引言

     工業(yè)工程中生產(chǎn)制造系統(tǒng)（MES）產(chǎn)生于20 世紀(jì)70 年代，初期MES 只應(yīng)用于質(zhì)量、生產(chǎn)等方面的具體某個(gè)業(yè)務(wù)功能，與其他信息化系統(tǒng)獨(dú)立并行應(yīng)用，不做任何的互操作等集成。

    MES 從最初的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)、車間級(jí)控制系統(tǒng)等眾多的單個(gè)功能系統(tǒng)，到目前包括生產(chǎn)管理、工藝管理、過程管理、質(zhì)量管理等關(guān)鍵業(yè)務(wù)功能于一體的綜合MES 解決方案，MES 已經(jīng)逐漸由企業(yè)提升工作的自動(dòng)化效率，發(fā)展成為提升制造型企業(yè)業(yè)務(wù)、管理、設(shè)備等整體效率的信息化應(yīng)用的關(guān)鍵系統(tǒng)，如浙大中控的ESP-Suite、比利時(shí)的HOLLiAS-MES 等。

    美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（AMR） 將MES 定義為：位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。主要通過將位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)的各項(xiàng)生產(chǎn)與管理任務(wù)指標(biāo)分解與下達(dá)給位于下層的工業(yè)控制系統(tǒng)，將管理系統(tǒng)與車間基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)有效串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的有效流動(dòng)。功能實(shí)現(xiàn)主要是數(shù)據(jù)的采集與傳遞，跟蹤數(shù)據(jù)流的整個(gè)運(yùn)作過程，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、庫存等信息的可追溯。

 MES 的集成性

    MES 產(chǎn)生之初，主要是具體某個(gè)業(yè)務(wù)功能的軟件系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，初期實(shí)現(xiàn)了制造型企業(yè)生產(chǎn)及其相關(guān)領(lǐng)域的人員、設(shè)備的基礎(chǔ)效率。但隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，和企業(yè)對(duì)管理與效率要求的不斷提升，MES 的應(yīng)用與發(fā)展逐漸暴露出一些問題，諸如各個(gè)信息系統(tǒng)間的孤島問題、數(shù)據(jù)流不能有效流動(dòng)整個(gè)過程、信息無法有效下達(dá)與反饋等，這些問題某種程度上制約了企業(yè)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最優(yōu)化。這種背景下，MES 與各個(gè)信息系統(tǒng)的集成必要性油然而生。初期MES 的集成或融合主要還是集中在橫向的信息系統(tǒng)之間，這些系統(tǒng)同屬于上層管理系統(tǒng)與車間基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的層次。功能的實(shí)現(xiàn)主要是業(yè)務(wù)功能的橫向覆蓋與MES 系統(tǒng)模塊的拓展。這種集成實(shí)現(xiàn)的是人員、設(shè)備基礎(chǔ)效率的再挖掘與提升。而后逐漸發(fā)展的則是同縱向的信息系統(tǒng)之間的集成，這些系統(tǒng)既包括位于上層的各個(gè)管理系統(tǒng)，又包括位于下層的各個(gè)車間設(shè)備的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)。功能主要實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)流在整個(gè)運(yùn)作過程的有效流動(dòng)、信息的有效下達(dá)與反饋，不僅僅實(shí)現(xiàn)自身系統(tǒng)模塊的拓展，也是企業(yè)整個(gè)業(yè)務(wù)流程上下游的整合。這種集成實(shí)現(xiàn)的是縱向整體效率的提升，是業(yè)務(wù)流程上下游協(xié)同效率的提升，以此帶來企業(yè)生產(chǎn)及其相關(guān)領(lǐng)域資源配置的高效化，使得資源的利用與配置更趨于合理。

與管理信息系統(tǒng)的集成

    1 綜述

    MES 的存在之處就在于它執(zhí)行的是上層管理信息系統(tǒng)與下層車間設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)所涵蓋不到的中間層的業(yè)務(wù)功能。對(duì)于位于上層的管理信息系統(tǒng)，如果需要將管理內(nèi)容分解并下達(dá)執(zhí)行，就需要同MES 進(jìn)行集成，通過MES 將各項(xiàng)任務(wù)指令傳遞到位于下層的車間設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)。因此MES 與管理信息系統(tǒng)的集成具有相當(dāng)強(qiáng)的必要性。這些管理信息系統(tǒng)包括企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、供應(yīng)鏈管理（SCM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、銷售和服務(wù)管理（SSM）等。這些既有以生產(chǎn)管理為主的ERP 系統(tǒng)，又有與生產(chǎn)相關(guān)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的PDM、SCM、SSM 等系統(tǒng)。它們同MES 之間的信息傳遞雖然不盡相同，但總體傳遞的都是與生產(chǎn)密切相關(guān)的信息，尤其是ERP 系統(tǒng)。ERP 系統(tǒng)作為目前企業(yè)管理生產(chǎn)的主要信息化系統(tǒng)，同MES 的集成是最重要的，也是目前MES 與管理系統(tǒng)的集成中，應(yīng)用最廣泛的。

    2 與ERP 的集成

    （1）ERP 與MES 的區(qū)別

    進(jìn)行MES 與ERP 系統(tǒng)的集成，需要先了解ERP 與MES 的區(qū)別。目前的ERP 系統(tǒng)實(shí)施內(nèi)容越來越廣泛，已經(jīng)不僅僅是最初的原型MRP（物料需求計(jì)劃）針對(duì)生產(chǎn)管理的信息化系統(tǒng)。大多數(shù)ERP產(chǎn)品已經(jīng)涵蓋了企業(yè)戰(zhàn)略決策支持、生產(chǎn)管理、物料管理、倉儲(chǔ)管理、財(cái)務(wù)管理、項(xiàng)目管理、質(zhì)量管理等企業(yè)管理的很多方面。MES 目前仍針對(duì)于生產(chǎn)執(zhí)行方面，與ERP 只在生產(chǎn)管理方面、質(zhì)量管理等車間生產(chǎn)方面存在交集。ERP 是企業(yè)進(jìn)行整體信息化以及生產(chǎn)信息化必不可少的實(shí)施內(nèi)容，而MES 則是制造型企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)信息化必不可少的實(shí)施內(nèi)容。

    在ERP 與MES 的業(yè)務(wù)功能交集方面，二者在生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量管理、執(zhí)行跟蹤等方面均存在管理的內(nèi)容，但二者管理的內(nèi)容不完全相同，執(zhí)行精度也不同。

    生產(chǎn)計(jì)劃方面ERP 實(shí)施的是以批次為單位的車間生產(chǎn)計(jì)劃，有些ERP 還具有以批次為單位的生產(chǎn)排程功能；而MES 的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度包括排程則是以具體到零件的任務(wù)執(zhí)行。ERP 生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行的精度是批次，而MES 生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行的精度卻細(xì)化到了零件。

    質(zhì)量管理方面是為生產(chǎn)提供質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)內(nèi)容的管理與質(zhì)量檢查；而MES則是對(duì)車間生產(chǎn)的每個(gè)工位、工序進(jìn)行質(zhì)量的跟蹤及管理。ERP 質(zhì)量管理的精度是產(chǎn)品以及車間關(guān)鍵點(diǎn)的檢查，而MES 質(zhì)量管理的精度則是每個(gè)工位、工序的質(zhì)量管理。

    執(zhí)行跟蹤方面雖然ERP 和MES 都是對(duì)在制品進(jìn)行跟蹤管理，但ERP 是對(duì)產(chǎn)品及進(jìn)度進(jìn)行管理，而MES 則是對(duì)車間在制品的跟蹤管理。ERP 執(zhí)行跟蹤管理的目的是管理產(chǎn)品及其完成進(jìn)度的控制，而MES 執(zhí)行跟蹤管理的目的則是車間產(chǎn)品生產(chǎn)的排程。

    （2）集成綜述

    企業(yè)進(jìn)行ERP 系統(tǒng)實(shí)施和車間設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化后，生產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)的下達(dá)與執(zhí)行、生產(chǎn)信息的有效反饋成為企業(yè)突出的問題，而MES 針對(duì)于生產(chǎn)上下層之間的設(shè)計(jì)，使得MES 的實(shí)施必要而急迫。但在實(shí)施MES 之后，如何有效地、無障礙地抓取數(shù)據(jù)，成為各個(gè)信息系統(tǒng)能否發(fā)揮最大功效的關(guān)鍵。MES與ERP 的集成成為解決問題的重要方法。

    （3）集成方法

    ERP 與MES 的集成方法關(guān)鍵是生產(chǎn)相關(guān)流程的梳理及優(yōu)化，通過流程的梳理和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成，明晰各系統(tǒng)的邊界、交互信息。流程梳理優(yōu)化完成之后，即可進(jìn)行ERP 和MES 各系統(tǒng)自身接口的編制。ERP 與MES 的接口編制都是基于自身系統(tǒng)的輸入和輸出2 個(gè)方向來進(jìn)行，對(duì)ERP 系統(tǒng)輸入的主要是MES 提供的各項(xiàng)成本、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)進(jìn)度等數(shù)據(jù)，MES 系統(tǒng)輸入的主要是ERP 系統(tǒng)提供的生產(chǎn)調(diào)度與控制、成本控制、物料控制等數(shù)據(jù)。

    集成中，ERP 與MES 系統(tǒng)功能需要在整體的設(shè)計(jì)架構(gòu)內(nèi)，統(tǒng)一規(guī)劃，劃分邊界。在各系統(tǒng)中每個(gè)涉及交互的業(yè)務(wù)單元應(yīng)避免同一信息的反復(fù)傳輸，在接口的設(shè)計(jì)上避免繁重的運(yùn)算，保證業(yè)務(wù)功能的邏輯清晰。

    集成中，ERP 和MES 系統(tǒng)接口主要存在原料、物料和工單信息等從ERP 到MES 的接口，和工單產(chǎn)量信息、工單物料耗損信息、工單資源耗損信息等從MES 到ERP 的接口。在接口的實(shí)現(xiàn)上，各個(gè)ERP 產(chǎn)品都提供了標(biāo)準(zhǔn)接口，如SAP ERP 產(chǎn)品的XI 系統(tǒng)等。

與車間設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的集成

    在企業(yè)的生產(chǎn)中，MES 需要同車間設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行集成，才能夠?qū)⒐芾砗蜕a(chǎn)的指令傳遞給設(shè)備完成操作。MES 同車間設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的集成，需要面對(duì)各種不同設(shè)備的系統(tǒng)。這就造成MES與下層系統(tǒng)地集成困難，為此美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局和儀表、系統(tǒng)和自動(dòng)化學(xué)會(huì)聯(lián)合發(fā)布了ISA-95 標(biāo)準(zhǔn)（“企業(yè)與控制系統(tǒng)集成”標(biāo)準(zhǔn)）。雖然該標(biāo)準(zhǔn)還有待完善，但它定義了集成的慣例，為MES 同下層系統(tǒng)的集成提供了依據(jù)。業(yè)務(wù)到制造標(biāo)記語言（B2MML）規(guī)范就是該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的一個(gè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范定義了系統(tǒng)間的集成的內(nèi)容、格式，使得各個(gè)系統(tǒng)具備了一致無歧義的標(biāo)簽，這樣數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)利用，使得共享程度更高。

集成性發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

    現(xiàn)今市場(chǎng)上的大部分MES 產(chǎn)品已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)同絕大部分管理系統(tǒng)和下層車間設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的集成功能。但在集成過程中，也伴隨著一系列問題的產(chǎn)生和環(huán)境的不斷變化。首先，MES 同其他信息系統(tǒng)的集成標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，雖然不同國(guó)家的組織在不斷提出新標(biāo)準(zhǔn)，但至今還沒有統(tǒng)一完善的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。其次，MES 本身技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不完善與不統(tǒng)一，也是制約MES 集成功能變強(qiáng)的瓶頸。然后，企業(yè)在應(yīng)用MES 前后，也未針對(duì)集成進(jìn)行相關(guān)環(huán)境的本質(zhì)上的調(diào)整，也是導(dǎo)致MES 集成不理想的原因之一。最后，MES 廠商的實(shí)力不一，技術(shù)不統(tǒng)一，也是MES 集成標(biāo)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn)完善的主要原因。

    雖然MES 的集成性發(fā)展面臨著諸多困難，但隨著應(yīng)用企業(yè)、產(chǎn)品廠商、行業(yè)組織的共同努力，MES的集成性發(fā)展正向著良性的方向發(fā)展：①M(fèi)ES 新型體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，不斷推動(dòng)著集成技術(shù)與功能的完善，以及標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一；②MES 的集成對(duì)象已經(jīng)不僅僅是直接相關(guān)的ERP、車間設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)開始逐漸將應(yīng)用企業(yè)的更多相關(guān)的信息系統(tǒng)集成進(jìn)來，向著企業(yè)統(tǒng)一的信息平臺(tái)邁進(jìn)，這也為集成功能的完善提供著額外的動(dòng)力。然后，更多的企業(yè)將國(guó)際化、全球化列為了戰(zhàn)略目標(biāo)，全球化工廠的信息系統(tǒng)集成問題也相應(yīng)產(chǎn)生，MES的應(yīng)用與集成相應(yīng)也逐漸演變?yōu)榱巳蚧男畔⑾到y(tǒng)與集成。最后，MES 技術(shù)與集成標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，1997 年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布了ISA-95 標(biāo)準(zhǔn)，2000年發(fā)布了ISA-95.1，2001 年發(fā)布了ISA-95.2，2002年發(fā)布了ISA-95.3，2003 年發(fā)布了ISA-95.4，…，標(biāo)準(zhǔn)的完善將直接推動(dòng)MES 技術(shù)與集成的大幅度發(fā)展。

結(jié)語

    隨著MES 的應(yīng)用迅速推廣，MES 同企業(yè)現(xiàn)有信息化系統(tǒng)的集成已經(jīng)越來越凸顯為企業(yè)信息化的重點(diǎn)問題。MES 從產(chǎn)生到廣泛應(yīng)用，從來就不是以單獨(dú)面貌出現(xiàn)，始終伴隨著同其他軟件系統(tǒng)的協(xié)同與集成。在企業(yè)信息化步伐越來越快的背景下，制造型企業(yè)的MES 應(yīng)用，會(huì)逐漸由先引進(jìn)再集成，迅速演變到直接引進(jìn)集成后再應(yīng)用。隨著MES 集成技術(shù)的日新月異，MES 的應(yīng)用也越來越廣泛