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1、先进制造技术论文35先进制造技术 课程论文 先进制造技术之制造执行系统摘要: 制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)是面向车层间的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业降低成本、按期交货、提高产品质量和服务质量。本文主要介绍了有关制造执行系统的一些基础，包括制造执行系统的产生、系统分析与简介、国内现状、功能以及它的典型结构等。关键词 ：制造执行系统 产生 功能模型 典型结构1 引言 制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中心地位。伴随中国加入WTO和经济全球化，中国正在成为世

2、界制造业的中心。中国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一点，就是以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力的跨越式发展。纵观我国制造业信息化系统应用现状，建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统(Shop Floor Control System, SFC)两个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战，仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新的局面。制造执行系统 (Manufacturing Execution System

3、, MES)恰好能填补这一空白。制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于不同行业(家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药)，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。2 制造执行系统的概念美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,它为

4、操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA)对MES所下的定义：“MES 能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部

5、和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间生产的管理信息系统。它能够为车间管理人员提供生产计划的执行、跟踪以及所有资源的当前状态等信息。制造执行系统在企业计划管理层与车间底层控制之间架起了一座桥梁，填补了企业计划管理层和底层控制之间的“鸿沟”。在市场竞争激烈的现代生产环境下，制造执行系统成为面向车间生产管理和控制的主流技术。3 国内现状及发展 目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。

6、 返回企业计划层与过程控制层之间的信息“断层”问题，我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。简单的说是从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划生产计划到达生产现场 组织生产产品派送。企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层，以进行生产规划管理及一般事务处理。如ERP就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。在下层的生产控制层，企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产(制 程)的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运

7、营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，做出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。虽然MES的发展历史比MRPII，CAD/CAM等要短，但它能有效地实现以时间为关键的制造思想，因而在发达国家推广的非常迅速，并给工厂带来了巨大的经济效益，对国外的管理

8、界也产生了深远的影响。近十多年来，我国通过863/CIMS应用的研究和推广，大大提高了企业的竞争力，使我国的制造业水平上了一个崭新的台阶，但与发达国家相比还有较大的差距。制造业水平的提高，不单是采用设备自动化，提高生产管理信息系统的效率显得更为重要。其中MRPII、MIS已逐渐趋于成熟与普及，而面向制造执行层的MES软件的开发与应用还比较薄弱。我国的研究者对车间层、单元层的研究大都着重于控制模型的研究，很少站在MES这一角度从应用出发来研究和开发面向制造过程的集成化管理和控制软件。我国的许多高等院校、科研院所都在从事这方面的研究与应用开发工作，在理论研究方面，加入了并行、敏捷、网络化、可重构等

9、一些先进思想，在系统设计方面采用面向对象、构件、代理等技术，取得了不少有益的成果，但在软件的商品化、成果的推广应用方面还存在很大的差距。 目前，国内还没有自主开发的很成熟的且得到广泛应用的MES软件。即使有所谓的车间层控制SFC（Shop Floor Control），也多数是收集相关资料，再通过批处理方式录入，其功能十分有限。在工厂自动化 FA（Factory Automation）方面，过去多是强调物流自动化，如自动化生产设备，自动化检测仪器，自动化物流运输存储设备等等。虽然它们能取代不少人工并解决了一些生产瓶颈，但由于缺少相应的信息集成系统，不能充分发挥其功效而形成所谓的“自动化孤岛”。

10、随着企业信息化应用水平的不断提高，企业逐渐认识到实现企业计划层与车间执行层的双向信息流交互，通过连续信息流来实现企业信息全集成，是提高企业敏捷性的一个重要因素。因此，通过 MES来实现企业信息的全集成，形成实时化的ERP/MES/SFC是提高企业整体管理水平的关键，这对企业制造业整体水平的提升具有重要意义。同时制造单元中的信息集成也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。 4 制造执行系统的功能制造执行系统(Manufacturing Execution System, MES) 是介于企业资源( Enterprise Resource Planning, ERP ) 和车间自动控制之间的面向制

11、造过程的集成的车间生产管理控制系统，是实现企业信息化和制造过程自动化的关键技术之一。因此， 结合我国制造企业的特点，研究制造执行系统的功能模型和数据流程模型、设计制造执行系统，对我国企业信息化和制造自动化具有重要意义。MES作为一种计算机辅助车间生产管理系统,必须具备车间生产管理与控制的功能。MESA 通过实践归纳了11个主要的MES功能模块， 各模块的名称及其主要功能如表1。MES功能模块主要功能资源分配与状态管理生产资源准备与实时管理工序详细调度 作业排序生产单元分配 生产单元间工作流管理、产进度控制、在制品数量控制文档控制信息文档的控制、管理与传递数据采集生产数据与生产参数的采集、更新和

12、监控人力资源管理 及时更新员工状态信息质量管理质量跟踪、控制和质量检验过程管理 生产过程监控和管理维修与保养管理 设备和工具的维修和保养产品跟踪与产品清单管理 产品任意时刻的状态和位置信息、记录性能分析 及时更新实际制造过程的结果报告、通过控制和调节生产参数改进 表1MES的功能模型见图一。实际的MES产品可能同时包含了其中一个或几个功能模型，它同时反映了MES与现场自动化系统（shop floor control system, SFC），以及企业其他信息化系统如ERP、PDM、企业的内外物流系统（T&L）等的关系。5 制造执行系统的典型结构图2为AMR提出的采用ERP/MES/PCS三层结

13、构的企业集成模型，包括以下三层：计划层（MRP/ERP）执行层（MES）控制层（Controls）图2. AMR 的三层企业集成模型MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用。MES的下层是底层生产控制系统，MES的上层是高层管理计划系统。当前典型的MES结构模型如图3所示。图3. MES的典型结构 基于统一软硬件平台的MES系统往往采用工业PC/PLC/HMI等设备作为车间内各生产单元（生产区域)功能站的主要构件，通过对各个制造单元的数据收集和反馈，组成覆盖全厂或者整个生产线的、满足闭环生产管理需要的开放式以太网络。MES的配置由制造单元技术支持，如基于DNC的数控设备互联、成组制造单元、

14、柔性制造单元、自治制造单元等。 以MES数据库服务器为核心，进行实时数据存取和比照，实现生产信息的监视、控制和生产过程的管理。MES系统以大型关系型数据库为设计基础，便于大量实时数据的存储、比对和运作，产生各类统计分析报表，并提供标准的基于Web的浏览查询和远程资料索取。 参考文献1 先进制造技术 /宾鸿赞,王润孝.-北京：高等教育出版社，2006.1 2 李泳湛,杜文雄,邵于宁.制造执行系统(MES)体系结构J.自动化博览,2008,(03):43 -45.3 肖力墉,苏宏业,苗宇,褚健.制造执行系统功能体系结构J.化工学报,2010,(02):359 -364.4 蔡宗琰,张定坤,李小宁.制造执行系统研究J.机床与液压,2007,(02):31- 35.5 蔡宗琰,王宁生,王志胜,郝文育.制造执行系统的功能模型J.计算机工程与应用,2004,(24):197 -200.