1 MES系统技术简介

1.1 MES技术在国内外发展概况

正如计算机技术在不断发展一样，计算机辅助生产管理也是一个不断开发应用的过程。早在20世纪70年代，国外企业开始开发或引入单一功能的软件产品和软件系统，如设备状态监控系统，质量管理系统等，这些系统可以理解为早期单一功能的MES系统。

到了80年代，美国制造业在总结MRPⅡ实施成功率较低的教训并借鉴日本准时制生产系统经验的基础上，提出既重视计划又重视执行的管理新思想，将计划与制造过程统一起来的制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)应运而生。1990年，美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)第一次提出并使用MES概念。可以说，MES是计算机技术应用于企业生产管理需求的时代产物。

在国内，国家“十五”期间的“863”项目将MES确定为重点研究项目并设立了研究课题，将流程工业领域的MES技术研究作为突破口，以期分步实现“获得MES技术研究成果”， “形成系统平台”，“实现产品的工程应用”等目标。2007年，原信息产业部又以信部规[2007]1539号文件形式印发了《信息技术改造提升传统产业“十一五”专项规划》。《规划》提出了要求重点突破的八项共性技术和四个方面的十三个重要系统，MES就与DCS、ERP一同位列流程工业等四个方面的重要系统之中。目前，MES已经在国内钢铁、石化等行业得到较为普遍的应用，并且在电器、轮胎、轴承等制造行业的部分企业获得了研发和使用。

1.2 MES的定义和作用

目前广为接受的是由MESA(MES国际联合会)给出的定义：MES提供从接受订单到制成最终产品全过程的生产活动实现优化的信息。它采用当前的和精确的数据，对生产活动进行初始化、及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程。

此外，按照AMR所给予的定位：MES服务于工厂生产执行层的信息系统，位于企业经营层的计划系统与生产过程的直接工业控制系统之间。该定位将企业的运作划分为三个层次，分别是：计划层、执行层和控制层。其中：计划层就是MRPⅡ或ERP等经营管理信息系统。控制层包括DCS、PLC、NC/CNC或SCADA中的一个系统或这几种配置的组合，以及各种仪器设备等；介于两者之间的是执行层，MES(制造执行系统)。各层次间的关系可以通过体系结构图来说明。

如图1所示：

作为计算机辅助生产管理系统，MES的作用就是实现企业的连续信息流。并通过对信息的传递和处理，对订单下达到产品完成的整个生产过程优化管理。通过实践，MESA归纳了MES的十一个主要功能模块，包括工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集等模块。通过MES这些模块的有效协作，可以起到沟通企业计划层和控制层，凭借信息技术提供精确的实时数据，并最终达到优化管理活动和生产活动的目的。而在现实当中，各不同行业企业可以根据行业特点和企业实际，开发适合自身情况的多种功能模块。

从MESA的定义也可以看出，提供精确的实时数据是一个优秀的MES的优势所在。MES对数据提供的实时性要明显高于ERP，如果说控制层提供的实时时间系数为1，那么，MES的时间系数为10，ERP的时间系数为100。图2可以显示出MES与两者的数据流的时间关系：

近年来，集成的生产调度指挥系统在国内发展迅猛。其中，国家邮政、民航、水利、铁路、电网、石化行业已先后建立起总部或区域性的生产调度指挥系统。目的是实现资源的高效调配和对安全生产的监控，提高企业绩效。根据对部分大企业集团调度指挥系统的调研，以近期拟实施生产调度指挥中心建设的某大型企业集团为模型，推荐其应用集成架构如下图3显示：

在企业控制层，根据企业现状及实际需要，通过对现有的(或新增)生产过程自动化系统：如集散控制系统(Distributed Control System，Dcs)，可编程逻辑控制系统(Programmable Logic Controller，PLC)，数据采集与监视控制系统(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)等单一系统或多系统组合与仪器设施进行集成，起到过程控制优化以及采集和提供实时数据的作用。

2.2 生产层(执行层)

生产执行层通过制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)对信息的传递和处理，对订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理，实现企业信息系统全局优化的解决方案。当工厂里有实时事件发生时，MES能对此快速做出反应和报告，并用当前的准确数据对其进行指导和处理。

按照企业集团信息化建设现状，结合国内石化企业MES模块建设实践经验，建议根据试点企业信息化水平和实际生产管理需要，分步实施，逐步达到多数企业实现生产计划、生产统计与平衡、生产调度、操作管理、物料移动、能源管理、质量管理、设备管理、生产信息运行平台、集成平台、ERP支撑等模块。

2.3 企业经营层

在企业经营管理方面，以ERP(Enterpr，Seresource Planning，企业资源计划)为核心的经营管理信息系统将来自MES系统的管理类生产数据和实时类数据进行处理，与供应、销售、计划等其它企业资源实现企业的供应链优化。同时，在企业层面进行的WCM(世界级制造)、CRM(客户关系管理)、HSE(健康安全环保管理)、CI(持续改进)、OA(办公自动化)、GRC风险控制、HR(人力资源管理)等管理项目所形成的数据一并作为经营层信息流上传至商务智能进行集成和处理。

2.4 集团管控决策层

通过商业智能(BI) (Business Intelligent)将来自于企业的管理类数据和实时类数据进行集成和处理，按照管理要求搭建模型，通过报表、图示、曲线等方式反映出来，并按照管理层驾驶舱、视频会议系统、实施动态跟踪、工业电视监控、生产业务管理等不同需要建立多角度分析的汇总信息处理平台，形成大屏幕展示和分析，以满足集团中、高级管理层的决策和进行运营管控所需。

3 MES系统在生产管理和大企业集团调度指挥中心建没中的应用分析

3.1 MES是企业生产管理的一种有效的辅助工具

在全球激烈的商业竞争中，生产的日趋复杂性要求企业必须对内外环境的各种变化做出快速恰当的反应。企业管理必须从单项、局部的改善向着综合、集成的优化转变，必须更加注重计划、组织、控制3大职能的整体优化，通过信息全面集成与分析为基础优化企业生产管理和经营决策。

MES与企业资源计划(ERP)，过程控制系统(DCS等)共同构成流程工业综合自动化系统。通过双向信息交互形式，MES起到信息集线器的作用，在企业与供应链之间提供生产活动的关键基础信息。作为连接经营层和控制层的纽带，在ERP(MRPⅡ)系统产生的长期计划指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的监控、计划调度、资源配置和生产过程进行优化。MES的实施能够有效提高企业生产效率和市场响应能力，提升企业市场竞争能力。

3.2 MES是大企业集团管控所属企业生产运营的一个有效抓手

MES系统反馈的不仅包括每台设备、每个工序和每个操作人员的数据，还包括加工过程中的状态数据，而且由于采用自动化数据采集技术，使状态数据可实时采集。采集的数据经过层层汇总并借助于集成展示，企业集团的管理层可及时获得各区域(板块)工厂的生产现场的实时状态和数据，并可根据需要直接参与企业特殊状态下的应急指挥和生产运营管控，提高反应的速度和决策的针对性、准确性。

3.3 MES在大企业集团应用有利于充实和加强企业信息化建设的内容和水平

目前，国内多数企业信息化建设还处于ERP系统的推广和优化阶段。虽然ERP能够很好地解决生产计划问题，但是在车间这一层次的控制却往往不够完善。例如，ERP的车间控制模块计划功能一般很弱，车间加工单和调度单的时间跨度(或计划期)一般比较长，通常为周。而且通常基本靠手工录入的方式采集主要工序现场信息，不仅效率低、易出错，且输入的数据基本上是前一个班或前一天的数据，信息滞后。与ERP相比，MES制定的计划比较详细。一般按车间层和单元层分级制定作业计划，并对车间的每一台设备或操作人员分派任务。MES调度单通常会细化到计划期内每个单元每台设备每天(或每班)的生产任务。同时，以分派工单的形式把第二天(或下一班)的生产任务分派到每一个操作人员(或设备)上，因而其数据的实时性更强。

MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁，是企业集团信息化建设实施管控一体化的重要环节。

3.4 MES在企业推广需要与企业综合管理水平和信息化水平相适应

克服了以往整体软件系统大，定制和维护成本高的弱点，近年MES技术已有了较大的发展。随着计算机技术的不断进步，开发更加模块化、更具灵活性的MES系统已成为现实，实施和维护MES的成本也有所降低。但作为企业信息化中的重要一环，仍然应该把MES的实施作为一个过程，而不是一个事件。

对于企业集团而言，要充分考虑所属企业生产工艺和信息化水平的差异性，做好细致的分析和精心的规划，按照所属企业的规模和生产工艺的复杂程度统一规划，先试点后推广，分步实施。由试点企业获取经验并逐步扩大实施范围。企业层面应对管理机制作适当的调整和改变，改善生产制造环境。可从选择试点企业旨在解决一两个生产瓶颈问题着手，逐步地扩大实施范围和试点范围，最终达到全面实施。