1 引 言
本系統(tǒng)是以生產(chǎn)優(yōu)化運(yùn)行為核心，主要解決生產(chǎn)計(jì)劃的一體化編制和處理、生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度、生產(chǎn)成本在線預(yù)測(cè)和優(yōu)化控制、生產(chǎn)流程的質(zhì)量設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)跟蹤、設(shè)備狀態(tài)的安全監(jiān)視和維護(hù)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中承上啟下的關(guān)鍵作用，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全過(guò)程高效協(xié)調(diào)的控制與管理。
2 制造執(zhí)行系統(tǒng)
2.1 制造執(zhí)行系統(tǒng)定義
制造執(zhí)行系統(tǒng)即MES（Manufacturing Execution System）, 美國(guó)AMR研究公司對(duì)MES的定義：MES是一個(gè)常駐工廠層的信息系統(tǒng)，介于企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的計(jì)劃系統(tǒng)與主生產(chǎn)過(guò)程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。它以當(dāng)前視角向操作人員/管理人員提供生產(chǎn)過(guò)程的全部資源（人員、設(shè)備、材料、工具和客戶要求等）的數(shù)據(jù)和信息。其著重點(diǎn)是將信息技術(shù)運(yùn)用于改善制造過(guò)程。在MES集成企業(yè)模型中分為三層（圖1）：承擔(dān)企業(yè)全面管理，包括會(huì)計(jì)/財(cái)務(wù)系統(tǒng)的管理決策層ERP；承擔(dān)工廠級(jí)協(xié)調(diào)/跟蹤并監(jiān)控趨勢(shì)的執(zhí)行層MES；承擔(dān)工廠生產(chǎn)控制的控制層。
圖1 AMR的三層企業(yè)集成模式
MES是處在控制層和計(jì)劃層中間的執(zhí)行層，它在計(jì)劃層的控制下，從底層控制系統(tǒng)采集與生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行短期生產(chǎn)作業(yè)的計(jì)劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化等工作。由上可知，關(guān)于MES的定義更進(jìn)一步的表述：
MES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁。
MES采集從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過(guò)程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，目的在于優(yōu)化管理活動(dòng)。它強(qiáng)調(diào)是當(dāng)前視角，即精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
制造執(zhí)行系統(tǒng)既是一個(gè)加工單元，又是一個(gè)信息單元。所以可以與制造執(zhí)行系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)的信息預(yù)發(fā)布，可以使各個(gè)系統(tǒng)之間提前獲取有用信息，從而縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。
2.2 MES的功能模型
MES在工廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中起著中間層的作用，因而，它在ERP產(chǎn)生的長(zhǎng)期計(jì)劃的指導(dǎo)下，根據(jù)低層控制系統(tǒng)中采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行短期生產(chǎn)作業(yè)的計(jì)劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化等工作。具體包括以下一些功能：作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度、過(guò)程管理、人力資源管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品譜系管理、資源分配和狀態(tài)管理、工序詳細(xì)調(diào)度、生產(chǎn)單元分配、性能分析和數(shù)據(jù)采集等功能模塊。如圖2。
圖2 MES的功能模型
MES不僅可以解決上述所提供的功能，尚可實(shí)現(xiàn)以下功能：
（1）全線總覽實(shí)時(shí)監(jiān)控各機(jī)器設(shè)備之狀態(tài)；自動(dòng)警示停線、怠工或進(jìn)度落后之機(jī)臺(tái)；自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通訊狀況；實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)線目前的加工制令，件號(hào)、產(chǎn)出量、不良數(shù)及狀態(tài)。
（2）設(shè)備整合透過(guò)連線作業(yè)，有效整合各機(jī)臺(tái)的加工程序，并利用計(jì)算機(jī)扮演程序傳送的關(guān)鍵性角色；以download（計(jì)算機(jī)——生產(chǎn)設(shè)備）與upload（生產(chǎn)設(shè)備——計(jì)算機(jī)）各加工程序來(lái)提高設(shè)備使用效率。
（3）設(shè)備活動(dòng)狀況機(jī)器設(shè)備的使用監(jiān)控；機(jī)器設(shè)備的變動(dòng)履歷查詢；機(jī)器設(shè)備的使用效率分析。
（4）作業(yè)計(jì)劃管理由作業(yè)計(jì)劃管理系統(tǒng)下載（或人工直接輸入）當(dāng)日的預(yù)定生產(chǎn)計(jì)劃；可實(shí)時(shí)查詢各工單之投入時(shí)間，完工時(shí)間；異常工單查詢（進(jìn)度落后，應(yīng)投入未投入；應(yīng)完工未完工，工程變更，插單等）。
（5）進(jìn)度掌握實(shí)時(shí)掌握工單實(shí)際進(jìn)度并與預(yù)訂進(jìn)度做差異性的比較；各制造單位目前待加工與加工中的制品；各制品目前的加工進(jìn)度。
（6）異常管理記錄線上所有異常狀況，諸如：異常現(xiàn)象、異常原因、發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、處置方法及結(jié)果。
3 引進(jìn)MES的目的
MES是從產(chǎn)品的訂貨到產(chǎn)品的完成所有生產(chǎn)活動(dòng)到最佳化的信息系統(tǒng)。這是利用實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，讓所有活動(dòng)得到“引導(dǎo)”，開始“著手”，得到“應(yīng)答”及報(bào)告。把焦點(diǎn)放在根據(jù)狀態(tài)變化的迅速的應(yīng)答和沒有價(jià)值的活動(dòng)的減少，帶來(lái)工廠內(nèi)部和生產(chǎn)的計(jì)劃的效率。MES帶來(lái)企業(yè)的資產(chǎn)的效率化，正確的交貨期，庫(kù)存的循環(huán)，總利潤(rùn)，流動(dòng)資金等，可以提高運(yùn)營(yíng)資產(chǎn)回收，這還可以為企業(yè)和提供關(guān)于通過(guò)，upplychain的生產(chǎn)活動(dòng)的missioncritical的信息。日程管理、設(shè)備管理、質(zhì)量、時(shí)間、出勤率等因素進(jìn)入MES范圍所有的制造工業(yè)范圍。也就是：
（1）ERP（企業(yè)資源管理）系統(tǒng)得到什么樣的產(chǎn)品要生產(chǎn)多少；
（2）什么時(shí)候在哪里生產(chǎn)；
（3）給自動(dòng)化設(shè)備或給現(xiàn)場(chǎng)工人下達(dá)作業(yè)指示（instructions）；
（4）從現(xiàn)場(chǎng)得到作業(yè)結(jié)果（what was built）及工況狀態(tài)（operation status）；
（5）最終把生產(chǎn)結(jié)果通報(bào)給上級(jí)系統(tǒng)。
4 制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)
一個(gè)企業(yè)的制造車間，是物流與信息流的交匯點(diǎn)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最終就是在這里被物化出來(lái)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完善，車間在制造企業(yè)中逐步向分廠制過(guò)渡，導(dǎo)致其角色也由傳統(tǒng)的企業(yè)成本中心向利潤(rùn)中心轉(zhuǎn)化，更強(qiáng)化了車間的作用。因此，位于車間起著執(zhí)行功能的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES具有十分重要的作用，它起到了信息集線器（information hub）的作用，相當(dāng)于一個(gè)通訊工具為其它應(yīng)用系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。車間的實(shí)時(shí)信息的掌握與反饋是制造執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)上層計(jì)劃系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證，車間的生產(chǎn)管理是制造執(zhí)行系統(tǒng)的根本任務(wù)，而對(duì)底層控制的支持則是制造執(zhí)行系統(tǒng)的特色。
華北柴油機(jī)廠生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)、工序多、設(shè)備復(fù)雜，是一個(gè)連續(xù)和離散混合的生產(chǎn)過(guò)程。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制與管理水平提出了更高的要求，建立基于Web的MES，提升生產(chǎn)過(guò)程的控制質(zhì)量和運(yùn)行質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)的緊密結(jié)合。使用本系統(tǒng)，可以幫助企業(yè)保持物流連續(xù)高效運(yùn)作，上下工序緊密銜接，充分考慮加工工序的多重并行性和工序自上而下的分解式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的物流平衡即實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)和生產(chǎn)批量的協(xié)調(diào)，以提高設(shè)備利用率，最大限度消除生產(chǎn)瓶頸。實(shí)現(xiàn)各工序集中計(jì)劃管理，使之負(fù)荷均衡、物流緊密銜接，保證生產(chǎn)柔性、產(chǎn)品質(zhì)量和準(zhǔn)時(shí)交貨，選擇最佳物流路徑，以降低物料成本、能耗和其它各種損耗，從而降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
如果資料只是用人工記錄在窗體、報(bào)表中，而不輸入計(jì)算機(jī)，此信息可利用性非常低，而人工輸入原始生產(chǎn)信息非常有限，無(wú)法進(jìn)一步做深入分析之用。而MES資料收集方式有以下之優(yōu)點(diǎn)：
（1）實(shí)時(shí)性。在現(xiàn)場(chǎng)事件發(fā)生的同時(shí)便立刻以電子資料型式納入MES中以備處理。
（2）正確性。利用電子科技處理，免除人為因素，使正確性大大提高。
（3）高度完整性及使用性。現(xiàn)場(chǎng)事件經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，可合并相關(guān)資料，存入電腦數(shù)據(jù)庫(kù)中。
現(xiàn)場(chǎng)信息自動(dòng)實(shí)時(shí)收集工況數(shù)據(jù)除了提供做現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、控制之外，最重要的功能是做為現(xiàn)場(chǎng)管理之用。MES將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)收集的資料及監(jiān)督控制的狀況都立即存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，不但有最新的狀況也有長(zhǎng)期儲(chǔ)存的歷史資料，利用數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)大的查詢、分析、報(bào)表功能，使得傳統(tǒng)人工方式無(wú)法達(dá)到的管理功能得以在MES中實(shí)現(xiàn)，亦使現(xiàn)場(chǎng)管理達(dá)到just－in time（jit）的境界。
制造系統(tǒng)的MES解決方案起到：能透明的看到制造現(xiàn)場(chǎng)；制定制造工程計(jì)劃；可以根據(jù)制造現(xiàn)場(chǎng)的變動(dòng)實(shí)時(shí)的下達(dá)作業(yè)指示；可以預(yù)測(cè)交貨期，能幫助交貨期的延遲（想顧客求諒解或外助處理及通過(guò)加班計(jì)劃防止交貨期延遲）。MES解決方案是為其提高制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力所必要的。將MES系統(tǒng)導(dǎo)入到企業(yè)的運(yùn)作體系之中，企業(yè)需要先完善管理基礎(chǔ)，根據(jù)自身情況選擇好“合身”的MES軟件系統(tǒng)，而后采用科學(xué)的實(shí)施方法充分準(zhǔn)備，才能促使MES正式運(yùn)行、發(fā)揮效用。
5 結(jié) 論
使用本系統(tǒng)，可使企業(yè)縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率，從而使生產(chǎn)成本大大降低。MES的使用給企業(yè)帶來(lái)了很大的有形效益和無(wú)形效益。有形效益：確切掌握生產(chǎn)狀況，提高交貨準(zhǔn)確度，達(dá)成產(chǎn)銷配合；正確掌握在制品數(shù)量，及不良品之追蹤，降低在制品成本；以條形碼追蹤產(chǎn)品序號(hào)，收集完整資料，提高產(chǎn)品之售后服務(wù)水準(zhǔn)；及時(shí)反應(yīng)品質(zhì)問(wèn)題，提高產(chǎn)品品質(zhì)；提高現(xiàn)場(chǎng)管理人員生產(chǎn)力；充分掌握工具、設(shè)備等使用狀況，制造資源做有效運(yùn)用。而無(wú)形效益則是提高了企業(yè)品質(zhì)形象以獲取客戶信心；正確快速訂定生產(chǎn)決策；公司競(jìng)爭(zhēng)力的提升。
