数字化工厂核心——MES与制造企业方案

数字化工厂是智能制造的基础。在数字化工厂里，企业产品全生命周期的活动建立了共享的数据库，通过数据处理，形成有用的信息，并按需显示。共享数据库利用相关数据和信息，模拟仿真实际生产过程，达到最优化的生产过程；实现监控与实际生产过程的同步化。建立数字化工厂的目标是缩短产品开发周期、按时交货、降低库存、提高产品质量、快速响应市场需求，从而满足客户个性化需求，提高企业效益，实现可持续发展。

而数字化工厂建设的核心是制造执行系统（MES）。2016年4月25日，工业和信息化部办公厅印发了《关于开展2016年智能制造试点示范项目推荐的通知》，在智能制造试点示范项目要素条件中提出了五种模式。它们都与MES相关，特别是离散型智能制造模式和流程型智能制造模式必须建立MES系统，特别强调了MES的重要作用。

MES的概念最早是由美国先进制造研究中心(Advanced Manufacturing Research，AMR)在1990年11月提出的。它所定义的MES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。它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。与MRPⅡ（制造资源计划Ⅱ）的执行层偏重车间作业和采购作业不同，MES侧重在车间作业计划的执行，充实了车间控制和车间调度方面的功能，以适应车间现场环境多变情况下的需求。

一些在车间或现场管理方面具有特色的软件公司与合作伙伴及用户在1992年发起成立了MESA（Manufacturing Execution System Solutions Association）协会。这一组织由最初的23家公司发展到如今200余个成员单位。现在，MESA把自己定义为Manufacturing Enterprise Solutions Association，即制造企业方案协会。也就是说，按照传统的企业生产管理的金字塔式计划和控制模式，将MES仅仅理解成执行系统是不全面的，它已经发展成为企业生产管理集成的核心系统，是一个生产指挥系统。

MES是企业CIMS（现代集成制造系统）信息集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业降低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。它适用于不同行业(家电、汽车、半导体、通信、IT、医药)，能够为单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理工具。

MES可监控从原材料进厂到产品的入库的全部生产过程，记录生产过程产品所使用的材料、设备，产品检测的数据和结果以及产品在每个工序上生产的时间、人员等信息。这些信息的收集经过MES系统加以分析，就能通过系统报表实时呈现生产现场的生产进度、目标达成状况、产品品质状况，以及生产的人、机、料的利用状况，这样就使得整个生产现场完全透明化。企业的管理人员，无论何时，无论身处何地，通过互联网都能对生产现场的状况了解得一清二楚。

MES通过反馈结果来优化生产制造过程的管理业务。生产过程追溯功能可使企业非常清楚产品的原材料是哪家企业在什么时间提供的，接收人是谁，以及检验的参数，产品在生产过程中各环节的时间、技术参数、操作人员等信息。企业可以根据这些反馈信息，找出产能成本过高或者产品质量不稳定的原因，及时做出调整，有针对性地为客户提供更好的服务，即使发生客户投诉，也能及时准确地为客户澄清问题，确认影响范围。与此同时，获取的产品生产过程数据为生产管理决策提供了有效支持，让生产过程的问题得以及时暴露、及时处理，从而有效遏制更多更大问题的发生，将产品质量问题以及生产线异常状况消灭在萌芽状态。因而MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一解决某个生产瓶颈问题；MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并做出相应的分析和处理；MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。

近十年来，MES在国际上迅速发展。得益于较大规模的工业自动化改造实践，国内企业对MES的需求也呈快速上升趋势。据了解，目前MES在我国大型企业尤其是集团型企业的应用已相当普遍。毕竟，集团化企业已经实现规模化生产，而其企业工厂分布各地，迫切需要实时管控所有子企业的生产运营状况。而MES对集团化的运行可以提供很有力的支撑。此外，企业还可以通过MES将管理思想和工具系统复制到各个工厂，在集团内进行推广，也使得MES成为整合企业资源的有力工具。

不过，在制造型企业的信息化管理架构中，MES无疑是极其特殊的一环。因处于计划系统与现场采集系统的中间位置，MES天然地需要与众多的IT系统打交道，例如ERP（企业资源计划）、供应商关系管理、WMS（仓储管理系统）、PDM（产品数据管理）、CRM（客户关系管理）、现场设备管理、现场采集系统等。所以，MES的重要性与特殊性，又赋予了它自身在企业中实施的复杂性。

面对如此复杂而重要的系统，MES绝不是某个企业领导拍拍脑门说上就能上马的。整体规划无疑是当务之急。在上马MES项目之前，必须立足于企业信息化整体规划的基础来考虑MES的部署，要把MES的规划与企业的经营目标、远景发展规划、企业经营策略、信息化建设的基本纲领与总体战略、质量控制与制造能力等结合起来，通盘筹划。

MES是在工业3.0的背景下产生的，它在数字化工厂建设的框架下将扮演什么样的角色？如何实现ERP、MES及设备端等信息化孤岛的联通？

一方面，必须根据企业的实际需求，扎扎实实地开展MES的技术开发与实施工作，为工业数字化打下坚实的基础。企业上马MES项目，需要结合自身实际情况来确定对MES的需求。企业的不同情况和条件，会对MES产生不同层次的需求。企业可考虑采用不同功能层次的MES解决方案，来解决生产面临的问题；最好能够由专业的MES咨询人员进行调研、分析，并制定合适的、可持续的整体MES规划方案，分阶段实施MES系统，这样可以充分降低项目风险，保证投资效益。上马MES项目之前要充分调研、认真规划，并结合自身情况，循序渐进地实施MES系统，做到管理和系统同步持续改善，这是企业建设MES的必修课。

企业上马MES必须满足两个条件：软条件和硬条件。软条件包括：企业有非常明确的需求；人力资源到位，有强有力的核心团队；企业能保证客户化工作的全程参与；相对充裕的资金；基础管理工作到位，基础数据准确，如产品数据等。硬条件包括：基础网络建设到位，设备的开放程度较高，支持多种数据采集手段。

另一方面，MES作为企业生产管理的核心系统，必须与上层ERP系统、底层生产设备和自动化系统实现无缝的连接。MES技术只有和生产制造的自动化技术、数字化技术相结合，才有可能获得预期的效益。采用传统制造方式的企业盲目实施MES很难获得效果。这也是为什么国内MES在离散制造行业难以快速普及的关键原因。