雖然MES作為企業(yè)生產(chǎn)管理輔助工具在國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷史并不長(zhǎng)，但它所帶來(lái)的管理優(yōu)化和巨大的經(jīng)濟(jì)效益已使它迅速走近了眾多企業(yè)的視線。當(dāng)前國(guó)內(nèi)正處在MES迅速發(fā)展的時(shí)期，MES正逐漸成為一個(gè)廣為關(guān)注的熱點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)其在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況介紹入手，闡述了其在企業(yè)生產(chǎn)管理和企業(yè)集團(tuán)調(diào)度指揮中心建設(shè)中的作用。

1 MES系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)介

    1.1 MES技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

    正如計(jì)算機(jī)技術(shù)在不斷發(fā)展一樣，計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理也是一個(gè)不斷開(kāi)發(fā)應(yīng)用的過(guò)程。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外企業(yè)開(kāi)始開(kāi)發(fā)或引入單一功能的軟件產(chǎn)品和軟件系統(tǒng)，如設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，質(zhì)量管理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)可以理解為早期單一功能的MES系統(tǒng)。

    到了80年代，美國(guó)制造業(yè)在總結(jié)MRPⅡ?qū)嵤┏晒β瘦^低的教訓(xùn)并借鑒日本準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出既重視計(jì)劃又重視執(zhí)行的管理新思想，將計(jì)劃與制造過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)的制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)應(yīng)運(yùn)而生。1990年，美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR(Advanced Manufacturing Research)第一次提出并使用MES概念。可以說(shuō)，MES是計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)管理需求的時(shí)代產(chǎn)物。

    在國(guó)內(nèi)，國(guó)家“十五”期間的“863”項(xiàng)目將MES確定為重點(diǎn)研究項(xiàng)目并設(shè)立了研究課題，將流程工業(yè)領(lǐng)域的MES技術(shù)研究作為突破口，以期分步實(shí)現(xiàn)“獲得MES技術(shù)研究成果”， “形成系統(tǒng)平臺(tái)”，“實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的工程應(yīng)用”等目標(biāo)。2007年，原信息產(chǎn)業(yè)部又以信部規(guī)[2007]1539號(hào)文件形式印發(fā)了《信息技術(shù)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)“十一五”專項(xiàng)規(guī)劃》�！兑�(guī)劃》提出了要求重點(diǎn)突破的八項(xiàng)共性技術(shù)和四個(gè)方面的十三個(gè)重要系統(tǒng)，MES就與DCS、ERP一同位列流程工業(yè)等四個(gè)方面的重要系統(tǒng)之中。目前，MES已經(jīng)在國(guó)內(nèi)鋼鐵、石化等行業(yè)得到較為普遍的應(yīng)用，并且在電器、輪胎、軸承等制造行業(yè)的部分企業(yè)獲得了研發(fā)和使用。

    1.2 MES的定義和作用

    目前廣為接受的是由MESA(MES國(guó)際聯(lián)合會(huì))給出的定義：MES提供從接受訂單到制成最終產(chǎn)品全過(guò)程的生產(chǎn)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當(dāng)前的和精確的數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行初始化、及時(shí)引導(dǎo)、響應(yīng)和報(bào)告工廠的活動(dòng)，對(duì)隨時(shí)可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件做出快速反應(yīng)，重點(diǎn)削減不會(huì)產(chǎn)生附加值的活動(dòng)，從而推動(dòng)有效的工廠運(yùn)行和過(guò)程。

    此外，按照AMR所給予的定位：MES服務(wù)于工廠生產(chǎn)執(zhí)行層的信息系統(tǒng)，位于企業(yè)經(jīng)營(yíng)層的計(jì)劃系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。該定位將企業(yè)的運(yùn)作劃分為三個(gè)層次，分別是：計(jì)劃層、執(zhí)行層和控制層。其中：計(jì)劃層就是MRPⅡ或ERP等經(jīng)營(yíng)管理信息系統(tǒng)�？刂茖影�括DCS、PLC、NC/CNC或SCADA中的一個(gè)系統(tǒng)或這幾種配置的組合，以及各種儀器設(shè)備等；介于兩者之間的是執(zhí)行層，MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))。各層次間的關(guān)系可以通過(guò)體系結(jié)構(gòu)圖來(lái)說(shuō)明。

    如圖1所示：

圖1 ERP、MES和DCS三層體系結(jié)構(gòu)圖

    作為計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，MES的作用就是實(shí)現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。并通過(guò)對(duì)信息的傳遞和處理，對(duì)訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化管理。通過(guò)實(shí)踐，MESA歸納了MES的十一個(gè)主要功能模塊，包括工序詳細(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過(guò)程管理、人力資源管理、維護(hù)管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等模塊。通過(guò)MES這些模塊的有效協(xié)作，可以起到溝通企業(yè)計(jì)劃層和控制層，憑借信息技術(shù)提供精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并最終達(dá)到優(yōu)化管理活動(dòng)和生產(chǎn)活動(dòng)的目的。而在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，各不同行業(yè)企業(yè)可以根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)和企業(yè)實(shí)際，開(kāi)發(fā)適合自身情況的多種功能模塊。

    從MESA的定義也可以看出，提供精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是一個(gè)優(yōu)秀的MES的優(yōu)勢(shì)所在。MES對(duì)數(shù)據(jù)提供的實(shí)時(shí)性要明顯高于ERP，如果說(shuō)控制層提供的實(shí)時(shí)時(shí)間系數(shù)為1，那么，MES的時(shí)間系數(shù)為10，ERP的時(shí)間系數(shù)為100。圖2可以顯示出MES與兩者的數(shù)據(jù)流的時(shí)間關(guān)系：

圖2 MES數(shù)據(jù)流圖

2 企業(yè)集團(tuán)調(diào)度指揮中心的建設(shè)架構(gòu)

    近年來(lái)，集成的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅猛。其中，國(guó)家郵政、民航、水利、鐵路、電網(wǎng)、石化行業(yè)已先后建立起總部或區(qū)域性的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)。目的是實(shí)現(xiàn)資源的高效調(diào)配和對(duì)安全生產(chǎn)的監(jiān)控，提高企業(yè)績(jī)效。根據(jù)對(duì)部分大企業(yè)集團(tuán)調(diào)度指揮系統(tǒng)的調(diào)研，以近期擬實(shí)施生產(chǎn)調(diào)度指揮中心建設(shè)的某大型企業(yè)集團(tuán)為模型，推薦其應(yīng)用集成架構(gòu)如下圖3顯示：

圖3 生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)用集成架構(gòu)圖 
    2.1 控制層

    在企業(yè)控制層，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀及實(shí)際需要，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的(或新增)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)：如集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，Dcs)，可編程邏輯控制系統(tǒng)(Programmable Logic Controller，PLC)，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)等單一系統(tǒng)或多系統(tǒng)組合與儀器設(shè)施進(jìn)行集成，起到過(guò)程控制優(yōu)化以及采集和提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的作用。

    2.2 生產(chǎn)層(執(zhí)行層)

    生產(chǎn)執(zhí)行層通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)對(duì)信息的傳遞和處理，對(duì)訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)全局優(yōu)化的解決方案。當(dāng)工廠里有實(shí)時(shí)事件發(fā)生時(shí)，MES能對(duì)此快速做出反應(yīng)和報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)和處理。

    按照企業(yè)集團(tuán)信息化建設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合國(guó)內(nèi)石化企業(yè)MES模塊建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議根據(jù)試點(diǎn)企業(yè)信息化水平和實(shí)際生產(chǎn)管理需要，分步實(shí)施，逐步達(dá)到多數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)與平衡、生產(chǎn)調(diào)度、操作管理、物料移動(dòng)、能源管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、生產(chǎn)信息運(yùn)行平臺(tái)、集成平臺(tái)、ERP支撐等模塊。

    2.3 企業(yè)經(jīng)營(yíng)層

    在企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方面，以ERP(Enterpr，Seresource Planning，企業(yè)資源計(jì)劃)為核心的經(jīng)營(yíng)管理信息系統(tǒng)將來(lái)自MES系統(tǒng)的管理類生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與供應(yīng)、銷售、計(jì)劃等其它企業(yè)資源實(shí)現(xiàn)企業(yè)的供應(yīng)鏈優(yōu)化。同時(shí)，在企業(yè)層面進(jìn)行的WCM(世界級(jí)制造)、CRM(客戶關(guān)系管理)、HSE(健康安全環(huán)保管理)、CI(持續(xù)改進(jìn))、OA(辦公自動(dòng)化)、GRC風(fēng)險(xiǎn)控制、HR(人力資源管理)等管理項(xiàng)目所形成的數(shù)據(jù)一并作為經(jīng)營(yíng)層信息流上傳至商務(wù)智能進(jìn)行集成和處理。

    2.4 集團(tuán)管控決策層

    通過(guò)商業(yè)智能(BI) (Business Intelligent)將來(lái)自于企業(yè)的管理類數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)類數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和處理，按照管理要求搭建模型，通過(guò)報(bào)表、圖示、曲線等方式反映出來(lái)，并按照管理層駕駛艙、視頻會(huì)議系統(tǒng)、實(shí)施動(dòng)態(tài)跟蹤、工業(yè)電視監(jiān)控、生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理等不同需要建立多角度分析的匯總信息處理平臺(tái)，形成大屏幕展示和分析，以滿足集團(tuán)中、高級(jí)管理層的決策和進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管控所需。

3 MES系統(tǒng)在生產(chǎn)管理和大企業(yè)集團(tuán)調(diào)度指揮中心建沒(méi)中的應(yīng)用分析

    3.1 MES是企業(yè)生產(chǎn)管理的一種有效的輔助工具

    在全球激烈的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中，生產(chǎn)的日趨復(fù)雜性要求企業(yè)必須對(duì)內(nèi)外環(huán)境的各種變化做出快速恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。企業(yè)管理必須從單項(xiàng)、局部的改善向著綜合、集成的優(yōu)化轉(zhuǎn)變，必須更加注重計(jì)劃、組織、控制3大職能的整體優(yōu)化，通過(guò)信息全面集成與分析為基礎(chǔ)優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)決策。

    MES與企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)，過(guò)程控制系統(tǒng)(DCS等)共同構(gòu)成流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)雙向信息交互形式，MES起到信息集線器的作用，在企業(yè)與供應(yīng)鏈之間提供生產(chǎn)活動(dòng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)信息。作為連接經(jīng)營(yíng)層和控制層的紐帶，在ERP(MRPⅡ)系統(tǒng)產(chǎn)生的長(zhǎng)期計(jì)劃指導(dǎo)下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)短期生產(chǎn)作業(yè)的監(jiān)控、計(jì)劃調(diào)度、資源配置和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。MES的實(shí)施能夠有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率和市場(chǎng)響應(yīng)能力，提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

    3.2 MES是大企業(yè)集團(tuán)管控所屬企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的一個(gè)有效抓手

    MES系統(tǒng)反饋的不僅包括每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)工序和每個(gè)操作人員的數(shù)據(jù)，還包括加工過(guò)程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且由于采用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集技術(shù)，使?fàn)顟B(tài)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)采集。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)層層匯總并借助于集成展示，企業(yè)集團(tuán)的管理層可及時(shí)獲得各區(qū)域(板塊)工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要直接參與企業(yè)特殊狀態(tài)下的應(yīng)急指揮和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管控，提高反應(yīng)的速度和決策的針對(duì)性、準(zhǔn)確性。

    3.3 MES在大企業(yè)集團(tuán)應(yīng)用有利于充實(shí)和加強(qiáng)企業(yè)信息化建設(shè)的內(nèi)容和水平

    目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)信息化建設(shè)還處于ERP系統(tǒng)的推廣和優(yōu)化階段。雖然ERP能夠很好地解決生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。例如，ERP的車間控制模塊計(jì)劃功能一般很弱，車間加工單和調(diào)度單的時(shí)間跨度(或計(jì)劃期)一般比較長(zhǎng)，通常為周。而且通�；�本靠手工錄入的方式采集主要工序現(xiàn)場(chǎng)信息，不僅效率低、易出錯(cuò)，且輸入的數(shù)據(jù)基本上是前一個(gè)班或前一天的數(shù)據(jù)，信息滯后。與ERP相比，MES制定的計(jì)劃比較詳細(xì)。一般按車間層和單元層分級(jí)制定作業(yè)計(jì)劃，并對(duì)車間的每一臺(tái)設(shè)備或操作人員分派任務(wù)。MES調(diào)度單通常會(huì)細(xì)化到計(jì)劃期內(nèi)每個(gè)單元每臺(tái)設(shè)備每天(或每班)的生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)，以分派工單的形式把第二天(或下一班)的生產(chǎn)任務(wù)分派到每一個(gè)操作人員(或設(shè)備)上，因而其數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。

    MES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁，是企業(yè)集團(tuán)信息化建設(shè)實(shí)施管控一體化的重要環(huán)節(jié)。

    3.4 MES在企業(yè)推廣需要與企業(yè)綜合管理水平和信息化水平相適應(yīng)

    克服了以往整體軟件系統(tǒng)大，定制和維護(hù)成本高的弱點(diǎn)，近年MES技術(shù)已有了較大的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，開(kāi)發(fā)更加模塊化、更具靈活性的MES系統(tǒng)已成為現(xiàn)實(shí)，實(shí)施和維護(hù)MES的成本也有所降低。但作為企業(yè)信息化中的重要一環(huán)，仍然應(yīng)該把MES的實(shí)施作為一個(gè)過(guò)程，而不是一個(gè)事件。

    對(duì)于企業(yè)集團(tuán)而言，要充分考慮所屬企業(yè)生產(chǎn)工藝和信息化水平的差異性，做好細(xì)致的分析和精心的規(guī)劃，按照所屬企業(yè)的規(guī)模和生產(chǎn)工藝的復(fù)雜程度統(tǒng)一規(guī)劃，先試點(diǎn)后推廣，分步實(shí)施。由試點(diǎn)企業(yè)獲取經(jīng)驗(yàn)并逐步擴(kuò)大實(shí)施范圍。企業(yè)層面應(yīng)對(duì)管理機(jī)制作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改變，改善生產(chǎn)制造環(huán)境。可從選擇試點(diǎn)企業(yè)旨在解決一兩個(gè)生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題著手，逐步地?cái)U(kuò)大實(shí)施范圍和試點(diǎn)范圍，最終達(dá)到全面實(shí)施。

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本文標(biāo)題：淺談MES在生產(chǎn)管理和調(diào)度建設(shè)中的應(yīng)用

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