案例分析：研究开发制造执行系统（MES）

　　科技公司的信息化为背景，分析了五岳科技公司以及类似的中小企业的需求功能状况。通过全面分析MES的基本原理、MES在国内外发展及现状，结合我国现行制造企业的特点：实践过程中存在的一些问题，指出了应用MES技术的必要性，并针对MES生产调度复杂、底层数据采集困难和可集成性差等关键技术提出了解决方案。

　　该文以五岳科技公司的信息化为背景，分析了五岳科技公司以及类似的中小企业的需求功能状况。通过全面分析MES的基本原理、MES在国内外发展及现状，结合我国现行制造企业的特点：实践过程中存在的一些问题，指出了应用MES技术的必要性，并针对MES生产调度复杂、底层数据采集困难和可集成性差等关键技术提出了解决方案。

　　第一章 引言

　　近年来，制造业出现了高速的发展，我国作为制造业大国，虽然其产值已经达到了GDP的三分之一，成为全球第四大制造产业大国，但是我国的人均劳动生产率却仅为美国的1／25、为日本的1／261u；而且我国是世界拥有机床量最多的国家，但我国的数控化率仅达到1．9％，这与西方工业国家一般的20％的差距太大，这些数据足以表面我国只是制造业大国而不是强国。而针对我国中小企业占制造企业的大多数的现状，加强企业管理成为首当其冲的问题。

　　随着科学技术的迅速发展，以计算机、自动化、网络化及现代管理思想为核心的高新技术使传统制造业发生了翻天覆地的改变。现代企业若想在知识经济大潮中生存和发展，信息化是必然的选择。许多企业通过信息系统的建设来加强管理，全面提高企业的竞争力。

　　一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划"与生产密切配合，企业和车间管理人员需要在最短时间内掌握生产现场的变化，做出准确判断和快速应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP和现场自动化系统是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接的支持；而现场自动化系统的主要功能在于现场设备和工艺参数的监控，而并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之问出现了管理信息方面的“断层"，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战，而工厂制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)恰好能填补这一空白，在计划管理和底层控制之间架起了一座桥梁，是实现制造企业信息集成的纽带。

　　制造车间作为企业信息流、物料流与控制流的汇集点，是企业效益的源头，因而成为企业管理的重点。MES解决了生产作业计划的制定、执行和生产指挥调度，生产过程中的突发事件的处理，生产过程中的工艺标准的执行，产品质量的控制，设备运行情况的掌握，产量、在制品、生产消耗的统计，生产线人力资源状况，原料、材料、成品的库存等生产管理者最关心的问题。最近两年来，各行业对MES的需求猛涨，不仅很多专业的软件开发商全力以赴，而且很多大型的制造企业也开始研发适合自己的MES软件。2008年全球制造业在管理软件方面的投资，MES居第二位，仅次于ERP。在国内外很多行业应用中MES和ERP相提并论，而且MES已经成为目前世界工业自动化领域的重点研究内容之一。

　　MES产生及其发展

　　MES的定义

　　MES的全称是制造执行系统(Manufacturing Execution System)。MESA对MES的定义如下：“MES是一些能够完成车间生产活动管理及优化的硬件和软件的集合，这些生产活动覆盖从订单发放到出产成品的全过程。它通过维护和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。

　　由于现代制造业自动化水平的不断提高，尤其在流程型、混合型制造企业自动化生产线的应用日益普及，工序之间结合紧密，等待和周转时间极短，制造周期大为缩短，ERP系统需要实时的生产信息辅助进行经营决策和订单管理。但来自生产现场的状态信息和生产数据并不能直接反映产品进度和质量变化等信息。因此，在企业资源计划和过程控制之间需要提供信息的转换，也就是生产执行系统(MES)思想。MES使用全面实时精确的数据，优化从定单到产品完成的整个生产活动，对工厂的全部生产活动进行指导、反应和报告；MES通过对变化情况的快速反应，减少无用行为，提高企业运行和管理的有效性。

　　MES在国内外的发展、应用现状

　　MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，它是实施企业敏捷制造战略、实现车间生产敏捷化的基本技术手段。西方工业发达国家的实践表明：应用NMS可给制造企业带来可观的经济效益，受益MES技术的制造行业覆盖机械、电子、医药、化工、通讯等领域。

　　MES技术在国外发展及应用状况

　　为推广MES思想及其产品，美国于1992年成立了MES贸易联合组织MESA。MES使制造企业在其运行及商务活动方面亦受益匪浅；提高了产品质量，达到对客户要求的高质量响应；均衡企业资源的利用率；使企业的全体员工的工作能力大大提高；提供计划决策和企业商务活动的必要数据，提高了制造系统对变化的响应能力，同时也提高了销售服务和客户服务的水平；企业投资回报周期大大减短，使企业有较强的市场竞争力和经济实力。

　　制造执行系统在国外尤其是美国和日本得到了广泛而深入的研究和应用。MES国际联合会分别于1993年和1996年对实施MES系统的企业进行了两次问卷调查，主要调查实施MES给企业带来的好处，调查结果表明：MES缩短制造周期45％左右，降低在制品25％或更多，缩短生产提前期35％左右，等等。正是由于MES在车间生产管理中的特殊作用，MES软件产品得到了长足的发展，1995年AMR的统计调查报告显示：MES软件在1993年的市场份额达到1．5亿美元，在1994至1995年MES软件的市场份额以每年30％的速度增长，并预计在随后的十年里MES软件的市场份额将会以每年30％或更高的速度增长。正是由于MES在车间生产管理中的特殊作用，国际上着名的软件厂商和企业界纷纷响应并加入MES国际联合会，并推出自己的MES产品，例如，国际上着名的ERP软件供应商SAP公司在其产品SAP．R／3系统中整合了MES功能。

　　国外MES软件开发商大致可以分为三类，即系统集成商，如Wonderware公司；针对某一行业开发MES产品的厂家，如Aspen Technology；开发中间组件技术的厂家等。此外，典型产品还包括西门子Simatic IT、Wonderware IAS、Kratzer Automation intra FfCrolW等。

　　MES技术在国内发展及应用状况

　　在我国实施的CIM战略中，车间自动化一直是一个薄弱环节，而实施ME S则是提升车间自动化水平的有效途径，因此MES在我国具有广阔的发展空间和应用前景，MES作为流程工业综合自动化系统中的关键技术，它在中国的应用已经有了20多年历史。自上世纪80年代末，宝钢就从西门子公司引进了中国第一套MES系统。目前，我国已经应用和正在建设MES的钢铁企业共有30多家，他们的钢铁产量占全国钢铁总产量的50％以上。近十年来，MES技术已在石油、化工、能源、食品、制药和造纸等行业得到了广泛的实旌和应用。在国内，MES技术也正在中石化、中石油、山东海化等石油化工企业以及钢铁企业推广使用，并且为了更好的在国内推广、普及和提高MES技术积极探索。我国的MES软件开发商主要有：

　　1. 西门子、宝信、UGS、明基逐鹿和ApTiso是目前中国MeS市场上占有率最高的五家厂商。

　　2．目前，中国MES市场上国外知名厂商较多，国内厂商在软件开发的经验上和国外厂商还难以相比。

　　我国对车间层、单元层的研究大都偏重控制模型的研究很少从MES角度研究开发面向制造过程的集成化管理和控制软件。在MES技术研究上，国内外差别并不是很大，但在应用上大多还停留在制造设备的集成、状态监督和控制阶段,MES产品开发和应用还处于起步阶段。

　　不过我国十五期间开展了MBS研究与应用开发工作，上海宝信、浙大中控、北京和利时、上海交通大学、大连理工大学等，结合钢铁、化工、制药等流程工业和机械制造等应用要求，开发了适合流程工业、冶金工业等的MES产品。

　　第二章 MES在中小企业中的定位

　　中小制造企业信息化系统调研

　　中小制造企业特点

　　通过对国内一些相关中小制造业的调查研究、大量的相关文献的阅读，本人对中小企业在信息化过程中突出的特点做了一下几个方面的总结：

　　1．资金少和设备差：由于近几年来我国制造业的飞速发展，催生出了很多为大企业代工或小日用品一类的中小型企业，投入少、发展慢是它们典型的特点，因而生产规模和资本的积累十分有限，这就导致企业的设备更新慢，通常的设备的新旧参差不齐、跨度大。

　　2．人才缺乏：由于投资的规模小，中小企业管理和技术人才都极其缺乏。管理人才、技术人才一直是中小制造业奇缺的资源，而且这类企业管理形式单一，竞争力比较弱；技术人才的缺乏导致技术缺少创新，因而难于发展。

　　3．依附生存，抗风险能力差：由于其技术落后、市场竞争力小、顾客有限，而且往往依附某几个大企业而生存，失去一个大客户后可能造成证明打击。因而企业希望改进管理方法以及创新技术，降低成本，从而保持较强的独立性，增强竞争力。

　　4．产品形式多样：由于投资小，没有独立的高技术，产品多是模仿生产或者来料加工，因而一般都是小批量多品种生产。但是同时也可以很快适应市场变化，生产可以快速转型，易于生存。

　　5．生产混乱：因为中小企业多数是多品种小批量生产，他们主要的生产问题就是：生产计划制定困难、设备管理技术落后、产品质量和交货期得不到保证、资源综合利用率低。

　　6．对信息化的认识存在误斟：分不清具体实现技术与信息化内涵的联系与区别，片面的把实现技术的更新换代等同于信息化系统的升级，导致认为不使用最新的技术就是过时或淘汰产品。

　　要快速稳步的发展，除了一方面要改善硬件制造设备和引进人才外还有一个重要的方面就是企业急需加强自身的管理水平和效率，从而才能提高企业的整体竞争能力而健康稳步的发展。

　　而MES技术作为一种针对这种多品种小批量生产的离散制造企业而开发的管理软件，它可以从很多方面满足我国现行很多中小企业的关键需求：

　　1．降低成本：MES通过对生产计划进行及时修正和调整，实现对生产现场异常情况的实时处理，从而缩短生产周期；通过建立一个完整的关键设备监控与管理系统，可最大程度的提高设备利用率；同时MES还是对ERP的补充，能及时调度而减少在制品及库存量。

　　2．提高产品质量：MES它的特点就是能实时的监控每个生产设备，通过实时的对每个生产环节的的质量监控，可以有效的降低产品的不良率；还可以找出质量问题的关键所在，及时的调整加工工艺从而提高产品质量。

　　3．结合先进管理思想：MES是是精益生产、准时生产和最优化生产技术等先进管理思想在生产过程中的具体实现。

　　当然MES的作用还表现在：规范流程、信息共享及时、改善了客户服务等等方面。而且中小企业规模较小，业务流程一般相对简单，因此需要的MES技术要求并不是很高，所以其实施周期相对较短，见效也较快。

　　综合上述的观点我们可以很明显的看出：MES很适合在我国中小型企业实施，它能很好解决企业决策层和生产车间过程控制之间的“信息鸿沟"，满足企业现实所需，很好的改善企业的管理机制和能力，为企业节约有形的资本和提高企业的市场竞争力。

　　MES的发展趋势

　　MES系统正向一个更为人性化的方向发展着，根据2000年美国国家标准协会(ANSI)致力于MES标准化工作(ANSVISA．95)，发布的sP一95系列标准为基准看柬，以后的MES系统主要的特点就是：有良好的可集成性：易于变更，易于使用；面向对象和动态WEB技术等等。主要表现为以下几各方面：

　　1更强的实时性：根据MES的功能特点，IVIES应该向着更精确的过程状忐跟踪和更完整的数据采集功能，可实时的获取已经处理更多的底层数据，以便更为及时、准确地进行生产过程管控。

　　2支持网络化协同制造：由于现在计算机、通讯和网络等科技的迅猛发展，制造业已经演变为以跨地区、跨国家的虚拟公司或动态联盟为形式的大制造、大协作方式。2004年5月MESA提出了协同的制造执行系统(Collaborative ManufacIunng Execution Systems，c-MES）的概念，指出c-MES的特征是将原来MES的运行与改善企业运作效率的功能和增强MES与在价值链和企业中其他系统和人的集成能力结合起来，使制造业的各部分敏捷化和智能化。

　　3更好的集成化：首先MES系统的集成范围不应该仅仪包括单一的制造车间本身，应该要覆盖企业整个相关的业务流程，是包含物流、质量、设备状态等的整个数据模型。其次在集成方式上应该通过制定MES系统设计、开发的技术标准，使不同供应商的MES构件以及其它管理软件可以实现标准化互联与操作。

　　4．MES全新的体系结构：以后的MES系统体系结构应该针对具体的企业业务流程可以变更，进行系统的重构和快速配置，使之具有开发式、客户化、可伸缩等特点。

　　目前，随着MES的应用越来越为广泛，对它的研究也越来越受到国际上一致的重视，随着MES标准化进程的发展，它将对MES技术的发展起到巨大的推动作用，引导着MES的研究走向规划化方向迈进。现行国际上很多主流供应商(如：Siemens，Rockwell，Honeywell，SAP，GE等)就都采用ISA．95标准。（wy）