离散制造业如何理性踏上MES应用之路

近几年来，制造执行系统MES受到人们的普遍关注，同时，MES的应用也存在许多问题。本文对离散制造业MES的架构、特征、现状、问题以及与ERP的关系阐述自己的观点，供大家参考。

一、制造执行系统的定义和架构

MES（manufacturing_executionsystems），按照美国AMR研究公司对MES的定义：MES是一个工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划系统与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。MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用。在ERP系统产生的长期计划的指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。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等模块。在MES下层，是底层生产控制系统，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或这几种类型的组合。图1是AMR关于MES的三层模型。

图1MES三层模型

MES介于业务计划系统ERP和控制系统之间，它回答如何生产的问题。对于离散制造业企业，MES的三层模型如图2所示。离散制造业中MES的主要功能包括：柔性生产线FML、柔性制造系统FMS、柔性制造单元FMC、分布式数控DNC、自动化立体仓库AS/RS、物流运输自动化及管理、生产准备、作业计划调度、设备能力状态管理及监控、生产状态数据的采集及反馈、质量管理、工装库存状态等。

二、离散制造业MES的特殊性

制造执行系统是车间层管理和控制一体化的系统。与流程工业相比，离散制造业的MES存在如下特点：

（1）离散制造业自身的特性导致生产计划调度困难。离散制造业企业生产过程是断续的，生产工艺过程随零件不同而不同，零件品种规格多，产品结构复杂，使得生产计划调度十分困难。

（2）不同形态的车间，管理需求不同。离散制造业企业车间的生产对象不一样，分为铸造车间、锻造车间、热处理、机械加工车间、装配车间等。生产批量也不同，分为流水生产车间、多品种小批量生产车间。对于不同形态的车间，管理要求不同。

（3）底层自动化程度差别大。对于批量流水生产车间，可能由若干条生产线组成，如汽车生产中的冲压线、装焊线、油漆线、总装线等。对于多品种机械加工车间，可能包含数控机床组成的柔性制造系统FMS、柔性制造单元FMC、分布式数控系统DNC等。大量的车间由数控单机加若干普通机床构成，有的铆焊车间基本上是手工作业，没有底层自动化可言。所以MES与底层控制系统的集成千差万别。

（4）数据采集方式随底层自动化的不同而不同。数控机床联网的系统可以直接从数控系统获取生产信息和机床运行状态信息；流水生产线可以设置数据采集点采集生产信息；对于手工作业的车间只能靠条形码、射频识别RFID等。

（5）系统集成非常困难。MES系统与ERP的基础数据、生产计划、成本管理、质量管理、设备管理、绩效管理等有着千丝万缕的联系，集成的难度可想而知。MES与底层控制系统的集成也因为设备的千差万别使集成接口非常困难。

三、中国离散制造业MES的现状

从上海宝钢20年前引进第一个MES系统至今，中国MES的研究经历了艰难的发展历程。从中央到地方，从高校、研究院所到IT公司、自动化公司、企业都开展了大量的研究，在冶金、石化、烟草、食品等行业取得了可喜的成绩。但是，定制化开发多、实验室产品多是MES现阶段存在的主要问题，MES应用商品化还有一段路程要走。离散制造业MES系统，在软件产品、应用广度和应用深度方面与流程行业相比都有很大差距。图3是计世资讯2010年MES在行业应用的分布情况。显然流程行业应用较多，离散制造业只有电子、汽车有所应用。

图3MES应用行业分布

四、中国离散制造业MES目前存在的问题

现阶段，我国对MES系统的研究、软件开发、实施应用都取得了一定的成果，但是离人们的期望仍有较大差距。

1.MES体系不完整。如前所述，离散制造业的车间生产对象不同，生产组织和生产批量不同，对MES的需求不同。目前还没有一个产品能涵盖所有车间类型，处于定制化开发阶段，没有形成成熟的商品软件。

2.信息孤岛现象严重。MES系统与ERP系统的集成接口多：物料需求计划MRP是MES系统生产任务的源头，MRP要获取车间的在制信息；ERP的成本管理要从车间获取在制数据、各种物料消耗数据；MES要共享物料主数据；设备管理、质量管理都和MES有关。MES和技术信息系统的CAD/CAM/CAPP/PDM也存在集成关系。MES与底层控制系统同样存在信息集成问题，而且随着底层控制系统的不同集成的要求各异。集成关系复杂，系统来自不同厂商，集成非常困难，导致信息孤岛非常严重。

3.通用性和可配置性差。由于是定制开发，MES系统的通用性、可配置性和可扩展性差。不能适应多种业务需求和流程的变化，影响系统的推广。

4.系统的实时性差。面向车间制造的MES系统，系统的实时性要求很高。然而由于数据源的多样性，缺乏实时数据采集的手段，因而MES系统的实时性差。

5.智能化程度差。如何形成作业计划、执行、反馈的闭环控制机制，如何对影响计划执行的各种干扰因素进行科学的处理，都有待研究和提高。

五、如何正确运用MES功能

MES是继ERP之后发展起来的技术，在ERP系统中本来就存在一部分MES的功能，如车间任务管理、车间作业计划、车间统计、车间物料管理、设备管理等。这些系统和ERP的其他经营管理系统紧密集成。在设备自动化程度较低的车间，这些功能在很大程度上满足了MES的需求。但不可否认，ERP中的MES功能与底层控制系统、信息系统间的集成缺失，不支持多种车间的作业类型、数据采集单一等问题仍有待完善。

现实中有一些企业，他们放弃ERP的这些MES功能，寻求独立的MES系统，功能和ERP的MES功能完全重叠，却增加了许多集成的工作量。还有一些制造业企业花费了大量的资金上线ERP系统，但由于各种原因，物料需求计划MRP没有运行，当然车间作业计划、车间物料管理也不可能运行，于是企业撇开ERP，试图用MES解决生产计划的问题，这种方法是行不通的。对于一个制造业企业而言，MRP的运行至关重要，企业只有成功运行MRP，才能保证MES功能的数据源头，企业必须将控制、制造执行系统MES和企业资源计划系统ERP进行有效地协同整合，才能够更好地引导企业保持长期的发展利益，MES才能够成为将计划落实到执行的利器。