概述
許多公司已經(jīng)開發(fā)出針對(duì)各個(gè)行業(yè)的軟件產(chǎn)品和解決方案，解決制造過程的管理和組織。雖然他們一般表現(xiàn)為制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，但這些產(chǎn)品的范圍從“我的Excel工作表”到所有與生產(chǎn)相關(guān)過程的綜合管理、組織和自動(dòng)化處理。
本系列文章(共12篇)并不打算定義一種新的“制造執(zhí)行系統(tǒng)”。本系列文章的目的是對(duì)有興趣的讀者提供目前存在的可行的解決方案，簡(jiǎn)要介紹滿足不同行業(yè)特殊要求的方案，了解和推廣適合的MES應(yīng)用，優(yōu)化生產(chǎn)流程。
本系列文章將使用“企業(yè)與控制系統(tǒng)集成-- IEC62264”這套標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)，解決方案盡可能與產(chǎn)品和供應(yīng)商無關(guān)，只指出方案的功能表現(xiàn)。從第1到第3部分，簡(jiǎn)要介紹這套標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)也被稱為S95(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))。目前，相同的MES術(shù)語和任務(wù)在不同企業(yè)有著不同的解釋，甚至也在供應(yīng)商當(dāng)中使用。因此，在第4部分，基于S95的結(jié)構(gòu)和術(shù)語，這里按行業(yè)分類出最重要的術(shù)語，并對(duì)多種不同的術(shù)語和產(chǎn)品提供解釋。
基于工業(yè)的典型需求，第5部分介紹MES的功能和收益。第6部分介紹在流程行業(yè)和制造行業(yè)MES應(yīng)用的相同與差異。第7和第8部分提供了需求定義的概述和MES功能的選擇，并基于特定案例展現(xiàn)他們的收益。第9部分總結(jié)本文的全部?jī)?nèi)容，并給出MES未來解決方案的前景。
就像在第5部分介紹的，在整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，針對(duì)他們的可擴(kuò)展性、模塊化和集成能力等各自的需求，今天每個(gè)特定行業(yè)都有可供選擇的解決方案，這些解決方案可以顯著提高企業(yè)的運(yùn)營(yíng)績(jī)效。
工業(yè)運(yùn)營(yíng)商面臨的挑戰(zhàn)是如何抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，使本企業(yè)的績(jī)效達(dá)到最大化。
1.使用MES的市場(chǎng)需求和理由
為了評(píng)價(jià)MES解決方案的最新技術(shù)和發(fā)展動(dòng)態(tài)，必須要考慮MES在自動(dòng)化歷史中的位置。今天的MES解決方案包括了已前的計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)組件，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAP)，計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)，計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量保證(CAQ)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集(PDA)，機(jī)器數(shù)據(jù)采集(MDA)和員工時(shí)間記錄 /時(shí)間與考勤(PTR/ T&A)。
然而，這些計(jì)算機(jī)集成制造組件并沒有完全融入到企業(yè)流程之中。相反，他們大多數(shù)只用于部門級(jí)單一項(xiàng)目的應(yīng)用?，F(xiàn)在，為了更好地支持大企業(yè)制造，企業(yè)項(xiàng)目需要集成越來越多的部門，需要協(xié)調(diào)內(nèi)部和外部的價(jià)值鏈，也需要更多的集成軟件解決方案。
由于以上這些原因，企業(yè)越來越多地使用綜合MES解決方案，這種方法也被流程行業(yè)和制造行業(yè)所認(rèn)可。正在出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)全球化也加速了這一趨勢(shì)，因?yàn)槿蚧枰?jìng)爭(zhēng)力的最大化。必須完成以下目標(biāo)：
· 提高工作績(jī)效，同時(shí)增加靈活性;
· 更高的生產(chǎn)流程效率;
· 增強(qiáng)并確保流程和產(chǎn)品質(zhì)量;
· 整體流程的成本優(yōu)化;
· 產(chǎn)品生命周期的縮短。
使用MES的驅(qū)動(dòng)力是新型生產(chǎn)模式的發(fā)展、新型物流理念的推廣，以及產(chǎn)品市場(chǎng)的迅速變化和開發(fā)流程的不斷縮短。
產(chǎn)品的生命周期連續(xù)縮短，同時(shí)產(chǎn)品的技術(shù)日益復(fù)雜。同時(shí)，縮短的開發(fā)時(shí)間，需要更多的原型，要求更多的產(chǎn)品變化。
在一個(gè)全球性和競(jìng)爭(zhēng)性的經(jīng)濟(jì)中，“上市時(shí)間”是每一家制造商成功的關(guān)鍵性和決定性因素。 MES可以為這種成功作出顯著的貢獻(xiàn)。
上面列出要求內(nèi)容中，企業(yè)價(jià)值鏈的持續(xù)改進(jìn)需要這樣一組工具，該工具不僅能支持各個(gè)部門，而且應(yīng)考慮把“該生產(chǎn)”作為企業(yè)內(nèi)的整體流程。
MES實(shí)現(xiàn)這一流程就像一種實(shí)時(shí)應(yīng)用。由于整個(gè)生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都由這一整體流程來控制，持續(xù)的改進(jìn)和優(yōu)化就可以實(shí)現(xiàn)。
MES的實(shí)時(shí)性能力橫跨多個(gè)部門的要求(如訂單規(guī)劃和控制、物料管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、機(jī)器數(shù)據(jù)收集、質(zhì)量管理、文檔管理)，提供了與生產(chǎn)流程的直接連接。
此外，需要擴(kuò)展供應(yīng)鏈和全球采購(gòu)、以及各區(qū)域公司銷售業(yè)務(wù)在開發(fā)市場(chǎng)中表現(xiàn)的集成。
MES不僅是“生產(chǎn)”和“企業(yè)”之間的運(yùn)營(yíng)鏈接，它還鏈接了供應(yīng)鏈中的所有合作伙伴。這意味著：它連接了一個(gè)連續(xù)的、全面的和可管理的價(jià)值流。
在此基礎(chǔ)上，MES正成為一種靈活的和一體化生產(chǎn)的戰(zhàn)略要素。在今天的軟件系統(tǒng)中，MES結(jié)合了現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的所有任務(wù)。
同時(shí)，該系統(tǒng)是每個(gè)企業(yè)不斷向未來“數(shù)字工廠”發(fā)展的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。
和規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)(IEC62264)
正如概述中指出的，術(shù)語MES通常代表工業(yè)、公司或者供應(yīng)商為生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理的特定解決方案。
有些組織一般將“制造執(zhí)行系統(tǒng)”歸類于離散制造領(lǐng)域，作為“面向流程的制造管理系統(tǒng)”，并作為“生產(chǎn)流程組織和執(zhí)行的全面驅(qū)動(dòng)力”。以下為MES的主要任務(wù)：
a)組織和支持生產(chǎn)流程的所有活動(dòng)：
· 流程需求(工單處理、資源規(guī)劃、質(zhì)量需求);
· 運(yùn)行行為(確保資源、材料流動(dòng)和質(zhì)量的可用性);
· 跟蹤和分析(庫(kù)存管理、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)的計(jì)算、持續(xù)改進(jìn)流程的依據(jù)，如：六西格瑪和營(yíng)運(yùn)開支(OpEx))。
b)與生產(chǎn)流程(規(guī)劃、啟動(dòng)、管理、控制、記錄、評(píng)估、審查等)執(zhí)行相關(guān)的所有行為閉環(huán)的實(shí)現(xiàn)。
c)與其他級(jí)別的信息交換，如企業(yè)管理級(jí)(企業(yè)資源規(guī)劃，ERP)和制造/流程級(jí)(可編程控制器PLC、分布式控制系統(tǒng)DCS)，以及運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)，例如產(chǎn)品和流程工程(P / PE)，供應(yīng)鏈管理(SCM)。
為了符合相關(guān)指南，MES的功能涵蓋了生產(chǎn)流程按時(shí)間順序排列的所有方面：
產(chǎn)前方面 - >生產(chǎn)流程的規(guī)劃;
實(shí)時(shí)方面 - >生產(chǎn)流程的管理;
歷史方面 - >生產(chǎn)流程的分析與評(píng)估。
本文使用的術(shù)語MES作為IEC62264“制造運(yùn)營(yíng)和控制”中第3級(jí)規(guī)定的所有解決方案和系統(tǒng)的代名詞。
與此同時(shí)，一些其他術(shù)語諸如“制造運(yùn)營(yíng)管理(MOM)”或“協(xié)同生產(chǎn)管理(CPM)”也在目前的市場(chǎng)中使用，試圖強(qiáng)調(diào)任務(wù)的全面性。
本文基于IEC62264“企業(yè)與控制系統(tǒng)集成”這套標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的中文版本GB/T20720也即將發(fā)布，其中有：
企業(yè)--控制系統(tǒng)集成--第一部分：模型與術(shù)語;
企業(yè)--控制系統(tǒng)集成--第二部分：對(duì)象模型屬性;
企業(yè)--控制系統(tǒng)集成--第三部分：制造運(yùn)營(yíng)管理的行為模型;
企業(yè)--控制系統(tǒng)集成--第四部分：制造運(yùn)營(yíng)管理集成的對(duì)象與屬性;
企業(yè)--控制系統(tǒng)集成--第五部分：制造交易的業(yè)務(wù)。
其中三個(gè)部分“模型和術(shù)語”、“對(duì)象模型屬性”和“制造運(yùn)營(yíng)管理的活動(dòng)模型”是主要焦點(diǎn)。
IEC62264定義了一個(gè)企業(yè)的多個(gè)功能級(jí)，他們按不同的時(shí)間尺度和不同的詳細(xì)程度進(jìn)行分級(jí)。這些功能級(jí)由較高的或較低的功能信息是否可用，以及其他因素來決定。功能級(jí)在下面列出，參見圖1。
圖1：功能級(jí)，引用IEC62264-3中的圖2。
· 第4級(jí)：業(yè)務(wù)規(guī)劃和物流;
· 第3級(jí)：制造運(yùn)營(yíng)管理;
· 第2級(jí)：監(jiān)視以及生產(chǎn)流程的監(jiān)督和自動(dòng)化控制：
--批控制;
--連續(xù)控制;
-- 離散控制。
· 第1級(jí)：流程或機(jī)械的控制和數(shù)據(jù)采集;
· 第0級(jí)：生產(chǎn)流程。
該標(biāo)準(zhǔn)的第1部分描述了企業(yè)所有部門第3和第4級(jí)的相關(guān)功能，以及他們之間通常交換的對(duì)象。圖2給出了部門與部門之間關(guān)系的一般描述。
圖2：制造運(yùn)營(yíng)管理模型，引用IEC62264-3中的圖1。MES的相關(guān)區(qū)域用灰色橢圓顯示
在IEC62264中定義的術(shù)語、概念和模型，為企業(yè)管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)的集成提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這改善了MES項(xiàng)目中利益相關(guān)者之間的溝通。該標(biāo)準(zhǔn)還為企業(yè)管理和生產(chǎn)管理的集成提供了最佳集成實(shí)踐。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)還與企業(yè)自動(dòng)化的程度和特定技術(shù)的使用無關(guān)。
在IEC62264第2部分中，定義了交換對(duì)象的特性和屬性。第3部分描述了有關(guān)的制造或流程工廠管理的活動(dòng)和功能。
本文主要涉及制造相關(guān)的運(yùn)營(yíng)活動(dòng)，而不是功能區(qū)域之間的接口。因此，圖2表示了制造運(yùn)營(yíng)管理的區(qū)域，圖3所示的管理活動(dòng)的通用模型將在以后的章節(jié)中敘述。
圖3：制造運(yùn)營(yíng)管理的一般活動(dòng)模型，引用IEC62264-3中的圖6。
圖2中所示，與企業(yè)控制模型相關(guān)功能的活動(dòng)，可以分配到制造運(yùn)營(yíng)管理級(jí)(第3級(jí)，黃色示出)，并分成以下四個(gè)功能區(qū)域(灰色背景)：
· 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理;
· 質(zhì)量運(yùn)營(yíng)管理;
· 維護(hù)運(yùn)營(yíng)管理;
· 庫(kù)存運(yùn)營(yíng)管理。
圖3模型中的活動(dòng)主要解決下面的問題：
· 如何管理...?(規(guī)范管理);
· 管理什么，在哪里，誰可以管理...?(資源管理);
· 何時(shí)，何地，誰來管理...?(詳細(xì)調(diào)度和分派);
· 需要做什么，在哪里，由誰做...?(執(zhí)行管理);
· 何時(shí)，何地，誰來做...?(數(shù)據(jù)采集與跟蹤);
· 怎么樣......?(數(shù)據(jù)采集與分析)。
生產(chǎn)、質(zhì)量、庫(kù)存和維護(hù)：這些活動(dòng)能夠均勻地分布在制造運(yùn)營(yíng)管理級(jí)的四個(gè)功能區(qū)域。因?yàn)檫@個(gè)模型特別適合使用MES模塊構(gòu)造和描述，作為各個(gè)活動(dòng)的基礎(chǔ)，更詳細(xì)的解釋將在下一部分描述。
對(duì)現(xiàn)有架構(gòu)或計(jì)劃架構(gòu)的分析可以看出，這些活動(dòng)可以在不同的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，例如在MES模塊中的功能、在ERP系統(tǒng)中的功能或者在流程控制系統(tǒng)中的功能。圖4提供了關(guān)于制造運(yùn)營(yíng)管理活動(dòng)的技術(shù)集成及其分配到不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)層的例子。
根據(jù)特定需求，允許一個(gè)級(jí)同時(shí)分配多個(gè)活動(dòng)，該一般活動(dòng)模型可以用于描述完整的解決方案，定義必要的接口。
圖4：不同的活動(dòng)類別和他們的技術(shù)集成(示例)，引用IEC62264-3中的圖31。
