大的鸿沟。传统的信息管理系统向主管财务的总经理和财务管理负 责人报告，居于管理层：而传统的工程生产信息则向负责生产的总经理报告：职责不同，相互之间的沟通不一 定能做到及时且细致深入。与此相反

14、，MES能提供的材料数据是与生产消耗相关的，同时能生成基于精确执行时间的材料供应提前量， 这将改善仓储控制。准确的生产模型是与实际测量相对于计划时间表的关系紧紧相连的，因而可用来修正过程 模型，而且有助于精确表达生产计划的实时行为。在当今激烈竞争的世界经济中，要占有“最有价值”的地位，必须使企业具有最好的质量、最佳的客户服 务、最低的制造成本、快速响应，以及灵活性的特点。而要达到这样的水平，就必须在正确的时间提供正确的 信息才可能进行最佳的决策。这就要求不断地对公用的数据库进行改善，同时让每个部门都拥有把数据转化为 有用信息的工具。怎么能做到这些呢？唯有MES才能真正向企业提供以上这些功能。4

15、、MES在信息系统体系结构中的地位5主要的制造信息系统有：ERP（企业资源计划）、SCM（供应链管理）、SSM（销售和服务管理）、P/PE（产品和过 程工程），以及MES（制造执行系统）和控制。这些系统每一个都有其一定的功能，包括若干不同的模块。它们之 间存在一些重叠，如调度可能出现在MES和SCM:劳务管理出现在MES、SSM，ERP中的人力资源（HR）功能模块 中：文件管理出现在MES和P/PE:过程管理出现于MES和控制中。ERP包括财务，订货管理，生产和材料计划，以及相关功能:SCM包括预测、分配和后勤，运输管理、电子 商务以及高级计划系统：P/PE包括计算机辅助设计/制造（CAD/C

16、AM），过程建模，以及产品数据管理（即PDM）： 控制包括DCS、PLC、SCADA、DNC（分布式数控），以及其它计算机化控制装置。5、MES与其它系统的关系图5 MES与其它系统的关系模型图5给出了 MES和ERP、SCM、SSM、P/PE，以及控制系统之间实施数据交换的相互关系。主要是：MES作为 生产制造系统的核心向其它系统提供有关生产的数据： MES向ERP提供实际生产数据，如成本、周期时间、产出和其它生产数据。 MES向SCM提供实际订货状态、生产能力和容量、班次间的约束等。 MES向SSM提供在一定时间内根据生产设备和能力成功进行报价和交货期的数据。 MES向P/PE提供有关产品

17、产出和质量的实际数据，便于CAD/CAM作适当调整。 MES向控制提供在一定时间内使整个生产设备以优化的方式进行生产的工艺规程、配方和指令等，将其下 载。6、其它信息系统向MES提供的数据MES也从其它系统取得数据，以保证工厂的智能化操作运行。例如ERP的生产计划模块供给MES作工作调 配：供应链向MES提供计划和调度是为了确定工厂生产活动的时间表：销售/服务的配置和报价模块为MES提供 生产信息的底线：P/PE向MES发出工作指令，配方（recipe，泛指一组相互关连的工艺数据，也可能是一组材 料的比例），工艺规程和运行参数：来自控制的数据用作测量实际性能和操作条件。7、MES的功能模型5照

18、MESA的定义，MES共有11个功能模块（见图6）。图6 MES的功能模型包括：（1）资源（包括机械设备，工具，熟练劳工，材料，其它设备及文挡等）配置和状态模块为了启动运行，资源必须是可供使用的。该模块提供资源的详细历史记录，确保设备已做好加工处理的准 备，并能提供实时状态。资源管理包括为满足生产调度目标的储备和调配。（2）生产单元（以任务、订单、批次、批量和工作命令等形式表达）调度模块调度信息以必须完成的工件的顺序予以表述，而且当工厂级有事件发生时要实时修改。本模块具有改变工 厂级规定计划的能力。还提供返工处理和废品处理，以及在任何具有缓冲管理的点控制生产流程中工件数量的 能力。(3) 文件

19、/文挡控制模块按生产单元控制和保存，包括工作指令、配方、图纸、标准操作规程、零件计划、批量记录、工程变更通 知、交班记录等在内的记录文件：以及具有将上述文件以计划形式和以完成形式进行编辑的能力。该模块还要 向生产执行部门下达指令，包括向操作人员提供数据，或向设备控制提供配方。它还包括对环境、卫生保健和 安全法规的控制和完善，以及ISO 9000的相关信息(如纠正动作程序)。存储历史数据。(4) 数据采集/获取模块此模块提供为采集/获取生产操作的内部数据和参数的链接接口，这些数据将分发至有关文件和记录中。数 据以“分钟”为刷新单位，直接从装置自动采集，或由人工输入。(5) 质量管理模块(6) 维

20、护管理模块(7) 性能分析(提供不超过以“分”为计时单位的实际制造运行结果的报告，包括SPC/SQC)模块(8) 运行细节计划编制与调度模块(提供按“分钟”为时间单位编制的基于优先级、属性、特性和/或与具 体特性相关的配方、工艺等的安排顺序)为了详细计算精确的时间或装置的负荷，该模块应识别交替操作和重叠/并行操作。(9) 劳务管理模块(10) 过程管理(监控生产，并自动校正或向操作人员提供决策支持，以校正和改善生产流程中的活动)模块(11) 产品跟踪模块图4采用MES取代人工决策的工厂信息系统由于每个行业的生产和流通流程不同，还有其特定的行规，不同的行业对MES的要求和着重点是完全不同的。例如

21、电子工业通常要求MES着重于建立精确的产品记录，即使产品经常变化，以及工艺和设计经常变化的情况 下仍有精确记录。纺织行业、食品工业以及许多批量处理的行业，使用MES是为了改善设备利用率，保证不间 断的批量记录，进行配方管理和加速生过程。宇航和军工企业需要MES能满足在线的工作指令，在加工过程中 保持出错几乎为零，对产品进行完整的历史记录以保证法规和用户的检验，以及跟踪大项目的进程。制药行业 通常要求MES能精确地进行便于管理的批量记录，证明产品符合法规。甚至同一个行业中不同企业也各具特色。 但是，最大的差异应该发生在流程工业与离散工业之间。表1示出流程工业与离散工业的异同：由表1可见，MES软

22、件包总是针对某一个行业的特定要求而开发的。MES具体的应用程序开发和应用服务的 工作量相当大，可能占工作量的70-80%，也相当专业化。这就往往造成MES的开发成本和应用成本过高，反过 来又影响MES的大面积的推应用。7、MES带来的效益基于MES用户的经验，使用MES所带来的价值很可观，相比于其它任何制造软件，MES应该是最具吸引力 的：平均减少制造周期时间45%； 一般减少数据输入时间为75%以上；平均减少半成品(WIP)24% ；平均减少为交班而准备的纸面工作61%；平均减少引导时间27%；平均减少纸面工作和设计蓝图所带来的损失56%；平均减少产品缺陷18%。以上列举的若干统计数据，是由

23、国际MESA协会通过调查研究确定的，具有充分的根据6的。8、ISA SP95-正在形成中的MES标准为了进一步规范MES，正在制定和发展企业信息整合(集成)标准和模型7，但是大多数是针对一种特定的 工业门类或类似的几种工业门类的。例如，欧洲技术委员会CEN TC310 WG1正在为制造业制订高级信息集成解决方案。Aachen Information Systems在为化学工业开发数据库和元数据库(meta-database)信息集成。ISO 正在开发生产数据交换标准STEP(STandard for Exchange of Product data),为供应链系统提供统一的数据 结构。从199

24、7年开始美国仪表学会起动了编制I SA SP95企业控制系统集成标准的工作，如表2所示，还有ISA 的批量控制标准ISA SP88。taF * irw产乱改木 会祚f顽z、p-CHM-ru Lg z礼场耳唇包X. VIL J生尸控钥1图7 ISA SP95.00.01的MES功能模型 表2 ISA SP95企业与控制系统集成标准标隹号发布时间标题SP35.012000模型与术语 Models aniTerminologySP95. 02项1年而象模型属性bject Model AttributesSP95. 032002制造信息行为模型姒Lvit 了 Node Is of Manuf actm

25、zLng： Irf ormsrtionSP95. 042003制造操作对象模型Objert Models ofM anuf ac turing Oper srtion已经成为ISA正式标准的ISA SP95.00.01企业控制系统，集成第1部份“模型和专用术语”目前已被国 际标准组织IEC/ISO所接受，正在发展成为国际标准。它详细规定了业务经营和后勤支持系统与生产运行系统 之间的接口。其功能模型(参见图7)主要依据国际MES协会提出的模型和美国普渡大学著名教授T.Williams指 导下提出普渡企业参考体系结构PERA8, 9。ISA SP95.01标准规定，在选定时间内生产过程涉及的所有资

26、源称为生产能力信息，简称产能信息。它包 括4种主要资源类型：人员，材料，设备和过程分段(process segment)。前3种资源定义表示人员、材料和设 备的信息，可进行静态或动态数据交换：第4种资源从制造过程的角度向经营管理系统提供关于材料、劳力和 设备的计划和成本的信息。产能又可分为有用产能、已用产能和无用产能。有用产能是可使用的产能的理论最 大值。标准规定了4种交换信息集合：产能信息，产品信息，生产要求和生产响应。这些信息的动态交换通常 是在系统之间进行，也是当前大多数经营管理与制造信息集成的基础。标准定义了这类数据结构和表达这些信 息之间的复杂相互关系的方法。(1) 产能信息界定经营

27、管理调度所需要的信息；(2) 产品信息界定包括生产一种单一产品(或某种产品一个生产批次)所需要的材料、设备和人员信息；(3) 生产要求或称排产调度(production schedules)界定安排进行生产的工厂及相关材料、设备和人员信 息；(4) 生产响应或称生产特性界定实际生产的工厂和实际所用的材料、设备和人员信息。ISA SP95.00.02企业控制系统集成第2部分“数据结构和属性”在2001年上半年成为ISA的正式标准。 该部分并未增加任何有关集成模型的新概念，但是对第1部分所定义的内容作出详细的规定，并通过举例和图 解进行进一步的解释。例如按可使用的人员、所用的材料和已加工的材料所用

28、的设备，以及所用的排产调度和 成本控制的流程段来描述生产信息。在该标准的第1和第2部分没有对系统之间的信息交换规定一种正式的协议或详尽的格式，仅仅提供了发 生交换的基础。正在编制中的第3部分将要定义为了最终达到企业信息集，而必须对发生在生产制造与经营管 理和后勤支持系统之间的各种活动进行非对称采集的模型。ISA SP95的第三部分试图通过定义和详细规定发生在管理层与制造层之间的数据流和功能来重点解决互操 作性的问题。它定义最小或基本功能(组件)，以及包括支持管理层与制造层之间交换信息在内的数据流。借助 于用一种共同语言，使用户和MES开发、供应商都能以更有效和精确的方法交流、描述自己的要求，表

29、达可提 供MES软件包和服务的能力。该标准还具备灵活性，允许MES开发、供应商增加其附加值的功能。例如一个用 户要实现一种新的数据历史记录功能，他发现由SP95定义的8个数据历史记录功能中5个可满足其要求。如果 某种功能超出了 SP95的范围，那么用户可以寻求一个供应商其软件产品既符合SP95，又能提供额外的功能。对ISA SP95标准最严峻的挑战是，它必须满足多种工业和行业对企业信息集成的需要。它必须搞成一个适 用于食品工业、化学工业，以及电子工业这些不同类型的工业的跨行业的定义集合，从而保证I SA SP95可以成 为复盖离散型制造业、连续流程制造业和批处理流程制造业的MES的标准。9、从

30、MES入手，目标是降低风险，提高投资回报率面向制造业和过程工业的ERP在经历了 90年代后期的稳健增长后，在2001年和2002年有显著地下降。软 件包的许可证收入受到的打击最厉害，而服务的收入继续强劲。同时在大规模的ERP项目已趋于饱和后，大多 数ERP供应商正在全力开发中小规模项目的市场10。这说明，如何使在企业信息技术网络的投资迅速取得回 报，引起企业管理层的极度重视，目前广大的制造业和流程工业正在把投资转向工厂级的IT项目聚焦于MES， 或在2001年ISA展览会上称的工厂软件11上。因为从这里切入，显然要比大把大把的钱花在无尽头的企业 IT改造的风险低得多。据称，一个典型的工厂信息项

31、目其投资回收周期少于12个月。这种投资回报易于定量， 且完全可用真实的工厂数据加以检验12。在经历过去十年多的努力实践和改进，MES技术显著地变得成熟。它不但有着明确的定义、统一的名词术 语和参考模型，而且正在制定相关的包括MES基本功能、XML扩展标记语言纲要等在内的标准，甚至出现了所 谓最佳实践的微软的解决方案架构和通用建模语言(Microsoft Solution Framework and Universal Modeling Language)。不过我们还应有清醒的认识：如果没有恰当的规划，MES的挑战仍然是高风险的。只有把目标确定 为既保证易于在MES本身内部和ERP、SCM等组合

32、的灵活性，又能采用不断改进的新制造工艺的优点的同时，求 取制造过程的优化，才能渐进地、逐步地通过MES的实践取得高投资回报12。10、MES正面临着许多挑战MES面临着许多挑战，这些挑战相互有关，而且因各别环境而相互关连的权重也存在差异。就其典型情况 而言，在这些挑战中，80%属于企业文化的范畴，只有20%才属技术范畴。这些挑战主要是：(1) 如何取得工厂和企业形成双赢局面如果工厂人员拒绝引入MES和拒绝对自动化系统作相应的改造，或者如果企业领导层不理解或不支持工厂 的改造，再好的MES的应用也会沦为失败。(2) 不同行业之间的MES应用存在巨大差异对不同行业的MES的形态结构，应该抓住对ME

33、S系统维护的矛盾。MES是一种应用于工厂的动态的IT解决 方案，经常因产品、流程、以及新老产品的产出比例发生变化而不断地有所改变。由于数据库的应用软件实现 由过程要求和具体事务的负荷导出的数据模型，所以当过程或产品发生改变，数据模型也必须相应“迁移”。 其中包含报表结构和数据关系的规格化，以及增加数据负荷。如果用户在老模型上附加表格，过程的性能将会 很快变坏，致使生产线运转速度减慢，于是形成了 MES应用的瓶颈。一般地说5年的周期内，MES的应用软件 会30-50%的变化。而且MES系统有30%左右的跨多个系统的网络和设备接口需要维护。因此公司必须聘请或培 养具有过程控制、IT和管理业务系统工

34、作知识的制造业IT专家。但是这样专业人士很难找。因此，解决维护 的矛盾，要求用系统方法通过建立公用的语言、业务过程和协议进行工厂和企业的纵向集成。为降低对工厂侧 MES维护所要求的IT专业水平，可把MES分成两个相互依存的层次。集中的基于WEB的上层它不存在与设备或系统的接口问题，其功能主要包括有限的生产能力的调度，以及工作流/工作命令管理构 件。工厂生产管理优化层其功能包括工厂效率(设备利用率、停产时间及废品跟踪)控制，统计过程控制，法规符合控制，批次批量 生产安排等。这样有助于MES在纵向和横向将数据集结时具有明晰的界线。由于MES软件正在向Microsoft.NET的基于WEB的结构和J

35、ava J2EE标准靠拢，MES的集中层IT技术将变 得很普通。但在工厂侧的维护仍需IT专家的支持。(3) 建立一种共同语言MES的整合不是轻而易举的。问题出在工厂和企业的应用软件的数据结构不尽相同。企业和MES的应用程 序要求共同的规格，以便于在引入新产品和新流程时，能有效地处理业务管理的改变，从而确定标准的工厂侧 流程。这是软件维护的矛盾。改变管理是MES在生命周期、低成本和迅速的投资回报等方面获得成功的关键。 工厂侧的系统用基于生产、产品的语言予以处理，然后由MES加以分析变换为ERP的术语-工厂最大产量和能力， 也为供应链规划和制定生产的时间进度提供相关数据。鉴于一个公司为优化产品制造

36、和形成流水线作业，通过 它的综合IT系统和管理流程，对其下属工厂的生产安排的变化有着相当直接的影响，因此为了简化接口，公司 必须在许多技术细节方面与其下属的所有工厂和原有的综合系统取得一致。这包括：共同的网络通信协议：共 同的数据结构：共同的事件和通报模型：共同的设备接口和应用软件接口：共同的应用程序整合方法：共同的 业务间(B2B)信息格式。如果每一个工厂都用相同的操作系统和中间件，上述问题就变得容易了。但是，许多工 厂却用了好几种操作系统和好多种组件结构，这样就有待于发展共同是一系列的MIS(计算集成制造系统)的工 业标准，从参考模型到目标模型，再到XML纲要和数据模型。这将极大地简化应用

37、软件和接口的设计、维护和 管理方法的改变。(4) 建立一种共同的通信协议随着新一代以XML为基础的应用软件-可重用基本设计架构(A2F，Application-to-Framework)的企业应用 软件接口(EAI)问世，IT的亚结构为建立企业和工厂接口可减少50%的成本。随着技术的成熟，实现MES的成本 及MES的维护成本将持续走低。许多当前的整合实践使用了应用软件间(A2A，Application-to-Application) 的接口，在整个企业的IT系统中用了许多不同的通信协议和语言。这样，当产品和流程变化，用户需要对MES 进行维护。虽然许多公司已安装了 A2A EAI软件，建立了接

38、口库存系统和对点对点接口进行变换(mapping) 0但 使用A2AEAI，如果工厂和企业内外的多个应用软件在运行时，会使任意应用软件之间的相关数据变得复杂化。 在A2F EAI软件中，信息独立地在许多不同的系统和应用软件之间传送，而可重用基本设计架构充当解释、翻 译和指导。由此可见，采用A2F的技术路线，使公司在实现新的功能性方面得以增进。在此基础上形成的整合 架构，为将现有系统升级为性能价格比远高于目前的IT系统创造了前提条件。A2F带来的另一重要优点还表现 在，它把工厂和企业的流程从基于应用的限制加以抽象，并首先构成数据模型。于是公司可为获取高年利润率 和扩大市场进行最佳决策，而不必顾及

39、个别软件模块的限制。(5) 建立有效的管理改变机制为了有效地处理MES的许多改变，需要把一种专门的改变管理机制(CMS， change management system)和指 导委员会纳入企业的组织之中。MES指导委员会应进行全面的决策和在规范的基础上使改变活动得到优先处理。(6) 正确地评估症结所在在一个企业开始其漫长的管控一体化进程时，最艰巨的任务是在实现MES的第一阶段识别出效率最差的流 程。一般来说，工厂人员仅以一种定性而又带有一定的主观臆断的方式了解生产的瓶颈和浪费所在，缺少充分 的数据予以验证。为了证明MES项目的可行性和确定投资回报周期，必须对制造过程作定性分析和评估，找出 瓶

40、颈和优先解决的范围。如果环境允许，先从小范围起步。在第一和第二阶段，只在二至三个自动化区进行试 点，且只与企业管理系统作很少的整合，甚至不作整合。之所以作出这样的折衷，是基于以下的考虑：项目不 大，但也能为完整的整合系统提供一个内容广泛的数据模型。因此，可在选择软件要包括哪些必要的功能性方 面，为第三阶段及以后的发展作出明智的抉择。如果经济上没有问题，基本上应使整个系统可视化，这样便于 对制造过程和是否满足设计要求进行评估。(7) 对事务负荷和数据模型的要求作出定量分析和配置一旦完成制造过程评估，在选择软件之前首先要把各种要求加以确定并冻结。在分析数据库事务和数据负 载中选择软件，结果导致数据

41、模型的确立。此分析勾画了在最坏的情况时的数据长度、发生最坏情况的次数， 以及在一个生产进行过程中同时出现的事务类型，在此时MES不致造成生产周期时间变慢。一般地说，带宽和 响应问题主要来自一大批参数数据、测试算法、工作命令，以及在一个单一客户过载问题。一旦确定了数据模 型和事务规范，便可以选择软件的体系结构，以使这些规范达到最佳。许多用户跳过数据建模过程，仅基于外 在的特性要求就去采购软件。这或许会导致数据库处于很不正常和存取缓慢的状态。11、MES软件开发及应用市场的两个动向MES软件开发商和MES的系统集成商正在受到来自两方面的挤压，即ERP软件开发商和系统集成商自上向 下的渗透，将其功能

42、扩展到MES来，以及HMI和SCADA软件开发商和系统集成商从下向上的冲击，增加MES的 功能。实力雄厚的自动化系统供应商(如Siemens，Rockwell Automation)都在采取并购一些卓有成效的MES公司， 或开发MES软件包来抢占MES的市场。Siemens收购了比利时的Compex IT Plant Solutions公司的MES产品 proCX，主要用于制药工业和生物工程。Rockwell Automation推出了生产管理软件解决方案RSBizware，针对 离散制造业和批量生产过程。据了解，Rockwell Automation还以OEM方式向北京和利时公司提供有关ME

43、S的 软件。目前的MES软件产品并不是适合所有行业的，读者若有兴趣可以查阅参考文献13所给出的MES软件性能 表。12、结束语(1) MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁不实施MES，管控一体化只是一句空话。对于面向制造加工业和过程工业的ERP，脱离MES将无法根据市场 需求去组织、管理和优化生产。(2) MES技术在过去10年来已显著地成熟MES的发展和应用是一个过程，而不是一个事件，不可能想象成功的MES实施是可以一蹴而就的。要取得 长期的成功，要求改造制造环境，要求获得有组织的支持，要求管理机制作适应性地改变。与此同时，MES软 件在改善维护、改善与

44、其它IT管理软件的接口等方面也有待于进一步发展、提高。(3) 要取得企业信息技术网络的投资迅速回报，从MES入手是一种明智的选择但是MES的实施需要恰当的规划和细致的分析，可从旨在解决一两个当务之急的工厂生产瓶颈问题着手， 逐步地扩大。参考文献1 黄河清，俞金寿.ERP的兴起与发展：它的理念，平台与应用A.全国先进控制与系统集成学术会议 论文集C. 2001(11)： 23-30.2 Definition of MES，国际 MES 协会网站，www.mesa.org.3 The Control Layer : Controls Difinition and MES to Contros Da

45、ta Flow Possibilitie，s White Paper No.3，国际 MES 协会网站，www.mesa.org.4 Maryanne Steidinger. Extending the Plant with a MES， Industrial Computing，1999( Feb.):32.5 MES Explained： A High Level Vision， White Paper No.6. 国际 MES 协会网站，www.mesa.org.6 The Benefits of MES： A Report from the Field， White Paper No.

46、1.国际 MES 协会网站，www.mesa.org.7 Dave Harrold. How Manufacturing Benefits by Understanding ERP and IT， Control Engng.， 2001(Jan).8 Dennic L. Brandl. SP95： the Factory-to-Business Link， Industrial Computing， 2000，(June):Industrial Computing,9 Charles H. Gifford. Resurgent MES Finds Home in e-Supply Chain

47、 , 2000(Aug.): 14-16.10 Enterprise Resource Planning(ERP)Software & Services Worldwide Outlook-Market Analysis and Forecast Through 2006, ARC, .11 冷杉.ISA 2001的工厂软件J.自动化仪表，2002(5)： 1-6.12 Charles Gifford. MES： Lower risk (than ERP), higher reward, InTech, 2002(April): 45-50.13 Frank Bayer. Manufaturing Execution Systems： Fur ein Hoechstros an Flexibilities im Productionsbreich, IT und Production, 2001(III+ IV): 37-40.