雖然MES作為企業(yè)生產(chǎn)管理輔助工具在國內(nèi)的發(fā)展歷史并不長，但它所帶來的管理優(yōu)化和巨大的經(jīng)濟效益已使它迅速走近了眾多企業(yè)的視線。當前國內(nèi)正處在MES迅速發(fā)展的時期，MES正逐漸成為一個廣為關注的熱點。本文通過對其在國內(nèi)外的發(fā)展情況介紹入手，闡述了其在企業(yè)生產(chǎn)管理和企業(yè)集團調(diào)度指揮中心建設中的作用。
1 MES系統(tǒng)技術簡介
1.1 MES技術在國內(nèi)外發(fā)展概況
正如計算機技術在不斷發(fā)展一樣，計算機輔助生產(chǎn)管理也是一個不斷開發(fā)應用的過程。早在20世紀70年代，國外企業(yè)開始開發(fā)或引入單一功能的軟件產(chǎn)品和軟件系統(tǒng)，如設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，質(zhì)量管理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)可以理解為早期單一功能的MES系統(tǒng)。
到了80年代，美國制造業(yè)在總結MRPⅡ?qū)嵤┏晒β瘦^低的教訓并借鑒日本準時制生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)驗的基礎上，提出既重視計劃又重視執(zhí)行的管理新思想，將計劃與制造過程統(tǒng)一起來的制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)應運而生。1990年，美國先進制造研究機構AMR(Advanced Manufacturing Research)第一次提出并使用MES概念。可以說，MES是計算機技術應用于企業(yè)生產(chǎn)管理需求的時代產(chǎn)物。
在國內(nèi)，國家“十五”期間的“863”項目將MES確定為重點研究項目并設立了研究課題，將流程工業(yè)領域的MES技術研究作為突破口，以期分步實現(xiàn)“獲得MES技術研究成果”， “形成系統(tǒng)平臺”，“實現(xiàn)產(chǎn)品的工程應用”等目標。2007年，原信息產(chǎn)業(yè)部又以信部規(guī)[2007]1539號文件形式印發(fā)了《信息技術改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)“十一五”專項規(guī)劃》。《規(guī)劃》提出了要求重點突破的八項共性技術和四個方面的十三個重要系統(tǒng)，MES就與DCS、ERP一同位列流程工業(yè)等四個方面的重要系統(tǒng)之中。目前，MES已經(jīng)在國內(nèi)鋼鐵、石化等行業(yè)得到較為普遍的應用，并且在電器、輪胎、軸承等制造行業(yè)的部分企業(yè)獲得了研發(fā)和使用。
1.2 MES的定義和作用
目前廣為接受的是由MESA(MES國際聯(lián)合會)給出的定義：MES提供從接受訂單到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活動實現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當前的和精確的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進行初始化、及時引導、響應和報告工廠的活動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件做出快速反應，重點削減不會產(chǎn)生附加值的活動，從而推動有效的工廠運行和過程。
此外，按照AMR所給予的定位：MES服務于工廠生產(chǎn)執(zhí)行層的信息系統(tǒng)，位于企業(yè)經(jīng)營層的計劃系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。該定位將企業(yè)的運作劃分為三個層次，分別是：計劃層、執(zhí)行層和控制層。其中：計劃層就是MRPⅡ或ERP等經(jīng)營管理信息系統(tǒng)。控制層包括DCS、PLC、NC/CNC或SCADA中的一個系統(tǒng)或這幾種配置的組合，以及各種儀器設備等；介于兩者之間的是執(zhí)行層，MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))。各層次間的關系可以通過體系結構圖來說明。
如圖1所示：
圖1 ERP、MES和DCS三層體系結構圖
作為計算機輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，MES的作用就是實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。并通過對信息的傳遞和處理，對訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程優(yōu)化管理。通過實踐，MESA歸納了MES的十一個主要功能模塊，包括工序詳細調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等模塊。通過MES這些模塊的有效協(xié)作，可以起到溝通企業(yè)計劃層和控制層，憑借信息技術提供精確的實時數(shù)據(jù)，并最終達到優(yōu)化管理活動和生產(chǎn)活動的目的。而在現(xiàn)實當中，各不同行業(yè)企業(yè)可以根據(jù)行業(yè)特點和企業(yè)實際，開發(fā)適合自身情況的多種功能模塊。
從MESA的定義也可以看出，提供精確的實時數(shù)據(jù)是一個優(yōu)秀的MES的優(yōu)勢所在。MES對數(shù)據(jù)提供的實時性要明顯高于ERP，如果說控制層提供的實時時間系數(shù)為1，那么，MES的時間系數(shù)為10，ERP的時間系數(shù)為100。圖2可以顯示出MES與兩者的數(shù)據(jù)流的時間關系：
圖2 MES數(shù)據(jù)流圖
2 企業(yè)集團調(diào)度指揮中心的建設架構
近年來，集成的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展迅猛。其中，國家郵政、民航、水利、鐵路、電網(wǎng)、石化行業(yè)已先后建立起總部或區(qū)域性的生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)。目的是實現(xiàn)資源的高效調(diào)配和對安全生產(chǎn)的監(jiān)控，提高企業(yè)績效。根據(jù)對部分大企業(yè)集團調(diào)度指揮系統(tǒng)的調(diào)研，以近期擬實施生產(chǎn)調(diào)度指揮中心建設的某大型企業(yè)集團為模型，推薦其應用集成架構如下圖3顯示：
圖3 生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)應用集成架構圖
2.1 控制層
在企業(yè)控制層，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀及實際需要，通過對現(xiàn)有的(或新增)生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)：如集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，Dcs)，可編程邏輯控制系統(tǒng)(Programmable Logic Controller，PLC)，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)等單一系統(tǒng)或多系統(tǒng)組合與儀器設施進行集成，起到過程控制優(yōu)化以及采集和提供實時數(shù)據(jù)的作用。
2.2 生產(chǎn)層(執(zhí)行層)
生產(chǎn)執(zhí)行層通過制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)對信息的傳遞和處理，對訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理，實現(xiàn)企業(yè)信息系統(tǒng)全局優(yōu)化的解決方案。當工廠里有實時事件發(fā)生時，MES能對此快速做出反應和報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對其進行指導和處理。
按照企業(yè)集團信息化建設現(xiàn)狀，結合國內(nèi)石化企業(yè)MES模塊建設實踐經(jīng)驗，建議根據(jù)試點企業(yè)信息化水平和實際生產(chǎn)管理需要，分步實施，逐步達到多數(shù)企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)統(tǒng)計與平衡、生產(chǎn)調(diào)度、操作管理、物料移動、能源管理、質(zhì)量管理、設備管理、生產(chǎn)信息運行平臺、集成平臺、ERP支撐等模塊。
2.3 企業(yè)經(jīng)營層
在企業(yè)經(jīng)營管理方面，以ERP(Enterpr，Seresource Planning，企業(yè)資源計劃)為核心的經(jīng)營管理信息系統(tǒng)將來自MES系統(tǒng)的管理類生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實時類數(shù)據(jù)進行處理，與供應、銷售、計劃等其它企業(yè)資源實現(xiàn)企業(yè)的供應鏈優(yōu)化。同時，在企業(yè)層面進行的WCM(世界級制造)、CRM(客戶關系管理)、HSE(健康安全環(huán)保管理)、CI(持續(xù)改進)、OA(辦公自動化)、GRC風險控制、HR(人力資源管理)等管理項目所形成的數(shù)據(jù)一并作為經(jīng)營層信息流上傳至商務智能進行集成和處理。
2.4 集團管控決策層
通過商業(yè)智能(BI) (Business Intelligent)將來自于企業(yè)的管理類數(shù)據(jù)和實時類數(shù)據(jù)進行集成和處理，按照管理要求搭建模型，通過報表、圖示、曲線等方式反映出來，并按照管理層駕駛艙、視頻會議系統(tǒng)、實施動態(tài)跟蹤、工業(yè)電視監(jiān)控、生產(chǎn)業(yè)務管理等不同需要建立多角度分析的匯總信息處理平臺，形成大屏幕展示和分析，以滿足集團中、高級管理層的決策和進行運營管控所需。
3 MES系統(tǒng)在生產(chǎn)管理和大企業(yè)集團調(diào)度指揮中心建沒中的應用分析
3.1 MES是企業(yè)生產(chǎn)管理的一種有效的輔助工具
在全球激烈的商業(yè)競爭中，生產(chǎn)的日趨復雜性要求企業(yè)必須對內(nèi)外環(huán)境的各種變化做出快速恰當?shù)姆磻Ｆ髽I(yè)管理必須從單項、局部的改善向著綜合、集成的優(yōu)化轉(zhuǎn)變，必須更加注重計劃、組織、控制3大職能的整體優(yōu)化，通過信息全面集成與分析為基礎優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策。
MES與企業(yè)資源計劃(ERP)，過程控制系統(tǒng)(DCS等)共同構成流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)。通過雙向信息交互形式，MES起到信息集線器的作用，在企業(yè)與供應鏈之間提供生產(chǎn)活動的關鍵基礎信息。作為連接經(jīng)營層和控制層的紐帶，在ERP(MRPⅡ)系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃指導下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關的實時數(shù)據(jù)，對短期生產(chǎn)作業(yè)的監(jiān)控、計劃調(diào)度、資源配置和生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。MES的實施能夠有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率和市場響應能力，提升企業(yè)市場競爭能力。
3.2 MES是大企業(yè)集團管控所屬企業(yè)生產(chǎn)運營的一個有效抓手
MES系統(tǒng)反饋的不僅包括每臺設備、每個工序和每個操作人員的數(shù)據(jù)，還包括加工過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，而且由于采用自動化數(shù)據(jù)采集技術，使狀態(tài)數(shù)據(jù)可實時采集。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過層層匯總并借助于集成展示，企業(yè)集團的管理層可及時獲得各區(qū)域(板塊)工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場的實時狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要直接參與企業(yè)特殊狀態(tài)下的應急指揮和生產(chǎn)運營管控，提高反應的速度和決策的針對性、準確性。
3.3 MES在大企業(yè)集團應用有利于充實和加強企業(yè)信息化建設的內(nèi)容和水平
目前，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)信息化建設還處于ERP系統(tǒng)的推廣和優(yōu)化階段。雖然ERP能夠很好地解決生產(chǎn)計劃問題，但是在車間這一層次的控制卻往往不夠完善。例如，ERP的車間控制模塊計劃功能一般很弱，車間加工單和調(diào)度單的時間跨度(或計劃期)一般比較長，通常為周。而且通常基本靠手工錄入的方式采集主要工序現(xiàn)場信息，不僅效率低、易出錯，且輸入的數(shù)據(jù)基本上是前一個班或前一天的數(shù)據(jù)，信息滯后。與ERP相比，MES制定的計劃比較詳細。一般按車間層和單元層分級制定作業(yè)計劃，并對車間的每一臺設備或操作人員分派任務。MES調(diào)度單通常會細化到計劃期內(nèi)每個單元每臺設備每天(或每班)的生產(chǎn)任務。同時，以分派工單的形式把第二天(或下一班)的生產(chǎn)任務分派到每一個操作人員(或設備)上，因而其數(shù)據(jù)的實時性更強。
MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁，是企業(yè)集團信息化建設實施管控一體化的重要環(huán)節(jié)。
3.4 MES在企業(yè)推廣需要與企業(yè)綜合管理水平和信息化水平相適應
克服了以往整體軟件系統(tǒng)大，定制和維護成本高的弱點，近年MES技術已有了較大的發(fā)展。隨著計算機技術的不斷進步，開發(fā)更加模塊化、更具靈活性的MES系統(tǒng)已成為現(xiàn)實，實施和維護MES的成本也有所降低。但作為企業(yè)信息化中的重要一環(huán)，仍然應該把MES的實施作為一個過程，而不是一個事件。
對于企業(yè)集團而言，要充分考慮所屬企業(yè)生產(chǎn)工藝和信息化水平的差異性，做好細致的分析和精心的規(guī)劃，按照所屬企業(yè)的規(guī)模和生產(chǎn)工藝的復雜程度統(tǒng)一規(guī)劃，先試點后推廣，分步實施。由試點企業(yè)獲取經(jīng)驗并逐步擴大實施范圍。企業(yè)層面應對管理機制作適當?shù)恼{(diào)整和改變，改善生產(chǎn)制造環(huán)境。可從選擇試點企業(yè)旨在解決一兩個生產(chǎn)瓶頸問題著手，逐步地擴大實施范圍和試點范圍，最終達到全面實施。
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本文標題：淺談MES在生產(chǎn)管理和調(diào)度建設中的應用
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