如何理性踏上MES應用之路

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近幾年來，製造執行系統mes受到人們的普遍關注，同時，MES的應用也存在許多問題。本文對離散製造業MES的架構、特徵、現狀、問題以及與ERP的關係闡述自己的觀點，供大家參考。

 一、製造執行系統的定義和架構    MES（manufacturing execution systems）按照美國AMR研究公司對MES的定義：MES是一個工廠層的資訊系統，介於企業領導層的計劃系統與生產過程的直接工業控制系統之間。它以當前視角向操作人員/管理員提供生產過程的全部資源(人員、裝置、材料、工具和客戶要求)的資料和資訊。MES在工廠綜合自動化系統中起著中介層的作用。在ERP系統產生的長期計劃的指導下，MES根據底層控制系統採集的與生產有關的即時資料，對短期生產作業的計劃調度、監控、資源配置和生產過程進行最佳化。功能模組包括工序詳細調度、資源分派和狀態管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、品質管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、效能分析和資料擷取等模組。在MES下層，是底層生產控制系統，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合。    MES介於業務計劃系統ERP和控制系統之間，它回答如何生產的問題。離散製造業中MES的主要功能包括：柔性生產線FML、柔性製造系統FMS、柔性製造單元FMC、分布式數控DNC、自動化立體倉庫AS/RS、物流運輸自動化及管理、生產準備、作業計劃調度、裝置能力狀態管理及監控、生產狀態資料的採集及反饋、品質管理、工裝庫存狀態等。 二、離散製造業MES的特殊性    製造執行系統是車間層管理和控制一體化的系統。與流程工業相比，離散製造業的MES存在如下特點：    （1）離散製造業自身的特性導致生產計劃調度困難。離散製造業企業生產過程是斷續的，生產工藝過程隨零件不同而不同，零件品種規格多，產品結構複雜，使得生產計劃調度十分困難。    （2）不同形態的車間，管理需求不同。離散製造業企業車間的生產對象不一樣，分為鑄造車間、鍛造車間、熱處理、機械加工車間、裝配車間等。生產批量也不同，分為流水生產車間、多品種小批量生產車間。對於不同形態的車間，管理要求不同。     （3）底層自動化程度差別大。對於批量流水生產車間，可能由若干條生產線組成，如汽車生產中的衝壓線、裝焊線、油漆線、總裝線等。對於多品種機械加工車間，可能包含數控機床組成的柔性製造系統FMS、柔性製造單元FMC、分布式數控系統DNC等。大量的車間由數控單機加若干普通機床構成，有的鉚焊車間基本上是手工作業，沒有底層自動化可言。所以MES與底層控制系統的整合千差萬別。    （4）資料擷取方式隨底層自動化的不同而不同。數控機床連網的系統可以直接從數控系統擷取生產資訊和機床運行狀態資訊；流水生產線可以設定資料擷取點採集生產資訊；對於手工作業的車間只能靠條碼、射頻識別RFID等。    （5）系統整合非常困難。MES系統與ERP的基礎資料、生產計劃、成本管理、品質管理、裝置管理、績效管理等有著千絲萬縷的聯絡，整合的難度可想而知。MES與底層控制系統的整合也因為裝置的千差萬別使整合介面非常困難。 三、中國離散製造業MES的現狀    從上海寶鋼20年前引進第一個MES系統至今，中國MES的研究經曆了艱難的發展曆程。從中央到地方，從高校、研究院所到IT公司、自動化公司、企業都開展了大量的研究，在冶金、石化、菸草、食品等行業取得了可喜的成績。但是，定製化開發多、實驗室產品多是MES現階段存在的主要問題，MES應用商品化還有一段路程要走。離散製造業MES系統，在軟體產品、應用廣度和應用深度方面與流程行業相比都有很大差距。流程行業應用較多，離散製造業只有電子、汽車有所應用。四、中國離散製造業MES目前存在的問題    現階段，我國對MES系統的研究、軟體開發、實施應用都取得了一定的成果，但是離人們的期望仍有較大差距。    （1）MES體系不完整。如前所述，離散製造業的車間生產對象不同，生產組織和生產批量不同，對MES的需求不同。目前還沒有一個產品能涵蓋所有車間類型，處於定製化開發階段，沒有形成成熟的商品軟體。    （2）資訊孤島現象嚴重。 MES系統與ERP系統的整合介面多：物料需求計劃MRP是MES系統生產任務的源頭，MRP要擷取車間的在制資訊；ERP的成本管理要從車間擷取在制資料、各種物料消耗資料；MES要共用物料主要資料；裝置管理、品質管理都和MES有關。MES和技術資訊系統的CAD/CAM/CAPP/PDM也存在整合關係。MES與底層控制系統同樣存在資訊整合問題，而且隨著底層控制系統的不同整合的要求各異。整合關係複雜，系統來自不同廠商，整合非常困難，導致資訊孤島非常嚴重。    （3）通用性和可配置性差。由於是定製開發，MES系統的通用性、可配置性和可擴充性差。不能適應多種業務需求和流程的變化，影響系統的推廣。    （4）系統的即時性差 。面向車間製造的MES系統，系統的即時性要求很高。然而由於資料來源的多樣性，缺乏即時資料採集的手段，因而MES系統的即時性差。    （6）智能化程度差。如何形成作業計劃、執行、反饋的閉環控制機制，如何對影響計劃執行的各種幹擾因素進行科學的處理，都有待研究和提高。 五、如何正確運用MES功能    MES是繼ERP之後發展起來的技術，在ERP系統中本來就存在一部分MES的功能，如車間任務管理、車間作業計劃、車間統計、車間物料管理、裝置管理等。這些系統和ERP的其他經營管理系統緊密整合。在裝置自動化程度較低的車間，這些功能在很大程度上滿足了MES的需求。但不可否認，ERP中的MES功能與底層控制系統、資訊系統間的整合缺失，不支援多種車間的作業類型、資料擷取單一等問題仍有待完善。    現實中有一些企業，他們放棄ERP的這些MES功能，尋求獨立的MES系統，功能和ERP的MES功能完全重疊，卻增加了許多整合的工作量。還有一些製造業企業花費了大量的資金上線ERP系統，但由於各種原因，物料需求計劃MRP沒有運行，當然車間作業計劃、車間物料管理也不可能運行，於是企業撇開ERP，試圖用MES解決生產計劃的問題，這種方法是行不通的。對於一個製造業企業而言，MRP的運行至關重要，企業只有成功運行MRP，才能保證MES功能的資料來源頭，企業必須將控制、製造執行系統MES和企業資源計劃系統ERP進行有效地協同整合，才能夠更好地引導企業保持長期的發展利益，MES才能夠成為將計劃落實到執行的利器。