什么是MES制造执行系统？MES的优势，架构和核心功能

随着科技的飞速发展，企业要想增强自身的竞争力，在市场竞争中立于不败之地，只有这样才是唯一的出路。在过去30年中，对社会影响最大的技术进步是信息技术，它改变了我们的日常生活，改变了企业的管理方式。在信息化万物互联的今天，如何打造智能化工厂，实现精准化、精细化、协同化的高效运转模式，让企业能够可持续发展，MES系统能够很好的适应这些特点，因此成为很多企业的首选。

01、MES是什么

在讨论MES之前，我们可能已经听说过一些常用的远房亲戚：PLM、ERP、APS。它们又分别指什么呢？

PLM（Product Lifecycle Management）产品生命周期管理：PLM是一种应用解决方案，应用解决方案在单一地点、分散在多个地点的企业之间以及企业内部产品研发领域具有协作关系的企业之间创建、管理、分发和应用产品的整个生命周期的信息。现实中的PLM系统通常用于管理图纸和文档。

ERP（Enterprise Resource Planning）企业资源计划：它是一个资源计划软件，理论上的ERP可以包括业务流程管理、产品数据管理、存货、分销和运输管理、人力资源管理和定期报告系统。实际上，ERP系统主要是财务系统和进销存系统，其它模块相对较少，ERP系统的生产模块普遍薄弱，难以满足企业生产计划排程的需要。

APS（Advanced Planning and Scheduling）高级计划与排程：是对所有资源进行同步、实时、具有约束能力的模拟能力，无论是材料、机器设备、人员、供应、客户需求等计划因素。它使用基于内存的计算结构，这种计算处理可以持续的进行计算。生产计划排程的复杂调度问题必须通过APS系统来解决.

所以，今天我们要介绍的MES 又是什么呢？

MES（Manufacturing Execution System）制造执行系统：它是一个对企业的整个生产制造过程进行管理和优化的集成运行系统。优化从下达开始到产品完成的整个产品生产过程的管理，及时反应和报告工厂的实时事件，并利用当前准确的数据进行指导和处理。它是一种可以实现承上启下、精细化、协同化化管理的工业软件。

02、为什么需要MES

制造企业关心三个问题：生产什么？产量是多少？它是如何产生的？公司的生产计划回答了前两个问题。如何生产是SFC掌握的生产现场过程控制系统。ERP等系统只为生产计划的编制提供数据信息。为了使计划 到达生产 环节，如何将生产过程中的变化因素快速反映到 计划 中，需要在计划与生产之间建立一个实时信息通道 —制造执行系统（MES），它是计划与生产之间的 信息枢纽。

为了提高车间生产过程管理的自动化和智能化水平，需要对车间生产过程管理进行整合，实现信息集成和共享，从而实现车间生产过程的整体优化目标。

MES消除了企业计划与生产控制之间的信息断层，使企业实时反应。具体有六大优势：

1) 接受订单开始到制成最终产品的全部时间范围内。

2) 采集各种数据信息和状态信息。

3) 与上层业务计划层和底层过程控制层进行信息交互。

4) 通过整个企业的信息流来支撑企业的信息集成。

5) 实现对工厂的全部生产过程优化管理。

6) 对事件迅速响应，减少企业内部无附加值的活动。

03、MES能做什么

MES位于上层生产计划和底层控制层之间，相当于一个中枢大脑，通过信息的交互和集成来解决上层和底层之间的差距。

MES和上层ERP 系统相互交互的信息流：ERP与其它信息一起通过订单驱动生产计划传送给MES。MES通过其强大的功能模块将生产方法指令传送到控制层。当具体生产完成后，结果和状态反馈给MES，信息通过MES与ERP完成信息交互。

04、MES功能模块有哪些

MES专注于生产管理，可分为生产管理模型、影响生产主要功能模型和影响生产的其他模式三种。

生产管理模型是制造执行系统的核心部分。生产管理可以定义为满足成本、质量、数量、安全性和实时性要求的一系列活动。这一系列活动协调、指导、管理和跟踪与利用原材料、能源、设备、人员和信息制造产品有关的诸多功能。他总共包含9个子功能从而使管理模型形成一个完整的逻辑闭环。具体主要包含七大功能。

1) 收集和保存关于产品、库存、人力、原材料、剩余部分和能源使用的数据。

2) 实现必需的人员管理功能，如工作时间统计表(例如，时间、任务)、休假时间表、劳动强度统计、内部培训和资格认证等。

3) 为所辖区域内的维护、运输及其他与生产有关的请求建立及时的、详细的生产调度。

4) 完成业务计划层制定的生产调度的同时，对个别产品区域进行本地成本优化。

5) 在职责范围内，修改生产调度，来补偿可能发生的生产中断行为。

6) 提交含可变制造成本的生产报告。

7) 按工程功能的要求进行数据收集和离线分析。包括基于统计学的质量分析以及相关控制功能。

接下来对几个重点功能子模块进行展开说明：

产品定义管理：制造执行层中的一个功能模块，管理制造所需的所有产品信息。产品定义信息共享，包括产品生产规则、物料清单和资源清单。

产品生产规则包含了用于指导制造工作如何生产产品的信息。在具体企业中，这可被称为通用配方、现场配方或主配方，是标准运行程序（SOP）、标准运行条件（SOC）、生产路线安排，或基于生产策略使用的集中步骤。产品定义信息的制定使制造执行层的其他功能和过程控制层的功能按要求实现。

产品定义管理包括产品生产规则的分配管理。在过程控制层设备中可能存在生产规则的某些部分。在某些情况下，为了避免干扰生产，可以将下载此类信息与其他功能结合起来。当作为操作管理活动的一部分下载时，这些信息可以作为操作指令的一部分。

资源管理：一系列与生产运行所需信息有关的资源管理活动。这些资源包括机械、工具、劳动力(受过专门技术培训)、原材料和能源。需要直接控制这些资源，以满足其他活动的生产要求，如生产分配和生产执行管理。

资源管理可以用计算机系统来完成，但也可以部分或全部用手工来代替。

资源管理可包括信息管理，供本地资源预留系统今后使用。对每一重要资源的管理应有一个单独的预留系统。每个资源都有一个独立的活动，或者一个资源组合有一个综合活动。在某些情况下，资源信息必须保持和提供关于负担得起、可获得和具体资源难以获取的活动的信息。

生产调度：一组满足生产要求的生产路线安排和最佳利用本地资源的活动。

基于业务计划层中生产计划的要求、产品定义信息和资源能力信息，来解决生产的约束性和可用性；同时利用生产跟踪模块的信息来解决过程中的实际工作。这包括最少设备安装或清洁要求的排序、设备优化要求的协调以及因批量和有限的生产率而提出的拆分请求。生产调度考虑到本地资源的情况和可用性情况。

生产分派：一组管理把生产任务分派给设备和人员的生产流的活动。包括：

• 控制系统中调度分批开始

• 生产线上调度生产运转的开始

• 在生产单位中指定标准操作条件的对象

• 工作中心传递工作顺序

• 向人工操作发送工作顺序

操作管理：一组指导生产执行的活动，对应了生产分派名单所列出的内容。操作管理活动包括选择、启动和移动工作单元（例如批次、子批次，或批量），使产品生产的经营秩序合理化。实际的操作工作（手动或自动）是过程控制层的一部分。

操作管理可以利用以前生产运转和生产跟踪的信息，在当地优化和提高效率。业务管理活动通常包括在特定地点或区域协调人工和自动过程。这通常需要自动控制设备具有良好的信息交互通道。

数据收集：为特定的工作过程或特定的生产要求而收集、编辑和管理生产数据的一系列活动。

制造执行系统主要处理数量（重量、单位等）及相关参数（比率、温度等）等信息，以及控制器、传感器、执行器状态等设备信息。

处理的信息包括：传感器读取、设备状态、事件数据、操作员登录数据、交互数据、操作动作、消息、模型计算结果以及其他有关产品制造的重要信息。

数据收集基于一个固定的时间或事件，收集的信息通过将数据添加到时间或事件中进行链接。

生产跟踪：根据生产和资源的历史数据跟踪生产过程的一系列活动。它为生产调度模块提供信息，使生产调度能够根据当前的条件进行更新；同时，它还向生产统计模块提供关于人员和设备实际使用情况、材料消耗和生产过程中材料生产的详细信息。

绩效分析：一系列为业务系统分析和汇报绩效信息的活动。这包括对装置生产周期、资源利用、设备使用、设备性能、程序效率和生产可变性的分析。

这些分析可用于改进KPI报告，最优化生产和资源利用。这些资料可以按计划提供；在生产运行结束时或在批次结束时可用；或者依据需求提供。

绩效分析过程在线进行。一旦开始优化并执行约束，其他系统约束就会产生。此外，市场条件和产品组合的变化可能导致优化标准和系统约束的变化。在动荡的环境中，绩效分析活动定期重新检查当前的生产、政策和期望，以最大限度地提高系统生产量。

生产统计： 在业务计划层准备生产响应的一系列活动。这包括总结和报告人员和设备在产品生产中的实际使用情况、物料消耗、物料生产情况以及成本和绩效分析结果等其他相关生产数据。

维护管理：协调、指导和跟踪设备、工具和相关资产的维护功能的一系列活动。该功能确保设备、工具和相关资产的制造可用性，并确保反应性、周期性、预防性或先发性维护调度的成功实施。主要有以下四种维护类别：

1) 提供设备故障响应的维护。

2) 基于时间或周期的循环维护的调度和实施。

3) 基于状态的维护，源于从设备或从设备推断获得的信息提供。

4) 资源运行绩效和效率的优化。

维护管理的主要功能包括：

1) 提供纠正性的、预防性的和基于状态的维护。

2) 向预期故障，包括设备自检和诊断活动，提供设备监测功能。

3) 生成维护成本和绩效的报告。

4) 协调和监测已指定的维护工作。

5) 监督维护请求。

6) 维护完成报告，包括配件的使用、维护工作，以及维护成本。

7) 与操作员和生产装置管理人员协调既定工作。

8) 做出生产设备的绩效证明。

9) 持产品转变需求，包括设备的变更。

10) 监测和更新维护历史文档。

质量管理：协调、指导和跟踪质量测量和报告功能的一系列活动。更广泛的质量管理包括质量操作和那些确保中间和最终产品质量的操作。主要有以下四类：

1) 质量测试管理

2) 质量测试方式

3) 质量测试时间地点

4) 质量测试工具

质量管理的主要功能包括：

1) 测试和检验物料质量(原料、成品和中间产品)。

2) 测量和报告设备能力以满足质量目标。

3) 保证产品质量。

4) 设置质量标准。

5) 设置人员资格和培训质量标准。

6) 设置质量的控制标准。

库存管理：制造设施协调、指导、管理和跟踪企业生产经营过程中的库存和物料移动。它的主要功能包括：

1) 管理和跟踪产品和物料的库存。

2) 履行周期性和按要求的库存周期计算。

3) 管理工作中心之间物料的移动。

4) 测量和报告库存及物料的移动能力。

5) 协调和控制物料移动中利用的人员和设备。

6) 指导和监测物料与生产管理、质量管理或维护管理之间的进出传递。

7) 向生产管理活动汇报库存。

8) 追溯原料在贮藏库的进出。

9) 确定拆包调度。

10) 运输和监控贮藏库中物料的移动。

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