西北工業(yè)大學(xué)孫樹棟教授

一、MES由來

    制造業(yè)企業(yè)離不開兩個(gè)東西，一個(gè)是原料，需要有供應(yīng)商提供原材料，另一個(gè)是企業(yè)面向市場，給用戶提供所需要的產(chǎn)品。

    目前對于企業(yè)的管理，管理層面有ERP很好的管理企業(yè)的人財(cái)物各個(gè)方面。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)方面，成熟的PDM系統(tǒng)可以起到很好的實(shí)質(zhì)性效果。供應(yīng)鏈層面有SCM管理系統(tǒng)。在需求層面，有客戶關(guān)系管理CRM系統(tǒng)。那么，針對車間應(yīng)該怎樣管理才好？

    車間與車間管理：

    1）車間是企業(yè)生產(chǎn)組織的基本單位；

    2）車間是企業(yè)生產(chǎn)具體執(zhí)行單元，它是企業(yè)效益的源頭；

    3）車間作為企業(yè)信息流、物料流與控制流的匯集點(diǎn)，它是企業(yè)管理的重點(diǎn)；

    4）車間管理的動態(tài)性、隨機(jī)性和及時(shí)性，決定了車間又是企業(yè)管理的瓶頸所在；

    5）傳統(tǒng)的車間管理側(cè)重于趕任務(wù)、抓生產(chǎn)，導(dǎo)致車間信息化是整個(gè)企業(yè)的盲區(qū)。

圖1 MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    MES到底起什么作用呢？縱向來看，它填補(bǔ)了空缺，CRM、ERP、SCM等都是企業(yè)決策層面、設(shè)計(jì)層面的管理系統(tǒng)。而對生產(chǎn)設(shè)備，人員，過程進(jìn)行管理，連接上層決策和底層自動化之間的MES，填補(bǔ)了空缺。橫向來看，MES是連接兩端的橋梁，一端是企業(yè)頂層決策層的管理。另一端是底層的設(shè)備、人員、物料，經(jīng)過MES連接，構(gòu)成信息的閉環(huán)形，這恰恰是MES的橋梁作用。

圖2 MES連接橋梁

    MES的概念首先是1990年，美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)首先提出了“制造執(zhí)行系統(tǒng)”92年，制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會正式成立。97年協(xié)會發(fā)布了MES列的白皮書，對MES定義與基本功能界定。04年協(xié)會提出協(xié)同制造執(zhí)行系統(tǒng)概念，應(yīng)該說對促進(jìn)制造系統(tǒng)在全國的發(fā)展功不可默。

    MES由來

    1990年，美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（AMR，Advanced Manufacturing Research Inc.）提出“制造執(zhí)行系統(tǒng)”；1992年，制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（Manufacturing Execution System Association, MESA）正式成立；1997年，MESA發(fā)布MES系列白皮書（White Paper），給出MES定義與基本功能；2004年，MESA提出協(xié)同制造執(zhí)行系統(tǒng)概念（c-MES，Collaborative Manufacturing Execution Systems)。

     MES定義

    MES提供實(shí)現(xiàn)從訂單下達(dá)到完成產(chǎn)品的生產(chǎn)活動優(yōu)化所需的信息；并運(yùn)用及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)、啟動、響應(yīng)并記錄車間生產(chǎn)活動，能夠?qū)ι�產(chǎn)條件的變化做出迅速的響應(yīng)，從而減少非增值活動，提高效率。

    可以看出有三個(gè)層面的意思，第一個(gè)層面是從產(chǎn)品的交互整個(gè)過程的，第二個(gè)層面是對整個(gè)過程進(jìn)行統(tǒng)一的管理，最后一個(gè)層面是提高效率。今天的主題是建立高績效工廠，高績效的工廠需要有高績效的車間，所以績效是MES實(shí)施的根本和核心。

    MES分類

    1）離散行業(yè)MES

    2）流程行業(yè)MES

    3）傳統(tǒng)MES（Traditional MES，T-MES）

    專用MES系統(tǒng)（Point MES，PMES）

    集成MES系統(tǒng)（Integrated MES，IMES）

    4）可集成MES（Integratable MES，I-MES）

    目前國內(nèi)或者全球認(rèn)可的兩個(gè)行業(yè)，離散和流程。應(yīng)該說流程行業(yè)比離散行業(yè)好得多，這也導(dǎo)致了MES運(yùn)用的差距。從學(xué)術(shù)來說MES分成兩個(gè)階段，一個(gè)是傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)，目前大部分應(yīng)用的仍然是這個(gè)系統(tǒng)，另外就是可集成MES系統(tǒng)，作為一個(gè)車間要發(fā)揮很大的作用，必須要和企業(yè)構(gòu)成緊密的關(guān)系，所以說可集成MES系統(tǒng)應(yīng)該是現(xiàn)在和未來一個(gè)很重要的發(fā)展方向。

圖3 MES應(yīng)用于不同制造模式情況

圖4 MES應(yīng)用于不同行業(yè)情況

    圖表給大家列出了不同行業(yè)，不同制造模式的MES系統(tǒng)情況，針對離散制造行業(yè)來講，多是面向庫存和面向訂單模式，這兩類企業(yè)MES系統(tǒng)是非常普及的。

    MES效益

圖5 MES效益

    那么運(yùn)用MES到底能產(chǎn)生什么樣的效益呢，這張圖表列出了國家制造系統(tǒng)協(xié)會調(diào)查的MES可能產(chǎn)生的效益，第一能夠縮短產(chǎn)品的制造周期，快速上市是產(chǎn)品的目標(biāo)，保證產(chǎn)品快速上市需要從計(jì)劃環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，所以縮短產(chǎn)品制造周期是MES效益最重要的來源。第二是減少在制品數(shù)量，應(yīng)該說是MES系統(tǒng)產(chǎn)生效益最重要的一方面，比如一個(gè)航空企業(yè)一年總產(chǎn)值是70、80億，但是每年可能有50億的在制品，只有當(dāng)在制品數(shù)量低，產(chǎn)值高，才是一個(gè)好的情況。所以在制品的數(shù)量多就是因?yàn)槠髽I(yè)的管理不到位，所以必須加大庫存來掩蓋企業(yè)的短版，也就是提高管理水平，降低無畏的消耗。第三方面提高產(chǎn)品的質(zhì)量，這是我們采用MES系統(tǒng)很重要的一個(gè)方面，因?yàn)楫a(chǎn)品的質(zhì)量決定了產(chǎn)品的競爭力，通過MES管理控制，追溯，生產(chǎn)過程質(zhì)量提高了，產(chǎn)品的質(zhì)量就有保障了。最后一個(gè)方面是提高設(shè)備有效工作時(shí)間，我們買了這么多設(shè)備，就要提高設(shè)備的利用率，才能有效提高產(chǎn)值。

二、MES功能

圖6 MES功能模型

    一個(gè)MES到底包含哪些功能，是仁者見仁，智者見智的問題。這里是國際制造協(xié)會所列出的標(biāo)準(zhǔn)，包括作業(yè)的計(jì)劃，產(chǎn)品的資源管理，人力資源管理，維護(hù)管理等等。企業(yè)、車間若想使用MES系統(tǒng)，最重要的一個(gè)問題是目標(biāo)的明確，是要提高產(chǎn)出還是要提高質(zhì)量，或是降低庫存。只有目標(biāo)明確，才能在已有的MES通用模板上選擇你所需要的模塊，并且能與現(xiàn)有系統(tǒng)集成，才能發(fā)揮應(yīng)有的作用，切忌好大求全。

三、MES體系結(jié)構(gòu)

    MES結(jié)構(gòu)這方面，這幾年的發(fā)展是非�？斓模�目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題，就是基于Agent的體系結(jié)構(gòu)。在制造行業(yè)，我們希望每一個(gè)制造單元都是一個(gè)Agent，Agent最重要的職能叫自主響應(yīng)。如果自主性高了，就能夠主動的的響應(yīng)外面的變化，這樣系統(tǒng)功能就非常好。目前的單元只有在指定下達(dá)的時(shí)候才開始動，是一個(gè)被動現(xiàn)象，而主動的Agent才是我們所追求的目標(biāo)。目前，基于Agent的結(jié)構(gòu)還處于研究和發(fā)展中。

    基于SOA體系結(jié)構(gòu)，是一個(gè)開放的體系結(jié)構(gòu)，既然是開放的，就能夠和企業(yè)已有的系統(tǒng)相結(jié)合起來，同時(shí)滿足企業(yè)未來的發(fā)展需求。只有一個(gè)開放的體系架構(gòu)，才有足夠強(qiáng)的生命力滿足企業(yè)的需求。

四、WorkshopManager介紹

    Workshop Manager以車間計(jì)劃為龍頭，以計(jì)劃推動生產(chǎn)準(zhǔn)備為主線，提供車間從訂單接收到成品交付的完整信息化解決方案。

圖7 WorkshopManager構(gòu)成

圖8 Workshop Manager體系架構(gòu)

    整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成滿足了國際制造執(zhí)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)組織所具有的最基本的功能，根據(jù)行業(yè)的特點(diǎn)有它自己的特色。我們的開發(fā)是基于組件化開發(fā)模式，就像蓋房子一樣，很多的組件根據(jù)規(guī)劃應(yīng)用。

    Workshop Manager使用效益

    1）通過車間計(jì)劃調(diào)度的產(chǎn)能綜合平衡，提高車間計(jì)劃的準(zhǔn)確性和預(yù)見性，加快零部件的周轉(zhuǎn)速度，降低車間在制品庫存積壓；

    2）計(jì)劃推動生產(chǎn)準(zhǔn)備，使工裝和生產(chǎn)用料的準(zhǔn)備更及時(shí)、準(zhǔn)確和合理；

    3）實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)全過程的跟蹤和監(jiān)控；

    4）積累和統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)管理所需的零件加工周期、工序加工周期等期量標(biāo)準(zhǔn)，為各級決策提供數(shù)據(jù)支持。

    本文根據(jù)西北工業(yè)大學(xué)孫樹棟教授在第七屆中國制造業(yè)MES應(yīng)用年會上的演講錄音整理，未經(jīng)本人確認(rèn)！ 

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本文標(biāo)題：離散制造業(yè)MES研究與發(fā)展

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