MES制造执行系统概述连载（二）

MES的产生背景
自上世纪八十年代以后，伴随着消费需求的多样化，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批量的柔性生产。以计算机网络和大型数据库等IT技术和先进的通讯技术的发展为依托，企业的信息系统也开始从局部的、事后处理方式转向全局指向的、实时处理方式。同时在制造管理领域出现了JIT（just in time）、lean 、TOC等新的理念和方法，并依此将基于定单的生产（MTO）进行更科学的预测和制定更有效可行的生产计划;在企业级层面上，管理系统软件领域MRPII系统的普及，直到今天各类企业ERP系统大张旗鼓进行;在过程控制领域PLC、DCS、DNC得到大量应用，也是取得高效的车间级流程管理的主要因素。
可以说企业信息化的各个领域都有了长足的发展，当前许多企业已经做了很多信息化项目，包括 CRM , ERP, PLM, SCM, OA等。这些系统为企业的管理带来了不少收益。但是这些系统都未能支持到车间生产层面。企业上游管理与车间生产之间没有数据的传递。多数企业车间执行过程是依靠纸质的报表、手工操作实现上下游的沟通。这种方式非常低效，并且产生的数据不准确、不完整。使企业在生产方面无法准确进行各项分析，做到精细化管理。为企业的效益打了折扣。
具体表现为在计划过程中无法准确及时地把握生产实际状况，另一方面则在生产过程中无法得到切实可行的作业计划做指导，工厂管理人员和操作人员难以在生产过程中跟踪产品的状态数据、不能有效地控制在制品库存，而用户在交货之前无法了解定单的执行状况。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。
针对这种状况，1990年11月，美国的调查咨询公司AMR首次提出MES的概念，为解决企业信息集成问题提供了一个被广为接受的思想，制造执行系统。
MES 的发展历程
20世纪70年代后半期，出现了一些解决单一问题的车间管理系统，例如设备状态监督管理系统（TPM）、质量管理系统（QMS）、能源管理系统（EMS），以及涵盖生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。这一时期企业引进的是解决单一问题的或具备单一功能的软件或系统，不是整体的管理设计或问题解决方案，横向维度上个系统和软件之间信息孤岛的存在成为必然，纵向维度商导致上层系统与控制系统之间出现断层问题。
20世纪80年代中期，生产管理的各种单一软件和系统开始整合，随着管理方法和IT技术的发展，IT与OT进一步融合，逐步形成了MES的早期雏形，主要是生产现场管理系统（POP, Point of Production）和车间级控制系统（SFC，Shop Floor Control）。
20世纪80年代末，美国先进制造研究机构 (AMR, Advanced Manufacturing Research)首先提出MES的概念。1992年，美国成立以宣传MES思想和产品为宗旨的贸易联合会——MES国际联合会。1997年，MESA发布修订后的数个关于MES的白皮书，对MES的定义与功能、 MES与相关系统间的数据流程、应用MES的效益、MES软件评估与选择以及MES发展趋势等问题进行了详尽的阐述；
1999年，美国国家标准与技术研究所（NIST）在MESA白皮书的基础上，发布有关MES模型的报告，将MES有关概念标准化。
2000年后，MES作为信息化应用的重要组成部分受到市场的广泛关注。国际主要软件服务商大举拓展该领域业务，中国本土ERP、PLM（Product Lifecycle Management）、自动化服务商页逐渐进入MES系统市场。另一方面，随着企业精细化的逐渐加强，以及越来越严格的质量追溯和管控需要，越来越多的头部企业对MES进行选型和实施，管理效益和经济效益取得显著增长。
2013年以后，随着德国工业4.0、中国制造2025等国家制造强国战略的出台，智能制造成为全球制造业的必选项和发展目标，MES作为实现智能制造的重要工具，受到广泛讨论，掀起学习、研究和实践MES的热潮。

MES在国内外发展与应用情况
随着制造业整体生产模式的转变、管理能力的提升，结合信息技术的发展，MES在支持平台、数据库、应用技术、系统架构、系统可配置性等方面出现了很多新技术，脚趾初期系统有了长足的发展，更适合当下和未来智能制造企业的要求。
由于MES具有行业属性，同时又具备很强的定制化属性和可配置属性，因此MES适用于流程型行业、离散型行业中各种制造企业，在机械精密加工、电子、化工、电力、医药、重工机械等制造领域有广泛的运用。
1.国内应用情：MES在应用方面，国内总体上落后于西方发达国家。国内长三角、珠三角地区应用程度远远高于其他地区。结合实际情况，中国一大部分制造业还处于行业分工的下游，劳动密集型作业方式造成的问题显著，因此收集完整可靠的，经过过滤和分析的信息非常困难。同时，制造企业的集成信息系统由许多独立子系统组成，子系统或软件之间互为信息孤岛，互不通讯，集成成本高、难度大、周期长。总体来说，MES软件是加速中国制造业升级、转型、壮大的有利工具，有广阔空间。由于MES系统能给企业和社会带来非常大的效益，从2002年开始，国家863-CIMS高新科技研发计划中已将MES系统作为重点发展项目，并出台了具体扶持办法，从战略的高度上给予了相当的重视，已促进工业化带动信息化、信息化存进工业化的发展战略，将价值流、信息流、物料流、资金流、工艺流与支持性流程实现最佳集成。
2.国际应用情况：欧美、日韩等国家在MES方面起步比较早，有成熟的MES产品和应用场景，在一定程度上已经给相关企业带来了巨额利润。从80年代后期至1994年，T-MES市场销售以二位数的比例递增；本世纪以来，AMR组织提出了MES要重点面向车间生产问题，并相继出现了一些列的开发公司和产品。如美国Concilium公司面向半导体和电子行业相继开发了Workstream (MESⅠ) 和FAB300（MESⅡ）；美国Honeywell公司面向制药行业开发的POMSMES；美国的Intellection公司面向多种行业开发的Fix for Windows；美国Rockwell公司的Russel，RS Batch，Arena等；日本的横河电机公司面向石油相关企业开发的终端自动化系统Exactas；这些系统在汽车、石油等行业取得巨大成功。
传统车间存在的问题
根据生产活动的组织形式，传统的生产车间生产组织形式可以粗略划分为单件、批量和大量生产，根据作业的连续性可以分为连续生产（流程型行业）、间断生产（离散型行业）。从不同的维度对生产进行划分，有不同的视角，目前世界范围内主要有以下几种生产方式：福特生产方式、丰田生产方式、沃尔沃生产方式、单元生产方式、新准时生产方式、超越控制管理方式。无论采取哪种生产方式，企业生产车间都会存在一些问题，下面我们从丰田生产方式的视角切入，审视整个生产过程中可能存在的问题。
描述问题和解决问题的前是发现和暴露问题，我们借助RPA（Rapid Plant Assessment）工厂快速评价法对工厂的生产水平进行简略评估，获取一定的参考视角，如下图。在此基础之上运用Y=F(X)和F=ma的理论逻辑，结合七个运营指标：效率P、质量Q、成本C、安全S、士气M、环境E、交期D，与六个基本生产要素：人、机、料、法、环、测组成检测矩阵，如下图：通过矩阵对角线获取值，进一步与3M（muri\muda\mura）中的muda所包含八大浪费：作业的地方的浪费—（过多过早、不良、加工的浪费、多余动作），停止地方的浪费—（等待、搬运、库存），以及第八大浪费—对员工智慧的浪费。
通过上述方法和路径的诊断，可以甄别出车间管理存在的一些典型问题，例如：操作层与计划层断档,企业人员无法实时了解生产线的实际情况、生产流程黑箱，在制品加工信息和工位状态信息无法及时反馈、工艺参数无监控、生产效率无督导、产品质量无保证、资源安排不合理、工作进度无反馈、设备状态不清楚、成本核算无依据、人员效率无考核、信息反馈不及时、现场流转靠表单、安全监督事后管理、物料流转不透明、在制品状态和数量不实时等问题。
生产过程的不透明，致使企业管理人员难以及时掌握和追溯生产过程中出现的问题与瓶颈，同时制约设备综合效率（Overall Equipment Effectiveness, OEE）的提升。MES的一个重要功能是帮助企业实现制造过程五个流程顺畅执行：订单执行信息流、生产计划信息流、物料流转流、工艺流、价值流。

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