制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）作为智能工厂的枢纽，已经成为军工企业应打造的核心应用。

（1）MES的内涵。

MES作为生产形态变革的产物，其起源为工厂的内部需求。20世纪80年代后期，美国在总结MRPⅡ实施成功率较低的教训，并吸收日本准时制生产系统（T）经验的基础上，提出既重视计划又重视执行的管理新思想，提出制造执行系统的概念。

美国制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，MESA）对MES所下的定义是：“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，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，从而既能提高工厂的及时交货能力、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信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。”

MESA在MES定义中强调了以下3点。

①MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一地解决某个生产瓶颈。

②MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并做出相应的分析和处理。

③MES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全集成。

（2）MES的发展。

MES的发展经历了以下三个阶段。

①单点MES（Point MES）。

针对某个单一的生产问题如制造周期长、在制品库存过大、产品质量得不到保证、设备利用率低、缺乏过程控制等，提供的相应软件如作业计划与控制、物料管理、质量管理、设备维护和过程管理等。

②项目型MES。

实现了与计划层和控制层的集成，具有丰富的功能、统一的数据库。依赖特定客户环境，柔性差，缺少通用性、灵活性和扩展性。

③产品型MES。

参数化、平台化的MES软件产品，通用，可客户化，易扩展。

（3）MES的特点。

MES具有如下一些功能特点。

①实时指挥。

基于生产要完成的目标和生产现场的实际情况，全面指挥人、机、物，包括对机加、装配、测试、质检、物流、现场工艺和设备维护人员的指挥，以便大家协同高效地工作。

②精益生产。

精益生产是MES的指导思想，MES围绕精益生产展开，解决生产什么（计划、调度）、如何生产（工艺、现场指示、设备控制）、用什么生产（人工管理、物料调达和设备维护）、质量控制和完成情况的实时获取（同步采集），其核心目标是“保质保量低成本”地完成生产目标。

③即时协调。

俗话说“计划赶不上变化”，实际生产难免发生异常，如物料调达异常、零件质量异常、设备异常等。当这些异常发生时，MES通过调度和同步两个层次，完成详细进度计划的更新，使进度计划重新回到“协调”状态。

④智能化。

MES对自控设备进行集中控制和采集，实现生产线的智能化。MES实现的智能化，在单个设备智能化或单个自控系统智能化之上，是设备联网以及设备与生产计划/进度的协同，是管控一体化。

⑤同步（期）物流。

物流管控是精益生产的重要内容，MES的物流体系，不但包括各种物料上线调达方式、在线库管理，而且支持从拉料指示、外购库/自制件库管理，直至成品库和成品物流的全方位物流管理，并与生产实绩关联实现同步（期）物流。

（4）MES的作用。

MES系统可为工厂带来的好处如下。

①优化企业生产制造管理模式，强化过程管理和控制，达到精细化管理目的。

②加强各生产部门的协同办公能力，提高工作效率、降低生产成本。

③提高生产数据统计分析的及时性、准确性，避免人为干扰，促使企业管理标准化。

④为企业的产品、中间产品、原材料等质量检验提供有效、规范的管理支持。

⑤实时掌控计划、调度、质量、工艺、装置运行等信息情况，使各相关部门及时发现问题和解决问题。

⑥最终可利用MES建立起规范的生产管理信息平台，使企业内部的现场控制层与管理层之间的信息互联互通，以此提高企业的核心竞争力。

（5）MES与其他信息系统之间的关系。

美国先进制造研究机构（AMR）通过对大量企业的调查，发现现有的企业管理系统普通由以ERP为代表的企业管理软件，以SCADA、HMI（Human Machine Interface）为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全面集成模型、一个制造企业的制造车间是物流与信息流的交汇点，企业的经济效益最终将在这里被物化出来。附着市场经济的完善，车间在制造企业中逐步向分厂制造过渡，导致其角色也由传统的企业成本中心向利润中心转化，强化了车间的作用。因此，在车间内承担执行功能的MES具有十分重要的作用，从这个模型可以看出，MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。(www.daowen.com)

一方面，MES可以对来自ERP软件的生产管理信息细化、分解，将操作指令传递给底层控制；另一方面，MES可以实时监控底层设备的运行状态，采集设备、仪表的状态数据，经过分析、计算与处理，触发新的事件，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起，并将生产状况及时反馈给计划层。

对车间的实时信息的掌握与反馈是MES正常运行上层计划系统的保证，车间的生产管理是MES的根本任务，而对底层控制的支持则是MES的特色。

MES作为面向制造的系统必然要与企业的其他生产管理系统有密切关系。MES在其中起到了信息集线器（Information Hub）的作用，它相当于一个通信工具，为其他应用系统提供生产现场的实时数据。

一方面，ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时的生产数据；供应链管理系统从MES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；客户关系管理的成功报价与准时交货取决于MES所提供的有关的生产实时数据；产品数据管理中的产品设计信息是基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化的；控制模块则需要时刻从MES中读取生产工艺和操作技术资料来指导人员与设备进行正确的生产。

另一方面，MES还要从其他系统中获取相关的数据，以保证MES在工厂中的正常运行。例如，MES进行生产调度时数据来自ERP的计划数据：供应链的主计划和调度控制着MES中生产活动的时间安排；PDM为MES提供实际生产的工艺文件和各种操作参数；由控制模块反馈的实时生产状态数据被MES用于进行实际生产性能评估和操作条件的判断。

MES与其他分系统之间有功能重叠的关系，例如MES、CRM、ERP中都有人力资源管理，MES和PDM两者都具有文档控制功能，MES和SCM中也同样有调度管理等，但各自的侧重点是不同的。各系统重叠范围的大小与工厂的实际执行情况有关，而且每个系统的价值又是唯一的。人力资源管理，MES和PDM两者都具有文档控制功能，MES和SCM中也同样有调度管理等，但各自的侧重点是不同的。各系统重叠范围的大小与工厂的实际执行情况有关，而且每个系统的价值又是唯一的。

（6）MES成为智能工厂的核心。

2000年，针对生产制造模式新的发展，国际著名的咨询机构ARC详细地分析了自动化、制造业以及信息化技术的发展现状，针对科学技术的发展趋势对生产制造可能产生的影响进行了全面的调查，提出了多个导向性的生产自动化管理模式，指导企业制订相应的解决方案，为用户创造更高价值。其中，从生产流程管理、企业业务管理一直到研究开发产品生命周期的管理而形成“协同制造模式”（Collaborative Manufacturing Model，CMM）。按照这一模式，智能工厂可以从生产制造、供应链、工程技术三个维度来进行描述，如图6.4-4所示。

①生产制造。

从ERP的产品计划出发，通过计划MRP展开上游生产环节的生产计划，把生产计划细化并派分到设备/人工，详细排程，并根据生产进展和异常进行动态排程、分批次管控或单台管控、设备联网采集和控制、采集实绩并报工。

图6.4-4　MES是智能工厂的核心

②供应链。

通过SRM、采购物流和制造物流，令外购、自制和外协物料准时调达生产现场，批量或单件管控，支持智能料架、AGV和集配等，并对在线库扣料、在制品和成品进行管控，支持生产判断和缺料预警。

③工程技术。

MES管理MBOM、辅助工艺或现场工艺，支持差异件指示、装配指示、现场看图和装配仿真等，并根据关重件、物流追溯和MBOM等形成产品档案。在“个性化生产”时代，产品档案是客服支持（CSS）的主要数据源。

生产是工厂所有活动的核心，MES是智能工厂三个维度的交叉点和关键点，是智能工厂的“大脑”。在智能制造时代，MES不再是只连接ERP与车间现场设备的中间层级，而是智能工厂所有活动的交汇点，是现实工厂智能生产的核心环节。

（7）MES系统的构建与应用。

结合军工企业当前产品的研制现状，梳理产品生产的主要过程，并与MES的功能进行对应，如图6.4-5所示。

图6.4-5　产品生产流程图

基于产品生产过程，形成了MES系统的功能框架体系，如图6.4-6所示。MES系统的功能框架分为资源层、服务处、功能层和展示层。其中：

——资源层主要为支撑系统运行的底层软硬件设施，如服务器、数据库等。

——服务层主要包括操作系统层面及软件底层提供的系统全局功能，如用户访问日志、权限管理、角色管理等。

——功能层是MES系统的核心，包括了以BOM管理、生产计划管理、开工报工管理等为代表的十多项主要功能。

——展示层主要为领导、管理人员及操作工人提供查看、操作系统的界面。

以MES系统功能框架为基础，研究所启动了软件系统的构建工作，主要过程包括需求分析与方案设计、二次开发与功能测试、综合联调与用户测试及应用完善与总结验收四个阶段的工作，具体如下。

①需求分析与方案设计。

对研究所生产车间的工艺、生产、物料、检验等业务进行业务调研，并结合业务调研工作开展需求分析，经过内外部专家评审，形成调研与需求分析报告。在调研与分析报告的基础上，开展系统构建的方案设计工作，并同时搭建原型系统对部分功能进行预配置，验证其设计方案与实际需求场景的匹配程度。经过方案细化、原型实现、功能确认等多次迭代，最终完成设计方案报告，经过内外部专家的综合评审，形成指导系统建设的建设方案。

图6.4-6　MES系统功能框架图

②二次开发与功能测试。

基于设计方案开展部分功能的二次开发工作，主要包括数据和流程的动态建模、用户使用界面的个性化配置及底层相关功能逻辑的开发实现等。在二次开发的过程中，同步编写测试大纲，准备相关的基础测试数据，实现开发、测试、调优以及完善的流水线迭代作业，提高功能开发的效率。功能开发与测试完备后，开展系统级全局功能的综合功能测试，解决功能交互时出现的问题，并形成二次开发与测试报告，作为后续工作的参考。

③综合联调与用户测试。

基于功能测试满足要求的结果，开展系统的软硬件协同联调及终端控制设备的综合调试工作，确保时序工步、通信接口与控制精度等达到使用要求，对服务端的响应性和客户端的操作性进行综合测试，确保系统满足并发访问压力、数据传输时延、前后台同异步处理一致性等方面满足使用要求。完成综合调试工作后，开展系统使用培训，并在培训的过程中结合系统的模拟使用工作，经一至三个月的模拟试运行，检查功能、性能的指标符合度，在完善测试中出现问题的同时，形成综合测试报告。

④应用完善与总结验收。

基于试运行正常且主要问题得到有效解决的结果，开展正式系统的部署、系统配置信息的迁移及正式数据上线运行等工作。正式运行中实际遇到的情况会比测试运行复杂，需对正式运行中出现的问题进行记录、处理与完善。对于研究所来说，在系统正式运行一个月后，认定系统满足使用要求，达到了建设的目标，进行了总结验收。