生产管理系统MES

1、生产管理系统MES制造业车间生产管理系统(MES)及其典型结构【摘要】生产执行管理系统(MES )是企业CIMS信息集成的纽带，是 实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术 手段。本文介绍了 MES生产管理系统的概念、功能模型，以及MES与ERP及现场自动化系统之间 的关系，并且描述了 MES系统的典型结构。1、概述制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中 心地 位。伴随中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世界制造业 的中心。中 国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提 高企业的核心竞争 力，很重要的一点，就是以信息化带动工业化，加 快信息化进程，走新型工 业化道路，实现全社会生产力的跨越式发 展。纵观我国制造业信息化系统的 应用现状，建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统(Shop Floor Control System, SFC)两个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从生 产导向快 速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的管 理和组织提出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新的 局面。工厂制造执

2、行系统(Manufacturing Execution System, MES)恰好能 填补这一空白。工厂制造执行系统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。MES可以为用户提供一个快速反应、 有弹性、精细化的制造业环境，帮肋企 业减低成本、按期交货、提高产品的 质量和提高服务质量。适用于不同行业(家电、汽车、半导体、通讯、IT、医 药)，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混 合型制造企业 提供良好的企业信息管理。目前国外知名企业应用MES系统已 经成为 普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心 竞争力。2、企业计划层与过程控制层之间的信息“断层”问题我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下” 按计 划生产。简单的说是从计划层到生产控制层：企业根据订单或市 场等情况制 定生产计划一生产计划到达生产现场一组织生产一产品派 送。企业管理信息 化建设的重点也大都放在计划层.以进行生产规划 管理及一般事务处理。如 ERP就是“位”于企业上层计划层，用于整 合企业现有的生产资源，编制生 产计划。在下层

3、的生产控制层，企业 主要采用自动化生产设备、自动化检测 仪器、自动化物流搬运储存设 备等解决具体生产(制程)的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，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 理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的 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系统的服务对象是企业管理的 上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系 统的功能主要在于现场设备 和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场 检测和统计数据，但 是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和 现场自动化系统之间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。比如面对以下车间管理 的典型问题，它们就难以给岀完善的解决手段：出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产 品的所 有生产过程信息能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、

4、经 过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自 动校验 和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品 交接错误？过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么次品数 量各是多少目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数 量各是 多少要分别供应给哪些供应商何时能够及时交货生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和 空转影 响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障调度失误材料供应不及时工人培 训不够还是工艺指标不合理 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品 质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格 率和缺 陷代码？MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要 负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在 统一平台上 集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分 析、网络报表等管理 功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、 工艺部门、物流部门等提供车间管理信息 服务。

5、系统通过强调制造过程的整 体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的 ERP/MES/SFC信息体系。3、制造执行系统HES及其功能 3 1 MES的定义HES是美国管理界90年代提出的新概念。美国先进制造研究机构AMR (Advanced Manufacturing Research)通过对大量企业的 调查发现现有的企业 生产管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业 管理软件，以SCADA、HMI (Human Machine Inteface)为代表的生产 过程监控软件和以实现操作过程自 动化，支持企业全面集成的MES软件群组成。根据调查结果，AMR于1992年 提出的三层的企业集成模型 (如图1) O业级Level 3:自动牝监径逑翘裁图_ AMR的三层企业集成模型MESA International (MES国际联合会)是以宣传MES思想 和产品为 宗旨的贸易联合会，它为了帮肋其成员组织在企业界推广MES制定了一系列 研究、分析和开发计划。MESA协会白皮书(MESA White Paper , 1997)对MES 系统作如下之定义：MES系统在产品

6、从工单发出到成品产出的过程中，扮演生产活动最佳化的信息传递者n当事件发生变异时，借着实时正确的信息、生产执行系统规范、原 始工作情况、资料反应及回馈，作出快速的响应以减少无附 加价值之生产活 动，提升工厂生产制程的效率。MES改善生产条件及准时出货、库存周转、生产毛利及现 金流量 效益,MES并且也在企业与供应链之间提供一个双向的生产信MESA协会白皮书（MESA White Paper , 1997冲提出说明 企业资源规 划（ERP）、MES与控制系统间的作业互动与信息流模式，如图二所示。实时工厂皆理血ES布工厂中的数据症，容戸采购I生产 订单工作播令控制赛藏 掾作指令erp /1/ 護统制造执行萦统ME8控制鑑蜒或手工拯作订单状為 flw?& 產凰数爵 生产IK史fieft/eWSm/s作员状态迈霍参数1 x_ 枚空券躁生产徒业计创 BE HP齋故生产订舉 显示SftS焉令 更加糜统鬧ES在工厂中的数拥流图中左边ERP等系统需随时注意产品库存量、客户订单状况与 材料 需求，然后将这些信息传送至MES,由执行系统进行生产或安排库存以满足客 户订单需求。对MES而言，这一层就是生产的计

7、划层。中间部分为HES系统，负责完成产品制造工作，产品的规格、型号、 参数等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料 转化为作业程序提 供给控制系统之作业人员或机器设备来使用。右边部分为控制系统，当作业程序、相关流程、文件及其它相关生 产需求项目就绪，控制系统便运用所有工厂内相关资源（软、硬件及人员）负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。32 MES的功能由MES的定义可见，MES为一系列管理功能，而并非一套软件 系统, 它完全可以是各种生产管理的功能软件集合。MESA通过其各成员的实践归纳了 一个主要的MES功能模块，包括：工序详细调度资源分配和状态管理生产单元分配过程管理人力资源管理维护管理质量管理文档控制产品跟踪和产品清单管理性能分析和数据采集MES 的各功能模型与企业其它信息化系统的关系如图三所示。实际的MES 产品可能同时包含了其中一个或几个功能模块。4、MES的典型结构由于MES在产品从工单发出到成品产出的整个过程中，扮演生产活 动最佳化的“信息传递者”的角色，MES必然要具有多种功能并 且能够同时 为生产、质检、工艺、物流等多个部门服务，这就决定了 MES的结构设

8、计必 须满足以下原则： MES应该是一个分布式的计算机系统 MES系统能够与企业的其他制造信息系统相联接，从而提供高效 的企业管理功能 “它以生产行为信息为核心，为企业决策系统提供直接的 支持” (MESA 1997)由于工厂可能会从不同的软件供应商购买适合自己的MES模 块，或 将车间现有的各种管理系统集成为HES功能的一部分，其结果导致许多工厂 的MES系统实际上是一个大杂煖。每个系统都有各自的处理逻辑，数据库， 数据模型和通信机制。又因为HES应用常常是要满足关键任务的系统，这样 的系统就很难随技术的更新而进行升级。个基于统一软硬件平台的MES系统往往采用工业PC/PLC/HMI等设 备作为车间内各生产单元(生产区域)功能站的主 要构件，通过对各个生产 单元的数据收集和反馈，组成覆盖全厂或者 整个流水线的、满足闭环生产管 理需要的开放式以太网络。采用MES数据库服务器作为系统核心，进行实时 数据存取和比照，实现生产信 息的监视、控制和生产过程的管理。系统以大 型关系型数据库技术为 设计基础，便于大量实时数据的存储、比对、运作，产生各类统计分 析报表，并基于稳定的Web应用，提供标

9、准的网际网络的浏 览查询和 远程资料索取。当前典型的MES结构模型如图四。供疲商5Cs內外OF MIT户电碘件平台DBK 拓 K篡撕忤或计潢倉労跖应用楼壊网 JU 9r &IHSJK务蛊图四MES的典型结构在企业内部，各功能站通过局域网对MES服务器进行交互操作，同 时其他各查询终端也通过局域网查询MES处理后提供的数据、报表和图形。 在企业外部，通过Internet可以连接到MES,在设定 的权限内对系统进行信 息发布或读取操作。公司内部管理、外部机构以及其它相关业务单位通过MES 联系形成了一个紧密的整体，做到 实时信息共享，使业务流程变得有序而高 效。5、MES 与 ERP虽然ERP和MES在功能上具有非常良好的互补性，但是在企 业信息 化建设过程中，它们之间未必需要相互依赖于对方而存在。在生产计划管理、 质量管理和物流管理等方面，MES和ERP系统的功能 可以互相延伸和对接， 共同构建更为完善的现代化企业信息管理体系。当企业已经存在ERP系统时， 可以将MES与ERP系统进行集成，以优化公司的信息管理，更加有力地保证 商业目标的实现。MES与ERP系统集成的优点体现为:进一步改进现有的操作流程，实现企业管理层和车间管理层一体化标准运 作，从而更加有效地缩短产品周期.提高劳动生产率。进一步改造信息技术基础设施，实现公司内部信息和数据 的集中 管理，从根本上减少信息和数据内部流通的时间。配合供应链管理（SCM）系统，减少供应链成本，增强对顾客需求 的快速反应，优化客户服务并提高公司的整体工作效率。 增加财务系统数据当日更新和管理报表即时统计的功能， 实现当 曰结帐的目标。 以实时数据为依据的生成计划更加正确及时地反映整个生 产情况6、MES的前景HES是面向车间层的生产管理技

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