MES综述

制造执行系统（MES）综述
MES，计划落实到执行的利器
——制造执行系统（MES1）综述 前言
在市场经济条件下，从供需链的角度来看，制造企业的行为（生产什么、生产多少）必 然受到来自企业外部环境（竞争对手、上游供应商、下游经销商）及其企业内部环境（人、 财、物、信息）因素的制约或约束。ERP 能告诉企业“生产什么？，生产多少？什么时候 生产？” 但是，ERP 不能告诉企业“如何生产？，如何有效生产？”
一、MES 的产生
随着 MRP、ERP 等工具和管理理念在我国的逐步推广和深入，我国制造业企业的信息 化意识逐渐加强。随着企业信息化建设的不断深入，ERP、SCM、CRM、EIP、PDM 等林 林总总的信息化管理软件，逐渐为众多的管理者所接受，并开始广泛应用于企业管理中，企 业也因此取得了一定的管理效益。但是，目前我国 ERP 整体的应用效果并不理想，这是因 为还有一个重要的环节被忽略了：上述管理系统主要是对企业的管理数据进行处理和运算， 主要应用在计划、预测、分析等方面，对企业生产过程的主体——生产现场管理却没有涉及 到。 生产现场作为制造企业的物化中心， 它不仅是制造计划的具体执行者， 也是制造信息的 反馈者，更是大量制造实时信息的集散地，因此生产现场的资源管理、物流控制和信息集成 是企业生产系统中的重要一环， 生产现场的管理与控制系统的敏捷性在一定程度上决定着整 个企业的敏捷性。 然而，目前在多数企业中，从 ERP 中得出的生产计划与生产现场之间的信息传递，是 依赖“手工作业”的，即人工将生产现场的信息输入到上层系统中。因此，在计划层和生产现 场的过程控制层之间， 存在一个信息流通上的断层。 这就使得许多管理效益无形中打了折扣。
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Manufacturing Execution System，制造执行系统，也称为生产执行系统、制造执行管理系统等。 -1-

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图 1 很多企业出现的计划层与控制层断层
一个企业的良性运营是使“计划”与“生产”密切配合，在最短的时间内掌握生产现场 的变化， 是保证计划合理而快速修正的关键。 为此， 企业的计划层与生产控制层之间需要“直 通车”，使计划与生产现场可以实时互动，也就是要消除计划和执行之间的断层。 到底如何消除计划与现场控制之间的断层？ 美国的权威机构先进制造研究中心 AMR（Advanced Manufacturing Research）于 1992 年提出了三层的企业集成模型， 将企业分为三个层次： 计划层 （MRPII/ERP） 执行层 ， （MES） ， 控制层（Control） 。
计划层 （MRP II/ERP） 执行层（MES） 控制层（Control）
图 2 ARM 的三层企业集成模型
计划层强调企业的计划， 它以客户定单和市场需求为计划源， 充分利用企业内部的各种 资源，降低库存，提高企业效益； 控制层强调设备的控制，如 PLC、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械
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手等的控制。 而执行层是位于上层的计划管理系统与工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系 统。它为操作人员/管理人员提供计划的执行和跟踪以及所有资源的当前状况，主要负责生 产管理和调度执行。MES 通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工 厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、 生产调度等功能的方式。
二、MES 的定义
定义一（AMR 定义） 在 AMR 的 INTECHl994 年 5 月号上，对 MES 的概念表述如下： “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。 ” 因此，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，即所谓经营系统，对于 SCP、ERP、CRM、数据仓库等近年被关注的各种企业信息 系统来说，只要包含工厂这个对象，就离不了 MES。归结起来，MES 可以概括为一个宗旨 ——制造怎样执行，两个核心数据库——实时数据库、关系数据库，两个通信接口——与控 制层接口和与业务计划层接口，四个重点功能——生产管理、工艺管理、过程管理和质量管 理等。 定义二（MESA 定义） 国际制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，MESA）对 MES 的定义是“MES 能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进 行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数 据对进行相应的指导和处理。 ” 从定义中可以看出，MES 具有如下特征： 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。 MES 对企业生产计划进行“再计划”“指令”生产设备“协同”或“同步“动作，对产 ， 品生产过程进行及时的响应，使用当前确的数据对生产过程进行及时调整、更改或干预 等处理。
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MES 采用双向直接的通讯，在整个企业的产品供需链中，即向生产过程人员传达企业 的期望（计划） ，又向有关的部门提供产品制造过程状态的信息反馈。MES 采集从接受 订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在于优化管理活动。它强调是 当前视角，即精确的实时数据。 MES 是围绕企业生产这一为企业直接带来效益的价值增值过程进行的，MES 强调控制 和协调。
三、MES 与计划层和控制层之间的关系
在企业集成环境中，MES 和上下层系统之间的数据流如下：
MES数据流图
做了什么 MRP II/ERP 时间因子＝100X 做什么 MES
做了什么/操作状态 Controls 怎么做 时间因子＝1X 输入输出 测量值 设备 设备操作 和控制
时间因子＝10X 做了什么/ 人员反馈 人员 人员指令/ 如何做
图 3 集成环境下企业中的 MES 数据图 在制定计划时，ERP 使用天、周、月和年的时标（这是一个 100x 时间系数） ，根据市 场预测、客户订单及其相关的其它因素形成企业的主排程计划，其中，包括产品的生产计划 和与之相关的原料采购计划等内容。ERP 形成计划后，在适当的时候向执行层的 MES 系统 发送具体的生产计划，即向 MES 发出“做什么”的指示。 根据 ERP 制订的生产计划，MES 根据已定义的产品实现细节形成生产指令，为控制层 提供“如何做”的指示。同时，将生产过程的结果信息反馈给 ERP 系统。此时，MES 使用 时标较短（一般为天、班、小时分钟或秒） ，并且，其时标与控制层的也不一致，时间系数 为 10x。
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在此模式中，控制层是实时工作的，它的时标为 1x，一般少于 1 秒，这意味着，控制 层将对生产工艺进行实时的控制和调整，来实现物料、设备、人员和信息的“协同” ，进而 获得理想的产量和质量。
图 4 MRPII/ERP 到 MES 的可能数据流
图 5 MES 到控制层的可能数据流
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从以上过程中可以看出，MES 强调企业在整个产品生产过程中的生产信息“共享”和 生产行为的“协同” ，并借此实现生产过程的优化。因此： MES 需要具备与计划层和控制层保持双向通信能力，从上层系统接受生产计划，经过 分解处理后，向下层系统发出生产指令； 从下层系统接收生产过程现场的实时数据， 对实时事件、 实时数据进行及时的加工和处 理，并向上层系统反馈生产计划的处理结果。 从本质上来讲，MES 不同于以派工单形式为主的生产管理，不同于以辅助物料流为特 征的传统的车间控制系统，也不同于偏重作业与设备调度为主的单元控制器。 MES 更多地被认为是一种新型的生产运作和管理模式，是将制造系统中的生产计划、 进度安排、物料流动、物料跟踪、过程控制、过程监视、质量管理、设备维护和信息管 理等进行一体化集成，以最终实现制造自动化的制造平台优化策略。
四、MES 的发展历史
计算机辅助生产管理系统的演化历史如下图所示，MES 作为生产形态变革的产物，其 起源来自工厂的内部需求。
制造执行系统 MES 特定解决方案 Focused Solutions
可集成MES I-MES 新一代的解决方案 最优结果 同步
财会系统 Accounting
物料需求计划 MRP
制造资源计划 MRP II
企业资源计划 ERP
模块化 面向对象 可伸缩 面向产业
预测 Forecasting 分销资源计划 DRP 供应链管理 SCM
基于战略
1960
1970
1980
1990
未来
图 6 计算机辅助生产管理系统的演化历史 上个世纪八十年代，MRPII 在美国生产与库存管理协会（APICS）大力宣传和组织推动 下得到了迅速的普及和广泛应用。推广过程中，MRP II 也暴露出一些不足之处，如 MRP II 对预测需求和销售管理不够重视，对车间的大量实时事件与数据不能很好地利用等等。
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许多企业认识到，需要其它系统来解决 MRPII 在这些方面管理薄弱的问题。于是，为 了满足销售、预测的需求，产生了分销资源计划 DPR（Distribution Resource Planning） 。同 样，为了强化车间的执行功能，制造执行系统（MES）也就应运而生。 传统的 MES（Traditional MES，T-MES）大致可分为两大类： 1）专用 MES 系统（Point MES） 。 它主要是针对某个特定领域的问题而开发的系统，如车间维护、生产监控、有限能力调 度或是 SCADA 等。 2）集成 MES 系统（Integrated MES） 。 该类系统起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的，目前已拓展到许多领域，如 航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，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。 虽然专用 MES 能够为某一特定环境提供最好的性能， 却常常难以与其它应用系统集成。 专用的 MES 整个系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。集 成的 MES，比专用 MES 迈进了一大步，具有很多优点：如单一的逻辑数据库、系统内部具 有良好的集成性、统一的数据模型等等。 AMR 研究小组在分析信息技术的发展和 MES 应用前景的基础上，提出了可集成 MES （Integratable MES，I-MES）这一概念。它将模块化和组件技术应用到 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，I-MES 具有专用 MES 系统的特点，即 I-MES 中的部分功能可以作为 可重用组件单独销售。同时，它又具有集成 MES 的特点，即能实现上下两层之间的集成。 此外，I-MES 还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之 间的集成和原有系统的保护以及即插即用（P&P）等功能。 到 90 年代，MES 发展为 I-MES（集成 MES）和 MES-Ⅱ（Manufacturing Execution Solutions） 。这样 MES 则作为整个工厂生产现场的集成系统出现，故又称为 Integrated MES （E-MES） 。主要功能为工厂管理（资源管理、调度管理、维护管理） 、工厂工艺设计（文档 管理、标准管理、过程优化） 、过程管理（回路监督控制、数据采集）和质量管理（SQC统计质量管理、LIMS-实验室信息管理系统） 。在这个模型指导下，MES 在 90 年代初期的重 点是生产现场信息的整合。对于离散工业（discrete manufacturing）和流程工业（process manufacturing）来说，MES 有许多差异。就离散 MES 而言，由于其多品种、小批量、混合 生产模式，如果只是依靠人工提高效率是有限的。而 MES 则担当了整合、支持现场工人的
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技能和智慧，充分发挥制造资源效率的功能。 90 年代中期，又提出了 MES 标准化和功能组件化、模块化的思路。这时，许多 MES 软件实现了组件化， 也方便了集成和整合， 这样用户根据需要就可以灵活快速地构建自己的 MES。 从 1997 年开始的国际仪表学会（ISA）启动的编制 ISASP95 企业控制系统集成标准和 ISA SP98 批量控制标准的工作尤为重要，2000 年发布了 SP95.01 模型与术语标准，2001 年 发布了 SP95.02 对象模型属性标准，2002 年发布了 SP95.03 制造信息活动模型（Activity Models） 标准， 2003 年发布了 SP95.04 制造操作对象模型标准。 其中 SP95.01 已经被 IEC/ISO 接受为国际标准。SP95.01 规定了生产过程涉及的所有资源信息及其数据结构和表达信息关 联的方法。SP95.02 对第 1 部分定义的内容作了详细规定和解释，SP95.03 提出了管理层与 制造层间信息交换的协议和格式。
图 7 ISA-95.00.03 MES 制造作业模型
2004 年，全球批量控制论坛（WBF: World Batch forum）发布了基于 XML 技术的制造 标记语言(B2MML)第二版。该标记语言旨在通过使用现有的软件行业标准，并在满足实时 绩效管理（RPM: real-time performance）的前提下，显著地降低企业应用系统和生产系统集
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成的成本。 在过去的两年里， 基于 B2MML 技术的成果十分显著。 基于 B2MML 技术的 MES 产品借助 XML 的灵活性、扩展性，能够使 MES 与 ERP 等其它商用系统的集成成本更低、 更迅速。
五、MES 的组成
MES 系统是多种生产过程控制和管理功能的软件集合，MESA（MES 国际联合会）通 过对其成员的大量实践进行了总结，归纳了十个主要的功能模块，如下图所示：
CRM 客户关系管理
工序详细调 度
资源分配与 状态管理
ERP 资源规划管理
文档管理 生产单元分 配 产品跟踪和 产品清单管 理 人力资源管 理
SCM 供应链管理
CMC/PDM 协同制造商务 产品数据管理
过程管理
维护管理 性能分析
DRP 分销资源管理
质量管理
数据采集
AUTOMATION 自动化
图 8 MES 的组成及其与其它系统的关系
工序详细调度：通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能; 资源分配和状态管理：指导劳动者、机器、工具和物料如何协调地进行生产，并跟踪其 现在的工作状态和刚刚完工情况; 生产单元分配： 通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操 作; 文档控制：管理和分发与产品、工艺规程、设计或工作令有关的信息，同时也收集与工 作和环境有关的标准信息; 产品跟踪和产品清单管理：通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品 的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性; 性能分析： 将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的
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要求进行比较，其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高; 人力资源管理： 提供按分钟级更新的员工状态信息数据(工时， 出勤等)， 基于人员资历、 工作模式、业务需求的变化来指导人员的工作; 维护管理： 通过活动监控和指导， 保证机器和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执 行目标; 过程管理：基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程(这一功能实际上也可 由生产单元分配和质量管理来实现); 质量管理：根据工程目标来实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的质量，以保证产品 的质量控制和确定生产中需要注意的问题; 数据采集： 监视、 收集和组织来自人员、 机器和底层控制操作数据以及工序和物料信息， 这些数据可由车间手工录入或由各种自动方式获取。
六、MES 的效益
MES 是通过对企业生产组织和管理的实践进行总结后发展起来的应用系统，因此，从 本质上讲，它并不是什么高深的理论，带有很强的可操作性。
供应链管理
运行操作系统
人 员 /文 件
经 验 /实 践
控制 数据 采集
ERP
销 售 /服 务 管 理
产 品 /过 程 工程
实 施 M ES之 前
PLC 软逻辑
电机 驱动
手动 控制
D SC/ OCS
自 动 化 /仪 表 /设 备
供应链管理
ERP
销 售 /服 务 管 理
M ES 集成生产数据 有人员干预（包括实践经 验）的操作运行管理系统
产 品 /过 程 工程
实 施 M ES之 后
PLC 软逻辑
电机 驱动
控制 数据 采集
手动 控制
DSC/ OCS
自 动 化 /仪 表 /设 备
图 9 采用 MES 取代人工决策的工厂信息系统
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实践的经验证明，MES 对企业生产制造平台的优化确有许多明显帮助和指导作用。主 要表现在： 由于 MES 对过程实时事件具有比 ERP 更高的响应能力，并具有对过程的实时状况向 ERP 报告的功能，使用其中的工序详细调度功能，通过相应的作业排序或作业调度程序 来优化作业计划，MES 能帮助 ERP 将企业的实际生产作业计划制定得更细致、定义得 更精确，同时也更具有更高的可操作性，可以极大地提高生产过程的作业效率和作业性 能。 由于 MES 反映了作业人员、机器、设备、物料和工具等资源的使用状态的实时信息， 并就刚刚完工的作业活动向 ERP 和有关人员报告。 因此， 使用其中的资源状态管理功能， MES 除能及时提供更详实的资源可用量信息，以便于向 ERP 进行更可行的资源计划， 同时，也使有关人员不仅可及时了解到作业效率，资源效率等实际状况，还可以对作业 中隐藏的问题，运作效率改善等进行及时的处理和更正。 通过生产单元分配功能的使用， MES 能将生产产品的原物料连同作业指令一起送达相应 的加工单元，以指令开始一个工序或工步的操作，极大地提高了生产流程的协同性，减 少了“工作中心”的带料时间，提高了“工作中心”的利用效率。 通过文档管理和标准控制功能的使用， MES 能将产品的加工所需的产品数据、 产品标准、 工艺规程或相关信息连同作业指令一起送达相应的加工单元，并对活动的过程、结果和 环境等进行符合规定要求的信息收集和记录。这不仅改善了流程的协同性，改善了产品 标准、产品数据、工艺规程等控制的有效程度，也改善了产品生产过程中文档管理符合 规定要求的程度。 通过产品跟踪和清单管理功能的使用， MES 能监视工件在任意时刻的位置和状态， 收集 和记录产品或组件加工工序、加工结果的数据，形成每个组件或产品可追溯性记录，以 便在必要时，企业向客户证实产品的质量、追溯问题的根源或评估问题的严重程度等。 通过性能分析功能的使用， MES 能将在产品制造过程中实际测定的结果与过去历史记 录、企业的目标或客户的要求进行相关的比较，在线显示或者输出相应的报告，辅助管 理者进行对产品性能、过程运作进行改进和提高。 通过作业人员管理功能的使用， MES 能及时提供作业人员的状态和相关的信息 （工时， 出勤等） ，并基于人员资历，工作模式，业务需求等相关信息，辅助管理者对作业人员 进行有效的安排。这不仅有助理与作业人员的有效安排，同时，这项功能的重大意义在
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于，在 MES 的平台上，实现了人员、物料、设备、信息和工具在生产作业计划中的“集 成”，这充分保证和改善了生产作业流程的协同性。 通过设备维护管理功能的使用， 通过对状态的监控和数据的收集， MES 不仅能及时提出 设备维护的指导性意见，同时，还能辅助有关人员对设备进行有效管理和维护的各项工 作，保证企业机器设备和相关资产的正常运转或运作。
表 1 美国 MESA 协会在 1996 年所做的调查统计数据
改善项目 缩短制造周期时间 降低或消除资料进入的时间 减少在制品（WIP） 降低或排除转换间的文书工作 改善产品质量 排除书面作业和蓝图作业的浪费
统计数据 平均降低：35% 降低的幅度：10-80% 平均降低：36% 降低的幅度：0-90% 近乎一半的报告中，反应有 50%以上的降低 平均降低：32% 平均降低：67% 平均降低：22% 降低的幅度：0-100% 降低的幅度： 0-200% 降低的幅度： 0-65%
平均降低：55% 降低的幅度： 0-100% 在 62%的回应里，有 75%以上有减少
七、MES 在我国的发展
虽然 MES 的发展历史比 MRPII、CAD、CAM 都要短，但它能有效地实现“以时间为 关键”的制造思想，因而在发达国家推广非常迅速，并给工厂带来了巨大的经济效益。MES 的出现以及普及，对国外的管理界也产生了深远的影响。 近十多年来，我国通过 863 CIMS 项目应用的研究和推广，大大提高了企业的竞争力， 使我国的制造业水平上了一个崭新的台阶。 但是， 我国制造业水平与发达国家相比还有较大 的差距。 在工厂自动化 FA（Factory Automation）方面，我国的制造业企业过去多是强调物流自 动化，如自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流运输存储设备等等。虽然它们能取 代不少人工劳动并解决了一些生产瓶颈， 但由于缺少相应的信息集成系统， 这些系统不能充 分发挥其功效而形成所谓的“自动化孤岛” 。 制造业水平的提高， 不单是采用设备自动化， 提高生产管理信息系统的效率显得更为重 要。在我国，MRPII、ERP 已逐渐趋于成熟与普及，而面向制造执行层的 MES 软件在开发 与应用方面还比较薄弱。 随着企业信息化应用水平的不断提高， 企业逐渐认识到实现企业计划层与车间执行层的
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双向信息流交互， 通过连续信息流来实现企业信息全集成， 是提高企业敏捷性的一个重要因 素。 因此，通过 MES 来实现企业信息的全集成，形成实时化的 ERP、MES、SFC 是提高企 业整体管理水平的关键，这对企业制造业整体水平的提升具有重要意义。 “十五”期间，国家 863 项目研究，将 MES 作为重点研究课题，流程工业领域 MES 成为技术研究的突破口。 流程工业最突出的特点是，生产线自动化程度高，制造过程的信息已经取得，具备了信 息数据基础，MES 的重要性充分显现出来，企业对 MES 产生了迫切需求，流程工业 MES 实施条件基本成熟。由此，在 2001 年，国家 863/CIMS 主题将流程工业中，钢铁、石化行 业的 MES 技术和应用的研究作为重点项目立项，下达了首批研究课题，最终目标是获得 MES 技术研究成果、形成系统、实现产品的工程应用。 2005 年，由上海宝信软件公司联合清华大学、浙江大学、上海交大、东北大学、大连 理工、冶金自动化院等六家研究院校共同承担的国家 863 计划“冶金工业 MES 架构和关键 技术研究与示范应用” 课题攻克了冶金企业实际生产中的动态优化调度技术、网络环境下 物流管理与控制技术、 面向决策和操作的全面质量管理技术、 生产全过程的动态成本控制技 术、设备故障监测与评价分析技术、数据分析与挖掘技术、冶金过程流程模拟技术、结构化 MES 软件产品的设计、开发与系统集成等重大关键技术，提出了符合我国国情并具有国际 先进水平的钢铁制造业 MES 控制策略与产品构架，制定出了行业推荐标准《企业信息化技 术规范 制造执行系统（MES）。基于该标准，开发完成了我国首套“冶金工业 MES 软件” 》 产品，填补了国内流程工业 MES 领域内的一项空白，并在国内市场上与外国最先进的 MES 软件供应商的竞争中，以技术、价格等综合优势取得了绝对的胜利。在上海一钢公司、上海 益昌薄板公司、马钢、涟钢、邯郸钢铁、包头钢铁、吉林通钢及梅山公司等等也都得到了成 功的应用。此外，除了在这些钢铁行业以外，宝信的 MES 现已延伸到了金属和铝等其他行 业。 而石化行业的排头兵中石化 2004 年开发出了具有自主知识产权、符合我们中国石化企 业特色的中国石化 MES 系统，称为 S－MESV1.0 版，已经通过了 863 专家组评审通过，现 在已经在发挥作用。 目前，我国 MES 开发的产品主要是软件供应商、企业自主开发、企业与科研院所共同 开发几种主要的研究开发途径。其中软件供应商有大致可以分为六个方面：
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表 2 国内 MES 产品来源分类
MES 产品发源
MES 产品
代表公司 西门子、GE Fanuc、罗 克韦尔、Wonderware 、 honeywell、PSI-BT（与 SAP 捆绑） 和利时、 、 浙 大工控等 惠普、IBM 天剑等 台湾资通、羽冠等 上海宝信、石化盈科、 华铁海兴、长沙爱特等 UGS 等 APRISO、 灵蛙、 比邻等
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自动化领域厂商
在自动控制基础上发展起来的
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信息化综合厂商 ERP 厂商 台湾电子行业信息化厂 商 国内流程行业 PLM 厂商 自动识别、质量管理、 组态系统、测控等不同 领域的厂商
大而全的发展，没有放过 MES 从 ERP 延伸发展出来的 台湾电子行业 MES 系统在大陆的 推广 研究和实施 MES 中发展起来的 从 PLM 延伸发展出来的 向 MES 领域进行渗透的
在 MES 产品的发展过程中，行业的需求对于国产 MES 有着很大的促进作用。譬如， 在对 MES 需求最迫切的钢铁和石化行业，催生了国产 MES 系统做得比较理想的宝信和石 化盈科公司。 近几年我国 MES 的研究和产业都有了比较大的发展，但是，国内 MES 的研究开发和 技术应用仍然与国外有相当大差距，主要表现在以下两个方面： MES 中很主要的内容是生产过程管理，其中必然要涉及生产计划，包括产品的质量计 划、消耗计划、成本计划等等，这些计划最终通过调度指令、生产活动。过程优化问题 是我国 MES 研究中的弱项。 MES 的智能化，也是我国 MES 研究开发与国外有差距的一个方面。过去，生产过程管 理，凭借管理人员和操作人员的经验，我国 MES 系统仅仅提供了一个替代经验管理方 式的操作系统平台，但是，如何将生产管理者的经验固化在 MES 系统中，在我国 MES 研究开发中还没有涉及。MES 智能化是未来我国 MES 实现跨越发展的主要方向。
八、MES 的发展趋势
MES 作为生产形态变革的产物，其起源大多源自工厂的内部需求，传统的 MES （Traditional MES，T-MES）就是从 70 年代的零星车间级应用发展起来的，在积累了相当 的经验后，逐渐形成了一些从事 MES 开发的专业公司，并且其系统也开发出了相当成熟的
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标准。通常他们都是针对特定的生产类型，或特定的功能需求而开发出较为标准化的 MES， 并拥有了一定的市场份额。总的来说 T-MES 可大致分为两大类：专用的 MES 系统（Point MES） 和集成的 MES 系统（Integrated MES） 。专用的 MES 是指为解决某个特定领域问题， 如车间维护、生产调度或 SCADA 而开发的单独应用系统。集成的 MES 则是针对一特定行 业如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业而设计，具有一定的通用性。并且逐步加强了 与上层事务处理和下层实时控制系统的集成能力。 由于工厂可能会从不同的软件供应商购买适合自己的 MES 模块， 或将现有系统 （legacy system） 集成为 MES 功能的一部分， 其结果导致许多工厂的 MES 系统实际上是一个大杂烩。 每个系统都有各自的处理逻辑，数据库，数据模型和通信机制。又因为 MES 应用常常是要 满足关键任务的系统，系统就很难随技术的更新而进行升级。为了实现与外部系统的集成， 往往采用 API 技术，OLAP 技术和相应的通信机制，这些技术在某种意义上说，也是 MES 功能的核心部分。其中，外部应用系统的调用和插入使用 API 的方式，而应用 EDI 技术和 外部环境进行数据交换。当前 MES 的技术模型如下图。
图 10 当前 MES 技术模型
虽然专用的 MES 能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它应用集成， 集成的 MES 比专用的 MES 迈进了一大步，具有一些优点如：单一的逻辑数据库，系统内 部具有良好的集成性，统一的数据模型等等。但其整个系统重构性能弱，很难随业务过程的 变化而进行功能配置和动态改变。 为了解决 T-MES 的不足， 可集成 MES （Integratable MES， I-MES）逐渐成为人们研究的热点。
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可集成 MES 通过将面向对象技术，消息机制和组件技术应用到系统开发中，充分结合 两类 T-MES 的优点而发展起来的。通过采用高效的基础框架既大大增强了系统的集成性和 适应性，又能满足关键事物的处理。NIIIP/SMART 协会为整个 MES 应用领域提出的一个分 布式对象和信息交换模型（如下图）代表了发展中 MES 的技术模型。
图 11 发展中 MES 技术模型
从模型中可看出， 在面向对象的应用中， 每个对象都使用自身具有的功能和方法来操作 数据，分别完成系统的各种功能。而其它功能如：工作流管理，产品数据管理，知识管理等 都从功能逻辑中分离出来。通过对象请求代理（ORB） （如 CORBA，COM/DCOM）可使不 同软件商的对象相互交换信息和进行互操作。NIIIP/SMART 所描述的 MES 技术模型非常适 合未来 MES 的商业应用特征，一个分布式对象框架可以让各种数据和功能逻辑在使用时变 得更加紧密。而且，通过使用小巧简练的对象，可使系统模型在不破坏相互关系的情况下方 便地进行客户化定义。这些特征使实施的 MES 费用较低同时又具有良好的适应性和柔性。 随着计算机技术的发展，越来越多的 MES、ERP、控制系统、产品数据管理、供应链管理 和客户关系管理都是以对象的方式来编写代码的。只要它们遵守统一的 ORB，不管它们哪 个开发商提供，都可以进行无缝地集成。现有的应用系统（Legacy System）只要按正确的 方法进行封装也同样能实现系统的即插即用。通过引入智能代理（Agent）可以有效地实现 分布式 MES 的协同工作，满足虚拟企业中 MES 应用的要求。从而实现敏捷制造模式对信 息系统的要求，既系统的可重构，可重用和可扩展（3R）特性。 显然建立制造信息系统的体系结构是最重要， 也是最基础的事情。 体系结构的好坏直接 关系到整个系统的敏捷性能。目前比较有影响的有基于 CORBA 的 NIIIP-SMART 体系结构
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制造执行系统（MES）综述
和基于 COM/DCOM 的面向制造业的 Windows DNA。两者各有优势，前者在跨平台及实时 任务处理上具有优势，后者则有着广泛的应用基础。无论采用哪种体系结构，MES 都需要 解决以下关键问题： 设计面向对象的 MES 模型以支持应用集成。 设计分布式 MES 对象网络以支持实时活动。 设计 MES 工作流模型以支持各种控制策略，加强过程管理。 设计基于知识的规则以支持管理基于 MES 的产品。 集成 CORBA/STEP 以实现与 PDM 的无缝集成。 设计 MES 智能代理以支持虚拟企业中 MES 应用。 信息技术的发展和制造企业的竞争需求将带动 MES 应用技术的不断进步。从以上分析 可 将 MES 总 的 发 展 趋 势 归 纳 为 以 下 几 点 ： 可 集 成 性 （ Integratability ） 可 配 置 性 、 （Configurability） 可适应性 、 （Adaptability） 可扩展性 、 （Extensibility） 和可靠性 （Reliability） 。
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MES系统框架及功能简介

《智能制造之MES系统》 系统框架及主要业务流程概述一． 生产系统作为装备制造企业的重要环节，直接影响着产品的交货期、质量、成本。加强生产系统的管理与控制是企业提高竞争力的有效途径。生产系统的管理与控制涉及到生产过程的计划和执行，过程一旦发生变化，要求系统能够做到及时协调与实时控制从而使生产过程稳定运行。该系统主要目的是解决下达生产计划后的执行力，生产过程的控制，包括生产作业计划的产生、以车间为核心的生产作业控制、在制品控制、生产进度监控及预警、生产执行过程的动态监控并根据监控信息进行实时调整、生产过程成本转移、生产过程质量信息统从而最大限,计与分析、生产进度及成本的多角度监控与统计分析。解决材料使用的控制度 的控制成本。项目目标二．本项目以复杂装备制造产品为典型生产模式，实现生产执行过程的计划与实时控制。项目内容包括：技术数据管理、工艺设计与规划，生产系统的计划、执行、监控预警、高级排程与实时调度、生产过程的质量体系与控制，生产系统中的实时物流控制与实时成本生产过程的质量体系管理与追溯系统、下料车间,转移分析与控制，质量监控与统计分析的下料管理与材料利用率控制、快速报价与工期估计、工程与发货管理。与公司正在使用和财务系统接口，建立以生产过程执行控制为核心的综合信息化系统。的PDM 本项目针对装备制造产品的情况，对生产制造过程进行信息化管理，达到优化生产计划与生产执行过程，为生产系统的准确运行与及时生产提供有利的保证。项目最终目标是通过项目的实施，使生产执行各个系统在统一共享和集中的网络平台上运行，最大限度的提高生产计划与管理的效率和准确性，使生产进度、质量、成本处于控制之中。强化工艺规划在生产过程特别在质量控制与进一步规范技术数据,,本项目通过实施成本控制的先期策划的作用，企业各部门可以通过系统随时了解生产执行情况、工序执行情况、质量情况、成本情况，特别是项目负责人可以随时了解项目的执行进度；技术与生产结合形成完整的产品设计与生产制造系统，可以随时查看产品的生产进度情况，从而获得第一手资料。生产计划以及各执行部门自动从技术部门产生的数据中获得执行信息。． 三．系统结构及主要功能简介 Figure 1 系统结构图MES智能制造1 图 由上图可见，本系统总体上可心分为技术保障、生产管理和系统管理三个大模块，其中系统管理模块的为系统的基础设置，是系统正常运行的前提；技术保障模块的主要功能是技术数据的准备，包括产品设计、工艺和编码，是生产管理部分的技术支撑及依据；生产管理为本系统最大的模块，涉及整个生产过程。下面介绍一下各功能模块的具体功能。 1.系统管理

MES系统基础知识

一、MES系统的定义 MES（英文Manufacturing Execution System的缩写）即生产执行系统，是主要面向离散制造企业（如机械制造、电子电器、航空制造、汽车制造等行业）和流程生产行业（如化工、制药、石油化工、电力、钢铁制造、能源、水泥等）的生产模式、管理模式的软件系统。MES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。 当工厂发生实时事件时，MES系统能对此及时作出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES系统能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。 二、MES系统产生的原因 MES系统的概念在上世纪80年代就已经出现了，90年代初，AMR组织提出了完整的MES模型。二十多年来，MES系统在北欧、西欧和日本的企业已经得到广泛的使用，配合精益生产、丰田管理模式等思想，在提升企业制造水平、生产效率等方面发挥了巨大作用。 而MES系统在中国广泛应用主要由于： 1、国家政策影响，深化落实“节能经济”模式的发展需要。从“制造大国”向“制造强国”转变的必经之路； 2、行业市场竞争需求，客户无法及时了解到订单情况，无法适应“小批量多品种”的生产模式，且生产成本居高不下； 3、企业信息化的需求，MES系统是介于ERP（企业资源计划系统）和自控系统（DCS、PLC等）之间的系统，是管控一体化的桥梁，对于已经实现ERP 系统的企业来说，缺少MES系统就相当于在在企业级管理系统和车间级设备控制层之间，即计划与过程控制间形成了“断层”，生产计划缺乏时效性，无法在第一时间收集企业生产的第一手信息； 4、生产制造环节提高生产效率的必要手段，实现产品质量实现动态跟踪，物料供求平衡的主要工具。 三、MES系统的功能模块及主要特点 MES系统包含2个通信接口--与控制层接口和与业务计划层接口，4个重点

MES基本知识介绍

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系统设臵了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。 MES MES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臵的执行层叫做MES，MES 处于企业计划系统（ERP/SCM）和过程控制系统（PCS）的中间位臵。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，是应用于各种制造业的重要信息系统。

MES系统

MES(Manufacturing Execution System)即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES 可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。MES分类 编辑 传统的MES(Traditional MES，T-MES)大致可分为两大类： 1）专用的MES (Point MES)。它主要是针对某个特定的领域问题而开发的系统，如车间维护、生产监控、有限能力调度或是SCADA等； 2）集成的MES(Integrated MES)。该类系统起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的，如今已拓展到许多领域，如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，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。 虽然专用的MES能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它应用集成。集成的MES比专用的MES迈进了一大步，具有一些优点，如单一的逻辑数据库、系统内部具有良好的集成性、统一的数据模型等等，但其整个系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。 功能 1．详细工序作业计划； 2．生产调度； 3．车间文档管理； 4．数据采集； 5．人力资源管理； 6、质量管理； 7．工艺过程管理； 8．设备维修管理； 9．产品跟踪； 10．业绩分析。 MES常见功能 编辑 现场管理细度：由按天变为按分钟/秒 现场数据采集：由人手录入变为扫描、快速准确采集 电子看板管理：由人工统计发布变为自动采集、自动发布 仓库物料存放：模糊、杂散变为透明、规整 生产任务分配：人工变为自动分配、产能平衡 仓库管理：人工、数据滞后变为系统指导、及时、准确 责任追溯：困难、模糊变为清晰、正确

MES系统框架及功能简介

《智能制造之MES系统》系统框架及主要业务流程

一．概述 生产系统作为装备制造企业的重要环节，直接影响着产品的交货期、质量、成本。加强生产系统的管理与控制是企业提高竞争力的有效途径。生产系统的管理与控制涉及到生产过程的计划和执行，过程一旦发生变化，要求系统能够做到及时协调与实时控制从而使生产过程稳定运行。 该系统主要目的是解决下达生产计划后的执行力，生产过程的控制，包括生产作业计划的产生、以车间为核心的生产作业控制、在制品控制、生产进度监控及预警、生产执行过程的动态监控并根据监控信息进行实时调整、生产过程成本转移、生产过程质量信息统计与分析、生产进度及成本的多角度监控与统计分析。解决材料使用的控制,从而最大限度的控制成本。 二．项目目标 本项目以复杂装备制造产品为典型生产模式，实现生产执行过程的计划与实时控制。项目内容包括：技术数据管理、工艺设计与规划，生产系统的计划、执行、监控预警、高级排程与实时调度、生产过程的质量体系与控制，生产系统中的实时物流控制与实时成本转移分析与控制，质量监控与统计分析,生产过程的质量体系管理与追溯系统、下料车间的下料管理与材料利用率控制、快速报价与工期估计、工程与发货管理。与公司正在使用的PDM和财务系统接口，建立以生产过程执行控制为核心的综合信息化系统。 本项目针对装备制造产品的情况，对生产制造过程进行信息化管理，达到优化生产计划与生产执行过程，为生产系统的准确运行与及时生产提供有利的保证。项目最终目标是通过项目的实施，使生产执行各个系统在统一共享和集中的网络平台上运行，最大限度的提高生产计划与管理的效率和准确性，使生产进度、质量、成本处于控制之中。 本项目通过实施,进一步规范技术数据,强化工艺规划在生产过程特别在质量控制与成本控制的先期策划的作用，企业各部门可以通过系统随时了解生产执行情况、工序执行情况、质量情况、成本情况，特别是项目负责人可以随时了解项目的执行进度；技术与生产结合形成完整的产品设计与生产制造系统，可以随时查看产品的生产进度情况，从而获得第一手资料。生产计划以及各执行部门自动从技术部门产生的数据中获得执行信息。

MES基础知识概述

MES基础知识概述 turingMES的研发是主要是建立在美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)发布的MES管理模型理论基础之上的，为了能更好的掌握turingMES ，该文档将相关的MES基本知识作一概述。 MES即制造执行系统，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。 一、MES概述 MES是在上世纪90年代由美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）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（如图六所示），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/SCM）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。