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为了说明MES的概念和作用，以及PRM与它的联系，以下引用陈宇、秦岭等在e-works论坛上发表的《制造业车间级管理MES极其典型结构》一文来介绍MES的基本概念，并在其中穿插小吉星PRM的功能介绍和关系，通过分析和对比来说明小吉星PRM如何解决MES面对的多种难题，成为一种集成了多种不同概念的，统一的生产管理系统。】
制造执行管理系统(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。【补充：目前大多数企业的状况是企业管理用ERP，但是生产现场则自行其是，企业管理管不到具体工序上。】
工厂制造执行系统（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，帮助企业减低成本、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—生产计划到达生产现场—组织生产—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。【补充：除了自动化控制设备以外，生产执行过程中的生产操作、记录、决策，都在生产现场手工完成，所有的操作依据与操作结果与ERP系统基本不发生关系。】
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。【不提供支持的原因在于，一般ERP的生产计划过于粗略，仅限于给出在某个时间范围内完成哪些工作，需要什么物料，而给不出在这个时间范围如何具体操作来完成工作。具体的生产方法要由在生产现场的人、班组或者车间，根据自有的一套习惯做法来安排和执行。这套习惯做法是否合理、是否标准和规范、是否每次生产都符合要求，只能再由现场的执行者来控制和处理，ERP对此没有处理能力，这是多数ERP软件的一个关键性缺陷。】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。【自动化系统本身也是受人控制的，可以看成是工人手工操作的一种延伸。它与ERP没有关联，与生产执行者与ERP没有关联的道理一样。】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，它们就难以给出完善的解决手段：
• 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、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？【在PRM中，用户给出一个产成品或者投入物料的批号，可以立即追查到与这个批号相关的全部生产记录和信息。包括当时的计划、实际的执行、所有工序的详细信息、投料的批号、人员、时间、温度浓度等技术参数、使用的设备、操作人员、成本信息、完成以后的入库单号等，而且所有这些信息都在同一个界面内反应出来。】
• 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？【PRM的计划中有详细的物料、设备、人员、时间、成本的信息，一旦生产执行与计划发生偏差，简单的查询就可以马上发现。PRM还独有报警功能，一旦发现实际与计划不相符合，比如某道工序应该开始但是还没有开始，或者某道工序的进度应该完成50％而只完成30％，每隔几秒都会进行检验和报警提示。】
• 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？【PRM中，质检工序与普通的生产工序没有什么区别，可以随处安插，对质量检验工序进行统计可以简单得出这个数据】
• 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？【PRM对当前计划的实际执行情况与计划本身有详细的对比分析功能，包括同时显示的甘特图，某道工序的进度如何一目了然。】
• 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？【对于设备，以及所有生产资源，PRM提供未来计划的甘特图，详细使用时间、负荷、成本等信息。对当前设备的使用情况可以随时查看，对已完成生产中设备的使用情况有详细记录，并可以实现成本分摊。】
• 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？【这相当于PRM中的生产技术参数的分类统计功能，不仅质量问题可以统计分析，任何生产记录的数值都可以做这种统计分析和查询。】
• 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？【在PRM中，投料率、产出率、计划成本、实际成本、所有执行参数等随时自动产生。】
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。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。【PRM本身既是面对上层计划，又针对最细节的生产工序，所以它本身是把MES和先进生产排程集成为一个整体的，统一的生产计划管理系统。可以承担起ERP对生产管理的全部要求。】
3、制造执行系统MES及其功能
3．1 MES的定义
MES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）。【在下图中，PRM相当于把第2－3层完全融合成为一个整体，所以不存在中间的连接问题】
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，它为了帮助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 No.6，1997）对MES 系统作如下之定义：
• MES 系统在产品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。
• 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息流。【PRM同样提供完全相同的功能，所以本身也包含MES】
MESA协会白皮书（MESA White Paper No.3，1997）中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，
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划层。【计划层与执行层的统一，可以说是PRM的一大特点。同时也是PRM本身技术特性的必然，因为PRM最根本的功能在于详细计划，计划的详细程度决定了与MES的距离，详细到作业级别的生产计划自然包含MES的全部功能。所以PRM对此图的画法是中间与左边形成一个单独的PRM‘计划＋控制＋执行’系统，与右边的操作执行系统相对】
中间部分为MES 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。【PRM与自动化控制系统有天然的连接关系，因为PRM的生产计划详细到每个工序的开工和结束时间，以及中间控制点、质检、监控等其他任意过程。在PRM中按照计划事先设定好的一个工作，传递给自动化系统，由自动化系统到时自动执行，给出一个报告结果，或者一个操作，或者这是企业管理与生产自动化相结合的一种必然趋势。】
3．2 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十一个主要的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【除了以上功能外，PRM还提供成本分摊功能，给每个设备每次开工一个精确的成本，利于成本分析。】
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)【PRM的生产管理同时与多个生产岗位进行双向的数据传递，随时集中分析、统计结果和作出判断。可以和任何系统连接，拥有与DCS、PLC等系统连接的功能。PRM的计划可以只计算不下达，因此它本身也是一种决策支持软件。】
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MES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烩。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MES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。【PRM统一了企业内各个不同类型的生产过程。比如采购、销售、质检、生产流程，都可以在一个系统中同时运行，多个生产流程互相之间可以独立运行，也可以互相影响。一旦发生相互影响的作用，系统可以立即作出反应，给出最优的计划。】
一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。【PRM集成一些自动化处理软件以后，如realmis等，可以与生产执行更好地融合在一起，满足企业的更多需求】
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。【目前大多数企业的现状是已经从ERP的进销存财务部分的实施收到应有的效益，但生产管理仅仅停留在MRP物料需求计划的水平上，远远不能满足企业对生产管理的要求。而最大的问题还在于很少有企业意识到这点。大多数企业自认为已经完全发挥ERP的全部功能。有清醒认识的企业则会追求从ERP向更高层次发展。APS、MES等生产相关的管理系统必然逐步进入中国企业。小吉星PRM作为一个把二者统一为一体的国内软件产品，即有它本土的优势，又有技术和管理上的先进性，给广大用户提供了一个很好的选择。】
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，实现当日结帐的目标。
• 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。
【PRM的优点主要在于提供优化的生产计划，同时也给决策提供依据。并把计划与最底层的生产过程管理和执行控制联系起来。目的是最大限度提高生产效率，提高生产管理的水平。】
6、MES的前景
MES是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。由于MES强调控制和协调,使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能使计划落实到实处的执行系统。因此短短几年间MES在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了巨大的经济效益。
我国企业实施以MRPII/ERP为主的企业管理软件有将近20年的历史，在业界，存在着为数庞大的ERP厂商和开发军团，但这部分厂商只有较少部分会向MES的方向发展，其原因是：MES与工业控制紧密结合，其研发和实施需要很强的工业自动化基础和工业现场工程经验，这是一道比较高的技术门槛，将很多ERP类型的IT厂商拒之门外。但我们也相信，随着行业和经济规模的发展，会有相当部分的IT厂商与自动化厂商、制造型企业合并或紧密合作，在2-3年后，MES厂商可能会如雨后春笋般涌现，其技术和实施手段也必然将日趋成熟。
【MES不是信息孤岛，它必然向两个方向靠拢，一个是ERP系统，一个是自动化控制系统，可以说它与任何一个连接的技术门坎都很高。PRM的发展方向则是向自动化方向靠拢，这也是小吉星公司下一步的发展方向。】
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szzunzheng 发表于 2007/9/25 14:25:45
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引用 szzunzheng 2007/9/25 14:25:45 发表于2楼的内容
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