淺談MES系統(tǒng)在企業(yè)中的應(yīng)用

江蘇自動(dòng)化研究所 吳從好

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展以及企業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)已經(jīng)不能靠人來(lái)實(shí)現(xiàn)，信息系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)，極大提高了企業(yè)管理的效率。MES系統(tǒng)作業(yè)企業(yè)車間級(jí)管理系統(tǒng)，在ERP與DNC之間建議溝通橋梁，有效解決了車間級(jí)精細(xì)化管理問(wèn)題。本文旨在通過(guò)介紹MES系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，分析MES系統(tǒng)各功能模塊性能，闡明MES系統(tǒng)對(duì)企業(yè)帶來(lái)的效益。

1 MES系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)MES系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

從行業(yè)角度看，國(guó)內(nèi)的MES主要在流程行業(yè)（如汽車、家電）等少數(shù)領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，而在離散型制造領(lǐng)域（如軍工、科研單位），無(wú)論從成功案例的數(shù)量還是案例的規(guī)模上來(lái)看都有較大差距。以汽車制造為例，該行業(yè)屬于典型流程型行業(yè)，采用庫(kù)存生產(chǎn)模式（MTS），投產(chǎn)時(shí)以ERP系統(tǒng)為主導(dǎo)的生產(chǎn)訂單按制造流程生成相應(yīng)的物料需求計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃等生產(chǎn)計(jì)劃，分發(fā)MES系統(tǒng)，由MES系統(tǒng)進(jìn)行車間級(jí)各工序計(jì)劃的控制。由于其流程相對(duì)固定，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可以布置大量的傳感器、自動(dòng)化裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度透明，從而實(shí)時(shí)采集和分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，形成生產(chǎn)最優(yōu)解。

1.2 國(guó)外MES系統(tǒng)的發(fā)展情況

國(guó)外的MES系統(tǒng)概念源自于20世紀(jì)80年代早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，到20世紀(jì)90年代的早期和中期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)生產(chǎn)商開(kāi)始通過(guò)從相關(guān)領(lǐng)域引進(jìn)相關(guān)功能，升級(jí)它們?cè)谀承r(shí)候使用的專業(yè)系統(tǒng)（勞動(dòng)力、PDA、CAQ、DNC等）。1990年11月，美國(guó)先進(jìn)制造研究中心AMR提出了MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）概念；1997年，制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)（MESA）提出的MES功能組件和集成模型；同時(shí)，在過(guò)去的幾十年中，ERP和SCM系統(tǒng)并沒(méi)有帶來(lái)預(yù)期的回報(bào)，尤其是在給車間提供技術(shù)支撐方面，而運(yùn)用MES系統(tǒng)可以解決車間管理問(wèn)題，并能有效管理內(nèi)部生產(chǎn)流程，這也促進(jìn)了MES系統(tǒng)的發(fā)展。

2 MES系統(tǒng)各功能模塊

MES的核心觀念是為生產(chǎn)領(lǐng)域提供響應(yīng)式綜合信息處理功能，并利用所產(chǎn)生的可能性成果，它的主要任務(wù)或功能包括：信息管理、人力資源管理、規(guī)劃與調(diào)度管理、材料管理、質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)采集、資源管理、生產(chǎn)控制、能源管理等方面。MES系統(tǒng)各功能模塊位置如圖1所示。

圖1 MES系統(tǒng)各功能模塊位置

信息管理模塊：適用于創(chuàng)建和管理文檔化的工作流；創(chuàng)建和管理規(guī)則的發(fā)布程序和通知流程；支持無(wú)紙化生產(chǎn)；確保文檔管理和法律確定性數(shù)據(jù)存檔；文檔更改日志和版本歷史記錄；管理圖紙和NC程序。

人力資源管理模塊：確保及時(shí)為生產(chǎn)過(guò)程提供具有適當(dāng)資格的人員，以獲取與人員相關(guān)的能力數(shù)據(jù)。對(duì)資質(zhì)要求進(jìn)行管理；支持資格認(rèn)證計(jì)劃的制定；允許計(jì)算人員配置和人員規(guī)劃；支持時(shí)間帳戶的運(yùn)行并分析時(shí)間（包括假期和缺勤）；支持基于績(jī)效的薪酬流程。

規(guī)劃與調(diào)度模塊：考慮到產(chǎn)能和對(duì)意外事件（如設(shè)備故障）的響應(yīng)，調(diào)度模塊和控制器在處理工作隊(duì)列時(shí)支持生產(chǎn)。針對(duì)有限的產(chǎn)能計(jì)劃和瓶頸因素，對(duì)工作計(jì)劃、訂單和規(guī)劃進(jìn)行管理；幫助資源評(píng)估加工時(shí)間和材料可用性；允許分配計(jì)劃（例如產(chǎn)能計(jì)劃表）；生產(chǎn)模擬和優(yōu)化訂單網(wǎng)絡(luò)；發(fā)布生產(chǎn)訂單和分發(fā)訂單；監(jiān)控紙質(zhì)訂單積壓，支持看板生產(chǎn)。

材料管理模塊：材料管理模塊通過(guò)材料、在制品生產(chǎn)庫(kù)存（WIP）和使用歷史（可追溯性）來(lái)支持生產(chǎn)的供應(yīng)和處置。提供材料編號(hào)；支持分類；管理物料主目錄和物料清單；創(chuàng)建并管理配方使用列表；允許批量跟蹤，生成部署和存儲(chǔ)；管理揀貨訂單、提款和庫(kù)存；支持創(chuàng)建來(lái)源和使用歷史記錄。

質(zhì)量管理模塊：通過(guò)質(zhì)量計(jì)劃和測(cè)試為產(chǎn)品和過(guò)程質(zhì)量提供支持。創(chuàng)建和管理檢驗(yàn)計(jì)劃和檢驗(yàn)訂單；記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并評(píng)估統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）；支持QM文檔（例如通過(guò)測(cè)試報(bào)告）；支持錯(cuò)誤識(shí)別和跟蹤歸檔過(guò)程數(shù)據(jù)；記錄跟蹤原材料質(zhì)量的批次。

數(shù)據(jù)采集模塊：是近實(shí)時(shí)的采集過(guò)程，通過(guò)自動(dòng)、半自動(dòng)或手動(dòng)輸入程序來(lái)確認(rèn)數(shù)據(jù)允許操作和機(jī)器數(shù)據(jù)采集；允許支持訂單的確認(rèn)和部分確認(rèn)；具有報(bào)警功能和進(jìn)程鎖定；可視化操作狀態(tài)以及管理錯(cuò)誤信息；進(jìn)行真實(shí)性檢查；生成實(shí)時(shí)過(guò)程圖像。

資源管理模塊：確保了資源的及時(shí)和適當(dāng)?shù)目捎眯院图夹g(shù)功能。支持維護(hù)管理；管理系統(tǒng)和工廠歷史的結(jié)構(gòu)；收集并報(bào)告錯(cuò)誤信息和問(wèn)題診斷；允許創(chuàng)建維護(hù)訂單計(jì)劃（例如，通過(guò)創(chuàng)建維護(hù)計(jì)劃）；協(xié)助技術(shù)訂單；確認(rèn)驗(yàn)收和資源發(fā)放。

生產(chǎn)控制模塊：分析通過(guò)關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）幫助生產(chǎn)操作控制以及長(zhǎng)期優(yōu)化工藝，代表了生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域的中央信息門戶；允許創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)、批量和特別報(bào)告；為以下目標(biāo)生成與生產(chǎn)相關(guān)的指標(biāo)；機(jī)器負(fù)載和OEE；生產(chǎn)力定期交貨；提供的交貨日期。支持圖形可視化（例如，借助儀表板和標(biāo)準(zhǔn)駕駛艙）。MES任務(wù)訂單管理從不同的外部來(lái)源和內(nèi)部MES來(lái)源接收訂單列表，并使這些數(shù)據(jù)可用于其它MES任務(wù)，如詳細(xì)的調(diào)度和過(guò)程控制向生產(chǎn)組織提供從外部系統(tǒng)獲取的所有數(shù)據(jù)；處理和壓縮來(lái)自數(shù)據(jù)采集的訂單相關(guān)數(shù)據(jù)；考慮條件和合理性的因素；應(yīng)對(duì)生產(chǎn)條件的變化；提供訂單的當(dāng)前信息；管理生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)各種訂單的完整列表。

能源管理模塊：MES“能源管理”任務(wù)的目的是計(jì)劃、系統(tǒng)記錄、監(jiān)控、控制并最終降低制造企業(yè)的能源消耗。維護(hù)和管理能源數(shù)據(jù)；能源數(shù)據(jù)的目標(biāo)/實(shí)際比較；顯示當(dāng)前負(fù)載概況和能耗曲線、能源趨勢(shì)；建立生產(chǎn)項(xiàng)目（如機(jī)器、生產(chǎn)訂單和材料、數(shù)量）和能耗之間的必要聯(lián)系。

3 MES系統(tǒng)對(duì)企業(yè)的作用

MES系統(tǒng)不僅可以面向生產(chǎn)底層，也關(guān)注訂單管理、人力資源、財(cái)務(wù)成本、數(shù)據(jù)管理、信息管理等企業(yè)管理的多個(gè)方面。

MES系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一次收集，并可供所有用戶使用；提高人員和資源的管理效率，減少不良員工管理所需的工作量，通過(guò)實(shí)時(shí)了解所有可用的工作資源對(duì)規(guī)劃進(jìn)行改進(jìn)，為內(nèi)部客戶和外部客戶確定實(shí)際日期來(lái)提高準(zhǔn)時(shí)度。還可通過(guò)訂單和面向運(yùn)行時(shí)的資源計(jì)劃來(lái)減少制造周期，并通過(guò)檢查NC程序的資源和可用性來(lái)減少時(shí)間；為企業(yè)帶來(lái)了兩種主要效益：一是提供了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的透明度，由于MES系統(tǒng)直接面向公司與底層之間的管理，可以獲取大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，存在最新的反饋信息，能夠識(shí)別早期階段出現(xiàn)的無(wú)用的萌芽因素和干擾因素，這樣就提高了數(shù)據(jù)的透明度，數(shù)據(jù)的透明度越高，越能為決策者提供幫助，提前發(fā)現(xiàn)瓶頸，從而提高決策能力與水平。二是將精益管理中的工具方法嵌入到系統(tǒng)中，如“數(shù)據(jù)采集模塊”中的“可視化操作狀態(tài)以及管理錯(cuò)誤信息”功能、“質(zhì)量管理模塊”中的“記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并評(píng)估統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）”功能，都是精益思想的貫徹和實(shí)行。

結(jié)語(yǔ)：MES系統(tǒng)作為近些年日益成熟的信息系統(tǒng)，在企業(yè)實(shí)現(xiàn)車間精細(xì)化管理方面提供了重要支撐。企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身產(chǎn)品特點(diǎn)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)情況，通過(guò)科學(xué)分析MES系統(tǒng)各功能模塊，結(jié)合精益管理思想，提高M(jìn)ES系統(tǒng)的應(yīng)用水平。