制造执行系统
制造执行系统 (manufacturing execution system, 简称MES)是美国AMR公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在90年代初提出的,旨在加强MRP计划的执行功能,把MRP计划同车间作业现场控制,通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条型码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口,与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。
MRPII的执行层包括了车间作业和采购作业,MES侧重在车间作业计划的执行,充实了软件在车间控制和车间调度方面的功能,以适应车间现场环境多变情况下的需求。同时,为了适应执行计划过程中变化的外部环境,MRP的计划功能要更为灵活,如加强物科计划与能力计划的集成度,物料和工艺路线自动替代及增减、平移、分割工序的功能等。一个完善的MRPII系统,本身应当包括计划执行的功能,问题的实质是软件的计划执行程序功能的强弱、同现场控制设施的接口和集成、以及计划调度功能是否有足够的应变能力和灵活性。
一些在车间或现场管理方面具有特色的软件公司及其合作伙伴与用户在1992年成立了MESA协会,以发展其业务。该组织由最初的23家公司发展到目前约200余个成员单位。
制造执行系统(MES)分析
制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association,MESA)对MES所下的定义:“MES 能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”
MESA在MES定义中强调了以下三点:
1)MES是对整个车间制造过程的优化,而不是单一的解决某个生产瓶颈;
2) MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能,并作出相应的分析和处理。
3)MES需要与计划层和控制层进行信息交互,通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。
制造执行系统的发展历史
八十年代MRPII在美国生产与库存管理协会(APICS)大力宣传和组织推动下得到了迅速的普及和广泛应用,但也暴露出一些不足之处,如MRPII对预测需求和销售管理不够重视,对车间的大量实时事件与数据不能很好地利用等等。许多企业认识到需要其它系统来解决MRPII在某些方面管理薄弱的问题。于是为了满足销售、预测的需求,产生了分销资源计划DPR(Distribution Resource Planning)。同样,为了强化车间的执行功能,制造执行系统(MES)也就应运而生。传统的MES(Traditional MES,T-MES)大致可分为两大类:
1)专用的MES 系统(Point MES)。它主要是针对某个特定的领域问题而开发的系统,如车间维护、生产监控、有限能力调度或是SCADA等;
2)集成的MES系统 (Integrated MES)。该类系统起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的,目前已拓展到许多领域,如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业,在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。
虽然专用的MES能够为某一特定环境提供最好的性能,却常常难以与其它应用集成。集成的 MES比专用的MES迈进了一大步,具有一些优点,如单一的逻辑数据库、系统内部具有良好的集成性、统一的数据模型等等,但其整个系统重构性能弱,很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。
美国AMR(Advanced Manufacturing Research)研究小组在分析信息技术的发展和MES应用前景的基础上提出了可集成MES(Integratable MES,I-MES) 。它将模块化和组件技术应用到MES的系统开发中,是两类T-MES系统的结合。从表现形式上看,具有专用的MES系统的特点,即I-MES中的部分功能作为可重用组件单独销售。同时,它又具有集成的MES的特点,即能实现上下两层之间的集成。此外,I-MES还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性,能方便地实现不同厂商之间的集成和原有系统的保护,以及即插即用等功能。
制造执行系统在国内的现状
目前,国内还没有自主开发的很成熟的且得到广泛应用的MES软件。即使有所谓的车间层控制SFC(Shop Floor Control),也多数是收集相关资料,再通过批处理方式录入,其功能十分有限。在工厂自动化 FA(Factory Automation)方面,过去多是强调物流自动化,如自动化生产设备,自动化检测仪器,自动化物流运输存储设备等等。虽然它们能取代不少人工并解决了一些生产瓶颈,但由于缺少相应的信息集成系统,不能充分发挥其功效而形成所谓的“自动化孤岛”。随着企业信息化应用水平的不断提高,企业逐渐认识到实现企业计划层与车间执行层的双向信息流交互,通过连续信息流来实现企业信息全集成,是提高企业敏捷性的一个重要因素。因此,通过 MES来实现企业信息的全集成,形成实时化的ERP/MES/SFC是提高企业整体管理水平的关键,这对企业制造业整体水平的提升具有重要意义。同时制造单元中的信息集成也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。
制造执行系统在企业信息化中的位置:
一方面,MES可以对来自MRPII /ERP 软件的生产管理信息细化、分解,将操作指令传递给底层控制;
另一方面,MES可以实时监控底层设备的运行状态,采集设备、仪表的状态数据,经过分析、计算与处理,触发新的事件,从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起,并将生产状况及时反馈给计划层。
车间的实时信息的掌握与反馈是制造执行系统对上层计划系统正常运行的保证,车间的生产管理是制造执行系统的根本任务,而对底层控制的支持则是制造执行系统的特色。
制造执行系统与其他信息系统之间的关系
一方面,ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时的生产数据;供应链管理系统从MES中获取当前的订单状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系;客户关系管理的成功报价与准时交货则取决于MES所提供的有关生产实时数据;产品数据管理中的产品设计信息是基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化的;控制模块则需要时刻从MES中获取生产配方和操作技术资料来指导人员和设备进行正确地生产。
另一方面,MES也要从其它系统中获取相关的数据以保证MES在工厂中的正常运行。例如,MES中进行生产调度的数据来自ERP的计划数据;供应链的主计划和调度控制着MES中生产活动的时间安排;PDM为MES提供实际生产的工艺文件和各种配方及操作参数;从控制模块反馈的实时生产状态数据被MES用于实际生产性能评估和操作条件的判断。
MES与其它分系统之间有功能重叠的关系,例如MES,CRM,ERP中都有人力资源管理,MES和PDM两者都具有文档控制功能,MES和SCM中也同样有调度管理等等,但各自的侧重点是不同的。各系统重叠范围的大小与工厂的实际执行情况有关,而且每个系统的价值又是唯一的。
1.制造资源分配与状态报告;
2.详细工序作业计划;
3.生产调度;
4.车间文档管理;
5.数据采集;
6.人力资源管理;
7、质量管理;
8.工艺过程管理;
9.设备维修管理;
10.产品跟踪;
11.业绩分析。
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