MES-流程工业制造执行系统

M E S-流程工业制造执行系统

一、MES的定义和由来

国际制造执行系统协会MESA对MES的定义是，MES提供为优化从订单投人到产品完成的生产活动所需的信息口MES运用及时、准确的信息，指导、启动、响应并记录工厂

活动，从而能够对条件做出迅速的响应，减少非增值活动，提高工厂运作过程的效率。MES

不但可以改善设备投资回报率，而且有助于及时交货、加快库存周转、提高收益和现金流的

绩效。MES在企业和供应链间•以双向交互的形式提供生产活动的基础信息口美国的调查咨询公司AMR把企业级的计划系统与工厂底层的控制系统之间的各种工厂管理系统的集合称作MES。

生产方式的演变和IT技术的进步是促进制造业信息化发展的两个基本动因。在制造业信息化的早期阶段，受到当时的环境限制，工厂业务管理的信息化与生产设备的自动化通常被作为两个独立的领域而分别进行，由不同部门•基于不同看法而建成的一系列单一功能的

信息系统，产生了以下两个长期存在的信息阻断问题。

①信息孤岛。工厂内的生产调度、工艺管理、质量管理、设备维护、物料管理过程控制

等系统之间相互独立，缺乏数据共享，从而导致功能重叠、数据矛盾等一系列问题。信息孤岛造成了工厂中制造信息在水平方向的阻断。所带来的问题严重地制约着工厂内各种系统间

的协调，阻碍了系统的发展，降低了制造领域信息化的整体作用。

②信息断层。公司级的业务管理系统无法得到及时准确的生产实绩信息，无法把握生产

现场的真实情况，而生产现场人员也得不到切实可行的生产计划与生产指示。信息断层造成

了企业生产经营信息在垂直方向的阻断，成为阻碍公司级的•业务管理系统与工厂级的生产

管理系统集成的根本原因。

从20世纪70年代后半期开始，出现了解决个别问题的单一功能的制造管理系统, 设备状态监控系统、质量管理系统，包括生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。

也就是说，在未实施整体解决方案或信息系统以前•各企业引人的只是单功能的软件产品和

个别系统。

20世纪80年代中期以后，伴随着消费者对产品的需求愈加多样化，制造业的生产方

式开始由大批量的刚性生产转向多品种少量的柔性生产，伴随着计算机网络和大型数据库等

IT技术的发展，企业的信息系统也开始从局部的事后处理系统方式转向全局的、实时处理

系统方式。在制造管理领域出现了准时生产（JTT）、约束理论（TOC）等新的理念和方法；在管理系统软件领域IIRPII系统迅速普及，EIF'系统崭露头角；在过程控制领域PLC, DCS得到大量应用。

尽管企业信息化的各个领域都有了长足的发展，但是在工厂以及企业范围信息集成的实

践过程中，仍然难以解决信息孤岛和信息断层所带来的各种问题。例如，在计划过程中无法

准确及时地把握生产实际状况，在生产过程中得不到切实可行的作业计划，工厂管理人员和

操作人员难以跟踪产品的生产过程，不能有效地控制在制品库存，用户无法了解订单的执行

状况。产生这些问题的主要原因仍然在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程控制系统之间的界限模糊，缺乏紧密的联系。

2O世纪80年代中期，为了解决这两个课题，生产现场的信息系统开始发展，生产进

度跟踪信息系统、质量信息系统、绩效信息系统、设备信息系统及其整合已形成共识。与此

同时。原来底层的过程控制系统和上层的生产计划系统也得到发展，这时，产生了MES原型，即传统的MES（Traditronal MES, 一TMES），主要是POP（生产现场管理，Point of Production）和SFC（车间级控制系统，Shop Floor Control）。

制造执行系统MES（Manufacturing Execution Sastern）直到1990年才由美国的咨询

调查公司ARM(Adrvaneed Manufacturting Reserach) 提出并使用，为解决企业信息集成

间题提供了一个被广为接受的思想。MES从一开始就是一个特定集合的总称，用来表示一

些特定功能的集合以及实现这些特定功能的产品。

二、MES发展

最初，MES并没有一个非常明确的定义，它几乎涵盖了所有那些无法准确地分配给其

他层的应用程序或产品。大多数这样的产品都是由一些定制的应用程序逐渐演化而来的，而这些应用程序基本上都是由系统集成商针对某类特定用户进行开发的，并且通常都是针对某

个特定领域的（如排产、实验室、质量、产品跟踪等）。此后，在国际上，各相关组织都开始

意识到要对MES进行更加明确的定义。MESA（Manufacturing Execution System Association In-ternational）, ISA 都相继开发了相关的模型对MSS加以描述，并试图通过

模型使其标准化。位于美国的MESA成立于1992年，是继AMR组织之后促进MES普及

和标准化的团体，经常发布关于MES白皮书，还有用户使用MES后的效果调查报告。

AMR于1992年提出了3层企业集成模型，如图1-所示。该模型揭示了过程控制与MRP II /ERP系统间的明显的断层，并将各种厂家提供的位于中间执行层的系统称作制造执

行系统（MES ）。图中各个层次的概要如下。

图1-1生产系统

①位于底层的控制层PCS，包括DCS（分布式控制系统）、DNC（分布式数控系统）、

PLC,SCADA等系统，其作用是生产过程和设备的控制。

②位于顶层的计划通常是MRP H或ERP等系统，其作用是管理企业中的各种资源，管理销售和服务制定生产计划等。

③位于中间层的制造执行层则是介于计划层和控制层之间。面向制造工厂管理的生产调度、设备管理、质量管理物料跟踪等系统。

计划层

nnn.

制诸执行层

Tinn

揑制层

图卜2 3桧企业集成模型

MES在企业系统的3层结构中起着承上启下，填补计划层和控制层之间的空白的作用，计划层的业务系统生成的生产计划（计划要做什么）通过MES传递给生产现场，来自控制层的生产实际状态（实际做了什么）通过MES报告给计划层的业务系统。

AMR于1993年提出了制造执行系统的集成系统模型，如图1-所示。它由围绕关系数

据库和实时数据库的4组功能构成。

①工厂管理（plant management 是生产管理的核心部分，包括资源管理、计划管理和

维护管理等功能。

②工艺管理（plant engineering）主要指工厂级的生产工艺管理，包括各种文档管理和过程优化等功能。