中國制造執(zhí)行系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1、中國制造執(zhí)行系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析在經(jīng)濟(jì)全球化、市場全球化的必定趨勢下，我國部分行業(yè)如化工、鋼鐵等等面臨嚴(yán)峻的競爭形勢和經(jīng)歷著深遠(yuǎn)變化的生存進(jìn)展要求，轉(zhuǎn)變與趨勢相符的現(xiàn)代治理思路，建立現(xiàn)代治理理念，引進(jìn)現(xiàn)代治理決策機(jī)制，提高核心競爭力差不多成為企業(yè)最迫切的要求和機(jī)遇所在。觀看世界生產(chǎn)治理模式的進(jìn)展趨勢能夠清晰的得出企業(yè)行為勢必從單項、局部的改善向著綜合、集成的優(yōu)化轉(zhuǎn)變，尤其是打算、組織、操縱三大職能的整體優(yōu)化更是企業(yè)實現(xiàn)經(jīng)營目標(biāo)和獲得競爭優(yōu)勢的難點(diǎn)和重點(diǎn)，制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System) 要緊用來解決整體優(yōu)化中生產(chǎn)打算與生產(chǎn)過程的脫節(jié)問題這一問題長期以來

2、不僅直接阻礙企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應(yīng)鏈優(yōu)化的瓶頸。 一、MES的產(chǎn)生及進(jìn)展 1MES的產(chǎn)生背景 自上世紀(jì)八十年代以后，伴隨著消費(fèi)者對產(chǎn)品的需求愈加多樣化，制造業(yè)的生產(chǎn)方式開始由大批量的剛性生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多品種少批量的柔性生產(chǎn)；以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和大型數(shù)據(jù)庫等IT技術(shù)和先進(jìn)的通訊技術(shù)的進(jìn)展為依托，企業(yè)的信息系統(tǒng)也開始從局部的、事后處理方式轉(zhuǎn)向全局指向的、實時處理方式。在制造治理領(lǐng)域出現(xiàn)了JIT、LP、TOC等新的理念和方法并依此將基于定單的生產(chǎn)扶正、進(jìn)行更科學(xué)的預(yù)測和制定更翔實可行的打算；在企業(yè)級層面上，治理系統(tǒng)軟件領(lǐng)域MRPII以及OPT系統(tǒng)迅速普及，直到今天各類企業(yè)

3、ERP系統(tǒng)如火如荼的進(jìn)行；在過程操縱領(lǐng)域PLC、DCS得到大量應(yīng)用也是取得高效的車間級流程治理的要緊因素。能夠講企業(yè)信息化的各個領(lǐng)域都有了長足的進(jìn)展，然而在工廠以及企業(yè)范圍信息集成的實踐過程中，仍然難以解決這一瓶頸帶來的各種問題：在打算過程中無法準(zhǔn)確及時地把握生產(chǎn)實際狀況，另一方面則在生產(chǎn)過程中無法得到切實可行的作業(yè)打算做指導(dǎo)；工廠治理人員和操作人員難以在生產(chǎn)過程中跟蹤產(chǎn)品的狀態(tài)數(shù)據(jù)、不能有效地操縱在制品庫存，而用戶在交貨之前無法了解定單的執(zhí)行狀況。產(chǎn)生這些問題的要緊緣故仍然在于生產(chǎn)治理業(yè)務(wù)系統(tǒng)與生產(chǎn)過程操縱系統(tǒng)的相互分離，打算系統(tǒng)和過程操縱系統(tǒng)之間的界限模糊、缺乏緊密的聯(lián)系。針對這種狀況，1

4、990年11月，美國的調(diào)查咨詢公司AMR首次提出MES的概念，為解決企業(yè)信息集成問題提供了一個被廣為同意的思想，確實是我們今天要談的制造執(zhí)行系統(tǒng)。 2MES的進(jìn)展歷程 20世紀(jì)80年代后期，隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速進(jìn)展，流程工業(yè)操縱中出現(xiàn)了多學(xué)科間的相互滲透與交叉；同時，信號處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與自動操縱技術(shù)的結(jié)合使過程操縱開始突破自動化孤島模式，出現(xiàn)了集操縱、優(yōu)化、調(diào)度、治理和經(jīng)營于一體的綜合自動化新模式。 20世紀(jì)90年代，隨著計算機(jī)技術(shù)的日新月異，計算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)的研究已成為自動化領(lǐng)域的一個前沿課題。1995年美國、日本、西歐等國已有100多家煉油、化工企業(yè)

5、在實施CIMS打算，推動了流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向上下游、產(chǎn)供銷一體化或集成化方向進(jìn)展，意大利AGIP石油公司提出了以數(shù)據(jù)模型為核心的工廠信息集成系統(tǒng)方案，信息采集從底層到上層，從供應(yīng)鏈的源頭到盡頭，而計算結(jié)果和指令則從上層一直傳遞到底層。它以面向數(shù)據(jù)（而非面向應(yīng)用）的模型為核心系統(tǒng)，連接實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫，對生產(chǎn)過程進(jìn)行過程監(jiān)視、操縱和診斷、環(huán)境監(jiān)測、單元整合、模擬和優(yōu)化。并在治理決策層進(jìn)行物料平衡、生產(chǎn)打算、調(diào)度、排產(chǎn)、企業(yè)資源打算、離線在線模擬與優(yōu)化等。 流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的理論和技術(shù)通過多年的研究進(jìn)展，特不是通過實際應(yīng)用的考驗，已逐步形成合理的

6、體系結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框架已由下圖所示的五層Purdue模型演變?yōu)镋RP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)。目前，這已成為西方先進(jìn)工業(yè)國家流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)理論和產(chǎn)品的主流框架。圖1 Purdue模型 在Purdue模型中，流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)自下而上從功能上分為過程操縱、過程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)治理和經(jīng)營決策五個層次，將生產(chǎn)過程和治理過程明顯分開。盡管這種體系框架在流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的進(jìn)展過程中起過專門大的推動作用，但隨著研究與開發(fā)的深入，它在綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用實踐中遇到了較大問題。在流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動中，除了底層的過程操縱與頂層的企業(yè)治理和經(jīng)營決策外，在中間層次是專門難將生產(chǎn)行為

7、與治理行為截然分開的。因此，在牽涉到大量既有生產(chǎn)性質(zhì)又有治理性質(zhì)的信息時，依照五層結(jié)構(gòu)模型就專門難明確劃分應(yīng)該屬于綜合自動化系統(tǒng)的哪一層次，這就造成了流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)研究與開發(fā)過程中概念的混亂和標(biāo)準(zhǔn)的難以統(tǒng)一。 ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)較好地解決了上述問題。這一結(jié)構(gòu)將流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)劃分為：考慮生產(chǎn)過程問題的過程操縱系統(tǒng)PCS；考慮企業(yè)經(jīng)營治理問題的企業(yè)資源打算ERP；以及考慮生產(chǎn)與治理結(jié)合問題的中間層生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES。如此，就使流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中原來難以處理的具有生產(chǎn)與治理雙重性質(zhì)的信息問題得到了解決。 3MES的定義 國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（Manufacturin

8、g Execution System Association，MESA）對MES的定義是“MES提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動所需的信息。MES運(yùn)用及時、準(zhǔn)確的信息，指導(dǎo)、啟動、響應(yīng)并記錄工廠活動，從而能夠?qū)l件的變化做出迅速的響應(yīng)、減少非增值活動、提高工廠運(yùn)作過程的效率。MES不但能夠改善設(shè)備投資回報率，而且有助于及時交貨、加快庫存周轉(zhuǎn)、提高收益和現(xiàn)金流的績效。MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)信息?！?如此定義，道出了MES的設(shè)計、開發(fā)、實施差不多上圍繞企業(yè)生產(chǎn)-這一為企業(yè)直接帶來效益的價值增值過程進(jìn)行的，而針對目前企業(yè)信息化建設(shè)過程中通常對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重視

9、不夠的情況，我們研究所開發(fā)的目前國內(nèi)唯一針對大型流程企業(yè)的專業(yè)MES系統(tǒng)以其精心的設(shè)計、完善的實施以及良好的維護(hù)等為MES的興起迎來了良好的開端。 美國的權(quán)威機(jī)構(gòu)先進(jìn)制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）提出的： MES是位于上層的打算治理系統(tǒng)與工業(yè)操縱系統(tǒng)之間的面向車間層的治理信息系統(tǒng)。它為操作人員/治理人員提供打算的執(zhí)行和跟蹤以及所有資源（人員、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀況。AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型，將企業(yè)分為三個層次：打算層（MRPII/ERP），執(zhí)行層（MES），操縱層（Control）。打算層強(qiáng)調(diào)企業(yè)的打算，它以客

10、戶定單和市場需求為打算源，充分利用企業(yè)內(nèi)部的各種資源，降低庫存，提高企業(yè)效益；執(zhí)行層強(qiáng)調(diào)打算的執(zhí)行，通過MES把MRPII/ERP與企業(yè)的現(xiàn)場操縱有機(jī)地集成起來；操縱層強(qiáng)調(diào)設(shè)備的操縱，如PLC、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、各種計量及檢測儀器、機(jī)械手等的操縱。 4. MES的作用 制造企業(yè)關(guān)懷三個問題：生產(chǎn)什么？生產(chǎn)多少？如何生產(chǎn)？企業(yè)的生產(chǎn)打算回答的是前兩個問題，“如何生產(chǎn)”由生產(chǎn)現(xiàn)場的過程操縱系統(tǒng)“掌握”。ERP、CRM等系統(tǒng)只為生產(chǎn)打算的編制提供了數(shù)據(jù)信息，關(guān)于“打算”如何下達(dá)到“生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程中變化因素如何快速反映給“打算”，在打算與生產(chǎn)之間需要有一個“實時的信息通道”，MES（制造執(zhí)行系

11、統(tǒng)）確實是打算與生產(chǎn)之間承上啟下的“信息樞紐”。 近年來，隨著JIT(Just In Time)、BTO（面向訂單生產(chǎn)）等新型生產(chǎn)模式的提出，以及客戶、市場對產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求，MES才被重新發(fā)覺并得到重視。同時在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)泡沫的破裂后，企業(yè)開始認(rèn)識到要從最基礎(chǔ)的生產(chǎn)治理上提升競爭力，即只有將數(shù)據(jù)信息從產(chǎn)品級（基礎(chǔ)自動化級）取出，穿過操作操縱級，送達(dá)治理級，通過連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息集成才能使企業(yè)在日益激烈的競爭中立于不敗之地。目前，MES在國外被迅速而廣泛地應(yīng)用。 企業(yè)信息化系統(tǒng)是一個信息相互貫穿的集合體，作為制造業(yè)內(nèi)部最重要最差不多的活動生產(chǎn)，它的相關(guān)信息尤其需要得到實時的處理和分析。具

12、體的講，確實是收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并對實時事件及時處理，同時又與打算層和生產(chǎn)操縱層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應(yīng)數(shù)據(jù)并反饋處理結(jié)果和生產(chǎn)指令。 MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)治理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車間操縱器,也不同于偏重于作業(yè)與設(shè)備調(diào)度為主的單元操縱器,而應(yīng)將MES作為一種生產(chǎn)模式, 把制造系統(tǒng)的打算和進(jìn)度安排、追蹤、監(jiān)視和操縱、物料流淌、質(zhì)量治理、設(shè)備的操縱和計算機(jī)集成制造接口（CIM）等一體化去考慮，以最終實施制造自動化戰(zhàn)略。 國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（MESA）定義了MES應(yīng)具備的11個功能模塊：要緊包括1)資源分配和狀態(tài)治理；2）操作/詳細(xì)排產(chǎn)；3）分配生產(chǎn)單元

13、；4）文件操縱；5）數(shù)據(jù)收集；6）勞動力治理；7）質(zhì)量治理；8）過程治理；9）維護(hù)治理；10)產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單治理；11)性能分析和數(shù)據(jù)采集。實際的產(chǎn)品可能是包含其中一個或幾個功能模塊。 二、MES在中國應(yīng)用的現(xiàn)狀 1傳統(tǒng)的MES(T-MES) 傳統(tǒng)的MES可大致分為兩大類：專用的MES系統(tǒng)(Point MES) 和整合的MES系統(tǒng)(Integrated MES)。專用的MES是指為解決某個特定領(lǐng)域問題，如車間維護(hù)、生產(chǎn)調(diào)度或SCADA而開發(fā)的單獨(dú)應(yīng)用系統(tǒng)。整合的MES則是針對一特定行業(yè)如航空、裝配、半導(dǎo)體、食品和衛(wèi)生等行業(yè)而設(shè)計，具有一定的通用性。同時逐步加強(qiáng)了與上層事務(wù)處理和下層實時操縱

14、系統(tǒng)的集成能力。 我國對 MES的研究開發(fā)起步較晚，目前要緊停留在MES思想、內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)方面的研究上，應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)一般局限于 MES單一功能。一些大學(xué)和科研院所等單位在國家863打算資助下在 MES理論與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面做了一定的工作。但目前存在著專門多問題，例如：（1）可集成性差；（2）缺乏智能性和敏捷性；（3）缺乏特不規(guī)信息條件下的科學(xué)決策方法。 由于工廠可能會從不同的軟件供應(yīng)商購買適合自己的MES模塊，使得MES系統(tǒng)包括了專門多子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)都有各自的處理邏輯，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)模型和通信機(jī)制。為了實現(xiàn)與外部系統(tǒng)的集成，往往采納API技術(shù)，OLAP技術(shù)和相應(yīng)的通信機(jī)制。其中，外部應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)用和插