MES 的定義
MES(Manufacturing Execution System), 制造執(zhí)行系統(tǒng),是面向車間生產(chǎn)的管理系統(tǒng)。MESA 對(duì) MES 的定義為:在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品完工的過(guò)程中,制造執(zhí)行系統(tǒng)起到傳遞信息以優(yōu)化生產(chǎn)活動(dòng)的作用。
在生產(chǎn)過(guò)程中,借助實(shí)時(shí)精確的信息、MES引導(dǎo)、發(fā)起、響應(yīng),報(bào)告生產(chǎn)活動(dòng)。作出快速的響應(yīng)以應(yīng)對(duì)變化, 減少無(wú)附加價(jià)值的生產(chǎn)活動(dòng),提高操作及流程的效率。MES提升投資回報(bào)、凈利潤(rùn)水平、改善現(xiàn)金流和庫(kù)存周轉(zhuǎn)速度、保證按時(shí)出貨。MES保證了整個(gè)企業(yè)內(nèi)部及供應(yīng)商間生產(chǎn)活動(dòng)關(guān)鍵任務(wù)信息的雙向流動(dòng)。
MESA 提出了 MES 的功能組件和集成模型,定義了11個(gè)模塊,包括:資源管理、工序管理、單元管理、生產(chǎn)跟蹤、性能分析、文檔管理、人力資源管理、設(shè)備維護(hù)管理、過(guò)程管理、質(zhì)量管理和數(shù)據(jù)采集。
MES是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間、 面向車間層的管理信息系統(tǒng)。它為操作人員、管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)信息。
MES 的產(chǎn)生背景
當(dāng)前許多企業(yè)已經(jīng)做了很多信息化項(xiàng)目,包括 CRM , ERP, PLM, SCM, OA等。這些系統(tǒng)為企業(yè)的管理帶來(lái)了不少收益。但是這些系統(tǒng)都未能支持到車間生產(chǎn)層面。企業(yè)上游管理與車間生產(chǎn)之間沒(méi)有數(shù)據(jù)的傳遞。
多數(shù)企業(yè)車間執(zhí)行過(guò)程是依靠紙質(zhì)的報(bào)表、手工操作實(shí)現(xiàn)上下游的溝通。這種方式非常低效,并且產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不完整。使企業(yè)在生產(chǎn)方面無(wú)法準(zhǔn)確進(jìn)行各項(xiàng)分析,做到精細(xì)化管理。為企業(yè)的效益打了折扣。
同時(shí),在 ERP 應(yīng)用過(guò)程中,無(wú)法將計(jì)劃實(shí)時(shí),準(zhǔn)確下達(dá)到車間,也無(wú)法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲得車間生產(chǎn)的反饋,缺失了對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)控。要把 ERP 的計(jì)劃與生產(chǎn)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)起來(lái)。MES 作為一個(gè)橋梁就應(yīng)運(yùn)而生,彌補(bǔ)了企業(yè)信息化架構(gòu)斷層的問(wèn)題。
MES 的發(fā)展歷程
20世紀(jì)80年代末,美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AMR)首先提出MES的概念
1992年,美國(guó)成立以宣傳MES思想和產(chǎn)品為宗旨的貿(mào)易聯(lián)合會(huì)——MES國(guó)際聯(lián)合會(huì)(MESA International
1997年,MESA發(fā)布修訂后的6個(gè)關(guān)于MES的白皮書(shū),對(duì)MES的定義與功能、 MES與相關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)流程、應(yīng)用MES的效益、MES軟件評(píng)估與選擇以及MES發(fā)展趨勢(shì)等問(wèn)題進(jìn)行了詳盡的闡述;
1999年,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)在MESA白皮書(shū)的基礎(chǔ)上,發(fā)布有關(guān)MES模型的報(bào)告,將MES有關(guān)概念標(biāo)準(zhǔn)化。
專用的MES (Point MES)。它主要是針對(duì)某個(gè)特定的領(lǐng)域問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的系統(tǒng),如車間維護(hù)、生產(chǎn)監(jiān)控、有限能力調(diào)度或是SCADA等;
集成的MES(Integrated MES)。該類系統(tǒng)起初是針對(duì)一個(gè)特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設(shè)計(jì)的,如今已拓展到許多領(lǐng)域,如航空、裝配、半導(dǎo)體、食品和衛(wèi)生等行業(yè),在功能上它已實(shí)現(xiàn)了與上層事務(wù)處理和下層實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的集成。
可集成的MES(I-MES)。它將模塊化應(yīng)用組件技術(shù)應(yīng)用到MES的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中, 是前兩類MES系統(tǒng)的結(jié)合:既具有專用MES系統(tǒng)的特點(diǎn),即I-MES中的部分功能作為可重用組件單獨(dú)銷售;又具有集成化MES的特點(diǎn),即能實(shí)現(xiàn)上下兩層之間的集成。 I-MES還具有能實(shí)現(xiàn)客戶化、可重構(gòu)、可擴(kuò)展和互操作等特性,能方便地實(shí)現(xiàn)不同廠商之間的集成和遺留系統(tǒng)的保護(hù),以及即插即用等功能。
智能化第二代MES(MESII)。其核心目標(biāo)是通過(guò)更精確的過(guò)程狀態(tài)跟蹤和更完整的數(shù)據(jù)記錄以獲取更多的數(shù)據(jù)來(lái)更方便地進(jìn)行生產(chǎn)管理,它通過(guò)分布在設(shè)備中的智能來(lái)保證車間生產(chǎn)的自動(dòng)化
下一代MES(MOM)。其顯著的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)同步性(協(xié)同),支持網(wǎng)絡(luò)化制造。它通過(guò)MES引擎在一個(gè)和幾個(gè)地點(diǎn)來(lái)進(jìn)行工廠的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息和過(guò)程管理以協(xié)同企業(yè)所有的生產(chǎn)活動(dòng),建立過(guò)程化、敏捷化、有效的組織和級(jí)別化的管理使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)達(dá)到同步化。
在應(yīng)用方面國(guó)內(nèi)的 MES 明顯落后與發(fā)達(dá)國(guó)家,這幾年隨著國(guó)家推進(jìn)智能制造,MES在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)了較大的需求。
MES 功能介紹
質(zhì)量管理:及時(shí)提供產(chǎn)品和制造工序測(cè)量尺寸分析以保證產(chǎn)品質(zhì)量控制,并辨別需要引起注的問(wèn)題。它可推薦一些矯正問(wèn)題的措施。也可以包括SPC/SQC跟蹤、離線檢測(cè)操作以及在實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)(LIMS)中分析。
過(guò)程管理:監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程,自動(dòng)糾偏或?yàn)椴僮髡咛峁Q策支持以糾正和改善在制活動(dòng)。 它可包括報(bào)警管理。可能通過(guò)數(shù)據(jù)采集/獲取提供智能設(shè)備與MES的接口。 (NIST認(rèn)為過(guò)程管理活動(dòng)已在分派與質(zhì)量管理中描述;MESA將其單列,是因?yàn)樵摶顒?dòng)可能由一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行)
維護(hù)管理:跟蹤和指導(dǎo)設(shè)備及工具的維護(hù)活動(dòng)以保證這些資源在制造進(jìn)程中的可獲性,保證周期性或預(yù)防性維護(hù)調(diào)度,以及對(duì)應(yīng)急問(wèn)題的反應(yīng)(報(bào)警),并維護(hù)事件或問(wèn)題的歷史信息以支持故障診斷。
產(chǎn)品跟蹤和譜系:提供所有時(shí)期工作及其處置的可視性。其狀態(tài)信息可包括:誰(shuí)在進(jìn)行該工作;供應(yīng)者提供的零件、物料、批量、序列號(hào);任何警告、返工或與產(chǎn)品相關(guān)的其它例外信息。其在線跟蹤功能也創(chuàng)建一個(gè)歷史記錄,該記錄給予零件和每個(gè)末端產(chǎn)品使用的可跟蹤性。
性能分析:提供實(shí)際制造操作活動(dòng)的最新報(bào)告,以及與歷史記錄和預(yù)期經(jīng)營(yíng)結(jié)果的比較。運(yùn)行性能結(jié)果包括對(duì)諸如資源利用率、資源可獲取性、產(chǎn)品單位周期、與排程表的一致性、與標(biāo)準(zhǔn)的一致性等指標(biāo)的度量
物料管理:管理物料(原料、零件、工具)及可消耗品的移動(dòng)、緩沖與儲(chǔ)存。這些移動(dòng)可能直接支持過(guò)程操作或其它功能,如設(shè)備維護(hù)或組裝調(diào)整。 (該功能為NIST所追加,它認(rèn)為上述物料管理活動(dòng)與資源分配和跟蹤功能的關(guān)系并不明確)
MES 與其他 IT 系統(tǒng)關(guān)系
MOM/MES 處于計(jì)劃系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)的中間位置,起著承上啟下的橋梁作用。MES天生就需要與眾多的IT系統(tǒng)打交道,這些系統(tǒng)主要包括ERP、SCM、WMS、PDM、CRM、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)等
MES 的業(yè)務(wù)價(jià)值
優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)制造管理模式,強(qiáng)化過(guò)程管理和控制,均衡企業(yè)資源的利用率,優(yōu)化產(chǎn)能,提高運(yùn)作效率,達(dá)到精細(xì)化管理目的。
加強(qiáng)各生產(chǎn)部門的協(xié)同辦公能力,提高工作效率、降低生產(chǎn)成本。
提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的及時(shí)性、準(zhǔn)確性,避免人為干擾,促使企業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化。
為企業(yè)的產(chǎn)品、中間產(chǎn)品、原材料等質(zhì)量檢驗(yàn)提供有效、規(guī)范的管理支持。
實(shí)時(shí)掌控計(jì)劃、調(diào)度、質(zhì)量、工藝、裝置運(yùn)行等信息情況,使各相關(guān)部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。提高制造系統(tǒng)對(duì)變化的響應(yīng)能力以及客戶服務(wù)水平; 最終可利用 MES系統(tǒng)建立起規(guī)范的生產(chǎn)管理信息平臺(tái),使企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)控制層與管理層之間的信息互聯(lián)互通,以此提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
為何實(shí)施MES?
MES一詞相對(duì)其他信息系統(tǒng)在中國(guó)流行較晚。很多企業(yè)決策者開(kāi)始常提到:為何實(shí)施MES?外國(guó)也有同論:Why MES ?因?yàn)樵S多規(guī)劃是先實(shí)施ERP,后實(shí)施MES。因此產(chǎn)生了為ERP實(shí)施MES的結(jié)論。其實(shí)不盡然。
① 企業(yè)生存環(huán)境的客觀需要
因?yàn)楣S級(jí)、車間級(jí)管理面臨著新的挑戰(zhàn):需要上下游車間的高效溝通,信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性,隨時(shí)面臨的計(jì)劃變動(dòng),越來(lái)越小的任務(wù)單元,越來(lái)越高的質(zhì)量追溯要求,管理人員成本的不斷升高等。
② 企業(yè)管理的內(nèi)在規(guī)律
MES從時(shí)間空間角度以及業(yè)務(wù)鏈條看,是企業(yè)管理中的不可或缺的領(lǐng)域和環(huán)節(jié)。
③ 是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果
信息技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用,首先是解決生產(chǎn)過(guò)程控制的問(wèn)題,而且發(fā)展迅速。接著就是提升經(jīng)營(yíng)管理水平和手段,產(chǎn)生了以ERP為代表的一大批軟件。
但是,在實(shí)施ERP的過(guò)程中,人們發(fā)現(xiàn):ERP的規(guī)模大、周期長(zhǎng),導(dǎo)致ERP項(xiàng)目有46%逾期完成;支出多、投入大,導(dǎo)致41%超過(guò)預(yù)算;多種原因致使49%沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和目標(biāo)。其中一個(gè)重要因素是與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的連接與集成被忽略了,而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù),即完美的生產(chǎn)信息是ERP的基礎(chǔ),是集成的關(guān)鍵。
由于ERP層和DCS層的工作是分別進(jìn)行的,因此產(chǎn)生了兩個(gè)問(wèn)題:一是橫向系統(tǒng)之間的信息孤島(Island of Information),二是ERP和DCS兩層之間形成缺損環(huán)或斷缺鏈接(Missing Ring or Link)。這也是催生MES的重要原因。
因此,國(guó)際上公認(rèn)的信息化總體架構(gòu)是原則上將框架劃分為3層:PCS層、MES層、ERP層。
PCS層為底層,以硬設(shè)備為主,主要面向操作工人,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程操作運(yùn)轉(zhuǎn)自動(dòng)化,減少操作工人編制;
MES層為中間層,承上啟下,以生產(chǎn)運(yùn)行管理軟件為主,主要面向生產(chǎn)管理人員,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理信息化,以及管理組織的扁平化和緊密化;
ERP層為最高層,以經(jīng)營(yíng)管理軟件為主,主要面向經(jīng)營(yíng)管理和決策人員,實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)決策管理信息化以及管理組織的扁平化和集約化。
近期從最上層分離出決策層,演變成4層結(jié)構(gòu)。突出實(shí)時(shí)制造性能監(jiān)控、實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)智能等管理理念。
MES的功能地位
MES主要管理4種資源,包括生產(chǎn)活動(dòng)中的人力資源(Personnel Resources)、生產(chǎn)設(shè)備(Equipment)、物料和能源(Material and Energy)以及工藝過(guò)程鏈(Process Segments);在企業(yè)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃層面與生產(chǎn)過(guò)程控制層面之間,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力信息的交換、產(chǎn)品信息的交換、生產(chǎn)調(diào)度信息的交換、生產(chǎn)績(jī)效信息的交換(4P交換功能)。
AMR組織定義的MES有11個(gè)功能:
★ 生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控;
★ 作業(yè)計(jì)劃和排產(chǎn);
★ 工藝規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)管理;
★ 數(shù)據(jù)采集(裝置在線連接采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各種參數(shù)信息,控制系統(tǒng)接口,生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄、質(zhì)量數(shù)據(jù)、績(jī)效信息、臺(tái)賬累計(jì));
★ 作業(yè)員工管理;
★ 產(chǎn)品質(zhì)量管理;
★ 過(guò)程管理(過(guò)程控制、APC、基于模型的分析與模擬、與外部解析系統(tǒng)接口);
★ 設(shè)備維護(hù);
★ 績(jī)效分析;
★ 生產(chǎn)單元調(diào)度;
★ 產(chǎn)品跟蹤。
AMR組織則又把按著11個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的整體解決方案稱為MESⅡ(Manufacturing Execution Solution)。其中生產(chǎn)資源計(jì)劃、排產(chǎn)與調(diào)度是主線。如圖所示。
實(shí)施MES的關(guān)鍵
① 對(duì)企業(yè)制造執(zhí)行能力進(jìn)行分析
MES是制造執(zhí)行系統(tǒng),為生產(chǎn)制造管理服務(wù),旨在提高生產(chǎn)制造執(zhí)行能力和水平。因此,實(shí)施MES前,首要問(wèn)題是對(duì)現(xiàn)有的制造執(zhí)行能力進(jìn)行評(píng)估。從制造戰(zhàn)略、制造質(zhì)量、供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)、信息收集、績(jī)效管理與改進(jìn)、制造與IT基礎(chǔ)設(shè)施等角度把企業(yè)的制造執(zhí)行能力成熟程度劃分為劣、可、良、優(yōu)、未來(lái)追求目標(biāo)共5個(gè)等級(jí)。使用該成熟度模型,根據(jù)企業(yè)目前狀況和環(huán)境對(duì)企業(yè)的要求,對(duì)企業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià),找出差距,定出目標(biāo)。
② 選好功能模塊
MES系統(tǒng)中最重要的模塊——生產(chǎn)運(yùn)行管理模塊的核心,即生產(chǎn)計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)與調(diào)度。生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)是設(shè)備及其運(yùn)行,因此設(shè)備管理模塊和數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)),也應(yīng)是MES的基本模塊。一般還有產(chǎn)品質(zhì)量管理模塊,成本管理模塊,物料平衡與倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊等。目前,隨著管理的集約化和精細(xì)化,又有新的需求。產(chǎn)生了新的信息技術(shù)和軟件,增加了MES的功能。
③ 做好集成
隨著信息技術(shù)的進(jìn)步,企業(yè)管理的空間、時(shí)間范圍在擴(kuò)大,同時(shí)管理的細(xì)度或粒度又在縮小。從宏觀和微觀上都要求可視化和實(shí)時(shí)化,這就需要集成技術(shù)。一是MES各模塊的集成,二是MES和PCS層面、ERP層面的集成,三是企業(yè)內(nèi)部與企業(yè)外部的集成。目前流行的理念和技術(shù)是實(shí)時(shí)績(jī)效管理、制造績(jī)效服務(wù),如圖所示。
結(jié)論:
★ 信息化普遍設(shè)計(jì)為有機(jī)相連的3或4層架構(gòu)。
★ERP與MES的界限是模糊的,有些功能有重疊。所以,其模塊邊界的劃分是有學(xué)問(wèn)的。 ERP不能代替MES,對(duì)流程行業(yè)尤其是這樣。
★以DCS為重點(diǎn)的控制系統(tǒng),以ERP為代表的經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng),以MES為核心的生產(chǎn)運(yùn)行指揮調(diào)度系統(tǒng),是企業(yè)信息化的3大領(lǐng)域,其中MES的效率和效益最具潛力。
★MES重點(diǎn)關(guān)注“人、財(cái)、物”的“物”,”產(chǎn)、供、銷”的“產(chǎn)”,以及生產(chǎn)運(yùn)行的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”。
★實(shí)施MES可先從基礎(chǔ)的、基本的模塊做起,再實(shí)施擴(kuò)充的、增強(qiáng)的、高級(jí)的模塊。
★沒(méi)有一家的產(chǎn)品能包打天下。MES模塊應(yīng)優(yōu)中選優(yōu),再通過(guò)第三方集成平臺(tái)軟件進(jìn)行綜合集成是上策。
★除了選取MES應(yīng)用模塊、軟件外,選取集成商或主承包商提供整體解決方案和集成最關(guān)鍵。
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MES
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