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國內(nèi)外MES系統(tǒng)的發(fā)展以及應(yīng)用詳解
閱讀：2573 發(fā)布時間：2018-8-11某些專家認為，當今制造業(yè)的生存三要素是信息技術(shù)(IT)、供應(yīng)鏈管理(SCM)和成批制造技術(shù)。使用信息技術(shù)就是由依賴人工的作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳂I(yè)的快速化、化，大量減少人工介入，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本；供應(yīng)鏈管理是從原材料供應(yīng)到產(chǎn)品出廠的整個生產(chǎn)過程，使物流資源的流通和配置優(yōu)化。這和局部優(yōu)化的區(qū)別就是全面優(yōu)化；成批制造技術(shù)是在合適的時間，生產(chǎn)適量產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃排產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)，并隨著生產(chǎn)制造技術(shù)的深化，改善對設(shè)備的管理。這里， MES系統(tǒng) 技術(shù)在企業(yè)信息化中扮演著重要的角色。
一、MES系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展
從20世紀70年代后半期開始，出現(xiàn)了解決個別問題的單一功能的MES系統(tǒng)，如設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、包括生產(chǎn)進度跟蹤、生產(chǎn)統(tǒng)計等功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。也就是說，在未實施整體解決方案或信息系統(tǒng)以前，各企業(yè)引入的只是單功能的軟件產(chǎn)品和個別系統(tǒng)，當時，ERP層(稱為MRP)和DCS層的工作也是分別進行的，因此產(chǎn)生了兩個問題：一個是橫向系統(tǒng)之間的信息孤島(islandofinformation)，二是MRP、MRPⅡ和DCS兩層之間形成缺損環(huán)或鏈接(missingringorLink)。
80年代中期，為了解決這兩個課題，生產(chǎn)現(xiàn)場的信息系統(tǒng)開始發(fā)展，生產(chǎn)進度跟蹤信息系統(tǒng)、質(zhì)量信息系統(tǒng)、績效信息系統(tǒng)、設(shè)備信息系統(tǒng)及其整合已形成共識。與此同時，原來的底層的過程控制系統(tǒng)和上層的生產(chǎn)計劃系統(tǒng)也得到發(fā)展。這時，產(chǎn)生了MES系統(tǒng)原型、即傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)(TraditionalMES系統(tǒng),T-MES系統(tǒng))。主要是POP(生產(chǎn)現(xiàn)場管理，PointofProduction)和SFC(車間級控制系統(tǒng)，ShopFloorControl)。
MES系統(tǒng)(ManufacturingExecut*tem)直譯成制造執(zhí)行系統(tǒng)，俗稱生產(chǎn)管理系統(tǒng)。直到1990年，才由AMR組織提出并使用。20世紀90年代初，工業(yè)界開始認識到需要一個可以將業(yè)務(wù)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)集成在一起的中間層。如圖4所示。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES系統(tǒng))從一開始就是一個特定集合的總稱，用來表示一些特定功能的集合以及實現(xiàn)這些特定功能的產(chǎn)品。美國的咨詢調(diào)查公司(AdvancedManufacturingResearch,AMR)，倡導(dǎo)制造業(yè)用三層模型(3rdlayermodel)表示信息化。將位于計劃層的控制層的中間位置的執(zhí)行層叫做MES系統(tǒng)，并說明了各層的功能和重要性。如圖5所示。在中國，生產(chǎn)和制造兩詞有時混用或等同，仔細推敲，生產(chǎn)的范疇比制造要廣。MES系統(tǒng)處于企業(yè)信息系統(tǒng)ERP/SCM和過程控制系統(tǒng)DCS/PLC的中間位置。ERP作為業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，DCS/PLC作為控制系統(tǒng)，而MES系統(tǒng)則作為生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。MES系統(tǒng)與上層ERP等業(yè)務(wù)系統(tǒng)和底層DCS等生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)一起構(gòu)成企業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng)，一是把業(yè)務(wù)計劃的指令傳達到生產(chǎn)現(xiàn)場，二是將生產(chǎn)現(xiàn)場的信息及時收集、上傳和處理。MES系統(tǒng)不單是面向生產(chǎn)現(xiàn)場的系統(tǒng)，而是作為上、下兩個層次之間雙方信息的傳遞系統(tǒng)，是連結(jié)現(xiàn)場層和經(jīng)營層，改善生產(chǎn)經(jīng)營效益的前沿系統(tǒng)。MES系統(tǒng)也不是一個特定行業(yè)的概念，而且應(yīng)用于各種制造業(yè)的重要信息系統(tǒng)。
由于ERP層和DCS層的IT應(yīng)用起步較早，多已基本實現(xiàn)，因此，需要通過MES系統(tǒng)層的功能實現(xiàn)對兩者進行整合，并填充其間的空隙或狹縫。MES系統(tǒng)并沒有一個非常明確的定義，它幾乎涵蓋了所有那些無法準確地分配給其他層的應(yīng)用程序或產(chǎn)品。大多數(shù)這樣的產(chǎn)品都是由一些定制的應(yīng)用程序逐漸演化而來的，而這些應(yīng)用程序基本上都是由系統(tǒng)集成商針對某類特定用戶進行開發(fā)的，并且通常都是針對某個特定領(lǐng)域(如排產(chǎn)、實驗室、質(zhì)量、產(chǎn)品跟蹤等)的。此后，在上，各相關(guān)組織都開始意識到要對MES系統(tǒng)進行更加明確的定義。MES系統(tǒng)A(ManufacturingExecut*temAssociationInternational,制造執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)盟組織)，ISA都相繼開發(fā)了相關(guān)的模型對MES系統(tǒng)加以描述，并試圖通過模型使其標準化。位于美國的MES系統(tǒng)A成立于1992年，是繼AMR組織之后促進MES系統(tǒng)普及和標準化的團體，經(jīng)常發(fā)布關(guān)于MES系統(tǒng)白皮書，還有用戶使用MES系統(tǒng)后的效果調(diào)查報告。
ERP是對企業(yè)資源進行有效地綜合地計劃與管理，是提高企業(yè)經(jīng)營效率和效益的手段和概念。其核心是計劃，而不是財務(wù)?；蛘哒f，財務(wù)是手段，計劃優(yōu)化是目的。實現(xiàn)這個目的軟件則叫ERP軟件。德國SAP公司的R/3有名。據(jù)AMR(AdvancedManufacturingResearch)組織2003年統(tǒng)計，SAP約占世界ERP市場的35%,ORACLE約占13%,PeopleSoft約占10%，J.D.E約占5%。ERP面向企業(yè)的主要業(yè)務(wù)，包括產(chǎn)品定貨、原材料采購，生產(chǎn)制造、配送、銷售、會計等一系列業(yè)務(wù)流，是覆蓋全公司的信息系統(tǒng)，其關(guān)鍵業(yè)務(wù)包括計劃、財務(wù)會計和管理會計，還有人力資源管理等。ERP的數(shù)據(jù)庫要與實時數(shù)據(jù)庫相連，提取生產(chǎn)過程的有關(guān)數(shù)據(jù)，ERP又和SCM集成。SCM包括從原材料供應(yīng)采購到終端客戶的商品供應(yīng)的主要業(yè)務(wù)功能(如計劃、采購、制造、作業(yè)流程管理、后勤保障、銷售管理等)。在實施ERP的過程中，人們發(fā)現(xiàn)，ERP的實施規(guī)模大、周期長，導(dǎo)致46%逾期完成;支出多、投入大，導(dǎo)致41%超過預(yù)算；由于多種原因，致使49%沒有達到預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟效益和目標。其申一個重要因素是與生產(chǎn)現(xiàn)場的連接與集成被忽略了，而生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，特別是整合過的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，即的生產(chǎn)信息是ERP的基礎(chǔ)，是集成的關(guān)鍵。而這些正是催生MES系統(tǒng)的重要原因。
到90年代，MES系統(tǒng)發(fā)展為I-MES系統(tǒng)(集成MES系統(tǒng))和MES系統(tǒng)-Ⅱ(ManufacturingExecutionSolutions)。
AMR公司1993提出的MES系統(tǒng)集成模型，這樣MES系統(tǒng)則作為整個工廠生產(chǎn)現(xiàn)場的集成系統(tǒng)出現(xiàn)，故又稱為IntegratedMES系統(tǒng)(E-MES系統(tǒng))。本模型包括以下4個主要功能，并由實時數(shù)據(jù)庫支持。主要功能為工廠管理(資源管理、調(diào)度管理、維護管理)、工廠工藝設(shè)計(文檔管理、標準管理、過程優(yōu)化)、過程管理(回路監(jiān)督控制、數(shù)據(jù)采集)和質(zhì)量管理(SQC-統(tǒng)計質(zhì)量管理、LIMS-實驗室信息管理系統(tǒng))。在這個模型指導(dǎo)下，MES系統(tǒng)在90年代初期的重點是生產(chǎn)現(xiàn)場信息的整合。對于離散工業(yè)(discretemanufacturing)和流程工業(yè)(processmanufacturing)來說，MES系統(tǒng)有許多差異。就離散MES系統(tǒng)而言，由于其多品種、小批量、混合生產(chǎn)模式，如果只是依靠人工提率是有限的。而MES系統(tǒng)則擔當了整合、支持現(xiàn)場工人的技能和智慧，充分發(fā)揮制造資源效率的功能。
90年代中期，又提出了MES系統(tǒng)標準化和功能組件化、模塊化的思路。這時，許多MES系統(tǒng)軟件實現(xiàn)了組件化，也方便了集成和整合，這樣用戶根據(jù)需要就可以靈活快速地構(gòu)建自己的MES系統(tǒng)。MES系統(tǒng)Aintertuational于1997年提出的MES系統(tǒng)功能組件和集成模型。該模型代表的11個功能模塊如同龜背一樣配置。MES系統(tǒng)A規(guī)定，只具備11個之中的某一個或幾個，也屬MES系統(tǒng)系列的單一功能產(chǎn)品。MES系統(tǒng)的11個功能主要如下:(1)生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控；(2)作業(yè)計劃和排產(chǎn);(3)工藝規(guī)格標準管理;(4)數(shù)據(jù)采集(裝置在線連接采集實時數(shù)據(jù)和各種參數(shù)信息，控制系統(tǒng)接口，生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄、質(zhì)量數(shù)據(jù)、績效信息、臺帳累計)；(5)作業(yè)員工管理;(6)產(chǎn)品質(zhì)量管理;(7)過程管理(過程控制、APC、基于模型的分析與模擬、與外部解析系統(tǒng)接口)；(8)設(shè)備維護；(9)績效分析；(10)生產(chǎn)單元調(diào)度；(11)產(chǎn)品跟蹤。AMR組織則又把按著11個功能實現(xiàn)的整體解決方案稱為MES系統(tǒng)Ⅱ(ManufacturingExecutionSolution)。
這一時期，很多團體、政府機構(gòu)、組織也參與了MES系統(tǒng)的標準化以及標準、模型的研究和建立活動。涉及分布對象技術(shù)、集成技術(shù)、平臺技術(shù)、互操作技術(shù)和即插即用等技術(shù)。其主要成果如下：
(1)MES系統(tǒng)A提出了MES系統(tǒng)對象模型。
(2)標準化組織OMG(ObjectManagementGroup)的制造分會(MfgDTF,ManufacturingDomainTaskForce)發(fā)布了RFI(RequestforInformation)文件。
(3)ISA(InternationalFederationoftheNationalStandardiz-ingAssociations)的SP95(EnterpriseControlsystemIntegration)標準委員會發(fā)布了ERP與MES系統(tǒng)之間的接口標準模型。
(4)發(fā)布NIIIP—SMART(NationalIndustrialInformationInfrastructureProtocols—SolutionforMES系統(tǒng)AdaptableReplicableTechnology)信息結(jié)構(gòu)標準。
(5)由半導(dǎo)體制造技術(shù)協(xié)會(SEMATECH,Semiconduc-torManufacturingTechnology)發(fā)表了SEMATECH/SEMICIM平臺標準。
(6)NIST—SIMA(NationalInstituteofStandardandTech-nology—SystemIntegrationofManufacturingApplications)用IDEFO描述了通用業(yè)務(wù)活動模型(ActivityModels)。
(7)日本標準化與制造科技中心發(fā)布了openMES系統(tǒng)，涉及面向?qū)ο蟆⑵脚_、功能模塊、計算機網(wǎng)絡(luò)、CORBA等。
其中，從1997年開始的儀表學(xué)會(ISA)啟動的編制ISASP95企業(yè)控制系統(tǒng)集成標準和ISASP98批量控制標準的工作尤為重要，2000年發(fā)布了SP95.01模型與術(shù)語標準，2001年發(fā)布了SP95.02對象模型屬性標準，2002年發(fā)布了SP95.03制造信息活動模型(ActivityModels)標準，2003年發(fā)布了SP95.04制造操作對象模型標準。其中SP95.01已經(jīng)被IEC/ISO接受為標準。SP95.01規(guī)定了生產(chǎn)過程涉及的所有資源信息及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表達信息關(guān)聯(lián)的方法。SP95.02對第1部分定義的內(nèi)容作了詳細規(guī)定和解釋，SP95.03提出了管理層與制造層間信息交換的協(xié)議和格式。
此外，許多專家學(xué)者也在MES系統(tǒng)標準化方面做出了不少成果，比如C.Gilman等人在1998年出版了《Enterpriseusingenter-priserules,intelIigentagents,STEP,andworkflow》一書，總結(jié)了虛擬企業(yè)集成設(shè)計與制造以及使用的企業(yè)規(guī)則、智能代理、STEP標準和工作流程;AshokK.Nangid和MelyssaEvanson等人1997年在《IntegratingProcesscontrolwithinformat*temsusingmanufacturingexecut*tems》一書中總結(jié)了MES系統(tǒng)信息系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)的集成;JeffLoebl997年在《Theapplica-tionofamanufacturingexecutionandJITprinciplestoplantinfor-mationprocesses》一書中總結(jié)了在工廠級信息處理中制造執(zhí)行系統(tǒng)和JIT原理的應(yīng)用等。
所有組織和學(xué)者都倡導(dǎo)MES系統(tǒng)功能和接口的標準化，以及集成(Integration)、互操作性(Inter-operability)的重要性。系統(tǒng)之間、功能模塊之間提倡以O(shè)RB(ObjectRequestBroker)作為MES系統(tǒng)信息訪問接口協(xié)議，實現(xiàn)MES系統(tǒng)功能組合的即插即用。另外，分部式對象技術(shù)標準CORBA和有關(guān)標準平臺都是開發(fā)MES系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，但是開發(fā)成木高、系統(tǒng)性能差以及三層模型界限不明確等因素，一直影響著MES系統(tǒng)功能的組件化。
1998年，AMR公司發(fā)表REPAC模型(Ready,Execute,Process,Analyze，Coordinate)，即包括準備、實行、處理、分析、調(diào)整五個階段組成的過程周期，如圖9所示。該模型參考了供應(yīng)鏈業(yè)務(wù)參考模型(SCOR,SupplyChainOperationReference)，把其中的"Make"作為關(guān)注焦點(如圖10所示)，將計劃、技術(shù)方案、調(diào)度、執(zhí)行和控制等對應(yīng)的五個信息系統(tǒng)集成連接，流程工業(yè)的REPAC模型和信息系統(tǒng)對應(yīng)關(guān)系也如圖9所示。REPAC模型不只是針對MES系統(tǒng)三層模型的中間層，而是與相應(yīng)系統(tǒng)一起連接在經(jīng)營系統(tǒng)的閉環(huán)回路中。
在AMR的INTECHl994年5月號上，對MES系統(tǒng)的概念表述如下:MES系統(tǒng)是在公司的整個資源按其經(jīng)營目標進行管理時，為公司提供實現(xiàn)執(zhí)行目標的執(zhí)行手段，通過實時數(shù)據(jù)庫連接基本信息系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)和工廠的實際數(shù)據(jù)，并提供業(yè)務(wù)計劃系統(tǒng)與制造控制系統(tǒng)之間的通信功能。因此，MES系統(tǒng)不只是工廠的單一信息系統(tǒng)，而是橫向之間、縱向之間、系統(tǒng)之間集成的系統(tǒng)，即所謂經(jīng)營系統(tǒng)，對于SCP、ERP、CRM、數(shù)據(jù)倉庫等近年被關(guān)注的各種企業(yè)信息系統(tǒng)來說，只要包含工廠這個對象，就離不了MES系統(tǒng)。歸結(jié)起來，MES系統(tǒng)可以概括為一個宗旨一制造怎樣執(zhí)行，兩個核心數(shù)據(jù)庫一實時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫，兩個通信接口一與控制層接口和與業(yè)務(wù)計劃層接口，四個重點功能一生產(chǎn)管理、工藝管理、過程管理和質(zhì)量管理，以及11個基本功能(包括重點功能和輔助功能)。
近十年來，新興的業(yè)務(wù)類型不斷涌現(xiàn)，對技術(shù)革新產(chǎn)生了巨大的推動力。正是基于這一點，使人們對B2B以及供應(yīng)鏈給予了*的關(guān)注。盡管B2B和供應(yīng)鏈屬于業(yè)務(wù)層的解決方案，但如果想要充分地實現(xiàn)它們，還需要得到制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)(MES系統(tǒng))的強有力的支持。其結(jié)果是MES系統(tǒng)不能僅僅做成業(yè)務(wù)(Business)和過程(Process)之間的接口層，還需要建立大量可以完成公司關(guān)鍵業(yè)務(wù)的功能。這些功能無法彼此獨立，也不能通過數(shù)據(jù)交換層簡單地連接，而是必須依據(jù)業(yè)務(wù)(Business)和生產(chǎn)(production)策略彼此協(xié)同。這在ISA-95委員會的文件中，有非常明確的表述。不僅描述了MES系統(tǒng)過程，同時還通過各種功能，諸如資源管理和資源分配、調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量保證管理、維護管理、績效分析、排程、文件控制、工時管理及物料和生產(chǎn)跟蹤等之間的交互作用來描述MES系統(tǒng)過程。
二、日本的MES系統(tǒng)
日本的MES系統(tǒng)起步較早、成果較多、應(yīng)用較廣，而且與中國的管理理念相近。日本的CIO雜志等3個機構(gòu)對490家企業(yè)，其中制造業(yè)166家的信息部門、計劃經(jīng)營部門負責人進行了2003年度IT投資方向的調(diào)查，劃分為16個應(yīng)用領(lǐng)域，從市場規(guī)模指數(shù)和關(guān)注程度上看，20世紀90年代中期在日本興起的ERP類應(yīng)用已經(jīng)讓位給以MES系統(tǒng)為代表的生產(chǎn)管理系統(tǒng)的實施，如圖11所示。
日本的MES系統(tǒng)特點如下:
(1)日本有比較系統(tǒng)地研究、介紹MES系統(tǒng)的專著一《MES系統(tǒng)入門》，由中村.實和正田.耕一編著，2000年4月出版，介紹了MES系統(tǒng)的概要和發(fā)展，MES系統(tǒng)的功能、作用、軟件以及各個行業(yè)的特點，MES系統(tǒng)對生產(chǎn)經(jīng)營管理、提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和降低成本等方面的貢獻，并提供了參考文獻、MES系統(tǒng)和應(yīng)用案例一覽，是一本參考價值很高的入門書籍。2004年2月，中村實和中村一世又編著了《圖解MES系統(tǒng)應(yīng)用線一從應(yīng)用案例看引入MES系統(tǒng)的注意事項》，這是日本的第二本MES系統(tǒng)專著。另外，日本很多雜志，如《計裝》、《化學(xué)裝置》、《略》、《略》、《化學(xué)經(jīng)濟》、《工場管理》等雜志經(jīng)常舉辦MES系統(tǒng)?？蚩荕ES系統(tǒng)文章，日本生產(chǎn)管理協(xié)會、工廠自動化推進協(xié)會、生產(chǎn)系統(tǒng)模型專門委員會、東京實踐經(jīng)營研究會、實踐MES系統(tǒng)研究會、工業(yè)調(diào)查會等組織經(jīng)常組織MES系統(tǒng)的調(diào)查、研究和召開各種主題專業(yè)會議。日本標準化與制造科技中心還制訂發(fā)布了OpenMES系統(tǒng)標準。
(2)對MES系統(tǒng)重新進行了定義，其文化內(nèi)涵更接近于東方。首先，在MES系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了"制造管理系統(tǒng)"、"制造實行系統(tǒng)"、"生產(chǎn)實行系統(tǒng)"和"綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)"的新解。除了遵循AMR和MES系統(tǒng)A的定義和描述外，日本的學(xué)者更強調(diào)對生產(chǎn)現(xiàn)場各種信息的時實采集與集成，將過程信息(PIMS，工廠信息管理系統(tǒng))作為MES系統(tǒng)的核心;通過CIM(計算機集成制造)將工廠系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行理想整合的具體化，是支撐工廠生產(chǎn)功能的骨干系統(tǒng)，是連結(jié)ERP系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)和橋梁;是根據(jù)ERP提出"生產(chǎn)什么、生產(chǎn)多少"的宏觀指令，進行何時何分、哪條生產(chǎn)線投入何種原料、用何種工藝、完成何種產(chǎn)品的具體指令和調(diào)度;在MES系統(tǒng)A的l1個功能中，強調(diào)生產(chǎn)現(xiàn)場信息數(shù)字化管理、工藝管理、物流管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)指令、進度跟蹤管理、設(shè)備運行監(jiān)督與控制和運維管理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管理。
(3)總結(jié)了日本企業(yè)引入MES系統(tǒng)軟件的必要步驟和注意事項。即計劃編制、組織組建、培訓(xùn)與準備、需求定義、建模與差異分析、概要設(shè)計與詳細設(shè)計、客戶化開發(fā)與測試、設(shè)備安裝定義、軟件接口規(guī)格定義與設(shè)計、接口開發(fā)與聯(lián)調(diào)共10個步驟和注意MES系統(tǒng)在經(jīng)營系統(tǒng)的重要地位，考慮生產(chǎn)現(xiàn)場信息系統(tǒng)的五個要素一人、信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)規(guī)則、設(shè)備和產(chǎn)品，區(qū)分客戶信息的必要性、MES系統(tǒng)軟件包的適應(yīng)性，注重項目管理，強調(diào)應(yīng)用效果，快速實施和投用，生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)是MES系統(tǒng)成功的基礎(chǔ)等事項。
三、國外流程工業(yè)的MES系統(tǒng)
MES系統(tǒng)屬于企業(yè)管理應(yīng)用軟件的范圍，起源于離散工業(yè)，又擴展到流程工業(yè)。據(jù)《ManufacturingSystemsMagazine》統(tǒng)計，在企業(yè)管理應(yīng)用軟件中，除ERP產(chǎn)品和廠商外，MES系統(tǒng)產(chǎn)品及其廠商Invensys、SIEMENS、EmersonProcessManagement、AS-PENTech、IndusInternational、HoneywellHi-specSolutions、RockwellSoftware、ABB、KronosInc.、GEFanucAutomation、AgileSoftwareCorp.、OSISoftware、SimSci、Wonderware、HITACHI、YOKOGAWA、TechnomatixTech、LillySoftware等公司都。
在離散工業(yè)和流程工業(yè)，生產(chǎn)管理存在著*差異。即便是流程工業(yè)，也差異不小。例如煉油工業(yè)和化工業(yè)，雖說像姊妹倆，但煉油卻有油品輸轉(zhuǎn)調(diào)和功能模塊，而化工則不需要。至于冶金、輕工甚至其他行業(yè)，差異就更大了。因此，目前形成了煉油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、化纖紡織工業(yè)、機器制造業(yè)、汽車制造業(yè)、航空業(yè)、造船業(yè)、半導(dǎo)體制造業(yè)、冶金業(yè)、煉鋁業(yè)等不同行業(yè)和領(lǐng)域的MES系統(tǒng)。在石油、天然氣、石油化工領(lǐng)域，裝置之間都由配管連接，過程控制非常必要。作為工廠運行信息系統(tǒng)的DCS從20世紀70年代開始普及，較早地實現(xiàn)了過程監(jiān)控和自動化，但是至今DCS和MES系統(tǒng)之間的接口還是薄弱環(huán)節(jié)。在MES系統(tǒng)中，專門設(shè)計了PIMS(工廠信息管理系統(tǒng)，PlantInformationManagementSystem)接收DCS實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)績效管理和運行數(shù)據(jù)的集成。
對于流程工業(yè)，作為*計劃系統(tǒng)和控制系統(tǒng)狹縫的MES系統(tǒng)的主要功能模塊，一般包括短期生產(chǎn)計劃、作業(yè)排產(chǎn)和調(diào)度(APS)，過程控制和管理，維護管理，技術(shù)信息管理，過程優(yōu)化控制(APC)，提高質(zhì)量管理功能的LIMS以及與ERP之間的連接。還有流程工業(yè)生產(chǎn)的特殊需求，如數(shù)據(jù)調(diào)理和校正、運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、公用工程平衡管理、設(shè)備壽命預(yù)測、設(shè)備性能計算(equipmentperformancecalculations)、罐區(qū)管理、罐區(qū)平衡、物料平衡等，都作為MES系統(tǒng)的單一功能模塊，并往往集成到MES系統(tǒng)中。
下面列舉國外3個針對流程工業(yè)尤其適用于石油化工工業(yè)的較為突出和的MES系統(tǒng)產(chǎn)品方案。
(1)Honeywell的MES系統(tǒng)方案
Honeywell公司是世界的自動化儀表、過程控制和工業(yè)軟件公司，其MES系統(tǒng)產(chǎn)品從20世紀90年代末開始，先由單一的MES系統(tǒng)功能模塊發(fā)展到整體解決方案。
其MES系統(tǒng)產(chǎn)品的核心是Business.FLEXPKS。該產(chǎn)品將經(jīng)營目標轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)操作目標，同時將經(jīng)過處理驗證的生產(chǎn)績效數(shù)據(jù)進行反饋，從而形成計劃管理層、生產(chǎn)執(zhí)行層和過程控制層三個層次的周期循環(huán)。
該產(chǎn)品由價值鏈管理(ValueChainManagement)、*計劃與調(diào)度(AdvancedPlanningandScheduling)、運行管理(OperationsManagement)、油品調(diào)和及儲運自動化(Blending&MovementAutomation)和生產(chǎn)管理(ProductionManagement)5個應(yīng)用套件共30多個模塊組成。價值鏈管理又包括銷售預(yù)測、運輸計劃、生產(chǎn)排產(chǎn)、原材料計劃、供應(yīng)鏈事件管理、庫存計劃、價值鏈循環(huán)優(yōu)化和生產(chǎn)計劃管理等。*計劃調(diào)度包括原材料供應(yīng)及產(chǎn)品分配與優(yōu)化、原油組分分析、原油采購計劃、原油調(diào)度優(yōu)化、生產(chǎn)實況分析、油品調(diào)和調(diào)度等。運行管理包括操作指令下達、運行監(jiān)控、事件監(jiān)控、實驗室信息管理與集成、油罐組分跟蹤、產(chǎn)品規(guī)格管理、多單元生產(chǎn)運行計劃等。油品儲運及調(diào)和自動化包括調(diào)和調(diào)度計劃、在線調(diào)和優(yōu)化、調(diào)和比率控制和調(diào)和績效統(tǒng)計、油品輸轉(zhuǎn)及庫存跟蹤、罐存計量管理、輸轉(zhuǎn)模型建立、油品輸轉(zhuǎn)控制、油品移動路徑選擇等。生產(chǎn)管理包括物料平衡和庫存盤點、成本核算、組分計算與平衡、批量跟蹤與控制、原材料消耗統(tǒng)計、物料移動跟蹤、多單元生產(chǎn)運行計劃、操作指令下達和實驗室信息管理等。方案如圖12所示。
另外，Honeywell又將其MES系統(tǒng)解決方案與資產(chǎn)管理解決方案、*控制與區(qū)域優(yōu)化解決方案——Profit.PlusTM、生產(chǎn)信息集成平臺—Uniformance等應(yīng)用套件和信息集成平臺整合為協(xié)同生產(chǎn)管理解決方案(UnifiedManufacturingSolutions)，也可看成是其廣義的MES系統(tǒng)或者是MES系統(tǒng)功能模塊的擴充。
(2)ASPENTech的MES系統(tǒng)方案
美國ASPENTech公司是化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的流程模擬、*控制和供應(yīng)鏈管理優(yōu)化軟件公司，近幾年經(jīng)過并購和整合，也定位在MES系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商。它提出了企業(yè)運營管理的理念并開發(fā)集成了相應(yīng)的軟件產(chǎn)品。根據(jù)ASPEN的定義，企業(yè)運營管理(EnterpriseOperationsManagement,EOM)是一個企業(yè)級的集成解決方案，把ERP層、MES系統(tǒng)層和DCS層進行整合，地設(shè)計、管理和運營制造與供應(yīng)鏈的相關(guān)業(yè)務(wù)。根據(jù)ASPEN的觀點，ERP的功能是回答已發(fā)生了什么?而EOM的功能則是回答未來應(yīng)該怎么做并執(zhí)行這些決策。ASPEN公司用于過程工業(yè)運營管理的MES系統(tǒng)產(chǎn)品為ASPENPlantelligence，即智能工廠解決方案，如圖13所示。
ASPENTech的MES系統(tǒng)解決方案自1998年推出，并不斷發(fā)展和完善，得到了許多大型石油化工公司的采用。方案主要包括流程模擬、虛擬工廠模擬器、生產(chǎn)計劃與優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化、*控制與實時優(yōu)化(RT-OPT)、實時數(shù)據(jù)庫與信息管理、數(shù)據(jù)校正與物料平衡、績效監(jiān)控與績效管理、油品調(diào)和、生產(chǎn)指令管理與操作日志、油品移動和罐區(qū)管理等11個功能模塊以及ASPENEnterpisePlatform(AEP)集成平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營管理與生產(chǎn)過程控制的一體化。
(3)EMERSON的MES系統(tǒng)方案
EMERSON公司也是一個的過程控制和企業(yè)管理軟件產(chǎn)品制造商，它針對傳統(tǒng)的集成方案中用戶界面繁雜，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、人與系統(tǒng)之間仍然不能很好的對話和協(xié)同等司題，提出了MES系統(tǒng)的集成指導(dǎo)原則，即注重提高投入產(chǎn)出效率和利潤等業(yè)務(wù)目標，為實現(xiàn)協(xié)同工作而進行集成設(shè)計，構(gòu)建標準化、開放性、擴展性、適應(yīng)性、靈活性、簡易性高的技術(shù)平臺，追求系統(tǒng)的可用性、數(shù)據(jù)的一致性、安全性和可靠性，降低系統(tǒng)總擁有成本(TCO)，保護現(xiàn)有的應(yīng)用與資源等。MES系統(tǒng)的功能定位則依據(jù)SP95標準，突出企業(yè)層和控制層之間生產(chǎn)管理的5個通用功能，即生產(chǎn)調(diào)度、能耗物耗管理、維護管理、質(zhì)量保證和倉儲控制。而軟件技術(shù)標準則包括XML(ExtensibleMarkupLanguage,擴展標記語言)、SOAP(SimpleObjectAc-cessProtocol，簡單對象訪問協(xié)議)、WebServices(Web服務(wù))、OPC(OLEforProcessControl，面向過程控制的對象鏈接與嵌入)和(微軟的一套開發(fā)工具和代碼執(zhí)行平臺)等。
四、國內(nèi)的MES系統(tǒng)進展
盡管在國外MES系統(tǒng)和ERP的概念同一年提出，但是ERP卻比MES系統(tǒng)的發(fā)展勢頭迅猛。因此，國內(nèi)盡管關(guān)于MES系統(tǒng)的研究、開發(fā)和應(yīng)用只是近年來的事情，但是與國外的差距還是不大。
20世紀90年代初期，中國就開始對MES系統(tǒng)以及ERP的跟蹤研究、宣傳或試點，而且曾經(jīng)提出了“管控一體化”，“人、才、物、產(chǎn)、供、銷”等頗具中國特色的CIMS、MES系統(tǒng)、ERP、SCM等概念，只是總結(jié)、歸納、宣傳、堅持或者提煉、提升不夠，發(fā)展勢頭不快。
據(jù)稱，中國早的MES系統(tǒng)是20世紀80年代寶鋼建設(shè)初期從SIEMENS公司引進的。中國工業(yè)信息化基本上是沿著西方工業(yè)國家的軌跡前進，只是慢半拍而已。70-80年代以工廠自動化為主，80-90年代以管理信息化為主。進入21世紀初，仍然以提升工廠自動化水平，普及DCS、SCADA、PLC、FCS和提升管理信息化水平，由開發(fā)MIS轉(zhuǎn)向推廣普及ERP為主。但是，盡管MES系統(tǒng)層仍然是斷層、殘缺環(huán)和狹縫，人們對MES系統(tǒng)的概念、MES系統(tǒng)在企業(yè)信息化的地位已不陌生，并開始形成共識。幾乎絕大多數(shù)大學(xué)和工業(yè)自動化研究單位，甚至于國家、省、市級政府主管部門都開始跟蹤、研究MES系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為開設(shè)MES系統(tǒng)課程，培養(yǎng)MES系統(tǒng)研究生，成立工程技術(shù)研究、*制造扶術(shù)、制造業(yè)信息化工程等相關(guān)研究中心和實驗室，開設(shè)MES系統(tǒng)、論壇和專欄，籌辦、主辦MES系統(tǒng)研討會，將MES系統(tǒng)納入國家、省、市科技發(fā)展規(guī)劃，成立MES系統(tǒng)公司和事業(yè)部，封閉開發(fā)MES系統(tǒng)產(chǎn)品，借助國內(nèi)外產(chǎn)品實施MES系統(tǒng)工程等等。真可謂是從*到地方，從學(xué)會到協(xié)會，從IT公司到制造生產(chǎn)廠，從綜合大學(xué)到專科院校，都卷入了MES系統(tǒng)熱潮之中。
但是，從總體上看，相對于應(yīng)用來說，仍以研究居多，而且仍處于淺層研究;就產(chǎn)品來講，自主研發(fā)才剛剛開始，盡管有少數(shù)國內(nèi)IT公司一方面模仿國外的模式，同時也總結(jié)提煉中國工業(yè)企業(yè)MES系統(tǒng)層面的經(jīng)驗(know-how)，但是仍以實驗室產(chǎn)品居多，離商品化還有一段路程;就應(yīng)用來說，像冶金、石化、煙草、食品等行業(yè)雖已有應(yīng)用，但仍屬拓荒者或*。
五、MES系統(tǒng)的發(fā)展關(guān)鍵是建模技術(shù)
近年來，一種新的標準正在成為企業(yè)的行為規(guī)范—控制系統(tǒng)集成規(guī)范。這就是標準化組織/電工委員會的IEC/ISO62264和美國國家標準組織/美國儀表系統(tǒng)與自動化學(xué)會的ANSI/ISA-95，它定義了企業(yè)級業(yè)務(wù)系統(tǒng)與工廠車間級控制系統(tǒng)相集成時所使用的術(shù)語和模型。該標準還定義了中間層MES系統(tǒng)應(yīng)支持的生產(chǎn)作業(yè)活動。
很多供應(yīng)商、用戶、顧問都參與了該標準的制定和定義。這就確保了該標準具有堅實的基礎(chǔ)以及高度的可用性。該標準目前由三部分組成，其中第3部分定義了MES系統(tǒng)的作業(yè)活動。它著重闡述了與生產(chǎn)(Production)、維護(Maintenance)及質(zhì)量(Quality)等有關(guān)的作業(yè)活動。通常來說，這些活動都是同等重要的，不過，如果和生產(chǎn)或者生產(chǎn)作業(yè)無關(guān)的話，可能也就不需要維護作業(yè)或質(zhì)量作業(yè)了。
供應(yīng)鏈的效率很大程度上受制于業(yè)務(wù)系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的功能集成程度。MES系統(tǒng)正是以ISA-95為藍本提供了這種集成。系統(tǒng)集成的低下會導(dǎo)致制造系統(tǒng)效率低、可見性差。
要想真正了解工廠正在執(zhí)行的情況，需要一個系統(tǒng)，它可以產(chǎn)生可配置的符合需要的生產(chǎn)報告來顯示各種KPI。這就必須將過程控制的特定數(shù)據(jù)與生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(例如:訂貨排程、批次、人員、物料等)，以簡化績效問題分析和識別。MES系統(tǒng)可以提供生產(chǎn)流程的可見性，以創(chuàng)建改善生產(chǎn)流程的條件，并提高制造系統(tǒng)的效率。
過程控制、MES系統(tǒng)及ERP之間的*集成對現(xiàn)代企業(yè)的商業(yè)運作來說是至關(guān)重要的。制造系統(tǒng)是由許多不同的功能相互協(xié)同而構(gòu)成的。制造系統(tǒng)的整體集成可以幫助企業(yè)實現(xiàn)的運營效率，相反，零散的解決方案將成為車間績效改善的瓶頸。
軟件平臺的有效重用是實現(xiàn)節(jié)約成本的關(guān)鍵。標準的應(yīng)用產(chǎn)品通常都是一個龐大的系統(tǒng)，它們包含了很多的功能。但是，當這樣的系統(tǒng)面對千變?nèi)f化的客戶需求時，卻又往往顯得力不從心。因為，這些系統(tǒng)很難擺脫那些已經(jīng)預(yù)先在產(chǎn)品中設(shè)置好的執(zhí)行邏輯(隱式規(guī)則法，implicitrulesapproach)。通常情況下，這些預(yù)設(shè)的執(zhí)行邏輯是無法根據(jù)特定需求去進行修改的。隨著產(chǎn)品的升級換代和相應(yīng)應(yīng)用的不斷擴展，這種矛盾就尤為突出。
六、結(jié)語
從國外的發(fā)展趨勢看，已經(jīng)形成了一批MES系統(tǒng)軟件產(chǎn)品和解決方案，出現(xiàn)了一批以MES系統(tǒng)為核心產(chǎn)品的工業(yè)企業(yè)管理應(yīng)用軟件公司，而且企業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的焦點已經(jīng)由ERP轉(zhuǎn)向MES系統(tǒng)，然而MES系統(tǒng)的標準化仍有大量工作要做。
從國內(nèi)的發(fā)展趨勢看，CIMS、MES系統(tǒng)、ERP等概念都進入中國較早，但只以DCS為代表的底層自動化和以ERP為代表的管理系統(tǒng)普及速度較快，因此，中國工業(yè)企業(yè)的信息孤島和缺損環(huán)鏈現(xiàn)象比國外更為突出，也就是對MES系統(tǒng)層的認識相對落后，但是，確實有一些公司在加快開發(fā)中國式的MES系統(tǒng)產(chǎn)品或應(yīng)用國外的MES系統(tǒng)產(chǎn)呂，而且勢頭較好，同時，在認識觀念上由關(guān)注ERP到關(guān)注MES系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變也已開始。
從技術(shù)角度看，MES系統(tǒng)的功能正在向控制層和計劃層滲透，三層結(jié)構(gòu)的分工可能更模糊。MES系統(tǒng)功能中的計劃排產(chǎn)與執(zhí)行調(diào)度模塊(APS)越發(fā)突出的推廣普及。它應(yīng)是MES系統(tǒng)的核心。單一功能的MES系統(tǒng)產(chǎn)品正在向集成的MES系統(tǒng)和整體解決方案發(fā)展。信息技術(shù)領(lǐng)域的分布對象技術(shù)(CORBA、DCOM等)標準日臻成熟是MES系統(tǒng)發(fā)展和集成的基礎(chǔ)。DCS和ERP的普及和提高進一步推動了MES系統(tǒng)的發(fā)展和推廣。