西門子解決方案

篇一：西門子MES介紹

應用MES（生產執行系統），對工廠進行整體優化

摘要：

中國加入WTO以后,中國的鋼鐵工業面臨諸多挑戰,如

更加靈活的生產,更苛刻的質量要求以及具備競爭力的成

本。這些目標只有通過投資具有成本效益的生產線，使用最

新的科技才能夠達到。

目前，獨立的生產線的自動化水平和優化程度已經很

高，進行進一步改進的空間非常有限。而

劃）系統僅局限于總體生產計劃的編制，并沒有考慮設備的

實際狀態和生產線的工藝約束。因而現代化的工廠需要通過

使用最新技術，聯合多個獨立的生產線組成一個優化的生產

ERP（企業資源策

鏈并連接基礎自動化級

執行系統協會）的定義，

成品的生產過程進行優化的信息系統。

,

過程級與管理級。根據

MES是對從下達訂單到生產出最終

MESA（制造

本文詳細描述了鋼鐵工業MES系統的不同功能模塊和典

型的系統結構。通過分析一個具有成熟功能的實際案例，揭

示了MES系統為工廠的所有者帶來的效益。

正文

MES系統是企業信息化建設的重要組成部分

中國加入世界貿易組織后，中國的鋼鐵工業正在面臨幾

個主要的挑戰；它們是：

更為靈活的生產

鋼鐵工業的客戶期望在定單執行、定單修改方面有更大

的靈活性，同時縮短和保證交貨時間。

產品質量方面的更高要求

對于所有客戶的復雜產品結構，卓越的產品質量是企業

成功的關鍵因素。同時，國際質量標準要求詳細而完整的產

品生產質量文檔。

具有競爭力的成本定位

具有競爭力的價位是能夠在國際化的鋼鐵市場中生存

的重要因素。這必須通過以提高生產率，設備作業率為手段，

提高產量和經濟效益才能夠達到。

所有這些目標，只有通過投資具有經濟效益的生產線并

使用最新科技才能夠實現。

目前，獨立的生產線的自動化程度和優化水平已經很

高，進一步改進的空間非常有限。另一方面，ERP（企業資

源策劃）系統局限于總體生產計劃的編排，而沒有考慮設備

的實際運行狀態和生產線的工藝約束。

因而現代化的工廠需要現代科技作為企業信息化建設

的重要組成部分，聯合多個獨立的生產線構成生產鏈（水平

集成），并連接生產層與管理層（垂直集成）。完成這項特

定任務的系統稱為MES系統（制造執行系統）。

根據MESA（制造執行系統協會）的定義，

MES是對從下

達訂單到生產出最終成品的生產過程進行優化的信息系統。

圖（1）信息的水平集成與垂直集成

圖（2）MES系統在企業信息化建設的重要地位：

用于冶金企業的MES功能

作為企業信息建設的重要組成部分，

MES系統包含多種

不同的功能。功能的取舍，取決于特定的工廠環境以及所期

望的效益。

圖（3）MES系統功能概貌

備注：這是根據MESA模型建立的MES功能說明1至11。

MES功能1－資源分配

這項功能管理各種資源，包括機器、工具、勞動力技能、

材料、氣體設備，以及其它各項內容，如開始操作時必須提

供的文件。它提供詳細的資源歷史，保證設備的正確設置，

并提供實時的設備狀況。這些資源的管理包括資源的保存和

調度，以滿足操作時間安排方面的目標。

MES功能2－操作/詳細排產

這項功能根據與具體生產單位的優先級、屬性、特征和

/或配方，在操作中對生產順序，如顏色排序的形態或其它

特征進行優化，從而可以通過正確的順序，使對設備的調整

降低到最小。系統限制和識別生產路徑并考慮生產的重疊性

與并行性，從而計算出精確的時間和設備負載并對生產調度

進行調整。MES功能3：分配生產單元

系統以任務，訂單，爐次，批次以及生產指令對生產物

流進行管理。調度信息以生產序列的形式呈現并依據生產實

重新生產，

績進行實時調整。MES有能力改變以下達的計劃，

補救生產以及通過緩沖區管理來實時控制生產線負載。

MES功能4－文件控制

/表格，包

這項功能可以控制生產單位必須維護的記錄

括工作指示、配方、圖紙、標準操作程序、零件加工程序、

批量產品記錄、工程設計變動通知、班次間的通訊，以及編

輯“按計劃角度”和“按制造角度”的信息。它對操作現場

下達指示，包括向操作人員提供數據，或向設備控制裝置提

供配方。它還將包括環境、健康和安全條例的控制和完整性，

以及ISO信息，如糾正措施程序。歷史數據的存儲。

MES功能5－數據采集

這項功能提供一個接口鏈接，用來獲取中間產品和參數

數據，填寫在生產單位的表格和記錄中。這些數據既可以從

工廠現場進行人工收集，也可以從設備中自動收集，并保證

數據的及時更新。

MES功能6－勞動力管理

該功能提供工廠員工情況的實時報道。包括記錄員工的

考勤情況及時間、資格跟蹤，而且可以記錄員工的非直接工

作，如材料準備、工具間工作等。這些都可以作為動態成本

核算的依據。該功能可以與資源分配軟件（1）協同工作，

以達到最佳的人力資源分配。

MES功能7－質量管理

系統從生產過程采集實時測量信息，并對其進行分析以

確保嚴格的產品質量控制，同時鑒別潛在的質量問題。系統

可以提示問題糾正方案，包括相關現象，行為以及原因的診

斷。同時可以包括SPC/SQC以及對實驗室信息管理系統

（LIMS）中的離線質量檢驗和分析進行跟蹤和管理等功能。

MES功能8－生產管理

對生產進行監控并自動糾正或提示操作員糾正生產中

存在的問題以改善生產線的在調節性。這些調節重點著眼于

受監視和控制的設備，并逐次跟蹤。系統可以管理報警以確

保工廠人員了解可能導致超差的生產變更。該功能通過數據

采集功能，提供MES與智能設備的接口。

篇二：MES基本知識介紹

制造執行系統在90年代初提出的，旨在加強

MRP計劃

的執行功能，把MRP計劃同車間作業現場控制，通過執行系

統聯系起來。這里的現場控制包括PLC程控器、

數據采集器、

條形碼、各種計量及檢測儀器、機械手等。

必要的接口，與提供生產現場控制設施的廠商建立合作關

系。

MES系統設臵了

MES

MES即制造執行系統，能通過信息傳遞，對從訂單下達

到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠中有實時

事件發生時，MES能對此及時作出反應、報告，并用當前準

確的數據對它們進行約束和處理。這種對狀態變化的迅速響

應使得MES能夠減少企業內部那些沒有附加值的活動，有效

地指導工廠的生產運作，同時提高了工廠及時交貨的能力、

改善了物料的流通性能，提高生產回報率。MES

還能通過雙

向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有

關生產行為的關鍵任務信息。

MES概述

MES是在40年代由美國先進制造研究機構AMR

（AdvancedManufacturingResearch）通過對大量企業

的調查提出的，認為制造業應該用三層模型

（3rd-layer-model）表示信息化（如圖

1所示），將位于

計劃層和控制層的中間位臵的執行層叫做

MES，MES處于企

業計劃系統（ERP/SCM）和過程控制系統

（PCS）的中間位臵。

ERP作為業務管理系統，

DCS/PLC作為控制系統，而MES則

作為生產執行系統與上層

ERP等業務系統和底層DCS等生產

設備控制系統一起構成企業的神經系統，把業務計劃的指令

傳達到生產現場，將生產現場的信息及時收集、上傳和處理。

MES作為上、下兩個層次之間雙方信息的傳遞系統，是連結

現場層和經營層，改善生產經營效益的前沿系統。

圖1AMR1992年提出的三層模型

MES是在公司的整個資源按其經營目標進行管理時，為

公司提供實現執行目標的執行手段。通過實時數據庫連接基

本信息系統的理論數據和工廠的實際數據，并提供業務計劃

系統與制造控制系統之間的通信功能，是應用于各種制造業

的重要信息系統。

MESA協會白皮書（MESA，1997）中提出MES在企業與

供應鏈之間提供一個雙向的生產信息流，說明了

與PCS的作業互動與信息流模式，如圖

ERP、MES

2所示。

圖中左邊部分的ERP等系統（計劃層）將實時的產品庫

存量、客戶訂單狀況與材料需求等信息傳送至MES，MES進

行生產或安排庫存以滿足客戶訂單需求。

圖中中間部分的MES系統（中間層）負責完成產品制造

工作，產品的規格、型號參數等相關資料儲存于此系統中，

MES將此產品相關資料轉化為作業程序提供給控制系統的作

業人員或機器設備來使用。圖2工廠中的MES數據流

圖中右邊部分的控制系統（底層），當作業程序、相關

流程、文件及其它相關生產需求項目就緒，控制系統便運用

所有工廠內相關資源（軟、硬件及人員）負責完成生產制造

過程以達成產品生產目標。

在此基礎上，1998年，AMR公司發表REPAC（Ready，

Execute，Process，Analyse，Coordinate）模型，即包括

準備、實行、處理、分析、調整5個階段組成的過程周期。

該模型將計劃、技術方案，調度、執行和控制等對應的

5個

信息系統集成連接。REPAC模型把

MES三層模型的進行擴充，

MES不只是工廠的單一信息系統，

而是橫向之間、縱向之間、

系統之間集成的系統，成為企業經營系統閉環回路中的一部

分。應用功能模型

隨著MES的產生與發展，MES的功能模型也發生了相應

變化，1993年，AMR在提出了三層結構的基礎上，指出MES

應該包括車間管理、工藝管理、質量管理和過程管理等功能

的集成模型。1997年，MESA提出了包括11個功能的MES功

能組件和集成模型。該模型強調MES是一個與其他系統相連

的信息網絡中心，在功能上可以根據行業和企業的不同需要

與其他系統集成，為實施基于組件技術的可集成的

了標準化的功能結構、技術框架和信息結構。其集成功能模

MES提供

型圖如圖3所示。

圖3MES應用功能集成模型

其具體功能如下：

1、資源分配及狀態管理（ResourceAllocationand

Status）該功能管理機床、工具、人員物料、其它設備以及

其它生產實體，滿足生產計劃的要求對其所作的預定和調

度，用以保證生產的正常進行；提供資源使用情況的歷史記

錄和實時狀態信息，確保設備能夠正確安裝和運轉。

2、工序詳細調度（Operations/DetailScheduling）

該功能提供與指定生產單元相關的優先級（Priorities）、

屬性（Attributes）、特征（Chameterietioa）以及處方

（Recipes）等，通過基于有限能力的調度，通過考慮生產

中的交錯、重疊和并行操作來準確計算出設備上下料和調整

時間，實現良好的作業順序，最大限度減少生產過程中的準

備時間。

3、生產單元分配（DispatchingProductionUnits）

該功能以作業、訂單、批量、成批和工作單等形式管理生產

單元間的工作流。通過調整車間已制訂的生產進度，對返修

品和廢品進行處理，用緩沖管理的方法控制任意位臵的在制

品數量。當車間有事件發生時，要提供一定順序的調度信息

并按此進行相關的實時操作。

4、過程管理（ProcessManagement）該功能監控生產

過程、自動糾正生產中的錯誤并向用戶提供決策支持以提高

生產效率。通過連續跟蹤生產操作流程，在被監視和被控制

的機器上實現一些比較底層的操作；通過報警功能，使車間

人員能夠及時察覺到出現了超出允許誤差的加工過程；通過

數據采集接口，實現智能設備與制造執行系統之間的數據交

換。

篇三：制造執行系統的發展和挑戰

制造執行系統的發展和挑戰

當前擺在人們面前的嚴峻問題是，如何使對企業信息技

術網絡的投資能迅速取得回報？看來正確認識MES的作用和

正確地發揮MES的作用是非常關鍵的事情。本文將重點放在

MES，以期對這個溝通

至今在國內尚未引起足夠注意的

和生產制造的控制系統之間的關鍵環節給予應有的重視。

引言

20世紀90年代以來，經濟全球化的趨勢日益增加，信

息技術的發展極為迅速，市場環境發生了根本性的變化。顧

客驅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、質量、價格、服務和環境。而信息技術的廣泛采用，

使得以顧客訂貨和市場需求為軸心的生產活動已可以不受

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，企業界的重要對策就時采用將制造技術與信息

技術、自動化技術、現代管理技術和系統科學技術有機融合

的新一代先進制造技術。以此為契機，企業資源計劃

制造執行系統MES從理念發展到軟件平臺，再形成完整的系

統，并開始了較為廣泛的應用。它們或以軟件平臺形式出現，

或以系統形式出現，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合的新時代。

ERP立足于經濟全球化的環境，面向正在迅速形成的供

ERP

ERP和

應鏈，從企業全局的角度對經營和生產進行全面計劃，并實

施企業資源的一體化管理。它以財務管理為核心，將資金流、

物流與信息流加以有機結合，使整體價值鏈管理的概念得以

實現。它集成了供應鏈管理功能，強調供應商、制造商與分

銷商之間的新型伙伴關系，支持企業后勤管理，形成對市場

快速響應

的能力。它強調企業流和半制成品的管理，通過對半制

成品的管理實現企業的人員、財務、制造與銷售之聞的整合，

支持企業業務過程重組。按理，在生產制造計劃中，ERP支

持MES的管理模式，通過MES支持不同行業的管理模式。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

企業建立協同作用的解決方案和實際存在的問題。

在典型的ERP軟件平臺中，財務管理、生產控制、物流

管理和人力資源管理等是基本功能模塊。過去的若干年來，

ERP在國內得到了較廣泛的重視，一些企業花了大量資金上

ERP。但就一般情況而言，商業企業從ERP中獲得的利益比

較明顯，而工業企業卻沒有那么幸運，甚至受到不同程度的

損害。這一現象并非我國獨有，在工業發達國家也是如此。

美國ARC公司調查結果顯示，53％的客戶反映ERP對工廠生

產存在負面影響。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

分析其生產的瓶頸，改進和控制產品的質量，以及對具體的

產品生產進行排產；ERP不但沒有調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，其結果則是將IT推離、而不是融人工廠的生產

活動。

MES

但是對于一個企業，如果僅僅從生產工廠的視角來分析

其在競爭中所處的地位，顯然是短視的。即使是最好的

解決方案，對于整個企業來講，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執行數

據的廣度和深度。這就啟示我們，完整的、能夠引導一個企

業保持長期的業務利益和價值的企業信息系統，必須是控

制、制造執行系統MES和企業規劃系統ERP三者協同作用的

整合。可惜的是，在人們認識到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。一般中小企業難以承擔，

即使是大型企業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，如何使對企業信息技術網絡的投資能

迅速取得回報？看來正確認識MES的作用和正確地發揮MES

的作用是非常關鍵的事情。本文將重點放在至今在國內尚未

引起足夠注意的MES，以期對這個溝通ERP和生產制造的控

制系統之間的關鍵環節給予應有的重視。

一、MES的定義

按照國際MES協會所給出的定義，MES提供從接受訂貨

到制成最終產品全過程的生產活動實現優化的信息。它采用

當前的和精確的數據，對生產活動進行初始化，及時引導、

響應和報告工廠的活動，對隨時可能發生變化的生產狀態和

條件作出快速反應，重點削減不會產生附加值的活動，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、毛利和現金流通性能。MES通

過雙向通信，提供整個企業的生產活動以及供應鏈中以任務

作為關鍵因素的信息。其關鍵詞是精確的實時數據，這是以

業務為基礎的（transaction-based)ERP和MRP-Ⅱ系統未曾

加以考慮的。

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，介于企業領導層的計劃系統與主生

產過程的直接工業控制系統之間。它以當前視角向操作人員

/管理人員提供生產過程的全部資源的數據和信息。

其著重點是將信息技術運用于改善制造過程。在

AMR的

MES集成企業模型中分為3層：承擔企業全面管理，包括會

計／財務系統的管理決策層ERP；承擔工廠級協調／跟蹤跋

現

并監控趨勢的執行層

美國的國家標準研究所有關

MES；承擔工廠生產控制的控制層。

MES定義的表述是：為使從接受

訂貨到制成最終產品全過程的管理活動得以優化，采集硬件

嗽件的各種數據和狀態信息。

由上可知，關于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：*MES在整個企業信息集

成系統中承上啟下，是生產活動與管理活動信息溝通的橋

梁。*MES采集從接受訂貨到制成最終產品全過程的各種數

據和狀態信息，目的在于優化管理活動。它強調是當前視角，

即精確的實時數據。

*從對實時的要求而言，如果說控制層要求的實時的時

間系數為1，那么,MES的時間系數為1O,ERP的時間系數為

100。

二、我們為什么需要MES

在許多工廠中，全廠管理的功能目前仍然由文件和人工

系統進行，通常有經驗的人員執掌著工廠生產效益的鑰匙。

在大多數運行中，人工系統和有經驗運行人員的判斷總是起

著重要作用。但是，市場要求產品的品種和數量經常變化，

靠人工和經驗調整生產顯然效率低、反應慢、缺乏競爭力。

而且人工系統也不可能適應產品、工藝、