第一章 引言
在经济全球化的今天，中国作为制造大国，也成为全球供应链中紧要的一环。近年来，中国的制造企业在提高自身竞争力方面做出了非常多的努力，其中很大一部分都着力于提升企业的制造信息化水平。企业纷纷进行了相应CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）/CAM （Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）/ERP（Enterprise Resource Planning， 企业资源计划）等信息系统的配置，生产效率较之从前的传统生产局面已有了很大提高。可以说，这期间国内制造企业完成制造信息化的“第一次革命”。然而，随着经济的飞速发展，市场对企业提出了更高的要求，LEANManufacturing（精益制造）、MTO（按订单生产）、零库存生产、资源外置、协同生产等等全新的生产及管理理念不断地冲击着企业管理者的大脑——企业已经投入了大量资金及人员用于基础信息平台（CAD/CAM）的建设，也引入了PCS(Process Control System,过程控制系统）、ERP 等先进管理手段，为何生产效率和生产力仍然处于较低水平？在一个完整的信息化制造流程中，每一个环节环环相扣，密不可分。而其中一个重要的环节往往被企业忽略掉了，这就是MES（Manufacturing Execution System,制造执行系统）。它用于管理人员实时掌控制造企业最重要的部门——车间的生产情况，可直接与设备联结，有效提高生产过程的可视化程度，实时提供生产中的每一步的信息。这些信息将协助企业提升工厂效能、应对日渐苛刻的生产交货期。这样MES在计划管理层ERP与底层控制PCS之间架起了一座桥梁①，其功能如图1-1所示。
本文从MES
第二章 MES在中国的现状及研究意义
第一节 传统的MES（T-MES)
传统的MES可大致分为两大类：专用的MES系统(Point MES) 和整合的MES系统(Integrated MES)。专用的MES是指为解决某个特定领域问题，如车间维护、生产调度而开发的单独应用系统。整合的MES则是针对一特定行业如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业而设计，具有一定的通用性。并且逐步加强了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成能力。
我国对 MES的研究开发起步较晚，目前主要停留在MES思想、内涵及体系结构方面的研究上，应用系统开发一般局限于 MES单一功能。一些大学和科研院所等单位在国家863计划资助下在 MES理论与应用系统开发方面做了一定的工作。但目前存在着很多问题，例如：（1）可集成性差；（2）缺乏智能性和敏捷性；（3）缺乏非常规信息条件下的科学决策方法。
由于工厂可能会从不同的软件供应商购买适合自己的MES模块，使得MES系统包括了很多子系统，这些子系统都有各自的处理逻辑，数据库，数据模型和通信机制。为了实现与外部系统的集成，往往采用API技术，OLAP技术和相应的通信机制。其中，外部应用系统的调用和插入使用API的方式，而应用EDI技术和外部环境进行数据交换。
虽然专用的MES能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它应用集成，整合的MES比专用的MES迈进了一大步，具有一些优点如：单一的逻辑数据库，系统内部具有良好的集成性，统一的数据模型等等。但其整个系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。为了解决传统EMS
的不足，可集成MES (Integrated MES，I-MES)逐渐成为人们研究的热点。
第二节 可集成的MES(I-MES)
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，它是实施企业敏捷制造战略、实现车间生产敏捷化的基本技术手段。在我国实施的CIMS战略中，车间自动化一直是一个薄弱环节，而实施MES则是提升车间自动化水平的有效途径，因此 MES技术的推广应用可有力促进 CIMS的发展。另一方面，随着CAD/ CAM及 ERP在制造企业的逐步应用，其进一步的信息化需求将迫使企业更多地去考虑在车间层次构建更高效的智能自动化信息系统，发展敏捷化MES无疑是其必由之路，因此 MES在我国具有广阔的发展空间和应用前景。
然而，由于国内外现有的 MES技术及系统没有充分考虑车间制造信息中大量存在的不确定性等非常规特点，缺乏在这些非常规信息条件下的科学决策方法，而片面地去追求车间信息的数量或精确性，不仅造成车间信息集成困难和决策效率不高，导致 MES缺乏足够的敏捷性与智能性以适应日益不确定的车间制造环境，而且大大增加了MES的开发和使用成本，严重影响了 MES这一先进的车间生产管理与控制技术在我国的推广应用与普及。因此必须从根本上解决 MES的敏捷化问题，并大大降低 MES的开发与使用成本，有力促进 MES在我国的产业化进程和推广应用。本文提出的应对策略为上述问题的解决提供了一条有效途径，它通过车间信息的有效集成和制造决策过程的智能化来保证车间生产的运行敏捷性，通过可重构和分布式对象技术解决 MES的结构敏捷性，从而从根本上来解决 MES的敏捷化问题，这对我国整个制造工业乃至国民经济的发展、提高我国制造业的国际竞争能力具有非常重要的理论意义和实用价值。
第三节 MES的研究意义
20世纪90年代以来，经济全球化的趋势日益增加，信息技术的发展极为迅速，市场环境发生了根本性的变化。顾客驱动已成为市场的主要特征，市场竞争的要素涉及到工控时间、质量、价格、服务和环境。而信息技术的广泛采用，使得以顾客订货和市场需求为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制，竞争的高科技含量因此大大提高了。面对激烈竞争，企业界的重要对策就时采用将制造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融合的新一代先进制造技术。虽然大量的先进制造技术运用于企业管理中，但对于一个企业，如果仅仅从生产工厂的视角来分析其在竞争中所处的地位，显然是短视的。即使是最好的MES解决方案，对于整个企业来讲，也不过是提供一个相对狭窄的视角，缺乏在管理层为进行决策支持所需要的生产执行数据的广度和深度。这就启示我们，完整的、能够引导一个企业保持长期的业务利益和价值的企业信息系统，必须是控制、制造执行系统MES和企业规划系统ERP三者协同作用的整合。可惜的是，在人们认识到ERP的重要作用的同时，并不曾给予MES足够的重视，更何况上ERP项目动辄要投资上千万，甚至上亿元。一般中小企业难以承担，即使是大型企业花那么多钱也不是轻而易举的。
M
ES是美国管理界90年代提出的新概念。美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)通过对大量企业的调查发现现有的企业生产管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA、HMI为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全面集成的MES软件群组成。根据调查结果，AMR于1992年提出的三层的企业集成模型。由于MES强调控制和协调,使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统,而且能使计划落实到实处的执行系统。因此短短几年间MES在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了巨大的经济效益。企业认识到只有将数据信息从产品级（基础自动化级）取出，穿过操作控制级，送达管理级，通过连续信息流来实现企业信息全集成才能使企业在日益激烈的竞争中立于不败之地。
随着企业生产模式逐渐向敏捷制造发展，企业业务流程重组（BPR）的实施、企业环境的异构性以及企业间动态联盟的组建等等对MES又提出了更高的要求，传统的MES解决方案难以适应敏捷制造的要求，面向敏捷制造的MES不仅要费用合理更要具有良好的适应性（adaptable），可重构性(reconfigurable)，可集成性(integrated)，因此，国外许多组织和研究机构开始研究面向敏捷制造的MES。然而，国内对MES概念和应用的研究却不太多，更不说有成熟的软件产品。随着企业计算机应用的不断推广，企业信息化应用水平逐渐提高，企业越来越需要车间执行层的管理信息系统。因此如何深刻理解MES内涵，把握它的发展趋势，在我国企业中开发和应用MES，对于提高企业竞争力，缩小与发达国家企业差距是迫在眉睫的事情，也将是企业信息化水平深层次推进的需要。
当前摆在人们面前的严峻问题是，如何发现企业在实施MES时存在的弊端，并有针对性地提出解决问题的办法。这样对构建我国企业科学的治理结构、提升企业国际竞争力，无疑更具重要的现实意义和深远的历史意义。看来正确认识MES的作用和正确地发挥MES的作用是非常关键的事情。本文将重点放在至今在国内尚未引起足够注意的，但是对企业发展壮大有着重要意义的MES，以期对这个沟通ERP和PCS之间的关键环节给予应有的重视。
第三章 MES的概述
第一节 MES的形成
一、MES的产生背景
20世纪80年代中期以后，伴随着客户对产品需求的多样化，制造企业的生产模式开始由大批量的刚性生产向多品种少批量的柔性生产转变；伴随着计算机网络和大型数据库等信息技术的发展，企业的信息系统也开始从局部的、事后处理方式转向全局的、实时处理方式。其间出现了精良生产、敏捷制造等新的理念和方法；在管理系统软件领域从MRP（Materials Requirements Planning,物料需求计划），到MRPⅡ，直到ERP系统的迅速普及；在过程控制领域，PLC(Programmable Logic Controllers,可编程逻辑控制器）， DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)得到广泛应用②。
尽管企业信息化的各个领域都取得了长足的发展，但是在实现信息集成的过程中，仍然会面临信息孤岛和信息断层③所带来的各种问题．例如，在计划过程中无法准确及时的掌握实际生产状态，在生产过程中得不到切实可行的作业计划，车间的管理人员和操作人员难以跟踪产品的生产过程，不能有效地控制在制品库存，用户无法了解订单的执行状况等等．产生这些问题的主要原因在于生产管理系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程控制系统之间的界限模糊，缺乏紧密的联系．针对这种情况，1990年11月，美国的调查咨询公司AMR(Advanced Manufacturing Research,先进制造研究机构）首次提出MES的概念，作为解决企业信息集成问题的解决方案④⑤。
随着企业信息化在理论和实践两个方向上的不断深入，以系统和集成思想为基本哲理的制造业信息化系统的体系已经基本清楚，如图3-1所示⑥，将企业看作一个球体，以企业、生命周期和价值链为坐标，将集成系统所涉及的各种应用分系统放置在球体空间的不同位置，说明各种系统逻辑上的关联关系。整个企业信息化的系统体系中，MES扮演了承上启下，关联上下的重要作用。
图3-1 协同制造管理的应用图
二、MES的发展历史
MES作为生产形态变革的产物，其起源来自工厂的内部需求。为了更好得理解MES的产生背景，我们先回顾一下计算机辅助生产管理系统的演化历史。
上个世纪八十年代，MRPII（Management Resource Planning,制造资源计划）在APICS(美国生产与库存管理协会)大力宣传和组织推动下得到了迅速的普及和广泛应用。推广过程中，MRPII也暴露出一些不足之处，如MRPII对预测需求和销售管理不够重视，对车间的大量实时事件与数据不能很好地利用等等。
许多企业认识到，需要其它系统来解决MRPII在这些方面管理薄弱的问题。于是，为了满足销售、预测的需求，产生了DPR(Distribution Resource Planning，分销资源计划)。同样，为了强化车间的执行功能，MES也就应运而生。
传统的MES(Traditional MES，T-MES)大致可分为两大类:1、专用MES系统(Point MES)。它主要是针对某个特定领域的问题而开发的系统，如车间维护、生产监控、有限能力调度等。2、集成MES系统(Integrated MES)。该类系统起初是针对一个特定的、规范化环境而设计的，目前已拓展到许多领域，如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。
虽然，专用MES能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其它应用系统集成。专用的MES整个系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。集成的MES，比专用MES迈进了一大步，具有很多优点:如单一的逻辑数据库、系统内部具有良好的集成性、统一的数据模型等等。
美国AMR研究小组在分析信息技术的发展和MES应用前景的基础上，提出了可集成MES(Integrated MES，I-MES)这一概念。它将模块化和组件技术应用到MES的系统开发中，是两类传统MES系统的结合。
从表现形式上看，I-MES具有专用MES系统的特点，即I-MES中的部分功能可以作为可重用组件单独销售。同时，它又具有集成MES的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，I-MES还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和原有系统的保护以及即插即用(P&P)等功能。
三、MES的定义
美国先
进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，MES为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等方面)的当前状态信息。
制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA)也给MES做出定义:“MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，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得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和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”
后者对于MES的定义强调了以下三点:1.MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一解决某个生产瓶颈。2.MES必须提供实时收集生产过程数据的功能，并做出相应的分析和处理。3.MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息集成。
第二节 MES的作用和特点
一、MES的作用
在许多工厂中，全厂管理的功能目前仍然由文件和人工系统进行，通常有经验的人员执掌着工厂生产效益的钥匙。在大多数运行中，人工系统和有经验运行人员的判断总是起着重要作用，图3-2。但是，市场要求产品的品种和数量经常变化，靠人工和经验调整生产显然效率低、反应慢、缺乏竞争力。而且人工系统也不可能适应产品、工艺、技术和用户要求日趋加速的变化。由于生产运行变化如此迅速，MES的信息的及时性要求以分，甚至秒的速度进行反应，此时光靠人恐怕不行。因此，采用MES带来的效益不言而喻，图3-3。
图3-2 人工决策
图3-3 MES决策
ERP/MRP的环境是以具体事务为基础的。其数据交换系对生产调度、运输安排或对生产计划要求的响应。与此不同的是，控制的决策必须在秒甚至更短的时间内完成，它对生产过程、操作人员，或对材料的操作需求作出响应。显然，实时环境和实时响应的差异影响着绝大多数的具体事务和在控制层的执行。传统的数据流和控制流在ERP与控制层之间存在着巨大的鸿沟。传统的信息管理系统向主管财务的总经理和财务管理负责人报告，居于管理层；而传统的工程生产信息则向负责生产的总经理报告；职责不同，相互之间的沟通不一定能做到及时且细致深入。
与此相反，MES能提供的材料数据是与生产消耗相关的，同时能生成基于精确执行时间的材料供应提前量，这将改善仓储控制。准确的生产模型是与实际测量相对于计划时间表的关系紧紧相连的，因而可用来修正过程模型，而且有助于精确表达生产计划的实时行为。
在当今激烈竞争的世界经济中，要占有“最有价值”的地位，必须使企业具有最好的质量、最佳的客户服务、最低的制造成本、快速响应以及灵活性的特点。而要达到这样的水平，就必须在正确的时间提供正确的信息才可能进行最佳的决策。这就要求不断地对公用的数据库进行改善，同时让每个部门都拥有把数据转化为有用信息的工具。怎么能做到这些呢?唯有MES才能真正向企业提供以上这些功能。
MES系统的基本功能模块包括工序详细调度，资源分配和状态管理，生产单元分配，过程管理，人力资源管理，维护管理，质量管理，文档控制，产品跟踪和清单管理，性能分析和数据采集等，具体如图3-4所示
图3-4 MES功能模块
二、MES的特点
1、适用多样性生产流程，支持多条生产线，提高管理效率，能将各批次的作业有效的在多条生产线上进行排产，提高了管理效率；
2、建立完善的数据库，提供强大的查询功能，信息更完整和更具深度，可随时随地搜集生产线上的所有信息，包括生产线上物料与人员产能、维修等；
3、流水线操作防呆预防错误功能，预先防止部件装配错误和产品生产流程错误，并及时提醒指导操作人员进行改正；
4、线上信息实时正确整合，以利最佳的决策，管理者可随时获得生产线上的实时信息，多样化的报表与图表整合分析，如柏拉图、P-Chart柱形图等，提供管理者在做不同的决策时的有力依据；此外， 报表与Word、Excel等办公软件相结合，使图表的形式更多样化。
5、模块客制化的设计，充分符合企业需求，各模块可专司其功能，又具有整合性，真正达到企业信息流通的目的；模块内功能的复杂或简易程度，完全视企业的本身需求而定；
6、实时监控生产线，品质保证的最佳工具。系统可查询多种维修流程中的情况，实时查询不良原因的代码，使决策者或管理者能够清楚的知道产品缺陷的数量及原因，将这些不良原因作一统计及分析，进一步督促相关作业人员，加强品质管制，如此提高生产效率及品质，为公司创造更高的价值；
7、维修数据的整合分析统计、便于知识管理，系统可以针对不同机种，不同的维修项目做前十项的排行，让维修人员可以有维修依据，且将个人的经验值凭借系统显示。建立一个有系统的维修知识库，提供维修人员维修产品时之有利依据 与参考，节省重复的思维过程，适当运用经验法则，做最经济的资源支出；
8、提供看板可视化管理，看板显示当前工作站的工作目标、完成情况、不良率、差异等信息，也可以显示设定信息，如欢迎词、标语等，管理者能够及时了解现 场的生产、质量情况 ，实现图视生产和管理；
9、系统架构采用Client/Sever架构，将企业生产流程设定存储，当程序需要更改时，只需在服务器端进行修改，而客户端在使用程序时一般不要进行修改，减少系统维护工作。
第四章 MES应用举例——离散制造企业的制造执行系统
第一节 离散制造企业
离散制造企业是指制造企业中的一类企业，其生产过程中基本上没有发生物质改变，只是物料的形状和组合发生改变，即最终产品是由各种物料装配而成，并且产品与所需物料之间有确定的数量比例，如一个产品有多少个部件，一个部件有多少个零件，这些物料不能多也不能少。按通常行业划分属于离散行业的典型行业有机械制造业、汽车制造业、家电制造业等等。
离散制造企业主要是通过对原材料物理性状的改变、组装，成为产品，使其增值。而流程生产行业，主要
是通过对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法，使原材料增值，通常以批量或连续的方式进行生产。在MES需求、应用环境等诸多方面，两者都有较大的差异⑦，在此介绍离散行业的特征。
1、 产品结构。离散制造企业的产品结构，如图4-1所示，可以用“树”的概念进行描述——其最终产品一定是由固定个数的零件或部件组成，一般使用物料清单（BOM）表示这种关系。
图4-1 产品结构示例
2、 生产计划管理。离散制造企业主要从事单间、小批量生产，由于难于预测订单的到达时间和批量，同时由于产品的工艺路线经常变更，因此需要良好的计划能力。只要应用得当，离散制造在生产计划系统方面投资所产生的效益可以相当高。
3、 工艺流程。面对订单的离散制造业，其特点是多品种和小批量。因此，生产设备的布置有可能不是按产品而是按照工艺进行布置的。例如，离散制造业往往要按车、铣、刨、磨、钳等工艺过程，或者按照典型工艺过程来安排机床位置。因为每个产品具体的工艺过程都可能不一样，而且可以进行同一种加工工艺的机床有多台，因此，离散制造业需要对所加工的物料进行调度，并且往往中间品需要进行搬运。离散工业企业的原材料主要是固体，产品也为固体形状。因此。存储多为室内仓库或室外露天仓库。
4、 自动化水平。离散制造业企业自动化主要在单位级，例如数控机床、柔性制造系统。由于是离散加工，产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平。因此，离散制造企业一般是人员密集型企业，自动化水平相对较低。
5、 批次管理和跟踪⑧。流程行业的生产工艺过程中，会产生各种协产品、副产品、废品、回流物，对物资的管理需要有严格的批次。例如，制药业中的药品生产过程要求有十分严格的批号记录和跟踪，从原材料、供应商、中间品，以及销售给用户的产品，都需要记录。一旦出现问题，企业可以通过批号反查出是谁的原材料、哪个部门、何时生产的，查出问题所在。而离散制造业一般对这种要求并不十分强调，虽然现在很多离散制造业企业也在逐步完善产品生命周期跟踪管理的能力。
根据以上概况初步了解了离散制造企业的一些基本情况，并以此为基础来进行MES的实际应用。
第二节 公司概况
面对日益激烈的国际竞争，现代化的企业需要现代化的管理，现代化的管理离不开信息化的管理手段。企业信息化被认为是现代企业国际化战略的必由之路，众多企业会首先选择ERP来帮助企业实现物流、资金流、信息流的信息化。湖州巨人机电有限公司是一家致力于为中国乃至全球电梯整机业提供精良部件及完美解决方案的专业制造企业，也引进了相应的ERP来经营管理企业，并购买了一批先进的数控机床（如数控液压转塔式多功位冲床、HDS1303NT 数控折弯机、FO-3015 飞行光路激光切割机等等）来加工产品。主要为巨人通力提供电、扶梯公司提供各种部件，还提供精密钣金部件、精美电梯装潢和精良电气产品。随着业务的扩大和发展，相继与昆山通力、无锡中秀、西子奥的斯、讯达等知名企业合作，为其进行部件定制生产及加工服务。虽然有ERP的周密计划和先进的机床进行生产，但是远远不能满足客户提出的各种要求。客户是我们的上帝，失去上帝的信赖，等于失去我们的生命，企业无法生存。更何况现在制造业现在已经不再是一个暴利行业，而是已经进入微利时代，企业如何在这个时代获取更高的利润？这是每个企业所必须面临的问题。
企业一直以来使用金碟的ERP系统来组织生产，合理的计划每一份定单所生产的部件，经过ERP的计划打印出许多流程卡，以流程卡上的物料清单来指导整个车间的工作流程和工作内容，同时作业员在完成一作业时须将日期、人员、生产信息填写在流程卡上，在成品包装前，收集起来，以备日后维修查询之用。这种流程卡的管理方法在一般的电子、家电业中都会实行。这种管理方法虽然有一定的先进性，但离散型企业一般在加工完一道工序会将工件存放在暂存区一待下一工序加工，在这其中回出现流程卡失踪，寻找工件难等问题，导致加工沿后，交货期紧张。为了企业更好的发展，在不断的寻找问题的关键，总结、分析客户所提的要求，结合企业本身运营状况，发现企业虽然在计划层和控制层得到长足的发展，但是在执行层仍然存在无法解决的问题，如下：
1、 出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息？
2、 能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？
3、 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？
4、 过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？
5、 目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些销售商？何时能够及时交货？
6、 生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？
7、 影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？
8、 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？
9、 能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？
……
面对以上车间管理的典型问题，ERP就难以给出完善的解决手段,这样就出现了ERP系统和现场自动化系统之间管理信息方面的“断层”，对于车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。企业内部管理的优化很重要的一点就是生产过程的信息化和产品的可追溯性，企业提供给客户的产品，我们要非常清楚我们提供客户的是什么样的产品、是什么材料、材料是哪家供应商提供的，产品在生产过中的记录、测试参数等信息。只有知道了这些我们才能有针对性的为客户提供更好的服务，即时发生客户投诉我们也能及时准确地为客户澄清问题，确认影响范围。同时产品生产过程的数据为生产管理决策提供有效的支持，让生产过程的问题及时的暴露、及时地处理，从而有效遏制问题的发生，将产品的质量问题以及生产线的异常状况消灭在萌芽状态。没有信息化管理的生产现场又如一个“黑箱&rd
quo;，在生产的现场到底发生了什么，没有一个完整的信息反馈。一条生产线的管理者他所关心的就是他所管辖的范围内发生的问题，或则一个车间的主管他所关心的是这个车间所有生产线的生产进度、质量问题，这些信息的获取他只能通过个线干部的表报反馈或者是电话汇报，如果是一个工厂的主管他所关心的整个工厂的生产进度、任务达成度、产品品质，他获取这些信息的手段又是怎样呢？时效性如何呢？如果管理者不能及时的获取这些信息，就不能及时有效的下达管理指令，这就会制约管理措施的有效实施。正是这个管理的“黑箱”遮住了管理层的眼睛，束缚了管理层的手脚。
恐怕不求新求变是很难适应市场竞争，现在很多企业纷纷选择信息化系统来帮助企业提升竞争力，优化内部管理流程，以实现在微利时代消除企业的内耗来减少制造的成本，为企业赢得更多的利润。在国内制造企业纷纷引入MES现场执行系统，帮助企业打破“黑箱”，打造可视工厂，使生产的过程完全透明化，例如国内知名的夏新电子在2005年的管理优化选择明机逐鹿的MES提升企业的核心竞争力。企业之间的竞争已经过度到了管理的竞争，只有靠现代的管理手段才能制造出更好的产品，为客户提供更满意的产品与服务。MES监控产品投入到出货的全部生产过程，记录生产过程产品所使用的材料、设备，产品检测的数据和结果以及产品在每个工序上生产的时间、人员等信息。这些信息的收集经过MES系统加以分析，就能通过系统报表实时呈现生产现场的生产进度、目标达成状况、产品品质状况，以及产的人、机、料的利用状况，这样让整个生产现场完全透明化。企业的管理人员，无论何时身处何地，只要透过Internet就能将生产现场的状况看的清清楚楚明明白白。身在总部的老板亦能通过MES获取信息运筹帷幄，远在国外的客户当然可以来关心他们的订单进度、产品品质。
为解决车间生产上的“黑箱”问题和达到“可视化”工厂，并根据离散型造业的特点来实施MES，以达到公司长远发展。
第三节 MES实现功能
该MES系统实现了十三个主要的MES功能模块，包括：工厂门户、工序详细调度、WIP资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、HR人力资源管理、设备维护管理、质量管理、文档管理、产品跟踪、物料清单管理、性能分析和数据采集。
MES不是一个独立的系统，而是整个企业信息化中的重要组成部分，其跟企业的ERP等系统都有密切的管理，共同组成整个企业的信息化系统。MES系统各模块的功能简述如下：
1. 工厂门户，供应商、客户、工厂各级管理人员、工人、工程师等均可以在该模块了解到工厂的实时运行信息；
2. WIP资源分配和状态管理： 指导劳动者，机器，工具和物料如何协调的进行生产，并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工情况。基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程。这一模块的功能实际上也可由生产单元分配和质量管理来实现。这里是作为一个单独的系统来实现。
3. 生产单元分配：通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作。
4. 工序详细调度：定义产品的加工工艺与流程，通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能。
5. HR人力资源管理：提供按分钟级更新的员工状态信息数据（工时，出勤等），基于人员资历，工作模式，业务需求的变化来指导人员的工作。
6. 维护管理（表4-1）： 通过活动监控和指导保证机器和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执行目标。
表4-1 设备状态信息表
7. 质量管理： 根据工程目标来实时记录，跟踪和分析产品和加工过程的质量，以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题。采用QC七大手法、SPC（Statistical Process Control 统计过程控制）对品质进行分析、统计，进而改善品质。
8. 文档管理： 管理和分发与产品，工艺规程，设计，或工作令有关的信息，同时也收集与工作和环境有关的标准信息。
9. 产品跟踪（附件1）：通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性。
10. 工单管理：对ERP排产后的工单进行实时跟踪与管理，了解其生产进度、品质状况等信息。
11. 性能分析：将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的要求进行比较。其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高。
12. 产品清单管理：将生产中用到的原材料、半成品的标准用量、供应商、批次等进行管理，再根据实际的用量、供应商、批次等进行比较，为动态库存、JIT供应提供支持。
13. 数据采集：监视，收集和组织来自人员，机器和底层控制操作数据以及工序，物料信息。这些数据可由车间手工录入或由各种自动方式获取。
第四节 MES目标与设计原则
为离散企业定制的制造执行系统，其最主要的目标就是建立和完善生产管理体系，包括根据客户定单、市场预测和内部资源状况来制定生产计划；从整体角度优化、协调生产过程；生产计划的动态调整等等。与此同时，要建立保证质量管理的信息体系，包括在线物料跟踪和质量控制的在线反馈与调整，以及对产品质量零缺陷的追求。以上述两个目标为契机，构建离散企业MES系统可以促进生产方式和管理思路的转变，这将是一个渐进的过程。
MES的设计将以软件工程为规范，主要考虑全局性、通用性，既要实现整个生产过程的优化，又要提供标准化、模块化的应用程序框架；同时要以可扩充性、开放性和兼容性为原则，这样在生产能力变动时不至于影响系统功能，还要提供标准、开放的通讯接口以及减少由于开发环境和开发工具的变化带来的影响；在可操作性、可视性和鲁棒性上也要注意，友好而操作简单的界面、监控跟踪的仿真示意图和较强的容错能力都有助于各级用户的使用；最后是必须具备实时性，只有最短的反应时间才能对生产过程进行控制和调整。
第五节 MES信息库设计
在现代离散企业中流动的信息具有强烈的动态特征且大量冗余信息与缺失信息、信息断裂并存的现象，无论是从现场采集来的生产数据还是从市场获得的定单信息都可能因不能真实体现而对企业造成不可估量的后果，为保证有价值的信息能对企业决策和运作有着正确的指导意义，在离散企业运作系统中要构建好多种信息库，并且不同的信息库具有不同的特点。
物料
信息库（表4-2）：企业库存状况和需外部采购或内部调整的物料情况，部分信息与供应商共享；定单信息库（表4-3）：定单对产品的要求（材料、质量、数量等）情况，部分信息与合同商共享；产品信息库（表4-4）：产品目录和与特定合同商联系的在制品状态，部分信息与分销商/用户共享；基础信息库：企业人员、设备状况，财会数据等企业运营的基础信息，在系统内部按照不同密级使用，还包括部分经常更新的政策、市场等外部信息；生产信息库：生产过程中人员、设备的实时变化情况等动态性要求较高的信息，以及基本不变的工艺路线等生产相关信息，外部不可见。
这些信息库都是关系型数据库，建立信息库将降低车间级计算机的数据负担，同时减少了因数据保存和操作故障而引发的一系列后果。物料、定单、产品信息库可供对应的外部人员进行查询等操作，便于结成与供应商密切的战略伙伴关系。而较稳定的基础信息库为人事、财务、设备方面的日常管理提供极大的方便。生产信息库则是动态性能要求最高的，每时每刻都有大量的流动数据注入其他信息库，因此对它的设计要求也最高。这些信息库常见功能有：报表、保存与备份、恢复与删除，以及口令与权限。
动态的生产信息库中，与数据采集模块相连的部分成为重中之重，实时监控生产过程中的数据采集点、主生产流程的设备运转情况的状态数据采集点，以确保采集的数据可靠而不冗余，充分而不断裂。
第六节 MES实施效果
根据企业现在的生产现状和需求，对MES进行实施后的效果评介，主要是比较MES实施前后的生产现场管理，来展现实施MES后企业无穷的发展潜力。
1、流程卡管理
导入前：
目前企业在生产中没有实行这一制度，在一般的电子、家电业中都会实行流程卡的管理。每一在制品附一流程卡片，作业员完成一制程须将日期、人员、生产信息填写在流程卡上，在成品包装前，收集起来，以备日后维修查询之用。
导入后：
不但能把流程卡管理这一制度建立起来，同时因为系统的大部分生产数据的收集均通过自动化设备，大大加快了数据收集的速度，生产线的效率不但没有降低，反而得到了大大的提高。
2、工单追踪管理
导入前：
利用每日生产表格由生产单位组长填写各工单投入产出，人员出勤等资料，再汇总计算出各指令进度。然而组装生产线流程快速，生产主管永远无法得知各工单目前的进度。
导入后：
每个加工点需刷流程卡序号，计算机可自动计算出其所属工单在各生产单位详细过程及最近状况，主管办公室之计算机可得知全厂一分钟前工单最新状况。如果主管远在国外，只要其能进入MES工厂门户系统，了解整个工厂的工单运行情况变成了弹指之间的事。
3、在制品追踪管理
导入前：
目前企业没有对WIP仓库进行有效的管理，常造成一堆不良品、待修品积压在现场。
导入后：
利用流程卡完整数据，SFCS（shop floor control system 车间控制系统）可追踪每一在制品最新位置、状态，统计整理后，可以依指令，产品或现场区段，追踪在制品分布状况。
4、设备管理
导入前：
不同机种设备时间长短不同，虽然设备多用PLC控制， 但是仍须由人在现场操作，掌握信息不足，无法对设备做有效地利用。
导入后：
透过MES与生产设备联机，可以利用MES直接控制PLC，可以有效掌握设备时间及空间利用。
5、 品质监控管理
导入前：
品质资料由质检部人员输入品质表格中，但因是人工填写，资料有限，而完整的检修资料是填写在流程卡中，数量多，少有工厂输入计算机，因此多是事后整理品质报表作为未来品质改善，但又因数据不完整、不正确, 不容易找到真正原因。
导入后:
检测修护、维修资料全由计算机立即输入，或从测试检测仪器中实时取出数据进行分析，现场可连接品质看板，实时显示最新品质状况，并可做完整详细统计分析，有效找出品质问题。
6、出货管理
导入前：
须利用人工记录那些出货序号，给那一位客户，以做售后服务，也因缺乏实时核对能力，常在出货之机种及数量上发生错误，造成不小的损失。
导入后：
出货同时，输入外箱序号编码，可立即核对，如不符出货条件，可立即告之出货人员。同时把出货信息上传ERP系统。
7、自动化设备整合
导入前：
企业用的数控液压转塔式多功位冲床、HDS1303NT 数控折弯机、FO-3015 飞行光路激光切割机等设备多独立运作，效益不高，设备管理也不佳。
导入后：
将MES与数控液压转塔式多功位冲床、HDS1303NT 数控折弯机、FO-3015 飞行光路激光切割机等整合，可自动得取生产资讯及设备状况。
8、现场物料管理
导入前：
企业每天生产不同规格、不同型号的产品，因离散制造业无法订单到达时间和交货期不同，早生产晚入库，晚生产早入库现象，无法掌握实际生产状况，在制品的不断积压，导致早生产的产品遗漏，常发生补料。
导入后：
MES可以随时掌握最新各指令，各产品组装数量，可以实时计算出现场物料状况，以预做供料准备，有效降低这方面人力及补料现象。
9、售后服务
导入前:
不知其何时出货，很难提供有效的售后服务。客户回修之产品，企业可以方便地找出出货时间、出货客户；但如果想了解该产品在生产时的信息，由于出货没有与生产数据进行整合，要找出其原来的生产信息，须花费相当大的人力。
导入后：
MES提供追踪功能，可以掌握每一成品完整流程卡资料、当时生产现场的状况及出货时间、出货客户，追踪成品在生产中的各种记录，可提供客户完整的售后服务。
10、原料入库管理
如果要进行原料入库方面的管控，MES可以有专门的原材料入库管理模块。只要对原材料进行批号管理。当原材料进行验收时，对其进行入库输入，系统根据其提供的资料，对其按产品、规格进行汇总，同时，系统会与ERP进行接口，将数据写入到ERP的原料库存档中。
11、效益总结
总体上来说，品质得以实时改善提升，制造成本受控，交期缩短；同时由于该 MES系统提供给大客户查询其订单实时进度、订单的详细品质记录，因此大客户认为其是一个数字化的可视化的现代化工厂，能让他们随时随地了解工厂的产能状况、订单生产进度、足够详细的品质记录分析报告，进而给该工厂更多的订单。
第七节 实施MES后的效益分析
基于MES用户的经验，使用MES所带来的效益很可观。相比于其它任何制造软件,MES应该是最具吸引力的：平均减少制
造周期时间45％；一般减少数据输入时间为75％以上；平均减少半成品(WlP)24％：平均减少为交班而准备的纸面工作61％；平均减少引导时间27％．；平均减少纸面工作和设计蓝图所带来的损失56％：平均减少产品缺陷18％。
以上列举的若干统计数据是由国际MESA协会通过调查研究确定的，具有充分的根据。
根据以上数据为依据，实施的MES公司所得效益：
定性 定量
Ø降低生产周期 Ø降低20％～25%
Ø减少/消除数据录入时间 Ø降低至25％～60%
Ø提高数据完整性 Ø提高95％以上
Ø降低库存 Ø降低10～15%％
Ø减少上述各过程的统计、记录工作 Ø70％的工作量减少
Ø减少适应时间 Ø试产磨合期降低至原来的10％
Ø减少过失 Ø减少过失40～55％
Ø责任到个人 Ø工人绩效提高25%
Ø产品品质在线报告 Ø产品品质在线报告，实时性提高90％
Ø提供ERP实时和准确的生产数据 Ø变成实时、动态数据刷新
第五章 总结与展望
MES软件弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隔，是制造过程信息集成的纽带。MES通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，同时也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。深刻理解MES这一先进的管理思想，把握它的发展趋势，对于如何在我国正确的研究和推广MES应用具有重要的理论和应用价值。MES对于制造企业的作用已经非常明朗，但人们对MES的认识远远不如ERP、SCM等管理系统。由于认识不清，自然就会导致需求不清楚，也就难以形成一定的市场规模。目前美国的MES发展是已25%速度发展，而国内基本是局部MES功能的发展，具体是一些简单的数据采集，物流管理等，其实这些也属于MES功能的范畴。但随着人们对MES认识的逐步加深，MES在企业中的应用必将会逐步深入。
但现在MES在中国企业的实施状况的确不太尽如人意，致使许多的企业在面对它的时候都有一种“敬而远之”的矛盾心态。既想通过实施MES实现企业新的飞跃，进一步拓展企业的生存发展空间；却又怕MES的实施一旦不成功，企业将陷入一个更加危险的泥潭。
不过也只有敢于吃螃蟹的人，才能获取更大的成功。没有风险就没有收益，真正的有远见卓识的企业家，是一定敢于去面对这种风险的。而选择一个符合企业实际需求的MES产品，选择一个出色的实施团队，也就意味着风险系数的大大降低，成功的可能性也就越大。
从国外的发展趋势看，已经形成了一批MES软件产品和解决方案，出现了一批以MES为核心产品的工业企业管理应用软件公司，而且企业信息技术应用的焦点已经由ERP转向MES，然而MES的标准化仍有大量工作要做。
从国内的发展趋势看，CIMS、MES、ERP等概念都进入中国较早，但只以DCS为代表的底层自动化和以ERP为代表的管理系统普及速度较快，因此，中国工业企业的信息孤岛和缺损环链现象比国外更为突出，也就是对MES层的认识相对落后，但是，确实有一些公司在加快开发中国式的MES产品或应用国外的MES产吕，而且势头较好，同时，在认识观念上由关注ERP到关注MES的转变也已开始。
从技术角度看，MES的功能正在向控制层和计划层渗透，三层结构的分工可能更模糊。MES功能中的计划排产与执行调度模块(APS)越发突出的推广普及。它应是MES的核心。单一功能的MES产品正在向集成的MES和整体解决方案发展。信息技术领域的分布对象技术(CORBA、DCOM等)标准日臻成熟是MES发展和集成的基础。DCS和ERP的普及和提高进一步推动了MES的发展和推广。
【参考文献】
.
http://www.amrresearch.com,1990-06-11.
[2]李铁克. 制造执行系统模型综述与分析. 冶金自动化,2003 (4):1314
[3]余莹. MES,制造业信息化“断层”.北京:中国计算机用户,2003.
[4]Bill Swanton. MES five years later:Prelude to phaseⅢ.
American:AMR report 13725, 1995
[5]中村,正田耕一.MES入门. 日本:工业调查会,2000
[6]李清. CIMS制造执行系统. 中国电力出版社,2007
[7]马万太,戴勇.MES的行业应用.中国计算机用户, 2003 (30): 40~41
[8]王志新. MES应用与新进展.世界仪表与自动化,2004
[9]罗国富,施法中. 制造执行系统及其相关技术研究. 机械制造,2004
[10]于海斌,朱云龙. 可集成的制造执行系统. 计算机集成制造系统CIMS,2006
[11]张志懔. 国内外制造执行系统(MES)的应用与发展. 自动化博览,2004
[12]李铁克. 制造执行系统模型综述与分析. 冶金自动化,2003
[13]江志斌,胡宗武. 论制造系统模式的新进展. 工业工程管理,2002
[14]彭宇. 制造执行系统(MES)的发展和挑战. 中国工控网,2004
[15]杨剑，贾仁安. 现代制造业生产物流模型研究［J］. 物流技术，2004，(09).
[16]范兴美. 现代制造企业生产物流成本管理研究［J］. 改革与战略，2007，(03).
[17]徐辉. 中国制造企业生产物流发展分析与研究［J］. 江苏商论，2007，(02).
[18]白士强. 制造企业生产物流合理化的研究［J］. 石家庄铁路工程职业技术学院报，2004，(02).
[19]Wendy T. Marks Mark N.Frolick.Building customer data warehouses
for a marketing and service environment[J].Information System
Management. Vo1.18, No.3, Summer. 2001
[20]March H. Meyer. Make plat from innovation drive enterprise
growth[J].Research:Technology Management. Vol. 44, No. 1, 2001.
[21]张峰，王茜.制造执行系统的研究及相关技术实现小型微型计算机系统，1998，19（2）：28-30
致 谢
非常感谢各位老师，尤其是经管系的各位老师，在大学期间给了我们一个全新的视野，让我们认识到了自己知识的缺陷和接受新学识的能力。
在这三个多月，我一边在湖州巨人机电有限公司实习，一边做毕业论文，时间紧凑而仓促。而且对MES研究不够和公司整体运营还不够了解，毕业论文肯定存在一些缺点和不足，感谢各位老师批评指导。同时感谢导师曹玉华老师孜孜不倦的指导和帮助，从论文定题到起草底稿，再到初稿的修改，至最后成章，都有她的汗水与辛劳。
最后，谨向在百忙之中抽出时间审阅论文和参加答辩的各位老师表示诚挚的感谢!
