一、企业为什么需要MES

ERP和生产现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往不能快速有效的做出决策。在面对以下车间管理的典型问题时，它们就难以给出完善的解决方法：

1、上一班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？

2、生产线需要混合组装多种型号产品，能否自动校验和提示以防工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？ 

3、每种产品数量，如何供应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？要分别供应给哪些客户？何时能够及时交货？

4、每种产品数量，如何供应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？要分别供应给哪些客户？何时能够及时交货？

5、出现用户产品投诉的时候，能否根据产品文字号码追溯这批产品的所有生产过程信息？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？

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？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？

7、能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，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？

8、 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？

9、生产线停线的原因是什么？

美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)针对上述八大典型问题提出了MES（Manufacturing Execution System）解决方案。AMR公司将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”。它在ERP与生产自动化系统之间架起了一座桥梁， MES即可对来自企业计划层的生产管理信息进行分解，形成工序操作指令传给底层，又可以通过生产控制采集设备、仪表的状态数据和对制造资源实时动态管理，将制造系统与信息系统整合在一起，将生产状况及时地反馈给计划层，进行作业的动态调度与优化，真正实现制造过程的无缝衔接。

二、MES解决方案的功能

1、信息的采集(Data Collection/Acquisition)

信息的采集功能是采集生产现场的相关数据，如关键物料、检测结果、测试数据、维修情况、抽检情况、重工情况等信息，用于产品全程追溯。这些数据在生产现场手动或从设备一份为单位自动收集。

2、资源分配及状态管理（Resource Allocation and Status)

资源分配及状态管理功能是提供资源的详细的历史，实时提供设备的状态，确认设备设置情况。这样的资源管理包括符合作业日程目标的预约和分配。

3、生产单元的分配（dispatching Production Units)

分配信息是由现场发生的事件来执行的作业的实时的变化的顺序来提供。随着现场实时设备、资源和人员的变化，企业计划层对作业处理计划做出调整。

4、作业及详细日程管理（Operation/Detail Scheduling)

作业及详细日程管理功能是为已经有恰当的顺序的时候给setup最小化的工作提供以生产单元的连贯的方案，优先顺序是以属性及特性为基础的顺序，日程管理带有有限性。

 5、文档管理（Document Control)

文档管理功能是，作业指示，处方，图面，标准作业步骤，部分程序，配制记录，技术上变化的要求事项，Team和Team之间的交谈意见及已经计划好的和有什么组成。文档管理功能提供给作业者提供数据或给设备控制的处方，使作业指示下达到作业现场，还包括环境的控制，安全的规定正确的操作步骤，包含ISO等信息。

6、劳动管理（Labor Management)

劳动管理功能是以分为单位提供每个人的状态。以时间对比，出勤报告，坚定跟踪，及行为为基础的费用为基准，包含资财及工具准备作业等这样的间接的行为跟踪能力。以上功能是与为决定分配的资源分配相互作用。

7、计划管理（Process Control)

根据生产订单来安排投产计划，帮助用户实现均衡投产，减少在制品的数量。包括生产订单生成或导入，订单统计和状况信息抛转，生产任务分解，任务自动指派，批次合并，批次拆分，预设停留和直接停留。包括：作业指派，作业执行，数据收集，数据验证，作业查看等。

8、维修管理（Maintenance Management)

为了提高生产和日程管理能力的装备和工具的维修行为的指示及跟踪。为了给新问题提供帮助的维持过去事件的历史。

9、生产的跟踪及历史，（Product Tracking and Genealogy)

可以看出作业的位置和在什么地方完成作业，状态信息是谁在作业，供应商的资财，lot关联序号，现在的生产条件，警报状态，再作业后跟生产联系的其他事项，On-line跟踪功能生成赋予最终生产品各个的使用法和因数的跟踪能力的历史记录。

10、执行分析(Performance Analysis)

执行分析功能通过过去记录和预想结果的比较提供以分为单位报告实际的作业运行结果。执行分析结果包含资源活用，资源可用性，生产单元的周期，日程遵守，及标准遵守的测试值。可以包含PC/SQC。具体化从测试作业因数的许多异样的功能收集的信息。这样的结果应该以报告的形式准备或可以on-line提供对执行的现在评价。

三、MES行业应用

MES的应用，要充分考虑到企业的具体情况，以谋求最合适的信息化解决方案。

从产品类型和生产工艺组织方式上，企业的行业类型可分为流程生产行业和离散制造行业。典型的流程生产行业有医药、石油化工、电力、钢铁制造、能源、水泥等领域。这些企业，主要采用按库存、批量、连续的生产方式。典型的离散制造行业主要包括机械制造、电子电器、航空制造、汽车制造等行业。这些企业，则既有按定单生产，也有按库存生产；既有批量生产，也有单件小批生产。

MES系统，无论从功能模型还是信息模型以及相关技术上，都覆盖了流程生产行业和离散制造行业。但是，无论从工艺流程还是生产组织方式方面，流程生产行业和离散制造行业都存在较大的差别。所以，在MES具体实施上，要根据行业特征区别对待。以下对流程生产行业和离散制造行业的MES应用做详细介绍。

（一）、离散制造行业MES应用

1、离散制造行业特点

 离散制造行业主要是通过对原材料物理形状的改变、组装成为产品，使其增值。主要包括机械加工、机床等加工、组装性行业，典型产品有汽车、计算机、工程机械等。

 产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平，自动化主要集中在单元级(例如数控机床)。一般是人员密集型企业，自动化水平相对较低。

对于机加工企业而言单台设备的故障一般不会对整个产品的工艺过程产生严重的影响，一般需要重点管理关键、瓶颈设备。

2、行业需求

小批量多品种的制造方式，使得生产、物流、质量复杂性日益提高；管理人员忙碌于日常生产管理，信息流通滞后、不畅等等管理瓶颈，很大程度上制约了生产效率，增加生产成本，降低产品质量。应将更多的精力投入在思考决策性问题、优化现场管理等方面，使得管理人员更多的发挥“防”的作用，实现防”“消”的有效配合。

3、MES解决办法

（1）建立数字化、透明化现场管理和监控体系，优化和规范工厂业务流程。

（2）建立以产品信息为基础，监控生产现场的详细过程，建立相关生产单元有效协作的信息平台。

（3）建立完善的产品历史记录和信息文档，满足质量追溯管理要求。

（4）建立生产质量物流等异常情况报警系统，提高问题处理能力和准确率，降低生产成本。

（5）监控现场生产操作，引入防误机制，帮助操作人员减少操作失误。

（6）实时获取各项业务绩效指标，为高层决策提供全面及时的实时数据。

（7）和ERP、生产自动化系统集成，代替人工录入，提高系统的处理效率和准确率。

（8）建立车间现场KANBAN系统，以便及时反应车间现场的生产状况和管理人员直观的理解产品的达成率及及时调整生产。

4、MES达到的效益

（1）每个在制品都有一个序列号号，并使用条码标签进行标识；在制品每经过一个关键工位，由产线作业人员扫描序列号标签，收集生产信息，MES系统自动建立每个在制品的详细生产信息档案库。

（2）不同产品定义相应的工艺路线，工位人员接收在制品开始作业时扫描在制品序列号号，MES系统根据在制品工艺状态、工艺路线校验工序合法性，提示作业人员并进行控制；作业完成后，提示工位人员在制品的去向。

（3）在制品不良时，MES标识该NG号质量状态为不良，并向维护站发布信息KANBAN；若不良品意外流入下一个工位，工位生产时MES校验在制品质量状态，及时提示、控制不能进行后续作业，要求送维修站。

（4）定义产品在不同工位的工艺要求，可在工位应用防错机制，MES核对校验作业是否满足当前生产任务和工艺要求；做到先提示作业指导，再进行作业正确性校验；管理作业人员严格按照设定的规则进行操作，保证把事情次就做对。

（5）事先收集、定义维修经验：故障现象、故障原因、维修措施的关系、比例；维修时MES系统根据产品生产时出现的故障现象提示维修人员处理措施和优先级。

（6）针对返工任务，根据不同原因制定相应的返工工艺路线，生产中按返工工艺路线进行生产。

（7）对每台在制品进行序列号管理，由序列号可以追溯到在制品所属的生产任务、产品种类、详细规格型号；在生产线的上线点、关键工序点、完工下线点上收集每台在制品流动情况，及时准确获取WIP分布情况。

（8）根据生产任务要求按照序列号注册规则生成满足生产任务数量的序列号，通过在生产线上进行收集每台在制品的作业信息，记录在制品的流动情况，实现对生产任务执行情况（上线、完工、合格、在制等）的跟踪。

（9）对生产过程中出现的故障进行实时记录，实时和预先设定好的各种故障、生产任务的正常波动量进行比较分析，如果出现异常则及时报警，提醒相关人员进行分析处理，如果问题比较严重可以考虑生产线停线。

（二）、流程生产行业MES应用

 1、流程生产行业特点

流程生产行业企业的特点是品种固定，批量大，生产设备投资高，而且按照产品进行布置。通常，流程生产行业企业设备是专用的，很难改作其他用途。

流程生产行业企业大多采用大规模生产方式，生产工艺技术成熟，广泛采用PCS（过程控制系统），控制生产工艺条件的自动化设备比较成熟。因此，流程生产行业企业生产过程多数是自动化的，生产车间的人员主要是管理、监视和设备检修。

2、行业需求

流程生产行业在生产过程中，物料呈连续变化状态通过整个生产流程，一旦主要设备出现故障，就会造成全线停产，很大程度上制约了生产效率，增加生产成本，因此设备进行有效的维护和管理是流程生产行业生产活动的一个重要方面，也是保证生产能顺利进行的关键。

3、MES解决办法

（1）建立以设备管理为中心，以物料流为主线的“桌面动态工厂”，透视企业生产价值链的各个环节，对企业生产全流程进行监控、跟踪与量化评估，使生产过程可追溯、可测量、更透明，为企业“高效生产、节能减排”提供方向和工具支撑。

（2）构筑企业综合自动化建设的中枢系统。为企业建立一个快速反应、精细化、统一的信息化环境和管理平台，使企业的ERP、PCS等系统互动起来，充分发挥信息化的整体效能。

（3）建立车间现场KANBAN系统，以便及时反应车间现场的生产状况和管理人员

直观的理解产品的达成率及及时调整生产。

（4）建立工厂数据模型，主要包括区域、车间、装置、产线、仪表、仓储、质量样点、关键技术指标、产率模型等元素，为各个应用组件提供完整统一的数据模型，并为业务模块提供基础数据支撑。

（5）建立以机器设备状态信息为基础，创建设备历史运行记录，维修数据和变动信息。

4、MES达到的效益

（1）能及时准确地将设备的基础信息变动信息和当前运行状态提供给管理层,为车间作业计划管理或短期的调整提供现场数据。

（2）实现备件的自动库存预警功能, 保证故障维修或计划检修时“有件可换”;实现备件跟踪和更换预警,减少故障停机次数。

（3）通过对故障进行统计和分类,将成功的故障维修案例记录到系统中,实现知识、经验的积累和继承。建立推理机制, 根据故障属性特征相似度快速得到具体的维修方案,对维修方案进行匹配、修改和优化。

（4）自动分析设备当前和历史运行记录、维修数据和变动信息等,自动生成各类统计分析报表,完善设备的考核指标体系,为车间作业计划长期修正提供依据。