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當前擺在人們面前的嚴峻問題是,，如何使對企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡的投資能迅速取得回報？看來正確認識MES的作用和正確地發(fā)揮MES的作用是非常關(guān)鍵的事情。本文將重點放在至今在國內(nèi)尚未引起足夠注意的MES,，以期對這個溝通ERP和生產(chǎn)制造的控制系統(tǒng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)給予應有的重視。 / t% ]' N$ y5 W7 N( l, B: X1 S
引 言
( O3 N, ?6 @/ B' @; Q20世紀90年代以來，經(jīng)濟全球化的趨勢日益增加,，信息技術(shù)的發(fā)展極為迅速，市場環(huán)境發(fā)生了根本性的變化,。顧客驅(qū)動已成為市場的主要特征,，市場競爭的要素涉及到工控時間、質(zhì)量、價格,、服務和環(huán)境,。而信息技術(shù)的廣泛采用，使得以顧客訂貨和市場需求為軸心的生產(chǎn)活動已可以不受時間和地域的限制,，競爭的高科技含量因此大大提高了,。面對激烈競爭，企業(yè)界的重要對策就時采用將制造技術(shù)與信息技術(shù),、自動化技術(shù),、現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)科學技術(shù)有機融合的新一代先進制造技術(shù)。以此為契機,，企業(yè)資源計劃ERP和制造執(zhí)行系統(tǒng)MES從理念發(fā)展到軟件平臺,，再形成完整的系統(tǒng)，并開始了較為廣泛的應用,。它們或以軟件平臺形式出現(xiàn),，或以系統(tǒng)形式出現(xiàn)，或以應用服務的形式出觀,，這預示著人類正在進入電子商務和電子制造完美結(jié)合的新時代,。 2 t9 a( r z, a% b$ r; p
ERP立足于經(jīng)濟全球化的環(huán)境，面向正在迅速形成的供應鏈,，從企業(yè)全局的角度對經(jīng)營和生產(chǎn)進行全面計劃,，并實施企業(yè)資源的一體化管理。它以財務管理為核心,，將資金流,、物流與信息流加以有機結(jié)合,，使整體價值鏈管理的概念得以實現(xiàn),。它集成了供應鏈管理功能，強調(diào)供應商,、制造商與分銷商之間的新型伙伴關(guān)系,，支持企業(yè)后勤管理,，形成對市場快速響應的能力。它強調(diào)企業(yè)流和半制成品的管理,，通過對半制成品的管理實現(xiàn)企業(yè)的人員,、財務、制造與銷售之聞的整合,，支持企業(yè)業(yè)務過程重組,。按理，在生產(chǎn)制造計劃中,，ERP支持MES的管理模式,，通過MES支持不同行業(yè)(就大的分類而言,，主要是離散制造業(yè)，流程工業(yè)和批量流程工業(yè))的管理模式,。但仍然需要化大力氣去解決ERP與MES之間如何針對特定工業(yè)企業(yè)建立協(xié)同作用的解決方案和實際存在的問題,。 ( r6 |2 S4 ?. i: c3 p
在典型的ERP軟件平臺中，財務管理(包括會計核算,，財務管理),、生產(chǎn)控制(包括生產(chǎn)計劃，制造),、物流管理(包括采購,，庫存管理，銷售)和人力資源管理等是基本功能模塊,。過去的若干年來,，ERP在國內(nèi)得到了較廣泛的重視,，一些企業(yè)花了大量資金上ERP,。但就一般情況而言，商業(yè)企業(yè)從ERP中獲得的利益比較明顯,，而工業(yè)企業(yè)卻沒有那么幸運,，甚至受到不同程度的損害。這一現(xiàn)象并非我國獨有,，在工業(yè)發(fā)達國家也是如此,。美國ARC公司調(diào)查結(jié)果顯示，53％的客戶反映ERP對工廠生產(chǎn)存在負面影響,。怪不得有人說：不上ERP是等死,，上了ERP找找死。這里反映出在ERP實施過程中確實存在一些不可忽視的問題,，其中最主要的是光有ERP并不能幫助和指導工廠分析其生產(chǎn)的瓶頸,，改進和控制產(chǎn)品的質(zhì)量，以及對具體的產(chǎn)品生產(chǎn)進行排產(chǎn),；ERP不但沒有調(diào)動工廠管理人員的積極性,，反而把他們降格為一種信息的收集者；ERP雖有生產(chǎn)控制模塊,，但難以真正在工廠層中使用,。如果不加分析和改進這些問題，其結(jié)果則是將IT推離,、而不是融人工廠的生產(chǎn)活動,。
8 x; P7 u0 e% v/ J$ N但是對于一個企業(yè)，如果僅僅從生產(chǎn)工廠的視角來分析其在競爭中所處的地位,，顯然是短視的,。即使是最好的MES解決方案,，對于整個企業(yè)來講，也不過是提供一個相對狹窄的視角,，缺乏在管理層為進行決策支持所需要的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)的廣度和深度,。這就啟示我們，完整的,、能夠引導一個企業(yè)保持長期的業(yè)務利益和價值的企業(yè)信息系統(tǒng),，必須是控制、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和企業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)ERP三者協(xié)同作用的整合,�,？上У氖牵谌藗冋J識到ERP的重要作用的同時,，并不曾給予MES足夠的重視,，更何況上ERP項目動輒要投資上千萬，甚至上億元,。一般中小企業(yè)難以承擔,，即使是大型企業(yè)花那么多錢也不是輕而易舉的。當前擺在人們面前的嚴峻問題是,，如何使對企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡的投資能迅速取得回報,？看來正確認識MES的作用和正確地發(fā)揮MES的作用是非常關(guān)鍵的事情。本文將重點放在至今在國內(nèi)尚未引起足夠注意的MES,，以期對這個溝通ERP和生產(chǎn)制造的控制系統(tǒng)之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)(見圖1)給予應有的重視,。 3 q/ E( W; \. N
一、MES的定義 D$ i/ i+ L- c/ d
按照國際MES協(xié)會所給出的定義,，MES提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活動實現(xiàn)優(yōu)化的信息,。它采用當前的和精確的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進行初始化,，及時引導,、響應和報告工廠的活動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反應,，重點削減不會產(chǎn)生附加值的活動,，從而推動有效的工廠運行和過程。MES改善運行設備的回報,，以及改善及時交貨,、庫存周轉(zhuǎn)、毛利和現(xiàn)金流通性能,。MES通過雙向通信,，提供整個企業(yè)的生產(chǎn)活動以及供應鏈中以任務作為關(guān)鍵因素的(mission critical)信息。其關(guān)鍵詞是精確的實時數(shù)據(jù),，這是以業(yè)務為基礎的（transaction-based)ERP和MRP-Ⅱ系統(tǒng)未曾加以考慮的,。 7 V- A0 g' G+ U5 J: E' J" j
美國AMR研究公司對MES也有自己的定義：MES是一個常駐工廠層的信息系統(tǒng),，介于企業(yè)領(lǐng)導層的計劃系統(tǒng)與主生產(chǎn)過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。它以當前視角向操作人員／管理人員提供生產(chǎn)過程的全部資源(人員,，設備,，材料,工具和客戶要求)的數(shù)據(jù)和信息。 / y( a6 c3 b* i5 I! M3 U/ s
其著重點是將信息技術(shù)運用于改善制造過程,。在AMR的MES集成企業(yè)模型中分為3層：承擔企業(yè)全面管理,，包括會計／財務系統(tǒng)的管理決策層ERP；承擔工廠級協(xié)調(diào)／跟蹤跋現(xiàn)并監(jiān)控趨勢的執(zhí)行層MES,；承擔工廠生產(chǎn)控制的控制層,。美國的國家標準研究所(NIST)有關(guān)MES定義的表述是：為使從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的管理活動得以優(yōu)化，采集硬件嗽件的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,。
& k* w' P ~9 G! P" I( ^由上可知,，關(guān)于MES的定義存在一些不同的表述。但是,，以下幾點共識還是普遍被接受的： # p0 _$ y) G9 b$ H: B- [
*MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下,，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。
& R' o2 \; Z5 A) c1 r8 G( S*MES采集從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,，目的在于優(yōu)化管理活動,。它強調(diào)是當前視角,，即精確的實時數(shù)據(jù),。
: K1 M9 F2 B4 m- I7 L5 y*從對實時的要求而言，如果說控制層要求的實時的時間系數(shù)為1,，那么,MES的時間系數(shù)為1O,ERP的時間系數(shù)為100(見圖2),。
/ b* ]6 T9 }) z) `4 g二、我們?yōu)槭裁葱枰狹ES?
d) H4 D# H# {# C在許多工廠中,，全廠管理的功能目前仍然由文件和人工系統(tǒng)進行,，通常有經(jīng)驗的人員執(zhí)掌著工廠生產(chǎn)效益的鑰匙。在大多數(shù)運行中,，人工系統(tǒng)和有經(jīng)驗運行人員的判斷總是起著重要作用(見圖3),。但是，市場要求產(chǎn)品的品種和數(shù)量經(jīng)常變化,，靠人工和經(jīng)驗調(diào)整生產(chǎn)顯然效率低,、反應慢、缺乏競爭力,。而且人工系統(tǒng)也不可能適應產(chǎn)品,、工藝、技術(shù)和用戶要求日趨加速的變化,。由于生產(chǎn)運行變化如此迅速,，MES的信息的及時性要求以分,，甚至秒的速度進行反應，此時光靠人恐怕不行,。因此,，采用MES帶來的效益不言而喻(圖4)。 0 O5 r/ v1 @, C7 E; ]
ERP／MRP的環(huán)境是以具體事務為基礎的,。其數(shù)據(jù)交換系對生產(chǎn)調(diào)度,、運輸安排或?qū)ιa(chǎn)計劃要求的響應。與此不同的是,，控制的決策必須在秒甚至更短的時間內(nèi)完成,，它對生產(chǎn)過程、操作人員,，或?qū)Σ牧系牟僮餍枨笞鞒鲰憫�,。顯然，實時環(huán)境和實時響應的差異影響著絕大多數(shù)的具體事務和在控制層的執(zhí)行,。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和控制流在ERP與控制層之間存在著巨大的鴻溝,。傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)向主管財務的總經(jīng)理和財務管理負責人報告，居于管理層,；而傳統(tǒng)的工程生產(chǎn)信息則向負責生產(chǎn)的總經(jīng)理報告,；職責不同，相互之間的溝通不一定能做到及時且細致深入,。
, R7 q4 @- W5 u與此相反,，MES能提供的材料數(shù)據(jù)是與生產(chǎn)消耗相關(guān)的，同時能生成基于精確執(zhí)行時間的材料供應提前量,，這將改善倉儲控制,。準確的生產(chǎn)模型是與實際測量相對于計劃時間表的關(guān)系緊緊相連的，因而可用來修正過程模型,，而且有助于精確表達生產(chǎn)計劃的實時行為,。
& S; E2 ~+ J" v, }* a% {0 J* a在當今激烈競爭的世界經(jīng)濟中，要占有“最有價值”的地位,，必須使企業(yè)具有最好的質(zhì)量,、最佳的客戶服務、最低的制造成本,、快速響應以及靈活性的特點,。而要達到這樣的水平，就必須在正確的時間提供正確的信息才可能進行最佳的決策,。這就要求不斷地對公用的數(shù)據(jù)庫進行改善,，同時讓每個部門都擁有把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用信息的工具。怎么能做到這些呢?唯有MES才能真正向企業(yè)提供以上這些功能,。
: o* v8 p) h4 ?6 U/ u6 q三,、MES在信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的地位 - C. r0 T3 y- s! N$ V1 i6 S5 n
主要的制造信息系統(tǒng)有：ERP(企業(yè)資源計劃),、SCM(供應鏈管理)、SSM(銷售和服務管理),、P／PE(產(chǎn)品和過程工程),，以及MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))和控制。這些系統(tǒng)每一個都有其一定的功能,，包括若干不同的模塊,。它們間存在一些重疊，如調(diào)度可能出現(xiàn)在MES和SCM,；勞務管理出現(xiàn)在MES,、SSM、ERP中的人力資源(HR)功能模塊中,；文件管理出現(xiàn)在MES和P／PE,；過程管理出現(xiàn)于MES和控制中。 ( Q# r1 \. [7 H; W
ERP包括財務,、訂貨管理,、生產(chǎn)和材料計劃，以及相關(guān)功能,；
SCM包括預測,、分配和后勤、運輸管理,、電子商務以及高級計劃系統(tǒng),；
SSM包括銷售力自動化、產(chǎn)品配置,、服務報價,、產(chǎn)品返回等,；
P／PE包括計算機輔助設計／制造(CAD／CAM),、過程建模以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(即PDM)：
控制包括DCS、PLC,、SCADA,、DNC(分布式數(shù)控)，以及其它計算機化控制裝置,。
! g* k I. r9 w四,、MES與其它系統(tǒng)的關(guān)系
, L# v- N' k+ X( k f3 aMES和ERP、SCM,、SSM,、P／PE，以及控制系統(tǒng)之間實施數(shù)據(jù)交換的相互關(guān)系,，主要是：MES作為生產(chǎn)制造系統(tǒng)的核心向其它系統(tǒng)提供有關(guān)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)：
MES向ERP提供實際生產(chǎn)數(shù)據(jù),，如成本,、周期時間、產(chǎn)出和其它生產(chǎn)數(shù)據(jù),。
MES向SCM提供實際訂貨狀態(tài),、生產(chǎn)能力和容量、班次間(shift-to-shift)的約束等,。
MES向SSM提供在一定時間內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)設備和能力成功進行報價和交貨期的數(shù)據(jù),。
MES向P／PE提供有關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)出和質(zhì)量的實際數(shù)據(jù)，便于CAD／CAM作適當調(diào)整,。
MES向控制提供在一定時間內(nèi)使整個生產(chǎn)設備以優(yōu)化的方式進行生產(chǎn)的工藝規(guī)程,、配方和指令等，將其下載,。
1 q1 y7 f& _8 r2 M! x% E五,、其它信息系統(tǒng)向MES提供的數(shù)據(jù)
0 {0 f; s+ v! v$ {: ?MES也從其它系統(tǒng)取得數(shù)據(jù)，以保證工廠的智能化操作運行,。例如ERP的生產(chǎn)計劃模塊供給MES作工作調(diào)配,；供應鏈向MES提供計劃和調(diào)度是為了確定工廠生產(chǎn)活動的時間表；銷售／服務的配置和報價模塊為MES提供生產(chǎn)信息的底線,；P／PE向MES發(fā)出工作指令,、配方(recipe,泛指一組相互關(guān)連的工藝數(shù)據(jù)，也可能是一組材料的比例),、工藝規(guī)程和運行參數(shù),；來自控制的數(shù)據(jù)用作測量實際性能和操作條件。 $ R N; h9 t! ?! l
六,、MES的功能模型 ' Z4 p, I/ X$ `) m W8 I
按照MESA的定義,MES共有11個功能模塊(見圖6),，包括：資源(包括機械設備、工具,、熟練勞工,、材料、其它設備及文檔等)配置和狀態(tài)模塊,；生產(chǎn)單元(以任務,、訂單、批次,、批量和工作命令等形式表達)調(diào)度模塊,；數(shù)據(jù)采集／獲取模塊；質(zhì)量管理模塊,；維護管理模塊,；性能分析(提供不超過以分為計時單位的實際制造運行結(jié)果的報告，包括SPC／SQC)模
塊；運行細節(jié)計劃編制與調(diào)度(提供按分鐘為時間單位編制的基于優(yōu)先級,、屬性,、特性和／或與具體特性相關(guān)的配方、工藝等的安排順序)模塊,；文件／文檔控制模塊,；勞務管理模塊；過程管理(監(jiān)控生產(chǎn),，并自動校正或向操作人員提供決策支持,，以校正和改善生產(chǎn)流程中的活動)模塊；產(chǎn)品跟蹤模塊,。
% x8 v5 e2 Z' l: d由于每個行業(yè)的生產(chǎn)和流通流程不同,，還有其特定的行規(guī)，不同的行業(yè)對MES的要求和著重點是完全不同的,。例如電子工業(yè)通常要求MES著重于建立精確的產(chǎn)品記錄,，即使在產(chǎn)品經(jīng)常變化以及工藝和設計經(jīng)常變化的情況下仍有精確記錄。紡織行業(yè),、食品工業(yè)以及許多批量處理的行業(yè)使用MES是為了改善設備利用率,，保證不問斷的批量記錄，進行配方管理和加速生產(chǎn)過程,。宇航和軍工企業(yè)需要MES能滿足在線的工作指令,，在加工過程中保持出錯幾乎為零，對產(chǎn)品進行完整的歷史記錄以保證法規(guī)和用戶的檢驗,，以及跟蹤大項目的進程,。制藥行業(yè)通常要求MES能精確地進行便于管理的批量記錄，證明產(chǎn)品符合法規(guī),。
# t) O, n1 `# a$ B) B+ _3 w甚至同一個行業(yè)中不同企業(yè)也各具特色,，所以MES軟件包總是針對某一個行業(yè)的特定要求而開發(fā)的。而且MES具體的應用程序開發(fā)和應用服務的工作量相當大,，也相當專業(yè)化,。
1 F) a6 p) C; U# y這就往往造成MES的開發(fā)成本和應用成本過高，反過來又影響MES大面積的推廣應用,。
& J0 {0 J8 j: \七,、MES帶來的效益
( p* N1 b7 n/ ?! ?基于MES用戶的經(jīng)驗，使用MES所帶來的效益很可觀,。相比于其它任何制造軟件,MES應該是最具吸引力的：平均減少制造周期時間45％；一般減少數(shù)據(jù)輸入時間為75％以上,；平均減少半成品(WlP)24％：平均減少為交班而準備的紙面工作61％,；平均減少引導時間27％．；平均減少紙面工作和設計藍圖所帶來的損失56％：平均減少產(chǎn)品缺陷18％。
, a( ~0 s! u/ G) F; C) x: R以上列舉的若干統(tǒng)計數(shù)據(jù)是由國際MESA協(xié)會通過調(diào)查研究確定的,，具有充分的根據(jù),。
0 q, u6 J7 I! n# s! x. `, x' j+ ^八、ISASP95—正在形成中的MES標準
+ d4 p2 M; r3 I. U- i2 X# g為了進一步規(guī)范MES,，正在制定和發(fā)展企業(yè)信息整合(集成)標準和模型,，但是大多數(shù)是針對一種特定的工業(yè)門類或類似的幾種工業(yè)門類的。例如,，歐洲技術(shù)委員會CEN TC310WGl正在為制造業(yè)制訂高級信息集成解決方案,。AachenlnformationSystems在為化學工業(yè)開發(fā)數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫(meta-database)信息集成。ISO正在開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)交換標準STEP(STandard forExchange ofProductdata),。從1997年開始美國儀表學會啟動了編制ISASP95企業(yè)控制系統(tǒng)集成標準的工作,，還有ISA的批量控制標準ISASP8。 ! R1 f/ n- A# N& s8 Z
已經(jīng)成為ISA正式標準的ISA SP95.00.01企業(yè)控制系統(tǒng)集成第1部份模型和專用術(shù)語目前已被國際標準組織IEC／ISO所接受,，正在發(fā)展成為國際標準,。它詳細規(guī)定了業(yè)務經(jīng)營和后勤支持系統(tǒng)與生產(chǎn)運行系統(tǒng)之間的接口。其功能模型(參見圖7)主要依據(jù)國際MES協(xié)會提出的模型和美國普渡大學著名教授T．Williams指導下提出普渡企業(yè)參考體系結(jié)構(gòu)PERA,。 # L+ { z: g% O; R
ISASP95．00．01的標準規(guī)定了4種主要資源類型,，即人員、材料,、設備和流程段(process segment),。前3種資源定義表示人員、材料和設備的信息,，可進行靜態(tài)或動態(tài)數(shù)據(jù)交換,；第4種資源從制造流程的角度向經(jīng)營管理系統(tǒng)提供關(guān)于材料、勞力和設備的計劃和成本的信息,。標準還規(guī)定了4個附加的交換信息集合：生產(chǎn)能力信息,、產(chǎn)品信息、生產(chǎn)要求和生產(chǎn)響應,。這些信息的動態(tài)交換通常是在系統(tǒng)之間進行,，也是當前大多數(shù)經(jīng)營管理與制造信息集成的基礎。標準定義了這類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和表達這些信息之間的復雜相互關(guān)系的方法,。生產(chǎn)能力界定經(jīng)營管理調(diào)度所需要的信息,；產(chǎn)品界定包括生產(chǎn)一種單一產(chǎn)品(或某種產(chǎn)品的一個生產(chǎn)批次)所需要的材料、設備和人員,。生產(chǎn)要求或稱排產(chǎn)調(diào)度(preductionschedules)界定安排其進行生產(chǎn)的工廠及相關(guān)材料,、設備和人員。生產(chǎn)響應或稱生產(chǎn)特性則界定實際生產(chǎn)的工廠和實際所用的材料,、設備和人員,。 ISAS795．00．02企業(yè)控制系統(tǒng)集成第2部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性在2001年上半年成為ISA的正式標準,。該部分并未增加任何有關(guān)集成模型的新概念，但是對第1部分所定義的內(nèi)容作出詳細的規(guī)定,，并通過舉例和圖解進行進一步的解釋,。例如按可使用的人員、所用的材料和已加工的材料所用的設備,，以及所用的排產(chǎn)調(diào)度和成本控制的流程段來描述生產(chǎn)信息,。在該標準的第1和第2部分沒有對系統(tǒng)之間的信息交換規(guī)定一種正式的協(xié)議或詳盡的格式，僅僅提供了發(fā)生交換的基礎,。正在編制中的第3部分將要定義為了最終達到企業(yè)信息集成,，而必須對發(fā)生在生產(chǎn)制造與經(jīng)營管理和后勤支持系統(tǒng)之間的各種活動進行非對稱采集的模型。
! {! Y, c! D* f3 m+ UISA SP95的第三部分試圖通過定義和詳細規(guī)定發(fā)生在管理層與制造層之間的數(shù)據(jù)流和功能來重點解決互操作性的問題,。它定義最小或基本功能(組件),，以及包括支持管理層與制造層之間交換信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)流。借助于用一種共同語言,，使用戶和MES開發(fā),、供應商都能以更有效和精確的方法交流、描述自己的要求,，表達可提供MES軟件包和服務的能力,。該標準還具備靈活性，允許MES開發(fā),、供應商增加其附加值的功能,。例如一個用戶要實現(xiàn)一種新的數(shù)據(jù)歷史記錄功能，他發(fā)現(xiàn)由SP95定義的8個數(shù)據(jù)歷史記錄功能中5個可滿足其要求,。如果某種功能超出了SP95的范圍,，那么用戶可以尋求一個供應商，其軟件產(chǎn)品既符合SP95,，又能提供額外的功能,。 ; x9 L, Y% Y2 k/ k* H8 O. m2 [2 `
對ISA SP95標準最嚴峻的挑戰(zhàn)是，它必須滿足多種工業(yè)和行業(yè)對企業(yè)信息集成的需要,。它必須搞成一個適用于食品工業(yè),、化學工業(yè)，以及電子工業(yè)這些不同類型的工業(yè)的跨行業(yè)的定義集合,，從而保證SP95可以成為復蓋離散型制造業(yè),、連續(xù)流程制造業(yè)和批處理流程制造業(yè)的MES的標準。 _" }; F$ N6 W8 z# T
九,、為降低風險,，提高投資回報率，從MES入手
! _+ e4 K. S9 @& h面向制造業(yè)和過程工業(yè)的ERP在經(jīng)歷了如年代后期的穩(wěn)健增長后,，在2001年和2002年有顯著的下降,。軟件包的許可證收入受到的打擊最厲害,，而服務的收入繼續(xù)強勁,。同時在大規(guī)模的ERP項目已趨于飽和后,，大多數(shù)ERP供應商正在全力開發(fā)中小規(guī)模項目的市場。這說明,，如何使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡的投資迅速取得回報,，引起企業(yè)管理層的極度重視。目前廣大的制造業(yè)和流程工業(yè)正在把投資轉(zhuǎn)向工廠級的IT項目聚焦于MES,，或在2001年ISA展覽會上稱的工廠軟件上,。因為從這里切入，顯然要比大把大把的錢花在無盡頭的企業(yè)IT改造上的風險低得多,。據(jù)稱,，一個典型的工廠信息項目其投資回收周期少于12個月。這種投資回報易于定量,，且完全可用真實的工廠數(shù)據(jù)加以檢驗,。 4 l& f9 o$ _ A. `7 V4 u
在經(jīng)歷過去十年多的努力實踐和改進后，MES技術(shù)顯著地變得成熟,。它不但有著明確的定義,、統(tǒng)一的名詞術(shù)語和參考模型，而且正在制定相關(guān)的包括MES基本功能,、XML擴展標記語言綱要等在內(nèi)的標準,，甚至出現(xiàn)了所謂最佳實踐的微軟的解決方案架構(gòu)和通用建模語言(Mcrosoft Solution Framework and Universal Modeling Language)。不過我們還應有清醒的認識：如果沒有恰當?shù)囊?guī)劃,，MES的挑戰(zhàn)仍然是高風險的,。只有把目標確定為既保證易于在MES本身內(nèi)部和ERP、SCM等組合的靈活性,，又能采用不斷改進的新制造工藝的優(yōu)點的同時,，求取制造過程的優(yōu)化，才能漸進地,、逐步地通過MES的實踐取得高投資回報,。
" W/ W! t; V0 S- g十、MES正面臨著許多挑戰(zhàn) , n% l/ c, R9 B* A* j
文獻指出MES面臨著十個挑戰(zhàn),，這些挑戰(zhàn)相互有關(guān),，而且因各別環(huán)境而相互關(guān)連的權(quán)重也存在差異。就其典型情況而言,，在這些挑戰(zhàn)中,，80％屬于企業(yè)文化的范疇，只有20％才屬技術(shù)范疇,。這些挑戰(zhàn)主要是： ' c4 I i+ T( j _- Z+ D
*上MES項目時如何使得工廠和企業(yè)形成雙贏局面,。如果工廠人員拒絕引入MES和拒絕對自動化系統(tǒng)作相應的改造,，或者如果企業(yè)領(lǐng)導層不理解或支持工廠的改造，再好的MES的應用也會淪為失敗,。
O' s' x8 h% P3 `& p' X- g$ k*不同行業(yè)之間的MES應用存在巨大差異,。對不同行業(yè)的MES的形態(tài)結(jié)構(gòu)，應該抓住每種制造環(huán)境的基本的和本質(zhì)的癥結(jié)所在,。
7 v+ c: w" @3 X6 H*對MES系統(tǒng)維護的矛盾,。MES是一種應用于工廠的動態(tài)的IT解決方案，經(jīng)常因產(chǎn)品,、流程,、以及新老產(chǎn)品的產(chǎn)出比例發(fā)生變化而不斷地有所改變，由于數(shù)據(jù)庫的應用軟件實現(xiàn)由過程要求和具體事務的負荷導出的數(shù)據(jù)模型,，所以當過程或產(chǎn)品發(fā)生改變,，數(shù)據(jù)模型也必須相應“遷移”。其中包含報表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)關(guān)系的規(guī)格化,，以及增加數(shù)據(jù)負荷,。如果用戶在老模型上附加表格，過程的性能將會很快變壞,，致使生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)速度減慢,，于是形成了MES應用的瓶頸。一般地說在5年的周期內(nèi),，MES的應用軟件會有30—50％的變化,。而且MES系統(tǒng)有7／24的跨多個系統(tǒng)的網(wǎng)絡和設備接口需要維護。因此公司必須聘請或培養(yǎng)具有過程控制,、IT和管理業(yè)務系統(tǒng)工作知識的制造業(yè)IT專家,。
$ d0 c; Y( r! n% q# g+ W*建立一種共同語言 MES的整合不是輕而易舉的。問題出在工廠和企業(yè)的應用軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不盡相同,。企業(yè)和MES的應用程序要求共同的規(guī)格,，以便于在引入新產(chǎn)品和新流程時，能有效地處理業(yè)務管理的改變,，從而確定標準的工廠側(cè)流程,。這是軟件維護的矛 盾，改變管理是MES在生命周期,、低成本和迅速的投資回報等方面獲得成功的關(guān)鍵,。工廠側(cè)的系統(tǒng)用基于生產(chǎn)、產(chǎn)品的語言予以處理,，然后由MES加以分析變換為ERP的術(shù)語—工廠最大產(chǎn)量和能力,，也為供應鏈規(guī)劃和制定生產(chǎn)的時間進度提供相關(guān)數(shù)據(jù)。鑒于一個公司為優(yōu)化產(chǎn)品制造和形成流水線作業(yè),，通過它的綜合IT系統(tǒng)和管理流程,，對其下屬工廠的生產(chǎn)安排的變化有著相當直接的影響,，因此為了簡化接口，公司必須在許多技術(shù)細節(jié)方面與其下屬的所有工廠和原有的綜合系統(tǒng)取得一致,。這包括：共同的網(wǎng)絡通信協(xié)議,；共同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；共同的事件和通報模型,；共同的設備接口和應用軟件接口,；共同的應用程序整合方法,；共同的業(yè)務間(B2B)信息格式,。如果每一個工廠都用相同的操作系統(tǒng)和中間件，上述問題就變得容易了,。但是,，許多工廠卻用了好幾種操作系統(tǒng)和好多種組件結(jié)構(gòu)，這樣就有待于發(fā)展共同的語言了,。好在為垂直綜合和水平的工廠整合而發(fā)展的共同的語言已進入了最后階段,，這就是一系列的CIM的工業(yè)標準，從參考模型到目標模型,，再到XML綱要和數(shù)據(jù)模型,。這將極大地簡化應用軟件和接口的設計、維護和管理方法的改變,。 : @! g7 R9 V c: n# U
*建立一種共同的通信協(xié)議書 隨著新一代以XML為基礎的應用軟件—可重用基本設計架構(gòu)(A2F,，Application-to-Framework)的企業(yè)應用軟件接口(EAl)問世，IT的亞結(jié)構(gòu)為建立企業(yè)和工廠接口可減少50％的成本,。隨著技術(shù)的成熟,，實現(xiàn)MES的成本及MES的維護成本將持續(xù)走低。許多當前的整合實踐使用了應用軟件間(A2A,，Application-to-Ａpplication)的接口,，在整個企業(yè)的IT系統(tǒng)中用了許多不同的通信協(xié)議和語言。這樣,，產(chǎn)品和流程變化,，用戶就需要對MES進行維護。雖然許多公司已安裝了A2A EAI軟件,，建立了接口庫存系統(tǒng)和對點對點接口進行變換(mapping),，但使用A2A EAI，如果工廠和企業(yè)內(nèi)外的多個應用軟件在運行時,，會使任意應用軟件之間的相關(guān)數(shù)據(jù)變得復雜化,。在A2FEAI軟件中，信息獨立地在許多不同的系統(tǒng)和應用軟件之間傳送,，而可重用基本設計架構(gòu)充當解釋,、翻譯和指導,。由此可見，采用A2F的技術(shù)路線,，使公司在實現(xiàn)新的功能性方面得以增進,。在此基礎上形成的整合架構(gòu)，為將現(xiàn)有系統(tǒng)升級為性能價格比遠高于目前的IT系統(tǒng)創(chuàng)造了前提條件,。A2F帶來的另一重要優(yōu)點還表現(xiàn)在,，它把工廠和企業(yè)的流程從基于應用的限制加以抽象，并首先構(gòu)成數(shù)據(jù)模型,。于是公司可為獲取高年利潤率和擴大市場進行最佳決策,，而不必顧及個別軟件模塊的限制。 2 l$ s; R \# T: i7 [
*建立有效的管理改變機制 為了有效地處理MES的許多改變,，需要把一種專門的改變管理機制(CMS,，change management system)和指導委員會納入企業(yè)的組織之中。MES指導委員會應進行全面的決策和在規(guī)范的基礎上使改變活動得到優(yōu)先處理,。
/ Q, z! C" l$ c( Z7 c*正確地評估癥結(jié)所在 在一個企業(yè)開始其漫長的管控一體化進程時,，最艱巨的任務是在實現(xiàn)MES的第一階段識別出效率最差的流程。一般來說,，工廠人員僅以一種定性而又帶有一定的主觀臆斷的方式了解生產(chǎn)的瓶頸和浪費所在,，缺少充分的數(shù)據(jù)予以驗證。為了證明MES項目的可行性和確定投資回報周期,，必須對制造過程作定性分析和評估,，找出瓶頸和優(yōu)先解決的范圍。如果環(huán)境允許,，先從小范圍起步,。在第一和第二階段，只在二至三個自動化區(qū)進行試點,，且只與企業(yè)管理系統(tǒng)作很少的整合,，甚至不作整合。之所以作出這樣的折衷,，是基于以下的考慮：項目不大,，但也能為完整的整合系統(tǒng)提供一個內(nèi)容廣泛的數(shù)據(jù)模型。因此,，可在選擇軟件要包括哪些必要的功能性方面,，為第三階段及以后的發(fā)展作出明智的抉擇。如果經(jīng)濟上沒有問題,，基本上應使整個系統(tǒng)可視化,，這樣便于對制 造過程和是否滿足設計要求進行評估。
. ]) x0 Z" t! p! Z& l' n0 Y: j*對事務負荷和數(shù)據(jù)模型的要求作出定量分析和配置 一旦完成制造過程評估，在選擇軟件之前首先要把各種要求加以確定并凍結(jié),。在分析數(shù)據(jù)庫事務和數(shù)據(jù)負載中選擇軟件,，結(jié)果導致數(shù)據(jù)模型的確立。此分析勾畫了在最壞的情況時的數(shù)據(jù)長度,、發(fā)生最壞情況的次數(shù),，以及在一個生產(chǎn)進行過程中同時出現(xiàn)的事務類型，在此時MES不致造成生產(chǎn)周期時間變慢,。一般地說,，帶寬和響應問題主要來自一大批參數(shù)數(shù)據(jù)、測試算法,、工作命令,，以及在一個單一客戶過載問題。一旦確定了數(shù)據(jù)模型和事務規(guī)范,，便可以選擇軟件的體系結(jié)構(gòu),，以使這些規(guī)范達到最佳。許多用戶跳過數(shù)據(jù)建模過程,，僅基于外在的特性要求就去采購軟件。這或許會導致數(shù)據(jù)庫處于很不正常和存取緩慢的狀態(tài),。
/ |% Z! r; a" [( `* z十一,、MES軟件開發(fā)及應用市場的兩個動向
+ E2 y: I X( f& t8 GMES軟件開發(fā)商和MES的系統(tǒng)集成商正在受到來自兩方面的擠壓，即ERP軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商自上向下的滲透,，將其功能擴展到MES來,，以及HMI和SCADA軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商從下向上的沖擊，增加MES的功能,。 : i/ g# ^( H* p: n5 V
實力雄厚的自動化系統(tǒng)供應商(如Siemens,，Rockwell Automation)都在采取并購一些卓有成效的MES公司，或開發(fā)MES軟件包來搶占MES的市場,。Siemens收購了比利時的Compex IT Plant Solutions公司的MES產(chǎn)品proCX,主要用于制藥工業(yè)和生物工程,。Rockwell Automation推出了生產(chǎn)管理軟件解決方案RSBizware，針對離散制造業(yè)和批量生產(chǎn)過程,。
5 T$ K, c/ F" ] y# k6 D+ \據(jù)了解,，Rockwell Automation還以OEM方式向北京和利時公司提供有關(guān)MES的軟件。
7 _: T9 T5 h8 ?4 {' E; X目前的MES軟件產(chǎn)品并不是適合所有行業(yè)的,，讀者若有興趣可以查閱參考文獻所給出的MES軟件性能表,。
0 a# C- X! }4 ~! R十二、小結(jié)
( R+ {/ j* g$ E/ @(1)MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下,，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁,。不實施MES，管控一體化只是一句空話,。對于面向制造加工業(yè)和過程工業(yè)的ERP,，脫離MES將無法根據(jù)市場需求去組織,、管理和優(yōu)化生產(chǎn)。 s1 t/ w: Q2 m2 t* l4 H" L
(2)MES技術(shù)在過去十年來已顯著地成熟,。但MES的發(fā)展和應用是一個過程,，而不是一個事件，不可能想象成功的MES實施是可以一蹴而就的,。要取得長期的成功,，要求改造制造環(huán)境，要求獲得有組織的支持,，要求管理機制作適應性的改變,。與此同時，MES軟件在改善維護,、改善與其它IT管理軟件的接口等方面也有待于進一步發(fā)展,、提高。 ( ^. O. u5 D% N# b0 d: f
(3)要使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡的投資迅速取得回報,，從MES人手是一種明智的選擇,。但是MES的實施需要恰當?shù)囊?guī)劃和細致的分析，可從旨在解決一兩個當務之急的工廠生產(chǎn)瓶頸問題著手,，逐步地擴大,。 |
發(fā)表于 2007-7-1 12:54:58
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