制造執行系統(MES)主要用來解決整體優化中，生產計劃與生產過程有脫節問題，對生產各個重要環節相關數據，用終端硬件以一定的數據格式記錄下來，經過系統歸類整理和分析后，轉化成有效的信息，提供給各個生產職能及管理部門使用。
制造執行系統MES是為了保證產品的質量、數量和交貨期，有效的使用工廠資源：即人力、機械、設備原料等。MES直到1990年，才由AMR組織提出并使用。我國最早的MES是20世紀80年代寶鋼建設初期從Siemens公司引進的。20世紀70至80年代以工廠自動化為主，80至90年代以管理信息化為主，進入21世紀，主要通過MES來控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內的所有工廠資源，不單是面向生產現場的系統，是連接現場層和經營層，改善生產經營效益的系統。不是一個特定行業的概念產，而是應用于各種制造業的重要信息系統。
1 制造執行系統(MES)實時數據庫技術
實時數據庫是數據庫系統發展的一個分支，是實時系統和數據庫技術相結合的產物，適用于處理不斷更新、快速變化的數據及具有時間限制的事務處理。利用實時數據庫技術，可以解決實時系統中的數據管理問題，同時也為實時數據庫提供時間驅動調度和資源分配算法。
圖1
實時數據庫與現場控制設備相連，是連接生產過程控制系統和ERP的橋梁，組成MES支撐平臺，使企業管理層及時得到來自生產過程的實時數據，實現管理控制一體化，使管理信息系統實時、高效運行。如現場控制系統對各種信息數據的響應以秒計，則MES的響應實效以分計，而上層計劃系統則是以天甚至周計。
MES相對實時的反映生產過程中的情況。隨著工廠生產的自動化程度的提高、從生產控制系統層收集的信息也就顯著地增多。
在制造系統中，物料被送到設備上等待加工，MES根據生產排程啟動設備，并提前給出命令初始化加工操作，實時響應變得至關重要。質量統計過程控制(SPC)是一個開環系統，通過對所取得的數據分析來監測生產過程的狀態，對于精度高的產品，反饋時間不超過1s。
完善的MES將獲取分析正確的實時的信息，監控并指導工廠車間的每個活動，使得對每個活動在他們發生時就能及時響應，獲得最佳的實時效果。
2 制造執行系統(MES)功能模型
制造執行系統MES作為實現企業信息化和企業自動化的重要支撐技術，其本質是介于企業資源計劃(ERP)和車間自動控制之間的面向制造過程的集成的車間生產管理控制系統。因此，分析車間生產管理控制需求，建立面向制造過程集成的制造執行系統的功能模型是研究和開發制造執行系統的重要工作。
圖2
1)制造基礎數據管理，是車間制造過程管理運行的基礎，實現的功能包括零件主數據、工作中心、產品結構、生產工具(夾具、刀具等)、標準工序、工藝規劃、班次維護、工廠日歷和員工信息管理等。
2)車間無紙化生產，實現的功能包括通過電子三維模型、電子二維圖紙和電子化的工藝文件、電子派工單等信息的管理、維護、下達和查詢，實現生產過程中的質量、進度、物料移動等信息的電子化采集。
3)生產過程管理與監控，根據企業ERP系統生產訂單，進行生產加工調度并以工序訂單的形式下發執行，根據生產情況進行生產數據采集和生產進度跟蹤，具體功能包括生產訂單維護與下達、派工單創建、工序派工、生產進度采集、生產進度查詢、生產進度分析等。
4)車間物料管理，實現對車間生產過程中相關物料的庫存臺帳和物料的移動管理，實現車間生產過程中物流與信息流的集成。
5)在線質量管理，根據質量檢驗計劃采集生產過程中各檢驗工序的質量數據，進行數據處理和分析，形成各種實時質量圖形和在線質量分析報告，必要時采取一定的質量控制措施。
6)制造資源管理，實現對車間生產所需要的制造資源基本信息的維護、制造資源的使用、制造資源庫及資源報廢等業務進行管理，并提供相關信息的查詢。
7)綜合查詢與分析，根據車問韻生產管理要求，生成各類常規的生產匯總報表，同時能夠提供多種方式、靈活的、多角度的分析和查詢。
8)系統管理，包括用戶管理、角色管理、權限管理、數據管理和日志管理等功能。
3 制造執行系統(MES)軟件生命周期
MES是一個復雜的人機系統，從系統的規劃、實施直至運行，構成一項復雜的系統工程建設項目。為使MES獲得更大的效益，系統建設必須著眼于系統的整個生命周期，嚴格按照系統工程的方法和步驟實施。MES軟件生命周期一般分為下述3個階段。
1)總體設計階段，總體設是在“總體方案”所確定的建設范圍內，對現行系統進行全面的調查分析，提出為實現總體規劃確定的系統功能所做的各種總體技術考慮和設計。
總體設計的結果是“總體設計說明書”，其內容包括計算機系統配置，應用軟件的框架結構，各系統的功能模型、信息模型和全局信息模型，系統數據表、體系結構以及實施方案。
2)系統開發階段，完成MES的設計開發、系統設置、單元測試，對業務流程和系統進行整合測試。開發系統界面、報表、數據轉換等程度和相關接口，組織用戶做好數據編碼、數據準備、對系統培訓環境進行核準，安裝并創建測試環境，開發用戶培訓手冊，修訂實施階段的切換計劃等基礎工作。
3)系統實施階段，對計算機系統配置工作包括選型、購買、安裝、調試等，成功完成集成測試，獲得關鍵用戶對系統和流程的正式批準，開展對最終用戶的培訓，完成原有系統向MES的完全轉換。
4)工程驗收階段，各個系統上線運行后，經評價確認滿足實際要求，整個MES項目即告竣工，這時必須對整個系統的建設進行總結，寫出“工程總結報告”，并對項目進行驗收。
4 制造執行系統(MES)實施策略
企業應用MES成敗或實施后效益的大小，與企業具有的制造執行能力密切相關。同時跟據離散制造企業與流程行業的特點，制定與之相適宜的制造執行系統(MES)實施策略。
4.1 MES數據采集
MES的數據采集功能，可以實現對生產現場各種數據的收集、整理工作，是進行物料跟蹤、生產計劃、產品歷史記錄維護以及其它生產管理的基礎。
離散制造企業的數據采集，以手工輸入為主，并可以結合條形碼采集等半自動信息采集技術進行工時、設備、物料、質量等信息的采集。這種數據采集方式，時間間隔較大，容易受到人為因素的影響，要特別注意保障數據的準確性。
流程生產行業的自動化程度較高，設備控制大量采用DCS、PLC。在檢測驅動方面，各種智能儀表、數字傳感器已普遍應用，這些自動化設備，能自動準確記錄各種生產現場信息。對于MES而言，重點在于系統構建時與這些自動化設備做好數據接口。
4.2 MES作業計劃調度
離散制造企業的生產作業計劃調度，需要根據優先級、工作中心能力、設備能力、均衡生產等方面對工序級、設備級的作業計劃進行調度。MES作業計劃調度要考慮生產中的交錯、重疊和并行操作來準確地計算工序的開工時間、完工時間、準備時間、排隊時間以及移動時間。通過良好的作業順序，可以明顯提高生產效率。
流程生產行業的產品是以流水生產線方式組織、連續的生產方式，只存在連續的工藝流程。因此，MES作業計劃調度不需要精確到工序級別，而是以整個流水生產線為單元進行調度。
4.3 MES作業指令下達
離散制造企業MES將作業計劃調度結果下達給操作人員的方式一般采用派工單、施工單等書面方式進行通知，或采用電子看板方式讓操作人員及時掌握相關工序的生產任務。作業計劃的內容，包括該工序的開工、完工時間、生產數據等方面。
流程生產行業MES不僅要下達作業指令以及PDI(面板數據接口)數據，而且要將作業指令轉化為各個機器及設備的操作指令和各種基礎自動化設備的PID(控制參數)，并下達給相應的PCS(生產控制系統)。
5 制造執行系統(MES)系統集成與應用
MES系統結構在采用面向對象的信息分析和設計的基礎上，應用Web Service技術，基于Windows 2003 Server和SQL Server 2003，系統由實時數據采集與信息交互層平臺、業務功能管理模塊、系統集成框架等部分構成。
MES主要采用客戶／HE務的體系構架，主機對MES的計算、調用作出響應，而用戶使用客戶端應用程序得到指令及自動、半自動或手動地記錄生產數據信息。為了保證MES系統得到實時信息，規劃良好的操作步驟和加強客戶端對于未連接的加工過程的信息更新是非常必須的。
通過MES系統的應用，實現車間無紙化生產，能夠較好地支持車間生產現場對任務的快速響應和優化組織，提高了生產效率；同時實現了生產現場加工狀態信息動態采集，為ERP和管理層提供生產進度狀況、生產質量狀況、設備利用狀況等關鍵數據支持，提高企業生產管理水平和管理效率，實現了企業生產管理的實時化和透明化。
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