MES在我國(guó)制造業(yè)中的研發(fā)問(wèn)題和對(duì)策

摘要：我國(guó)作為傳統(tǒng)制造業(yè)大國(guó)，制造業(yè)的信息化直接影響著工業(yè)化的進(jìn)程，面對(duì)制造業(yè)信息集成存在的瓶頸問(wèn)題，MES應(yīng)運(yùn)而生。文章從我國(guó)制造業(yè)對(duì)MES的研發(fā)現(xiàn)狀出發(fā)，揭示了應(yīng)用MES存在的一些問(wèn)題，并對(duì)解決當(dāng)前問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)MES更好地研究提出了相應(yīng)的對(duì)策和建議。

關(guān)鍵詞：MES；制造業(yè)；問(wèn)題；對(duì)策

一、引言

20世紀(jì)80年代之后，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的需求越來(lái)越多樣化，全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日漸激烈，企業(yè)信息化在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的過(guò)程中越發(fā)重要，然而在企業(yè)信息集成的實(shí)踐中，仍然存在瓶頸等帶來(lái)的各種問(wèn)題，使企業(yè)的發(fā)展受阻，產(chǎn)生這些問(wèn)題的主要原因仍然是由于生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)相分離，計(jì)劃系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)之間的界限不確定、聯(lián)系不緊密。隨后美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMP，在20世紀(jì)90年代提出了MES的概念，在解決企業(yè)信息集成問(wèn)題時(shí)提供了一個(gè)方法，這就是制造執(zhí)行系統(tǒng)。

對(duì)于MES，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者、專(zhuān)家及企業(yè)都進(jìn)行了大量的研究。2005年Logical CMG咨詢(xún)公司對(duì)MES軟件使用情況做了調(diào)查報(bào)告，報(bào)告中指出，國(guó)際MES產(chǎn)品的主流技術(shù)包括支持平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用技術(shù)、系統(tǒng)構(gòu)架、系統(tǒng)可配置性等方面的內(nèi)容。美國(guó)Aspen Tech公司自1998年使用MES開(kāi)始后進(jìn)行了不斷的發(fā)展和改善，被很多的大型石油化工企業(yè)采用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理和生產(chǎn)過(guò)程控制的一體化。我國(guó)對(duì)MES同樣進(jìn)行了深入的研究，國(guó)內(nèi)每一年都有相關(guān)主題會(huì)議涉及到MES技術(shù)。同時(shí)，文獻(xiàn)建立了一個(gè)能表現(xiàn)分布性、可重構(gòu)、可集成及可擴(kuò)展的離散制造業(yè)MES集成模型，并研究了其中核心的調(diào)度問(wèn)題。文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一種基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的多級(jí)作業(yè)車(chē)間動(dòng)態(tài)調(diào)度方法，用來(lái)解決制造執(zhí)行系統(tǒng)環(huán)境下作業(yè)車(chē)間的動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題。文獻(xiàn)從建立敏捷制造企業(yè)的車(chē)間生產(chǎn)管理系統(tǒng)出發(fā)分析和論述了制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能和應(yīng)用特點(diǎn)，提出了使用先進(jìn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)思想和軟件輔助建立敏捷車(chē)間系統(tǒng)。文獻(xiàn)在分析制造執(zhí)行系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的前提下，以大連機(jī)車(chē)車(chē)輛廠(chǎng)的車(chē)間生產(chǎn)管理實(shí)踐為背景，并結(jié)合863研究項(xiàng)目，對(duì)制造執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行了研究。目前國(guó)內(nèi)對(duì)MES的研究?jī)H限于軟件建模和軟件開(kāi)發(fā)的角度。缺少了對(duì)MES信息本質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的系統(tǒng)深入研究，并且對(duì)產(chǎn)品的自主研發(fā)只是剛開(kāi)始。

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外MES的相關(guān)研究進(jìn)行初步總結(jié)，分析MES在我國(guó)研究的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并根據(jù)問(wèn)題提出相應(yīng)的對(duì)策，以期為我國(guó)MES的研究提供新的思路。

二、我國(guó)ME8研究存在的問(wèn)題

我國(guó)對(duì)MES的研究時(shí)間并不長(zhǎng)，當(dāng)前仍然只是停留在MES思想、內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)等方面的研究。盡管一些大學(xué)和科研院所等單位在MES理論與應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面做了一定的工作。但相比與西方的發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)不論是在MES技術(shù)上，還是在實(shí)踐上都存在很大的差距，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）缺乏MES技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

MES在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)踐、保養(yǎng)等方面缺乏一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致系統(tǒng)在這些方面的成本增加，從而影響了MES產(chǎn)品的性能。因此我國(guó)MES產(chǎn)品與國(guó)外同類(lèi)MES產(chǎn)品相比，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

（二）集成性還沒(méi)有完全解決

因?yàn)槿鄙俳y(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，MES各功能子系統(tǒng)之間及MES與企業(yè)其余相關(guān)信息集成較為缺乏，使得MES作為企業(yè)制造協(xié)同的引擎功能不能得到充分的發(fā)揮。

（三）智能化程度不高

MES中涉及的信息及決策過(guò)程都非常復(fù)雜，因?yàn)槿鄙傧嚓P(guān)的智能機(jī)制，現(xiàn)有MES大多只提供了一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)，因此需要大量的人工參與，難以保證生產(chǎn)過(guò)程的高效和優(yōu)化。

（四）MES體系還不完整

MES的基本功能還不夠完善，核心模塊的流程管理和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向通常缺乏。對(duì)于離散制造業(yè)還沒(méi)有完整、系統(tǒng)的解決方案及成熟的軟件產(chǎn)品，特別是優(yōu)化模塊，國(guó)內(nèi)幾乎是一塊空白。

（五）通用性和可配置性較差

現(xiàn)有系統(tǒng)針對(duì)的只是某些特定的需求，難以應(yīng)對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)流程的重組和變更。針對(duì)基于數(shù)據(jù)集成技術(shù)的工廠(chǎng)數(shù)據(jù)模型的不足。使系統(tǒng)的可配置性?？芍貥?gòu)性，可擴(kuò)展性差。限制了推廣和應(yīng)用MES系統(tǒng)范圍。

（六）實(shí)時(shí)性不強(qiáng)

制造車(chē)間的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)MES，實(shí)時(shí)性是體現(xiàn)MES功能的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)收集與信息反饋機(jī)制不準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、完整，底層數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集、多源信息的融合、復(fù)雜信息的處理和快速的決策是非常弱的。

三、問(wèn)題的對(duì)策

針對(duì)我國(guó)MES系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，無(wú)論是為了適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展需求進(jìn)行自行開(kāi)發(fā)。還是采用已成形的套裝軟件。都應(yīng)該注意如下幾點(diǎn)。

（一）加快對(duì)MES技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究

標(biāo)準(zhǔn)化是將研究成果轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力的重要橋梁，是組織現(xiàn)代化和集成化生產(chǎn)的重要條件。行業(yè)技術(shù)水平的提升，關(guān)鍵靠主導(dǎo)企業(yè)的發(fā)展。以企業(yè)為主體，如果在相關(guān)部門(mén)的監(jiān)督下形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于促進(jìn)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、產(chǎn)品質(zhì)量、工程質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化，完成工業(yè)化建設(shè)，都具有重要的意義。

（二）強(qiáng)調(diào)與外部系統(tǒng)的集成和系統(tǒng)內(nèi)部各模塊的整合

當(dāng)企業(yè)在做計(jì)劃時(shí)，計(jì)劃層系統(tǒng)如果與MES系統(tǒng)緊密銜接起來(lái)，就能發(fā)揮很大作用。因此，為了確保MES系統(tǒng)和計(jì)劃層系統(tǒng)采用的是統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)格式和存取形式，不僅要讓MES提供計(jì)劃層系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，也應(yīng)采用MES系統(tǒng)控制程序。例如，作者在實(shí)施邯鋼信息化改造項(xiàng)目“板材區(qū)物流計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的過(guò)程中，就與德國(guó)SAP公司合作，研發(fā)出基于SAPXI（Exchange Infrastructure）組件技術(shù)的ERP與MES系統(tǒng)集成技術(shù)，并對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了有效的實(shí)施，在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中主要解決了多系統(tǒng)通信、數(shù)據(jù)擁堵、以及數(shù)據(jù)集成問(wèn)題。

（三）重視基于運(yùn)籌學(xué)的過(guò)程優(yōu)化并應(yīng)用于MES中

MES不僅僅是一個(gè)上傳下達(dá)的信息“傳遞手”，更重要的方面在于它的優(yōu)化和智能化功能?！秶?guó)家十一五規(guī)劃綱要》提出“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化”。由于中國(guó)的整個(gè)工業(yè)結(jié)構(gòu)的不完善，我國(guó)大多數(shù)的企業(yè)經(jīng)營(yíng)粗放，而今我國(guó)出現(xiàn)能源短缺、消耗過(guò)多的現(xiàn)象，這與科學(xué)發(fā)展的要求是不一致的。目前流程工業(yè)中最重要的是能源和原材料兩方面，因此需要堅(jiān)持節(jié)能降耗的原則。用MES來(lái)優(yōu)化某些流程的原料消耗，并對(duì)其進(jìn)行整體的優(yōu)化，全面提升各企業(yè)的節(jié)能降耗水平。因此，提升MES的優(yōu)化功能，是MES研究開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方面。

（四）完善MES的功能模塊

特別要注意根據(jù)不同行業(yè)的特點(diǎn)，有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)適合本行業(yè)的MES核心模塊。現(xiàn)如今市場(chǎng)上的大部分的MRPII/ERP系統(tǒng)是來(lái)源于離散制造業(yè)，因此這些系統(tǒng)更適合于離散制造業(yè)。在采用套裝軟件或自行開(kāi)發(fā)的時(shí)候，需要注意不同流程企業(yè)的特點(diǎn)，例如在生產(chǎn)計(jì)劃方式方面主要進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)，而在作業(yè)計(jì)劃調(diào)度時(shí)以整個(gè)流水生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行調(diào)度等。

（五）建立基于行業(yè)的工廠(chǎng)數(shù)據(jù)模型

缺乏統(tǒng)一的工廠(chǎng)數(shù)據(jù)模型是我國(guó)MES缺乏通用性、可配置性的主要原因。然而建立完全統(tǒng)一的工廠(chǎng)數(shù)據(jù)模型的難度往往很大，而且也給MES具體實(shí)施過(guò)程帶來(lái)巨大的客戶(hù)化工作量。較好的方法是從行業(yè)人手，根據(jù)離散制造業(yè)，流程制造業(yè)的不同特點(diǎn)，或者根據(jù)更為細(xì)化的行業(yè)特點(diǎn)，例如冶金、石化、制藥等行業(yè)建立基于行業(yè)的工廠(chǎng)數(shù)據(jù)模型，以提高M(jìn)ES在同行業(yè)之間的通用性和可配置性。

（六）在實(shí)施MES的同時(shí)，注重二級(jí)PCS的建設(shè)

二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是保證MES和PCS之間生產(chǎn)指令和生產(chǎn)實(shí)績(jī)順利下達(dá)上傳的關(guān)鍵，也是保證體現(xiàn)MES實(shí)時(shí)性功能的重要環(huán)節(jié)。因此，在開(kāi)發(fā)MES的過(guò)程中，要保證PCS系統(tǒng)各功能結(jié)構(gòu)，特別是與MES接口數(shù)據(jù)庫(kù)的有效運(yùn)行。才能實(shí)現(xiàn)MES與PCS之間準(zhǔn)確、及時(shí)、完整的數(shù)據(jù)采集與信息反饋，保證ERP、MES、PCS之間的完美協(xié)調(diào)運(yùn)作。

四、結(jié)論

MES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。是生產(chǎn)與管理活動(dòng)過(guò)程中信息溝通的橋梁。對(duì)于現(xiàn)代化制造加工企業(yè)。如果沒(méi)有MES的作用。企業(yè)將很難去組織、管理和優(yōu)化生產(chǎn)適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，很有可能開(kāi)發(fā)出更加模塊化、更柔性的MES系統(tǒng)，使MES的應(yīng)用和維護(hù)成本將大幅度地降低。所以如果將MES作為流程CIMS的中心，將會(huì)在石油、化工、制藥及制漿造紙等流程工業(yè)的綜合自動(dòng)化進(jìn)程中會(huì)有很好的應(yīng)用前景。應(yīng)用MES軟件縮短了企業(yè)計(jì)劃層和生產(chǎn)車(chē)間過(guò)程控制系統(tǒng)間的距離，MES系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用制造過(guò)程的整體優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)的閉環(huán)生產(chǎn)，為敏捷制造企業(yè)提供了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。對(duì)于MES相關(guān)的管理思想的深刻理解，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)的把握，對(duì)于如何在我國(guó)正確的應(yīng)用和推廣MES具有重要的理論及應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]Nagesh Sukhiand，Ward Nick Intelligent second-generation MES solutions for300mmfabs[J].SolidState Technology，2000（06）.

[2]潘穎，孫偉.離散制造業(yè)MES系統(tǒng)建模與調(diào)度研究[D].大連理工大學(xué)，2012.

[3]黃振剛，魯建廈，王成.MES環(huán)境下作業(yè)車(chē)間多級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)度方法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（11）.

[4]張書(shū)亭，楊建軍，鄒學(xué)禮.面向敏捷制造車(chē)間的制造執(zhí)行系統(tǒng)研究[J].新技術(shù)新工藝，2000（12）.

[5]劉曉冰，黃學(xué)文.制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究和應(yīng)用[D].大連理工大學(xué)，2003.

[6]連立峰，左兵群.冷軋薄板生產(chǎn)車(chē)間作業(yè)計(jì)劃及調(diào)度系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].冶金自動(dòng)化，2006（05）.

基金項(xiàng)目：2013年河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（G2013203303），寧夏回族自治區(qū)自然科學(xué)基金（No.NZ13078）。

（作者單位：袁玉材，唐山曹妃甸港口有限公司；王曉君，燕山大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院：楊少鵬，中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司）