浅谈MES系统在企业中的应用

江苏自动化研究所 吴从好

随着信息技术的不断发展以及企业业务数据的爆发式增长，处理业务数据已经不能靠人来实现，信息系统通过计算机技术实现业务数据的流转，极大提高了企业管理的效率。MES系统作业企业车间级管理系统，在ERP与DNC之间建议沟通桥梁，有效解决了车间级精细化管理问题。本文旨在通过介绍MES系统在国内外的发展现状，分析MES系统各功能模块性能，阐明MES系统对企业带来的效益。

1 MES系统发展现状

1.1 国内MES系统发展现状

从行业角度看，国内的MES主要在流程行业（如汽车、家电）等少数领域应用较为成熟，而在离散型制造领域（如军工、科研单位），无论从成功案例的数量还是案例的规模上来看都有较大差距。以汽车制造为例，该行业属于典型流程型行业，采用库存生产模式（MTS），投产时以ERP系统为主导的生产订单按制造流程生成相应的物料需求计划、采购计划等生产计划，分发MES系统，由MES系统进行车间级各工序计划的控制。由于其流程相对固定，在生产现场可以布置大量的传感器、自动化装置，实现数据的高度透明，从而实时采集和分析现场生产数据，形成生产最优解。

1.2 国外MES系统的发展情况

国外的MES系统概念源自于20世纪80年代早期的数据采集系统，到20世纪90年代的早期和中期，数据采集系统生产商开始通过从相关领域引进相关功能，升级它们在某些时候使用的专业系统（劳动力、PDA、CAQ、DNC等）。1990年11月，美国先进制造研究中心AMR提出了MES（制造执行系统）概念；1997年，制造执行系统协会（MESA）提出的MES功能组件和集成模型；同时，在过去的几十年中，ERP和SCM系统并没有带来预期的回报，尤其是在给车间提供技术支撑方面，而运用MES系统可以解决车间管理问题，并能有效管理内部生产流程，这也促进了MES系统的发展。

2 MES系统各功能模块

MES的核心观念是为生产领域提供响应式综合信息处理功能，并利用所产生的可能性成果，它的主要任务或功能包括：信息管理、人力资源管理、规划与调度管理、材料管理、质量管理、数据采集、资源管理、生产控制、能源管理等方面。MES系统各功能模块位置如图1所示。

图1 MES系统各功能模块位置

信息管理模块：适用于创建和管理文档化的工作流；创建和管理规则的发布程序和通知流程；支持无纸化生产；确保文档管理和法律确定性数据存档；文档更改日志和版本历史记录；管理图纸和NC程序。

人力资源管理模块：确保及时为生产过程提供具有适当资格的人员，以获取与人员相关的能力数据。对资质要求进行管理；支持资格认证计划的制定；允许计算人员配置和人员规划；支持时间帐户的运行并分析时间（包括假期和缺勤）；支持基于绩效的薪酬流程。

规划与调度模块：考虑到产能和对意外事件（如设备故障）的响应，调度模块和控制器在处理工作队列时支持生产。针对有限的产能计划和瓶颈因素，对工作计划、订单和规划进行管理；帮助资源评估加工时间和材料可用性；允许分配计划（例如产能计划表）；生产模拟和优化订单网络；发布生产订单和分发订单；监控纸质订单积压，支持看板生产。

材料管理模块：材料管理模块通过材料、在制品生产库存（WIP）和使用历史（可追溯性）来支持生产的供应和处置。提供材料编号；支持分类；管理物料主目录和物料清单；创建并管理配方使用列表；允许批量跟踪，生成部署和存储；管理拣货订单、提款和库存；支持创建来源和使用历史记录。

质量管理模块：通过质量计划和测试为产品和过程质量提供支持。创建和管理检验计划和检验订单；记录测试数据并评估统计过程控制（SPC）；支持QM文档（例如通过测试报告）；支持错误识别和跟踪归档过程数据；记录跟踪原材料质量的批次。

数据采集模块：是近实时的采集过程，通过自动、半自动或手动输入程序来确认数据允许操作和机器数据采集；允许支持订单的确认和部分确认；具有报警功能和进程锁定；可视化操作状态以及管理错误信息；进行真实性检查；生成实时过程图像。

资源管理模块：确保了资源的及时和适当的可用性和技术功能。支持维护管理；管理系统和工厂历史的结构；收集并报告错误信息和问题诊断；允许创建维护订单计划（例如，通过创建维护计划）；协助技术订单；确认验收和资源发放。

生产控制模块：分析通过关键性能指标（KPI）帮助生产操作控制以及长期优化工艺，代表了生产相关领域的中央信息门户；允许创建标准、批量和特别报告；为以下目标生成与生产相关的指标；机器负载和OEE；生产力定期交货；提供的交货日期。支持图形可视化（例如，借助仪表板和标准驾驶舱）。MES任务订单管理从不同的外部来源和内部MES来源接收订单列表，并使这些数据可用于其它MES任务，如详细的调度和过程控制向生产组织提供从外部系统获取的所有数据；处理和压缩来自数据采集的订单相关数据；考虑条件和合理性的因素；应对生产条件的变化；提供订单的当前信息；管理生产区域内各种订单的完整列表。

能源管理模块：MES“能源管理”任务的目的是计划、系统记录、监控、控制并最终降低制造企业的能源消耗。维护和管理能源数据；能源数据的目标/实际比较；显示当前负载概况和能耗曲线、能源趋势；建立生产项目（如机器、生产订单和材料、数量）和能耗之间的必要联系。

3 MES系统对企业的作用

MES系统不仅可以面向生产底层，也关注订单管理、人力资源、财务成本、数据管理、信息管理等企业管理的多个方面。

MES系统可实现数据的一次收集，并可供所有用户使用；提高人员和资源的管理效率，减少不良员工管理所需的工作量，通过实时了解所有可用的工作资源对规划进行改进，为内部客户和外部客户确定实际日期来提高准时度。还可通过订单和面向运行时的资源计划来减少制造周期，并通过检查NC程序的资源和可用性来减少时间；为企业带来了两种主要效益：一是提供了生产数据的透明度，由于MES系统直接面向公司与底层之间的管理，可以获取大量的动态数据，存在最新的反馈信息，能够识别早期阶段出现的无用的萌芽因素和干扰因素，这样就提高了数据的透明度，数据的透明度越高，越能为决策者提供帮助，提前发现瓶颈，从而提高决策能力与水平。二是将精益管理中的工具方法嵌入到系统中，如“数据采集模块”中的“可视化操作状态以及管理错误信息”功能、“质量管理模块”中的“记录测试数据并评估统计过程控制（SPC）”功能，都是精益思想的贯彻和实行。

结语：MES系统作为近些年日益成熟的信息系统，在企业实现车间精细化管理方面提供了重要支撑。企业应根据自身产品特点及业务数据情况，通过科学分析MES系统各功能模块，结合精益管理思想，提高MES系统的应用水平。