一、什么是MES？

MES：制造企业生产过程执行管理系统（Manufacturing Execution System）。

MES是美国制造研究和生产管理界于20世纪90年代提出的关于生产组织和管理的新概念。

按MESA国际联合(MESA International)的定义，“MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化管理，对工厂发生的实时事件及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数据进行相应的指导和处理”。

MES 提供实现从订单下达到完成产品的生产活动优化所需的信息；运用及时准确的数据， 指导、启动、响应并记录车间生产活动，能够对生产条件的变化做出迅速的响应，从而减少非增值活动，提高效率。 MES 不但可以改善资本运作收益率，而且有助于及时交货、加快存货周转、增加企业利润和提高资金利用率。MES 通过双向的信息交互形式，在企业与供应链之间提供生产活动的关键基础信息。

MES是处于制造企业计划层(ERP)与控制层(PCS)之间的执行层，是企业资源计划系统和设备控制系统之间的桥梁和纽带，是制造企业实现敏捷化和全局优化的关键系统。

制造（生产）过程管理的作用是把企业有关产品的质量、产量、成本等相关的综合生产指标目标值转化为制造过程的作业计划、作业标准和工艺标准，从而产生合适的控制指令和生产指令，驱动设备控制系统使生产线在正确的时间完成正确的动作，生产出合格的产品，从而使实际的生产指标处于综合生产指标的目标值范围内。

二、MES在生产中的作用

                                                               图2.1 MES所处环境     

MES一般部署在数字化车间，是数字化车间的日常生产管理系统。

如果将数字化车间类比为企业财务部，那么MES相当于一套财务软件；如果把数字化车间类比为一个政府部门，那么MES相当于办公自动化（OA）系统。

因此，要学习MES，首先必须了解其主要应用场所----数字化车间。 

1、数字化车间 = 传统车间 + 数字虚体

                                                                        图2.2 数字化车间

在传统车间中，主要生产要素是“人、机、料”，即由人以手工方式或控制机器将物料变成产品。

在相同的条件下，人的知识、技能和经验起主导作用，生产效率主要取决于车间管理者的能力和执行者的效率。

传统生产车间存在的问题：

1）信息记录与交换手段落后

采用纸质作业指导书（工单）、工艺资料、领料单等载体来记录任务、签字、名称、数量等信息，有信息不完整、难以检索、容易出错等明显缺陷，无法形成完整信息流，更谈不上信息集成。

2）生产不可见

即使在实施了ERP系统的生产企业中，生产车间也是“盲区”。由于无法获取实时生产数据，管理层、采购部门、销售部门等均无法知道物料是否缺少、设备是否运转正常、产品生产到哪一步、人员是否闲着、质量是否合格等信息。

3）产品质量问题难以追溯

产品质量问题常常是是在用户使用时被发现，由于没有生产过程数据，很难追溯导致问题的原因。是人员操作失误？物料质量不合格？还是设备运行异常？这些都只能靠经验来判断，因此导致同样的质量问题反复出现。

4）生产计划与控制方法粗糙

车间生产计划制定包括排产（先后顺序）和排程（精确时间点）两个步骤，这对于混线生产和定制化生产非常重要，是提高车间生产效率最关键的步骤之一。在传统车间中，排产和排程的好坏基本上取决于生管员的经验，无法精确。在作业任务被分派后，由于没有执行数据反馈，对生产异常情况处理、订单变更、绩效分析等都难以有效应对，计划和控制无法形成闭环。

和传统车间相比，数字化车间的显著特征是：在“人、机、料”之外多了数字虚体（计算机、网络、软件、模型、报表和图形等的组合）。

                        图2.3 实体产线（物理实体）

                        图2.4 虚拟产线（数字虚体）

2、数字化车间的两层架构

                              图2.5 数字化车间的两层架构

生产控制层：一般由MES软件实现，支持车间生产计划和控制高层管理活动。包括排产、排程、任务分派、计划跟踪与调整、生产绩效分析、物料管理、设备管理、质量管理等。

现场执行层：一般由SCADA等数据采集和处理系统实现设备数据采集和人工操作数据采集。设备数据通过接口自动获取，人工操作数据需要通过手工输入或借助条码、二维码、RFID等自动识别装置进行采集。设备数据包括设备状态、启停时间、参数、执行结果等；人工操作数据包括人员、操作时间、操作类型等。除了数据采集，现场执行层还要完成生产控制层发出的设备和人员控制指令。

3、数字化车间的支撑设施

                              图2.5 数字化车间的支撑设施

传感层。包括传感器、数字化设备接口、I/O等，实现车间现场执行层的数据采集和操作指令接收功能。本层数据主要通过设备通信网络传送。本层的数据特征是数字信号。

控制层。下半层包括PLC、工业物联网网关等设备，用于汇聚传感层数据及形成操作指令，通过设备通信网络传送数据；上半层包括工控机、PC工作站等设备及HMI、SCADA等软件系统，形成业务数据，通过运营信息网络和执行层通信，通过自动化网络和PLC、网关等设备通信。本层的数据特征是指令和状态。

执行层。包括服务器、PC、PAD、手机等IT设备设施及MES、WMS等管理软件，实现车间生产控制层的功能。本层的数据特征是业务描述。

三、MES的特点

1、生产执行系统的主要特征有三：

首先，生产执行系统是对整个车间制造过程的优化，而不是单独解决某一生产瓶颈；

其次，生产执行系统必须具备实时收集生产过程数据的功能，并作出相应的分析和处理；

最后，生产执行系统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的集成。

2、生产执行系统应用

生产执行系统是一套对生产现场进行综合管理的集成系统，它用集成的思想替代原来的设备管理、质量管理、生产管理、分布式数控（Distributed Numerical Control, DNC）、数据采集软件等车间需要使用的孤立软件系统，在信息化系统中具有承上启下的作用，是一个信息枢纽，强调信息的实时性。

生产执行系统作为连接底层自动化控制系统和上层管理系统的纽带，是构建智能工厂的核心。企业应用生产执行系统的前提是：必须清楚掌握产销流程，提高生产过程的可控性，减少生产线人工干预，及时正确地搜集生产线数据，更加合理地安排生产计划并掌控生产进度，从产品开发、设计、外包、生产到按时交付，整个制造流程中的每个阶段都必须高度的自动化、智能化，并且实现各阶段信息的高度集成化。

生产执行系统在企业中的运用分为5个层次：

1） 初始层

及时反馈生产计划完工情况，应用质量管理系统实时把控生产过程中的产品质量，清晰掌握生产任务的详细进度，并对生产关键环节进行追溯管理。

2） 规范层

对设备、人员、能源等进行自动化数据采集；对设备实时状态进行管理，如出现停机等状况立刻向系统反馈；初步优化生产计划并指导生产，实现对生产作业全过程的管理，并建立完善的生产追溯管理体系。

3） 精细层

优化生产计划，同时确立与其他资源的集成关系；实现对技术文件、物料、设备、工艺工装、人员、能源等与生产任务单的集成化管理；建立生产现场多方预警管理机制与电子看板管理体系。

4） 优化层

实现设备与能力计划的部分集成；能自动根据车间员工的资质、生产能力等因素安排生产任务；会对能源使用进行优化，降低能源成本。

5） 智能层

包括应用于自动化生产的各类设备，如数控机床、机器人、自动寻址装置、存储装置、柔性自动装夹具、检具、交换装置及更换装置、接口等；以及应用自动化控制和管理技术，实现生产系统资源和设备动态调度的机制等。

通过生产执行系统来实现企业信息的实时化管理，是提高企业管理水平的关键，而同时，制造单元中的信息集成也为智能生产线的建设提供了良好的基础。

四、MES的发展趋势

MES国内现状与未来发展趋势如下：

1.MES系统产品主要差异

MES系统主要差异：

第一，是否提供灵活的配置环境。

第二，内部模块是否有统一的模型。

第三，是否提供信息的抽取和分析功能。

第四，是否提供多样的用户客户端。

第五，系统是否可根据行业的需求提供不同的行业解决方案。

第六，是否能够提供成熟的实施方法论。前四点主要在于技术方面的差异，后两点在于实施方式的差异。由于国内外MES产品目前还处于成长完善时期，因此技术上的差异决定了项目最终的效果。

2.做透一个行业，触类旁通

目前mes系统技术正朝着标准化、专业化、平台化、智能化的方向发展。MES产品覆盖的功能范围更广，但如何在满足行业特定需求的同时，提供更开放和可伸缩的产品是一个难点。在发展初期，国内mes系统软件应该从特定的行业出发，充分了解行业生产流程，管理特点和需求，将一个行业做透，然后在向其他行业扩展，做到触类旁通，借鉴国外软件的优点。

3.MES系统产品与国外有较大差距

随着制造企业信息化应用的不断深入，MES的需求将越来越广泛，在中国企业的应用也将更加广泛。从行业来看，国内的MES除了在流程行业的少数领域比较成熟外，在离散制造领域，无论从成功案例的数量还是案例的规模上来看，和国外相比还是有比较大的差距。

4.MES系统竞争焦点转向先进理念

分析国内外mes系统市场的现状，可以得出以下几点结论：MES领域市场逐步趋于理性，对行业背景、实施经验和实施周期的要求日趋提高，国内制造企业对mes功能以及MES产品成熟度等要求越来越高，只具备基本功能的mes系统已经不能满足所有企业的需求。随着企业信息化应用的逐步深入，为提升企业核心竞争力，应用高级排程技术、支持网络化异地制造技术以及具有进行精细化管理、差异化管理、适用柔性制造应用模块的MES越来越为市场所关注。MES竞争的焦点已经从原来的重价格、重服务转为能够为客户提供拥有先进的管理思想与理念、拥有行业技术诀窍、提升管理水平的整体解决方案。

5.MES系统智能化是未来发展方向

第一，mes系统中最主要的内容是生产过程管理，其中必然要涉及生产计划，包括产品的质量计划、消耗计划、成本计划等等，这些计划最终通过调度指令、生产活动完成。过程优化问题是国内mes系统研究中的弱项。

第二，mes系统的智能化，也是国内mes系统研究开发与国外有差距的一个方面。过去，生产过程管理凭借管理人员和操作人员的经验，mes系统仅仅提供了一个替代经验管理方式的操作系统平台。但是，如何将生产管理者的经验固化在mes系统中，在国内mes研究开发中还涉及较少。mes智能化是未来国内mes系统实现跨越发展的主要方向。

第三，产品化程度不够。国内mes系统市场仍以研究居多，就产品来讲，自主研发才刚刚开始，尽管有少数国内IT公司模仿国外的模式，开始总结提炼中国工业企业mes系统层面的经验，但仍以实验室产品居多，离商品化还有一段路程。

第四，产业化规模不足。一个成熟的产业应该是由供应商、服务商（经销商）和用户组成的，而现在的mes系统多是供应商直接面向用户，产业规模还没有发展起来。