MES生產管理系統的集成性探討

MES從最初的生產管理系統、車間級控制系統等眾多的單個功能系統，到目前包括生產管理、工藝管理、過程管理、質量管理等關鍵業務功能于一體的綜合MES系統解決方案，MES已經逐漸由企業提升工作的自動化效率，發展成為提升制造型企業業務、管理、設備等整體效率的信息化應用的關鍵系統。

美國先進制造研究機構（AMR） 將MES 定義為：位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統。主要通過將位于上層的計劃管理系統的各項生產與管理任務指標分解與下達給位于下層的工業控制系統，將MES生產管理系統與車間基礎自動化系統有效串聯起來，實現數據流的有效流動。功能實現主要是數據的采集與傳遞，跟蹤數據流的整個運作過程，實現質量、庫存等信息的可追溯。

MES 的集成性

MES產生之初，主要是具體某個業務功能的軟件系統的開發應用，初期實現了制造型企業生產及其相關領域的人員、設備的基礎效率。但隨著信息技術的快速發展，和企業對管理與效率要求的不斷提升，MES生產管理系統的應用與發展逐漸暴露出一些問題，諸如各個信息系統間的孤島問題、數據流不能有效流動整個過程、信息無法有效下達與反饋等，這些問題某種程度上制約了企業產品經濟指標的最優化。這種背景下，MES與各個信息系統的集成必要性油然而生。初期MES的集成或融合主要還是集中在橫向的信息系統之間，這些系統同屬于上層管理系統與車間基礎自動化系統之間的層次。功能的實現主要是業務功能的橫向覆蓋與MES系統模塊的拓展。這種集成實現的是人員、設備基礎效率的再挖掘與提升。而后逐漸發展的則是同縱向的信息系統之間的集成，這些系統既包括位于上層的各個管理系統，又包括位于下層的各個車間設備的基礎自動化系統。功能主要實現的是數據流在整個運作過程的有效流動、信息的有效下達與反饋，不僅僅實現自身系統模塊的拓展，也是企業整個業務流程上下游的整合。這種集成實現的是縱向整體效率的提升，是業務流程上下游協同效率的提升，以此帶來企業生產及其相關領域資源配置的高效化，使得資源的利用與配置更趨于合理。

與管理信息系統的集成

MES的存在之處就在于它執行的是上層管理信息系統與下層車間設備自動化系統所涵蓋不到的中間層的業務功能。對于位于上層的管理信息系統，如果需要將管理內容分解并下達執行，就需要同MES進行集成，通過MES將各項任務指令傳遞到位于下層的車間設備自動化系統。因此MES與管理信息系統的集成具有相當強的必要性。這些管理信息系統包括企業資源計劃（ERP）、供應鏈管理（SCM）、產品數據管理（PDM）、銷售和服務管理（SSM）等。這些既有以生產管理為主的ERP 系統，又有與生產相關業務領域的PDM、SCM、SSM 等系統。它們同MES生產管理系統之間的信息傳遞雖然不盡相同，但總體傳遞的都是與生產密切相關的信息，尤其是ERP 系統。ERP 系統作為目前企業管理生產的主要信息化系統，同MES 的集成是最重要的，也是目前MES 與管理系統的集成中，應用最廣泛的。

與ERP的集成

進行MES與ERP系統的集成，需要先了解ERP與MES的區別。目前的ERP系統實施內容越來越廣泛，已經不僅僅是最初的原型MRP（物料需求計劃）針對生產管理的信息化系統。大多數ERP產品已經涵蓋了企業戰略決策支持、生產管理、物料管理、倉儲管理、財務管理、項目管理、質量管理等企業管理的很多方面。MES目前仍針對于生產執行方面，與ERP只在生產管理方面、質量管理等車間生產方面存在交集。ERP是企業進行整體信息化以及生產信息化必不可少的實施內容，而MES則是制造型企業進行生產信息化必不可少的實施內容。

在ERP與MES生產管理系統的業務功能交集方面，二者在生產計劃、質量管理、執行跟蹤等方面均存在管理的內容，但二者管理的內容不完全相同，執行精度也不同。

生產計劃方面ERP實施的是以批次為單位的車間生產計劃，有些ERP還具有以批次為單位的生產排程功能；而MES 的生產計劃與調度包括排程則是以具體到零件的任務執行。ERP生產計劃執行的精度是批次，而MES生產計劃執行的精度卻細化到了零件。

質量管理方面是為生產提供質量標準，并進行質量標準及其相關內容的管理與質量檢查；而MES則是對車間生產的每個工位、工序進行質量的跟蹤及管理。ERP質量管理的精度是產品以及車間關鍵點的檢查，而MES質量管理的精度則是每個工位、工序的質量管理。

執行跟蹤方面雖然ERP和MES都是對在制品進行跟蹤管理，但ERP是對產品及進度進行管理，而MES則是對車間在制品的跟蹤管理。ERP執行跟蹤管理的目的是管理產品及其完成進度的控制，而MES 執行跟蹤管理的目的則是車間產品生產的排程。

企業進行ERP系統實施和車間設備系統自動化后，生產計劃任務的下達與執行、生產信息的有效反饋成為企業突出的問題，而MES針對于生產上下層之間的設計，使得MES的實施必要而急迫。但在實施MES之后，如何有效地、無障礙地抓取數據，成為各個信息系統能否發揮最大功效的關鍵。MES生產管理系統與ERP 的集成成為解決問題的重要方法。

ERP與MES的集成方法關鍵是生產相關流程的梳理及優化，通過流程的梳理和優化實現系統的集成，明晰各系統的邊界、交互信息。流程梳理優化完成之后，即可進行ERP和MES各系統自身接口的編制。ERP與MES的接口編制都是基于自身系統的輸入和輸出2個方向來進行，對ERP系統輸入的主要是MES 提供的各項成本、生產周期、生產進度等數據，MES系統輸入的主要是ERP系統提供的生產調度與控制、成本控制、物料控制等數據。

集成中，ERP與MES系統功能需要在整體的設計架構內，統一規劃，劃分邊界。在各系統中每個涉及交互的業務單元應避免同一信息的反復傳輸，在接口的設計上避免繁重的運算，保證業務功能的邏輯清晰。

集成中，ERP和MES系統接口主要存在原料、物料和工單信息等從ERP到MES的接口，和工單產量信息、工單物料耗損信息、工單資源耗損信息等從MES 到ERP 的接口。在接口的實現上，各個ERP產品都提供了標準接口，如SAP ERP產品的XI 系統等。

與車間設備自動化系統的集成

在企業的生產中，MES需要同車間設備自動化系統進行集成，才能夠將管理和生產的指令傳遞給設備完成操作。MES 同車間設備自動化系統的集成，需要面對各種不同設備的系統。這就造成MES與下層系統地集成困難，為此美國國家標準局和儀表、系統和自動化學會聯合發布了ISA-95 標準（“企業與控制系統集成”標準）。雖然該標準還有待完善，但它定義了集成的慣例，為MES生產管理系統 同下層系統的集成提供了依據。業務到制造標記語言（B2MML）規范就是該標準內容的一個執行標準。該規范定義了系統間的集成的內容、格式，使得各個系統具備了一致無歧義的標簽，這樣數據能夠實現重復利用，使得共享程度更高。

集成性發展現狀及趨勢

現今市場上的大部分MES產品已經能夠實現同絕大部分管理系統和下層車間設備自動化系統的集成功能。但在集成過程中，也伴隨著一系列問題的產生和環境的不斷變化。首先，MES同其他信息系統的集成標準還不夠完善，雖然不同國家的組織在不斷提出新標準，但至今還沒有統一完善的標準出現。其次，MES本身技術標準的不完善與不統一，也是制約MES集成功能變強的瓶頸。然后，企業在應用MES前后，也未針對集成進行相關環境的本質上的調整，也是導致MES集成不理想的原因之一。最后，MES生產管理系統廠商的實力不一，技術不統一，也是MES集成標準難以實現完善的主要原因。

雖然MES的集成性發展面臨著諸多困難，但隨著應用企業、產品廠商、行業組織的共同努力，MES的集成性發展正向著良性的方向發展：①MES新型體系結構的發展，不斷推動著集成技術與功能的完善，以及標準的統一；②MES 的集成對象已經不僅僅是直接相關的ERP、車間設備自動化系統等信息系統，現在已經開始逐漸將應用企業的更多相關的信息系統集成進來，向著企業統一的信息平臺邁進，這也為集成功能的完善提供著額外的動力。然后，更多的企業將國際化、全球化列為了戰略目標，全球化工廠的信息系統集成問題也相應產生，MES的應用與集成相應也逐漸演變為了全球化的信息系統與集成。

隨著MES的應用迅速推廣，MES生產管理系統同企業現有信息化系統的集成已經越來越凸顯為企業信息化的重點問題。MES從產生到廣泛應用，從來就不是以單獨面貌出現，始終伴隨著同其他軟件系統的協同與集成。在企業信息化步伐越來越快的背景下，制造型企業的MES 應用，會逐漸由先引進再集成，迅速演變到直接引進集成后再應用。隨著MES 集成技術的日新月異，MES的應用也越來越廣泛。