1 前言

   隨著社會和科學技術進步，人們的物質生活得到極大豐富，而作為物化中心的制造企業則面臨著越來越大的競爭壓力。要想贏得市場、贏得用戶，在3C因素，即競爭（Competition）、變化（Change）和客戶（Customer）因素的影響下，如何以新的生產方式提高生產水平，在激烈的競爭中立于不敗之地，在工業發達國家企業界和學術界引起高度關注。

    在這種背景下，各種先進制造技術及生產管理與控制方式應運而生，如物料需求計劃（MRP），制造資源規劃（MRPII），準時生產JIT（Just In Time），最優生產技術OPT（Optimized Production Technology），精益生產LP（Lean Production），計算機集成制造CIM（Computer Integrated Manufacturing）,敏捷制造AM（Agile Manufacturing）等相繼出現。綜觀這些先進制造技術，從生產管理角度要求，都強調生產計劃的有效執行。然而計劃的有效執行需要把底層制造過程、控制系統和制造者納入計劃執行體系中。因此，將計劃與底層制造連接起來的制造執行系統就應運而生了。

2 MES系統簡介

    制造執行系統（MES）是近10年來逐步形成和發展起來的面向制造車間的生產管理技術與實時信息系統，它位于企業上層生產計劃（MRPII／ERP）和底層工業控制層之間。MES強調了制造計劃的執行，它為管理計劃層和底層控制層間架起了橋梁，提高了車間管理的敏捷性，是面向車間的先進管理技術。

    2.1 MES的概念

    制造執行系統（MES）是美國管理界90年代提出的新概念。1992年成立了MES國際聯合會（MESA International），它是以宣傳MES思想和產品為宗旨的貿易聯合會，為了幫助其成員組織在企業界推廣MES，MES國際聯合會制定了一系列研究、分析和開發計劃。MES國際聯合會對MES的定義如下：MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠發生實時事件時，MES能對此及時作出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。 這種對狀態變化的迅速響應使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。

    在MES的定義中可以看出，MES強調的是整個生產過程的優化，它需要收集生產過程中的大量實時數據，并對實時事件進行及時處理。MES同時與計劃層、控制層保持雙向的信息暢通，能從上下兩層接收相應數據并反饋處理結果和生產指令。因此,MES不同于以派工單形式為主的生產管理和輔助的物料流為特征的傳統車間控制器,也不同于偏重于作業與設備調度為主的單元控制器,而應將MES作為一種生產模式, 把制造系統的計劃和進度安排、追蹤、監視和控制、物料流動、質量管理、設備控制和計算機集成制造（CIM）等一體化去考慮，以最終實現制造自動化戰略。

    2.2 MES框架模型

    美國先進制造研究機構AMR（Advanced Manufacturing Research）將MES定義為“位于上層計劃管理系統與底層工業控制之間的面向車間的管理信息系統”，它為操作人員、管理人員提供計劃執行、跟蹤以及所有資源（人、設備、物料、客戶需求等）的當前狀態。

 計劃層（MRPII/ERP）：強調企業的計劃性。它以客戶訂單和市場需求為計劃源頭，充分利用企業的各種資源，降低庫存，提高企業效益。

    執行層（MES）：強調計劃的執行。通過MES把ERP/MRPII與企業的現場控制有機集成起來。

    控制層（Control）：強調設備的控制。包括PLC、數據采集器、條形碼、各種計量及檢測儀器、機械手等的控制。

    從以上模型可以清楚地看到MES所處的位置，它在計劃層與控制層間架起了橋梁，填補了兩者之間的空白。

    MES作為面向制造的系統必然要與企業其它生產管理系統有密切關系，MES在其中起到了信息集線器（Information Hub）的作用，它相當于一個通訊工具為其它應用系統提供生產現場的實時數據。

    從圖中可看出MES與其它分系統之間有功能重疊的關系，例如，MES，SSM，ERP中都有人力資源管理，MES和P/PE兩者都具有文檔控制功能，MES和SCM中也同樣有調度管理等等。各系統重疊范圍的大小與工廠的實際執行情況有關，但每個系統的價值又是唯一的。

    2.3 MES的功能模塊

    MES本身也是各種生產管理的功能軟件集合，MESA通過其各成員的實踐歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括：工序詳細調度、資源分配和狀態管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數據采集。MES 實際的產品可能是包含其中一個或幾個功能模塊。

    2.4 MES的應用與發展現狀

    MES的發展源自制造工廠的內部需求，傳統的MES就是從70年代零星的車間發展起來的，并逐步形成了一些專門從事MES開發的公司。傳統的MES分為專用的MES和集成的MES。專用的MES是針對特定領域問題，如車間維護、生產調度等開發的單獨應用系統。集成的MES則是針對特定行業如航空、裝配、半導體等行業設計解決多個生產問題的軟件。但由于集成的MES依賴特定的環境，系統模塊化、開放性和可重構性差，缺乏柔性，難以適應敏捷制造環境的需求。故必須綜合以上兩種方案的優點尋求更好的解決辦法。經過國內外學者和研究機構的探索，有人提出了可集成的MES概念，即每個程序既是一個專用解決方案，又可以集成為一套大的MES產品。可集成的MES一般采用基于CORBA規范分布式對象技術的NIIIP-SMART體系結構和基于COM／DCOM的面向制造業的Windows DNA，基于以上框架的MES具有開放性、模塊化、分布式、可配置等特點。還有人提出了智能第二代MES（MESII）解決方案，其核心是通過更精確的過程狀態跟蹤和更完整的數據記錄以獲取更多的數據和更便利的手段來進行生產管理。我國對MES的研究起步較晚，目前主要停留在對MES內涵及有關單一技術（如工序調度）研究方面。

    MES是近10年來在國際上迅速發展起來面向車間層的生產管理技術與實時信息系統，它是實施企業敏捷制造戰略、實現車間生產敏捷化的基本技術手段。美、日、歐等工業發達國家非常重視對MES技術的研究與系統開發，并形成了MES軟件產業。從80年代后期至1994年，國際上MES市場銷售以23％的比例遞增，達到13億美元，1995年MES市場迅速擴大，比上一年增長50％。另對整個北美MES市場的調查分析認為：MES市場在21世紀初將出現年增長率達到35％～40％的幅度。在我國實施的CIM戰略中，車間自動化一直是一個薄弱環節，而實施MES則是提升車間自動化水平的有效途徑，因此，MES在我國具有廣闊的發展空間和應用前景。

3 航天制造車間管理現狀與需求分析

    航天制造業已打破原有的壟斷格局，正面臨著越來越激烈的競爭，要想在競爭中贏得用戶、贏得市場、贏得未來，企業必須全面提高技術含量、質量保證和服務水平。為實現中國航天“鑄造世界一流宇航公司”的發展目標，航天制造企業在鞏固主業優勢、著眼高端產品的同時，也在尋求新的突破，一面構筑航天產品主線、培育核心競爭能力，另一面響應“以信息化帶動工業化”的戰略決策，全面提高企業管理和信息化水平，增強市場的應變能力，迎接經濟全球化、信息化的挑戰。

    作為航天制造企業的基礎生產單元，航天制造車間多具有以下特點：以離散式生產為主、流程生產為輔、裝配生產為重點，屬于典型的機械制造型生產車間。為保證企業在未來的競爭中立于不敗之地，許多企業開始大力推進企業ERP建設來加強管理。然而生產計劃管理受市場的影響越來越大，企業的生產和任務分配仍按傳統的方式運作，明顯感覺計劃跟不上變化，生產適應不了需要，經常導致車間生產任務失衡，不得不靠加班來改善生產能力。航天制造企業現有的技術基礎結構和生產管理模式已不適應現代軍工制造的要求，更不符合企業經營效益的原則，使企業管理向粗放型退化。因此，逐步改善和提高企業管理水平成了企業發展的當務之急。

    提高企業車間管理水平是增強企業發展后勁的基礎。然而，航天制造車間的現狀卻不能適應未來企業的發展要求。車間生產管理仍是傳統的以派工單形式為主的生產管理和輔助的物料流管理模式，車間雖然有完善的管理制度，但實際應用過程中卻存在很多不規范的地方。車間的管理仍是黑箱操作，無法滿足反應敏捷的市場需求。車間的網絡基礎設施薄弱，整體性差，應用水平低。主要存在以下問題：

    a．車間管理人員無法準確掌握在制品的數量及存貯位置。

    b．車間管理處于黑箱操作，生產和管理狀態不明晰，上級機關難于監管。

    c．生產管理自動化水平較低，作業量的整體平衡性差，對設計更改和工藝更改反應遲緩，產品質量缺乏有效監控，品質不良率高。

    d．車間的信息傳遞與反饋仍以人工為主，傳遞慢，反饋不及時，信息量損失大，而且易出差錯。

    e．車間領導習慣于傳統的人工管理模式，對現代信息技術的發展和應用不熟悉，不鉆研，滿足于現狀。

    生產車間技術性強、精確度標準高、質量監控嚴、管理難度大，對提高整體產品的質量、效率和降低成本、縮短制造周期起舉足輕重的作用。因此，對生產車間進行MES系統的應用研究，對提高車間管理水平，將黑箱作業透明化，找出影響產品品質、成本和效率的根本原因；對提高車間管理的實時性、準確性、敏捷性和生產效率；對航天制造企業信息化建設的深層次推進和先進管理技術的推廣具有重要意義。

4 MES系統應用的可行性

    4.1MES系統應用的管理基礎

    要想充分發揮MES系統的功能，企業就需要完善自身的管理體系。沒有嚴格的管理約束機制，MES系統信息的及時維護就難以保證；沒有先進的管理模式，MES整理出來的信息就不能得到有效利用，從而也不能產生效益。因此，信息技術可以成為提高企業管理水平的有效手段，但不會自動地解決企業的管理問題。要想成功實施MES，企業必須先在管理上下功夫。

    航天制造企業通過推行6S管理，逐步改善了車間生產條件，為實施MES系統提供了良好的車間環境。近年來，隨著整理、整頓、清掃、清潔、素養、安全“6S”活動在航天制造企業的推廣，通過對生產和工作環境的分析，把生產和工作需要的物品按照工藝的需要科學地確定位置。為生產者在較短時間內用較低的成本制造出高質量產品提供了良好的作業條件。

    航天制造企業具有多年的實踐經驗，逐步形成了一套行之有效的組織機構和管理制度，為MES的實施提供了良好的基礎和組織保證。企業實施MES系統，必須做到目標明確、分工合理、職責清楚、制度規范。如果用戶自己都不明白要解決什么問題，也不清楚業務流程，就無法實施和應用MES。計算機并不能解決一切管理問題，企業的管理問題只有靠科學的組織、嚴格的規章及有效的控制來解決。計算機只是為MES實施提供了便利工具，它通過信息的獲取與加工，一定的流程控制來支持企業管理思想的貫徹。MES歸根結底是在信息技術、控制技術、計算機技術支撐下的管理系統。通過流程重組、合理分工、明確職責，航天制造企業在實施MES時，既能簡化流程控制，又能夠保證信息處理的及時性，為MES的實施提供了良好的基礎和組織保證。

    航天制造企業良好的創新理念和教育培訓體制，為MES系統的實施提供了人力資源保證。航天制造企業良好的創新理念和教育培訓體制不僅鼓勵員工創新研討，還不斷對員工進行各類培訓，提高員工的素質為MES系統的實施提供了良好的人員基礎。MES系統實施，通常涉及到計算機人員、企業管理人員、車間現場操作人員和具體業務人員等方面。雖然各類人員的文化水平、業務能力、計算機應用水平參差不齊，但通過有計劃的培訓，各類人員會很快適應新的環境，提高整體技術水平，確保MES系統的最終實施和應用。

    4.2 MES系統應用的技術條件

    4.2.1 軟件條件

   在運行MES系統之前，需要對車間進行信息系統規劃，并準備一系列基礎數據，部分基礎數據在運用系統之前往往沒有或未明確規定的，故需要做大量分析研究工作。基礎數據通常包括產品結構、物料（包括物料編碼規則、零件、毛坯、在制品、刀具、工裝、工具、量檢具等）、工藝路線、加工工時、物料庫存、設備與人員資源、各種例外代碼與原因代碼等信息。

    目前，航天制造企業已經開始進行企業的信息資源規劃，只需在對車間進行需求分析和系統建模時按照MES思想理論指導，對車間功能模塊進行劃分和分析，就可以為MES系統建立良好的基礎框架。根據MES系統的十一個功能模塊，結合航天制造企業車間生產現狀，車間可細分為作業計劃與調度、設備管理、工具管理、質量管理、現場數據采集、工藝管理、任務分配與生產監控、物料管理、人力資源管理9個系統功能。根據車間已有的系統功能基礎，就可以方便地構建車間系統模型。

    4.2.2 硬件條件

    MES系統是在網絡系統運行基礎上的管理信息系統，故建設車間網絡是必備條件。MES所需的網絡，除了一般的局域網外，還涉及車間現場數據采集與控制網絡。車間現場網絡可采用多種形式，如工業以太網、現場總線、RS-485網絡或RS-232網絡等。具體的網絡形式，是根據數據采集系統的要求來確定的。

    現在的航天制造車間，多數已經組成了車間內部網，常應用于車間文件資料的傳輸和打印機的共享等。更有一些數控車間，已經實現了DNS的控制系統。根據MES系統應用要求，在現有網絡基礎上只需局部建設和稍加改造，就基本具備實施MES系統的硬件條件。

5 結論

    綜上所述，航天制造車間目前急需解決管理透明化和生產敏捷化問題。而MES系統是針對這些問題提出的一種先進管理理念，通過對生產現場的實時化管理，提高車間的應變能力和管理水平，解決目前航天制造車間生產管理中的諸多問題。通過MES系統在制造類企業中的應用可以看到，它能夠帶來很好的經濟效益。MES的實施可以在企業信息資源規劃的框架下，按照車間MES系統的模塊設置，根據企業財力狀況分階段實現各功能模塊，也可以進行補充開發和二次開發。航天制造企業的基礎管理工作扎實，實施MES系統已經具備了較好的條件。