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1、制造执行系统 (manufacturing execution system，简称MES）是美国AMR公司(Advanced Manufacturing Research，Inc)在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。MESMES即制造执行系统，能通过信息传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时，MES能对此及时作出反应、报告，并用当前准确
2、的数据对它们进行约束和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部那些没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作，同时提高了工厂及时交货的能力、改善了物料的流通性能，提高生产回报率。MES还能通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关生产行为的关键任务信息。 MES概述 MES是在40年代由美国先进制造研究机构AMR（AdvancedManufacturingResearch）通过对大量企业的调查提出的，认为制造业应该用三层模型（3rd-layer-model）表示信息化（如图1所示），将位于计划层和控制层的中间位置的执行层叫做MES，MES处于企业计划系统（ERP/S
3、CM）和过程控制系统（PCS）的中间位置。ERP作为业务管理系统，DCS/PLC作为控制系统，而MES则作为生产执行系统与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，把业务计划的指令传达到生产现场，将生产现场的信息及时收集、上传和处理。MES作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，是连结现场层和经营层，改善生产经营效益的前沿系统。 图1AMR1992年提出的三层模型MES是在公司的整个资源按其经营目标进行管理时，为公司提供实现执行目标的执行手段。通过实时数据库连接基本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供业务计划系统与制造控制系统之间的通信功能，是应用于各种
4、制造业的重要信息系统。 MESA协会白皮书（MESA WhitePaperNo.3，1997）中提出MES在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流，说明了ERP、MES与PCS的作业互动与信息流模式，如图2所示。图中左边部分的ERP等系统（计划层）将实时的产品库存量、客户订单状况与材料需求等信息传送至MES，MES进行生产或安排库存以满足客户订单需求。图中中间部分的MES系统（中间层）负责完成产品制造工作，产品的规格、型号参数等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料转化为作业程序提供给控制系统的作业人员或机器设备来使用。 图2工厂中的MES数据流图中右边部分的控制系统（底层），当作业
5、程序、相关流程、文件及其它相关生产需求项目就绪，控制系统便运用所有工厂内相关资源（软、硬件及人员）负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。在此基础上，1998年，AMR公司发表REPAC（Ready，Execute，Process，Analyse，Coordinate）模型，即包括准备、实行、处理、分析、调整5个阶段组成的过程周期。该模型将计划、技术方案，调度、执行和控制等对应的5个信息系统集成连接。REPAC模型把MES三层模型的进行扩充，MES不只是工厂的单一信息系统，而是横向之间、纵向之间、系统之间集成的系统，成为企业经营系统闭环回路中的一部分。应用功能模型 随着MES的产生与发展，ME
6、S的功能模型也发生了相应变化，1993年，AMR在提出了三层结构的基础上，指出MES应该包括车间管理、工艺管理、质量管理和过程管理等功能的集成模型。1997年，MESA提出了包括11个功能的MES功能组件和集成模型。该模型强调MES是一个与其他系统相连的信息网络中心，在功能上可以根据行业和企业的不同需要与其他系统集成，为实施基于组件技术的可集成的MES提供了标准化的功能结构、技术框架和信息结构。其集成功能模型图如图3所示。图3 MES应用功能集成模型其具体功能如下：1、资源分配及状态管理（Resource Allocation and Status）该功能管理机床、工具、人员物料、其它设备以及
7、其它生产实体，满足生产计划的要求对其所作的预定和调度，用以保证生产的正常进行；提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息，确保设备能够正确安装和运转。2、工序详细调度（Operations/Detail Scheduling）该功能提供与指定生产单元相关的优先级（Priorities）、属性（Attributes）、特征（Chameterietioa）以及处方（Recipes）等，通过基于有限能力的调度，通过考虑生产中的交错、重叠和并行操作来准确计算出设备上下料和调整时间，实现良好的作业顺序，最大限度减少生产过程中的准备时间。3、生产单元分配（Dispatching Production Uni
8、ts）该功能以作业、订单、批量、成批和工作单等形式管理生产单元间的工作流。通过调整车间已制订的生产进度，对返修品和废品进行处理，用缓冲管理的方法控制任意位置的在制品数量。当车间有事件发生时，要提供一定顺序的调度信息并按此进行相关的实时操作。4、过程管理（Process Management）该功能监控生产过程、自动纠正生产中的错误并向用户提供决策支持以提高生产效率。通过连续跟踪生产操作流程，在被监视和被控制的机器上实现一些比较底层的操作；通过报警功能，使车间人员能够及时察觉到出现了超出允许误差的加工过程；通过数据采集接口，实现智能设备与制造执行系统之间的数据交换。5、人力资源管理（Labor
9、Management）该功能以分为单位提供每个人的状态。通过时间对比，出勤报告，行为跟踪及行为（包含资财及工具准备作业）为基础的费用为基准，实现对人力资源的间接行为的跟踪能力。6、维修管理（MaintenanceManagement）该功能为了提高生产和日程管理能力的设备和工具的维修行为的指示及跟踪，实现设备和工具的最佳利用效率。7、计划管理（ProcessControl)该功能是监视生产提供为进行中的作业向上的作业者的议事决定支援，或自动的修改，这样的行为把焦点放在从内部起作用或从一个作用到下一个作业计划跟踪、监视、控制和内部作用的机械及装备；从外部包含为了让作业者和每个人知道允许的误差范围
10、的计划变更的警报管理。8、文档控制（DocumentControl）该功能控制、管理并传递与生产单元有关工作指令、配方、工程图纸、标准工艺规程、零件的数控加工程序、批量加工记录、工程更改通知以及各种转换操作间的通讯记录，并提供了信息编辑及存储功能，将向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产配方等指令下达给操作层，同时包括对其它重要数据（例如与环境、健康和安全制度有关的数据以及ISO信息）的控制与完整性维护。9、生产的跟踪及历史（ProductTracking and Genealogy）该功能可以看出作业的位置和在什么地方完成作业，通过状态信息了解谁在作业，供应商的资财，关联序号，现在的生产
11、条件，警报状态及再作业后跟生产联系的其他事项。10、执行分析（PerformanceAnalysis）该功能通过过去记录和预想结果的比较提供以分为单位报告实际的作业运行结果。执行分析结果包含资源活用，资源可用性，生产单元的周期，日程遵守，及标准遵守的测试值。具体化从测试作业因数的许多异样的功能收集的信息，这样的结果应该以报告的形式准备或可以在线提供对执行的实时评价。11、数据采集（DataCollection/Acquisition）该功能通过数据采集接口来获取并更新与生产管理功能相关的各种数据和参数，包括产品跟踪、维护产品历史记录以及其它参数。这些现场数据，可以从车间手工方式录入或由各种自动
12、方式获取。区别其它管理信息系统 作为面向制造的系统，MES必然要求与企业其它生产管理系统有密切关系，MES在其中起到了信息集线器（InformationHub）的作用，它为其它应用系统提供生产现场的实时数据。MES的定位（content）模型反映了MES与其他企业管理系统之间的关系。企业资源计划（ERP）系统、供应链管理（SCM）系统、客户关系管理（CRM）系统、办公自动化（OA）系统、运输及后勤（T&L）系统、协同商务及产品数据管理（CMC/PDM)）系统及制造执行系统（MES）是面向制造企业的7种主流信息系统。MES与其他几种类型的信息系统都紧密相连，这使得它在企业的整体信息基础中处于重要
13、的地位。从信息集成的角度来看，MES在企业范围的SCM、SSM、ERP等系统与面向工厂底层设备的控制系统之间承上启下，起着垂直信息集成的作用；同时MES连接SCM、ERP、CRM等系统，起着横向信息集成的作用。其关系图如图3所示。1.MES可以为企业中其他管理信息系统提供实时数据：企业资源计划（ERP）系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据；供应链管理（SCM）系统从MES中获取当前的订单状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系；客户关系管理（CRM）的成功报价与准时交货，则取决于MES所提供的有关生产的实时数据；产品数据管理（PDM）中的产品设计信息，可以
14、基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化；控制模块则需要时刻从MES中获取生产配方和操作技术资料来指导人员和设备进行正确地生产。2.MES从其它管理系统中获取相关的数据以保证MES自身正常运行：MES中进行生产调度的数据来自ERP的计划数据；MES中生产活动的时间安排需要依据供应链（SCM）系统之中的主计划和调度控制；PDM则为MES提供实际生产的工艺文件和各种配方及操作参数；从控制模块反馈的实时生产状态数据，则被MES用于实际生产性能评估和操作条件的判断。同时，MES与企业其它管理系统之间有功能重叠的关系，MES、CRM、ERP中都有人力资源管理模块；MES和PDM都具有文档控制功能；ME
15、S和SCM中都有调度管理等等，各系统重叠范围的大小，与工厂的实际执行情况有关。实际应用中，各个系统同一类模块的侧重点是不同的。综上所述，MES作为制造业信息化系统的中间层次，已经成为以信息化带动工业化，成为提升企业效率及效益，打造我国企业核心竞争力的必然选择。现状 1、体系结构MES的体系结构经历了从TIVIES向IMES发展的历程。传统的MES（TMES）是从20世纪70年代的零星车间级应用发展起来的。TMES又可以分为专用MES（PointMES）和集成MES（IntegratedMES）两类。专用MES是一种自成一体的应用系统，它针对某个单一的生产问题（如在制品库存过大、产品质量得不到保
16、证、设备利用率低等）提供有限功能（如物料管理、质量管理、设备维护、作业调度等），或适用某种特定的生产环境（如应用于半导体和MEMS车间的MES、应用于FMS系统的MES等）。专用MES具有实施快、投入少等优点，但通用性和可集成性差。集成MES系统起初是针对特定行业（如航空、装配、半导体、食品和卫生等）特定的规范化环境而设计的，目前已拓展到整个工业领域。在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。集成化MES具有丰富的应用功能、统一的逻辑数据库、产品及过程模型等优点。但该类系统依赖特定的车间环境，柔性差，缺少通用性和广泛的集成能力，难以随业务过程变化而重新配置。AMR在分析信息技术的发展和 应用前景的基础上，提出了可集成MES（IntrgratableMES，IMES）这一概念。可集成MES是将模块化、消息机制和组件技术应用到MES的系统开发中，是两类传统MES系统的结合。从表现形式上看，IMES具有专用MES
