本文從MES的基礎(chǔ)開(kāi)始介紹，包括產(chǎn)生背景和發(fā)展趨勢(shì)及其在中國(guó)應(yīng)用的現(xiàn)狀，并以流程制造業(yè)鋼鐵行業(yè)為例，介紹了MES的應(yīng)用。

　　在經(jīng)濟(jì)全球化、市場(chǎng)全球化的必然趨勢(shì)下，我國(guó)部分行業(yè)如化工、鋼鐵等等面臨嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)和經(jīng)歷著深遠(yuǎn)變化的生存發(fā)展要求，轉(zhuǎn)變與趨勢(shì)相符的現(xiàn)代管理思路，建立現(xiàn)代管理理念，引進(jìn)現(xiàn)代管理決策機(jī)制，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)成為企業(yè)最迫切的要求和機(jī)遇所在。觀(guān)察世界生產(chǎn)管理模式的發(fā)展趨勢(shì)可以清晰的得出企業(yè)行為勢(shì)必從單項(xiàng)、局部的改善向著綜合、集成的優(yōu)化轉(zhuǎn)變，尤其是計(jì)劃、組織、控制三大職能的整體優(yōu)化更是企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System) 主要用來(lái)解決整體優(yōu)化中生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)過(guò)程的脫節(jié)問(wèn)題——這一問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)不僅直接影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，而且成為制約現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部信息集成和企業(yè)之間供應(yīng)鏈優(yōu)化的瓶頸。

　　一、MES的產(chǎn)生及發(fā)展

　　1．MES的產(chǎn)生背景

　　自上世紀(jì)八十年代以后，伴隨著消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的需求愈加多樣化，制造業(yè)的生產(chǎn)方式開(kāi)始由大批量的剛性生產(chǎn)轉(zhuǎn)向多品種少批量的柔性生產(chǎn)；以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和大型數(shù)據(jù)庫(kù)等IT技術(shù)和先進(jìn)的通訊技術(shù)的發(fā)展為依托，企業(yè)的信息系統(tǒng)也開(kāi)始從局部的、事后處理方式轉(zhuǎn)向全局指向的、實(shí)時(shí)處理方式。在制造管理領(lǐng)域出現(xiàn)了JIT、LP、TOC等新的理念和方法并依此將基于定單的生產(chǎn)扶正、進(jìn)行更科學(xué)的預(yù)測(cè)和制定更翔實(shí)可行的計(jì)劃；在企業(yè)級(jí)層面上，管理系統(tǒng)軟件領(lǐng)域MRPII以及OPT系統(tǒng)迅速普及，直到今天各類(lèi)企業(yè)ERP系統(tǒng)如火如荼的進(jìn)行；在過(guò)程控制領(lǐng)域PLC、DCS得到大量應(yīng)用也是取得高效的車(chē)間級(jí)流程管理的主要因素?？梢哉f(shuō)企業(yè)信息化的各個(gè)領(lǐng)域都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是在工廠(chǎng)以及企業(yè)范圍信息集成的實(shí)踐過(guò)程中，仍然難以解決這一瓶頸帶來(lái)的各種問(wèn)題：在計(jì)劃過(guò)程中無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)地把握生產(chǎn)實(shí)際狀況，另一方面則在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法得到切實(shí)可行的作業(yè)計(jì)劃做指導(dǎo)；工廠(chǎng)管理人員和操作人員難以在生產(chǎn)過(guò)程中跟蹤產(chǎn)品的狀態(tài)數(shù)據(jù)、不能有效地控制在制品庫(kù)存，而用戶(hù)在交貨之前無(wú)法了解定單的執(zhí)行狀況。產(chǎn)生這些問(wèn)題的主要原因仍然在于生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的相互分離，計(jì)劃系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)之間的界限模糊、缺乏緊密的聯(lián)系。針對(duì)這種狀況，1990年11月，美國(guó)的調(diào)查咨詢(xún)公司AMR首次提出MES的概念，為解決企業(yè)信息集成問(wèn)題提供了一個(gè)被廣為接受的思想，就是我們今天要談的制造執(zhí)行系統(tǒng)。

　　2．MES的發(fā)展歷程

　　20世紀(jì)80年代后期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，流程工業(yè)控制中出現(xiàn)了多學(xué)科間的相互滲透與交叉；同時(shí)，信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合使過(guò)程控制開(kāi)始突破自動(dòng)化孤島模式，出現(xiàn)了集控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和經(jīng)營(yíng)于一體的綜合自動(dòng)化新模式。

　　20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)的研究已成為自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)前沿課題。1995年美國(guó)、日本、西歐等國(guó)已有100多家煉油、化工企業(yè)在實(shí)施CIMS計(jì)劃，推動(dòng)了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向上下游、產(chǎn)供銷(xiāo)一體化或集成化方向發(fā)展，意大利AGIP石油公司提出了以數(shù)據(jù)模型為核心的工廠(chǎng)信息集成系統(tǒng)方案，信息采集從底層到上層，從供應(yīng)鏈的源頭到盡頭，而計(jì)算結(jié)果和指令則從上層一直傳遞到底層。它以面向數(shù)據(jù)（而非面向應(yīng)用）的模型為核心系統(tǒng)，連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行過(guò)程監(jiān)視、控制和診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、單元整合、模擬和優(yōu)化。并在管理決策層進(jìn)行物料平衡、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、排產(chǎn)、企業(yè)資源計(jì)劃、離線(xiàn)在線(xiàn)模擬與優(yōu)化等。

　　流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的理論和技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)展，特別是經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，已逐步形成合理的體系結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)框架已由下圖所示的五層Purdue模型演變?yōu)镋RP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)。目前，這已成為西方先進(jìn)工業(yè)國(guó)家流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)理論和產(chǎn)品的主流框架。

　　在Purdue模型中，流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自下而上從功能上分為過(guò)程控制、過(guò)程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理和經(jīng)營(yíng)決策五個(gè)層次，將生產(chǎn)過(guò)程和管理過(guò)程明顯分開(kāi)。雖然這種體系框架在流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中起過(guò)很大的推動(dòng)作用，但隨著研究與開(kāi)發(fā)的深入，它在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)踐中遇到了較大問(wèn)題。在流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，除了底層的過(guò)程控制與頂層的企業(yè)管理和經(jīng)營(yíng)決策外，在中間層次是很難將生產(chǎn)行為與管理行為截然分開(kāi)的。因此，在牽涉到大量既有生產(chǎn)性質(zhì)又有管理性質(zhì)的信息時(shí)，根據(jù)五層結(jié)構(gòu)模型就很難明確劃分應(yīng)該屬于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的哪一層次，這就造成了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)過(guò)程中概念的混亂和標(biāo)準(zhǔn)的難以統(tǒng)一。

　　ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)較好地解決了上述問(wèn)題。這一結(jié)構(gòu)將流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為：考慮生產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題的過(guò)程控制系統(tǒng)PCS；考慮企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理問(wèn)題的企業(yè)資源計(jì)劃ERP；以及考慮生產(chǎn)與管理結(jié)合問(wèn)題的中間層生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES。這樣，就使流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中原來(lái)難以處理的具有生產(chǎn)與管理雙重性質(zhì)的信息問(wèn)題得到了解決。

　　3．MES的定義

　　國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)（Manufacturing Execution System Association，MESA）對(duì)MES的定義是“MES提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動(dòng)所需的信息。MES運(yùn)用及時(shí)、準(zhǔn)確的信息，指導(dǎo)、啟動(dòng)、響應(yīng)并記錄工廠(chǎng)活動(dòng)，從而能夠?qū)l件的變化做出迅速的響應(yīng)、減少非增值活動(dòng)、提高工廠(chǎng)運(yùn)作過(guò)程的效率。MES不但可以改善設(shè)備投資回報(bào)率，而且有助于及時(shí)交貨、加快庫(kù)存周轉(zhuǎn)、提高收益和現(xiàn)金流的績(jī)效。MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)信息?！?br>
　　如此定義，道出了MES的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施都是圍繞企業(yè)生產(chǎn)----這一為企業(yè)直接帶來(lái)效益的價(jià)值增值過(guò)程進(jìn)行的，而針對(duì)目前企業(yè)信息化建設(shè)過(guò)程中通常對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重視不夠的情況，我們研究所開(kāi)發(fā)的目前國(guó)內(nèi)唯一針對(duì)大型流程企業(yè)的專(zhuān)業(yè)MES系統(tǒng)以其精心的設(shè)計(jì)、完善的實(shí)施以及良好的維護(hù)等為MES的興起迎來(lái)了良好的開(kāi)端。

　　美國(guó)的權(quán)威機(jī)構(gòu)先進(jìn)制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）提出的： MES是位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車(chē)間層的管理信息系統(tǒng)。它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行和跟蹤以及所有資源（人員、設(shè)備、物料、客戶(hù)需求等）的當(dāng)前狀況。AMR于1992年提出了三層的企業(yè)集成模型，將企業(yè)分為三個(gè)層次：計(jì)劃層（MRPII/ERP），執(zhí)行層（MES），控制層（Control）。計(jì)劃層強(qiáng)調(diào)企業(yè)的計(jì)劃，它以客戶(hù)定單和市場(chǎng)需求為計(jì)劃源，充分利用企業(yè)內(nèi)部的各種資源，降低庫(kù)存，提高企業(yè)效益；執(zhí)行層強(qiáng)調(diào)計(jì)劃的執(zhí)行，通過(guò)MES把MRPII/ERP與企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)控制有機(jī)地集成起來(lái)；控制層強(qiáng)調(diào)設(shè)備的控制，如PLC、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、各種計(jì)量及檢測(cè)儀器、機(jī)械手等的控制。

　　4. MES的作用

　　制造企業(yè)關(guān)心三個(gè)問(wèn)題：生產(chǎn)什么？生產(chǎn)多少？如何生產(chǎn)？企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃回答的是前兩個(gè)問(wèn)題，“如何生產(chǎn)”由生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程控制系統(tǒng)“掌握”。ERP、CRM等系統(tǒng)只為生產(chǎn)計(jì)劃的編制提供了數(shù)據(jù)信息，對(duì)于“計(jì)劃”如何下達(dá)到“生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過(guò)程中變化因素如何快速反映給“計(jì)劃”，在計(jì)劃與生產(chǎn)之間需要有一個(gè)“實(shí)時(shí)的信息通道”，MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）就是計(jì)劃與生產(chǎn)之間承上啟下的“信息樞紐”。

　　近年來(lái)，隨著JIT(Just In Time)、BTO（面向訂單生產(chǎn)）等新型生產(chǎn)模式的提出，以及客戶(hù)、市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求，MES才被重新發(fā)現(xiàn)并得到重視。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)泡沫的破碎后，企業(yè)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到要從最基礎(chǔ)的生產(chǎn)管理上提升競(jìng)爭(zhēng)力，即只有將數(shù)據(jù)信息從產(chǎn)品級(jí)（基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)）取出，穿過(guò)操作控制級(jí)，送達(dá)管理級(jí)，通過(guò)連續(xù)信息流來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成才能使企業(yè)在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。目前，MES在國(guó)外被迅速而廣泛地應(yīng)用。

　　企業(yè)信息化系統(tǒng)是一個(gè)信息相互貫通的集合體，作為制造業(yè)內(nèi)部最重要最基本的活動(dòng)——生產(chǎn)，它的相關(guān)信息尤其需要得到實(shí)時(shí)的處理和分析。具體的說(shuō)，就是收集生產(chǎn)過(guò)程中大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)時(shí)事件及時(shí)處理，同時(shí)又與計(jì)劃層和生產(chǎn)控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應(yīng)數(shù)據(jù)并反饋處理結(jié)果和生產(chǎn)指令。

　　MES不同于以派工單形式為主的生產(chǎn)管理和輔助的物料流為特征的傳統(tǒng)車(chē)間控制器,也不同于偏重于作業(yè)與設(shè)備調(diào)度為主的單元控制器,而應(yīng)將MES作為一種生產(chǎn)模式, 把制造系統(tǒng)的計(jì)劃和進(jìn)度安排、追蹤、監(jiān)視和控制、物料流動(dòng)、質(zhì)量管理、設(shè)備的控制和計(jì)算機(jī)集成制造接口（CIM）等一體化去考慮，以最終實(shí)施制造自動(dòng)化戰(zhàn)略。

　　國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)（MESA）定義了MES應(yīng)具備的11個(gè)功能模塊：主要包括1)資源分配和狀態(tài)管理；2）操作/詳細(xì)排產(chǎn)；3）分配生產(chǎn)單元；4）文件控制；5）數(shù)據(jù)收集；6）勞動(dòng)力管理；7）質(zhì)量管理；8）過(guò)程管理；9）維護(hù)管理；10)產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理；11)性能分析和數(shù)據(jù)采集。實(shí)際的產(chǎn)品可能是包含其中一個(gè)或幾個(gè)功能模塊。