MES系统功能模型与技术架构

MESA通过其各成员的实践归纳了十一个主要的 MES系统 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、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。



从MES系统与企业其它系统的信息交互分析看，一方面，MES系统可以为企业其它管理信息系统提供实时数据。例如，企业资源计划(ERP)系统需要MES系统提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据;供应链管理(SCM)系统从MES系统中获取当前的订单状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系;客户关系管理(CRM)的成功报价与准时交货，则取决于MES系统所提供的有关生产的实时数据;产品数据管理(PDM)中的产品设计信息，可以基于MES系统的产品产出和生产质量数据进行优化;控制模块则需要时刻从MES系统中获取生产配方和操作技术资料来指导人员和设备进行正确地生产。另一方面，MES系统也要从其它管理系统中获取相关的数据以保证自身正常运行。例如，MES系统中进行生产调度的数据来自ERP的计划数据;MES系统中生产活动的时间安排需要依据SCM中的主计划和调度控制;PDM则为MES系统提供实际生产的工艺文件和各种配方及操作参数;从控制模块反馈的实时生产状态数据，则被MES系统用于实际生产性能评估和操作条件的判断。

从时间因素分析看，在MES系统之上的计划系统考虑的问题域是中长期的生产计划，执行层系统MES系统处理的问题域是近期生产任务的协调安排问题，控制层系统则必须实时地接收生产指令，使设备正常加工运转。它们相互关联、互为补充，实现企业的连续信息流。

从层次角度分析看，制造企业的控制结构可划分为工厂层(或公司层)、车间层、单元层和设备层。其中，单元层相当于一般企业的工段或班组。通常，ERP系统处于工厂层和车间层，有时会扩展到单元层。设备控制系统处于设备层，有时会扩展到单元层。而MES系统则总是处于车间层与单元层。因此，MES系统与ERP在车间层(有时包括单元层)在功能上会有部分重复，MES系统与设备控制系统在单元层有时也会有部分功能重叠。

基于Intemet的MES系统网络拓扑结构

它基于统一的软硬件平台和稳定的Web应用，以MES系统数据库服务器为系统核心，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。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，通过对各个生产单元的数据收集和反馈，组成覆盖全厂或者整个流水线的、满足闭环生产管理需要的开放式以太网络。

在企业内部，各功能站通过局域网对MES系统服务器进行交互操作，同时其他各查询终端也通过局域网查询MES系统处理后提供的数据、报表和图形。在企业外部，通过Internet可以连接到MES系统，在设定的权限内对系统进行信息发布或读取操作，做到实时信息共享。

MES系统实施

为充分发挥MES系统的效用，在实施MES系统时有如下几点需要特别注意:

1.由于不同行业之间的MES系统应用存在巨大差异，加之MES系统本身也有专用型MES系统和集成型MES系统之分，所以在需求调研阶段，应有丰富生产现场经验的顾问参加，并综合考虑企业技术、资金、设备、人员等众多因素，对需求进行充分验证和分析，选择(或开发)适合企业自身需要的MES系统。

2.MES系统是一个外在简单，内部却非常细致、复杂的系统，在设计与开发阶段，研发与检测部门不但要对功能进行测试，还要进行大数据量、并发的实时测试，根据实际需求提早制定数据库策略。另外，由于MES系统的数据来源主要是参加生产工作的工作人员和管理人员。只有生产过程中的数据采集准确及时而全面，才有利于数据的进一步分析整理。而只有提高生产一线工人的系统应用水平，才能保证“数据源头”的质量。

3.MES系统是一种应用于工厂的动态的IT解决方案，经常因产品、流程、以及新老产品的产出比例发生变化而不断地有所改变，因此底层数据库的数据模型也会随之而改变。另外，MES系统与生产过程和MRP/ERP等系统紧密相连，但由于MES系统与企业其它应用软件系统可能来源于不同的供应商，各系统之间的部分功能虽有“重叠”但侧重不同，所以系统之间的衔接与扩展，系统稳定性和运行效率至关重要。因此，系统管理与维护应由具有过程控制、IT和管理业务系统知识的制造业IT专家负责。

有待进一步研究的MES系统关键问题

在经历了过去10年多的努力实践和改进后，MES系统逐渐变得成熟并在国外企业中迅速推广起来，在国内也有了初步的应用，并且给企业带来了巨大的经济效益。但是，也应该清楚地认识到，仍然有许多需要进一步深人研究和完善的MES系统关键问题，主要包括:

(一)MES系统的结构敏捷性问题
即如何使用软件构件复用技术、中间件技术、集成计算模式、分布式对象技术和网格技术等开发与设计MES系统，使得符合接口标准的功能构件可以方便地以“即插即用”的方式组装到MES系统中，从而使MES系统具有开放性、模块化、分布式、可移植性、可扩充性和安全性等特点。

(二)MES系统的信息集成问题
即不仅从系统建模与软件开发的角度，而且从车间、生产系统及企业本身信息运动规律的角度来研究MES系统的功能与信息集成。例如:(1)应用分布式人工智能中的Multi-Agent理论进行建模，用以支持虚拟企业中MES系统应用;(2)集成CORBA/STEP以实现MES系统与PDM的无缝集成;(3)研究基于RFID(Radio Frequen-cy Identification，无线射频识别)技术的MES系统实时信息采集、编码、处理和控制，实现制造单元控制从面向批量和过程的控制向面向对象的控制机制转变等。

(三)MES系统中的生产控制与决策问题
主要包括非常规信息条件下生产设备的管理问题、生产物流的调度问题、车间生产调度和控制中的决策问题以及人作为特殊智能信息资源在上述软决策环境中的协调与作用机制问题等。例如，设计MES系统工作流模型以支持各种控制策略，加强过程管理。尽管目前已经有了一些这方面的研究成果，但仍需进一步深人。

结论


MES系统填补了制造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关键。MES系统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，为企业实施“敏捷制造”构建了良好的基础。与此同时，信息技术的发展和制造企业的竞争需求又带动了MES系统应用技术的不断进步与成熟。深刻理解和正确应用MES系统，对于提高我国制造业信息化水平，从而增强企业竞争力具有重要意义。


原文来源于杭州匠兴科技