近幾年來，制造執(zhí)行系統(tǒng)MES受到人們的普遍關注，同時，MES的應用也存在許多問題。本文對離散制造業(yè)MES的架構、特征、現(xiàn)狀、問題以及與ERP的關系闡述自己的觀點，供大家參考。
一、制造執(zhí)行系統(tǒng)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是一個工廠層的信息系統(tǒng)，介于企業(yè)領導層的計劃系統(tǒng)與生產過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。它以當前視角向操作人員/管理人員提供生產過程的全部資源(人員、設備、材料、工具和客戶要求)的數(shù)據(jù)和信息。MES在工廠綜合自動化系統(tǒng)中起著中間層的作用。在ERP系統(tǒng)產生的長期計劃的指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產有關的實時數(shù)據(jù)，對短期生產作業(yè)的計劃調度、監(jiān)控、資源配置和生產過程進行優(yōu)化。功能模塊包括工序詳細調度、資源分配和狀態(tài)管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等模塊。在MES下層，是底層生產控制系統(tǒng)，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合。 圖1是AMR關于MES的三層模型。
圖1 MES三層模型
MES介于業(yè)務計劃系統(tǒng)ERP和控制系統(tǒng)之間，它回答如何生產的問題。對于離散制造業(yè)企業(yè)，MES的三層模型如圖2所示。離散制造業(yè)中MES的主要功能包括：柔性生產線FML、柔性制造系統(tǒng)FMS、柔性制造單元FMC、分布式數(shù)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(yè)計劃調度、設備能力狀態(tài)管理及監(jiān)控、生產狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集及反饋、質量管理、工裝庫存狀態(tài)等。
圖2 離散制造業(yè)MES架構
二、離散制造業(yè)MES的特殊性
制造執(zhí)行系統(tǒng)是車間層管理和控制一體化的系統(tǒng)。與流程工業(yè)相比，離散制造業(yè)的MES存在如下特點：
（1）離散制造業(yè)自身的特性導致生產計劃調度困難。離散制造業(yè)企業(yè)生產過程是斷續(xù)的，生產工藝過程隨零件不同而不同，零件品種規(guī)格多，產品結構復雜，使得生產計劃調度十分困難。
（2）不同形態(tài)的車間，管理需求不同。離散制造業(yè)企業(yè)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。對于不同形態(tài)的車間，管理要求不同。
（3）底層自動化程度差別大。對于批量流水生產車間，可能由若干條生產線組成，如汽車生產中的沖壓線、裝焊線、油漆線、總裝線等。對于多品種機械加工車間，可能包含數(shù)控機床組成的柔性制造系統(tǒng)FMS、柔性制造單元FMC、分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC等。大量的車間由數(shù)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(yè)，沒有底層自動化可言。所以MES與底層控制系統(tǒng)的集成千差萬別。
（4）數(shù)據(jù)采集方式隨底層自動化的不同而不同。數(shù)控機床聯(lián)網的系統(tǒng)可以直接從數(shù)控系統(tǒng)獲取生產信息和機床運行狀態(tài)信息；流水生產線可以設置數(shù)據(jù)采集點采集生產信息；對于手工作業(yè)的車間只能靠條形碼、射頻識別RFID等。
（5）系統(tǒng)集成非常困難。MES系統(tǒng)與ERP的基礎數(shù)據(jù)、生產計劃、成本管理、質量管理、設備管理、績效管理等有著千絲萬縷的聯(lián)系，集成的難度可想而知。MES與底層控制系統(tǒng)的集成也因為設備的千差萬別使集成接口非常困難。
三、中國離散制造業(yè)MES的現(xiàn)狀
從上海寶鋼20年前引進第一個MES系統(tǒng)至今，中國MES的研究經歷了艱難的發(fā)展歷程。從中央到地方，從高校、研究院所到IT公司、自動化公司、企業(yè)都開展了大量的研究，在冶金、石化、煙草、食品等行業(yè)取得了可喜的成績。但是，定制化開發(fā)多、實驗室產品多是MES現(xiàn)階段存在的主要問題，MES應用商品化還有一段路程要走。離散制造業(yè)MES系統(tǒng)，在軟件產品、應用廣度和應用深度方面與流程行業(yè)相比都有很大差距。圖3是計世資訊2010年MES在行業(yè)應用的分布情況。顯然流程行業(yè)應用較多，離散制造業(yè)只有電子、汽車有所應用。
圖3 MES應用行業(yè)分布
四、中國離散制造業(yè)MES目前存在的問題
現(xiàn)階段，我國對MES系統(tǒng)的研究、軟件開發(fā)、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，離散制造業(yè)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，處于定制化開發(fā)階段，沒有形成成熟的商品軟件。
2.信息孤島現(xiàn)象嚴重。MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的集成接口多：物料需求計劃MRP是MES系統(tǒng)生產任務的源頭，MRP要獲取車間的在制信息；ERP的成本管理要從車間獲取在制數(shù)據(jù)、各種物料消耗數(shù)據(jù)；MES要共享物料主數(shù)據(jù)；設備管理、質量管理都和MES有關。MES和技術信息系統(tǒng)的CAD/CAM/CAPP/PDM也存在集成關系。MES與底層控制系統(tǒng)同樣存在信息集成問題，而且隨著底層控制系統(tǒng)的不同集成的要求各異。集成關系復雜，系統(tǒng)來自不同廠商，集成非常困難，導致信息孤島非常嚴重。
3.通用性和可配置性差。由于是定制開發(fā)，MES系統(tǒng)的通用性、可配置性和可擴展性差。不能適應多種業(yè)務需求和流程的變化，影響系統(tǒng)的推廣。
4.系統(tǒng)的實時性差。面向車間制造的MES系統(tǒng)，系統(tǒng)的實時性要求很高。然而由于數(shù)據(jù)源的多樣性，缺乏實時數(shù)據(jù)采集的手段，因而MES系統(tǒng)的實時性差。
5.智能化程度差。如何形成作業(yè)計劃、執(zhí)行、反饋的閉環(huán)控制機制，如何對影響計劃執(zhí)行的各種干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之后發(fā)展起來的技術，在ERP系統(tǒng)中本來就存在一部分MES的功能，如車間任務管理、車間作業(yè)計劃、車間統(tǒng)計、車間物料管理、設備管理等。這些系統(tǒng)和ERP的其他經營管理系統(tǒng)緊密集成。在設備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(tǒng)、信息系統(tǒng)間的集成缺失，不支持多種車間的作業(yè)類型、數(shù)據(jù)采集單一等問題仍有待完善。
現(xiàn)實中有一些企業(yè)，他們放棄ERP的這些MES功能，尋求獨立的MES系統(tǒng)，功能和ERP的MES功能完全重疊，卻增加了許多集成的工作量。還有一些制造業(yè)企業(yè)花費了大量的資金上線ERP系統(tǒng)，但由于各種原因，物料需求計劃MRP沒有運行，當然車間作業(yè)計劃、車間物料管理也不可能運行，于是企業(yè)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。對于一個制造業(yè)企業(yè)而言，MRP的運行至關重要，企業(yè)只有成功運行MRP，才能保證MES功能的數(shù)據(jù)源頭，企業(yè)必須將控制、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)ERP進行有效地協(xié)同整合，才能夠更好地引導企業(yè)保持長期的發(fā)展利益，MES才能夠成為將計劃落實到執(zhí)行的利器。
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