數(shù)字化工廠核心
——MES與制造企業(yè)方案

文／亞楠

管理經(jīng)緯

數(shù)字化工廠核心
——MES與制造企業(yè)方案

文／亞楠

數(shù)字化工廠建設的核心是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），在制造型企業(yè)的信息化管理架構(gòu)中，MES無疑是極其特殊的一環(huán)。實施MES必須立足于企業(yè)信息化整體規(guī)劃的基礎，實現(xiàn)與ERP和設備端等信息化孤島的相互聯(lián)通。

數(shù)字化工廠是智能制造的基礎。在數(shù)字化工廠里，企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的活動建立了共享的數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)處理，形成有用的信息，并按需顯示。共享數(shù)據(jù)庫利用相關數(shù)據(jù)和信息，模擬仿真實際生產(chǎn)過程，達到最優(yōu)化的生產(chǎn)過程；實現(xiàn)監(jiān)控與實際生產(chǎn)過程的同步化。建立數(shù)字化工廠的目標是縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、按時交貨、降低庫存、提高產(chǎn)品質(zhì)量、快速響應市場需求，從而滿足客戶個性化需求，提高企業(yè)效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

而數(shù)字化工廠建設的核心是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。2016年4月25日，工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)了《關于開展2016年智能制造試點示范項目推薦的通知》，在智能制造試點示范項目要素條件中提出了五種模式。它們都與MES相關，特別是離散型智能制造模式和流程型智能制造模式必須建立MES系統(tǒng)，特別強調(diào)了MES的重要作用。

MES是企業(yè)生產(chǎn)管理集成的核心工具

MES的概念最早是由美國先進制造研究中心(Advanced Manufacturing Research，AMR)在1990年11月提出的。它所定義的MES系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。它可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺。與MRPⅡ（制造資源計劃Ⅱ）的執(zhí)行層偏重車間作業(yè)和采購作業(yè)不同，MES側(cè)重在車間作業(yè)計劃的執(zhí)行，充實了車間控制和車間調(diào)度方面的功能，以適應車間現(xiàn)場環(huán)境多變情況下的需求。

一些在車間或現(xiàn)場管理方面具有特色的軟件公司與合作伙伴及用戶在1992年發(fā)起成立了MESA（Manufacturing Execution System Solutions Association）協(xié)會。這一組織由最初的23家公司發(fā)展到如今200余個成員單位。現(xiàn)在，MESA把自己定義為Manufacturing Enterprise Solutions Association，即制造企業(yè)方案協(xié)會。也就是說，按照傳統(tǒng)的企業(yè)生產(chǎn)管理的金字塔式計劃和控制模式，將MES僅僅理解成執(zhí)行系統(tǒng)是不全面的，它已經(jīng)發(fā)展成為企業(yè)生產(chǎn)管理集成的核心系統(tǒng)，是一個生產(chǎn)指揮系統(tǒng)。

MES是企業(yè)CIMS（現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）信息集成的紐帶，是實施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略和實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。MES可以為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)降低成本、按期交貨、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和提高服務質(zhì)量。它適用于不同行業(yè)(家電、汽車、半導體、通信、IT、醫(yī)藥)，能夠為單一的大批量生產(chǎn)和既有多品種小批量生產(chǎn)又有大批量生產(chǎn)的混合型制造企業(yè)提供良好的企業(yè)信息管理工具。

MES可監(jiān)控從原材料進廠到產(chǎn)品的入庫的全部生產(chǎn)過程，記錄生產(chǎn)過程產(chǎn)品所使用的材料、設備，產(chǎn)品檢測的數(shù)據(jù)和結(jié)果以及產(chǎn)品在每個工序上生產(chǎn)的時間、人員等信息。這些信息的收集經(jīng)過MES系統(tǒng)加以分析，就能通過系統(tǒng)報表實時呈現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)進度、目標達成狀況、產(chǎn)品品質(zhì)狀況，以及生產(chǎn)的人、機、料的利用狀況，這樣就使得整個生產(chǎn)現(xiàn)場完全透明化。企業(yè)的管理人員，無論何時，無論身處何地，通過互聯(lián)網(wǎng)都能對生產(chǎn)現(xiàn)場的狀況了解得一清二楚。

MES通過反饋結(jié)果來優(yōu)化生產(chǎn)制造過程的管理業(yè)務。生產(chǎn)過程追溯功能可使企業(yè)非常清楚產(chǎn)品的原材料是哪家企業(yè)在什么時間提供的，接收人是誰，以及檢驗的參數(shù)，產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)的時間、技術(shù)參數(shù)、操作人員等信息。企業(yè)可以根據(jù)這些反饋信息，找出產(chǎn)能成本過高或者產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的原因，及時做出調(diào)整，有針對性地為客戶提供更好的服務，即使發(fā)生客戶投訴，也能及時準確地為客戶澄清問題，確認影響范圍。與此同時，獲取的產(chǎn)品生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)為生產(chǎn)管理決策提供了有效支持，讓生產(chǎn)過程的問題得以及時暴露、及時處理，從而有效遏制更多更大問題的發(fā)生，將產(chǎn)品質(zhì)量問題以及生產(chǎn)線異常狀況消滅在萌芽狀態(tài)。因而MES是對整個車間制造過程的優(yōu)化，而不是單一解決某個生產(chǎn)瓶頸問題；MES必須提供實時收集生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的功能，并做出相應的分析和處理；MES需要與計劃層和控制層進行信息交互，通過企業(yè)的連續(xù)信息流來實現(xiàn)企業(yè)信息全集成。

實施MES必須整體規(guī)劃當先

近十年來，MES在國際上迅速發(fā)展。得益于較大規(guī)模的工業(yè)自動化改造實踐，國內(nèi)企業(yè)對MES的需求也呈快速上升趨勢。據(jù)了解，目前MES在我國大型企業(yè)尤其是集團型企業(yè)的應用已相當普遍。畢竟，集團化企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，而其企業(yè)工廠分布各地，迫切需要實時管控所有子企業(yè)的生產(chǎn)運營狀況。而MES對集團化的運行可以提供很有力的支撐。此外，企業(yè)還可以通過MES將管理思想和工具系統(tǒng)復制到各個工廠，在集團內(nèi)進行推廣，也使得MES成為整合企業(yè)資源的有力工具。

不過，在制造型企業(yè)的信息化管理架構(gòu)中，MES無疑是極其特殊的一環(huán)。因處于計劃系統(tǒng)與現(xiàn)場采集系統(tǒng)的中間位置，MES天然地需要與眾多的IT系統(tǒng)打交道，例如ERP（企業(yè)資源計劃）、供應商關系管理、WMS（倉儲管理系統(tǒng)）、PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）、CRM（客戶關系管理）、現(xiàn)場設備管理、現(xiàn)場采集系統(tǒng)等。所以，MES的重要性與特殊性，又賦予了它自身在企業(yè)中實施的復雜性。

面對如此復雜而重要的系統(tǒng)，MES絕不是某個企業(yè)領導拍拍腦門說上就能上馬的。整體規(guī)劃無疑是當務之急。在上馬MES項目之前，必須立足于企業(yè)信息化整體規(guī)劃的基礎來考慮MES的部署，要把MES的規(guī)劃與企業(yè)的經(jīng)營目標、遠景發(fā)展規(guī)劃、企業(yè)經(jīng)營策略、信息化建設的基本綱領與總體戰(zhàn)略、質(zhì)量控制與制造能力等結(jié)合起來，通盤籌劃。

MES是在工業(yè)3.0的背景下產(chǎn)生的，它在數(shù)字化工廠建設的框架下將扮演什么樣的角色？如何實現(xiàn)ERP、MES及設備端等信息化孤島的聯(lián)通？

一方面，必須根據(jù)企業(yè)的實際需求，扎扎實實地開展MES的技術(shù)開發(fā)與實施工作，為工業(yè)數(shù)字化打下堅實的基礎。企業(yè)上馬MES項目，需要結(jié)合自身實際情況來確定對MES的需求。企業(yè)的不同情況和條件，會對MES產(chǎn)生不同層次的需求。企業(yè)可考慮采用不同功能層次的MES解決方案，來解決生產(chǎn)面臨的問題；最好能夠由專業(yè)的MES咨詢?nèi)藛T進行調(diào)研、分析，并制定合適的、可持續(xù)的整體MES規(guī)劃方案，分階段實施MES系統(tǒng)，這樣可以充分降低項目風險，保證投資效益。上馬MES項目之前要充分調(diào)研、認真規(guī)劃，并結(jié)合自身情況，循序漸進地實施MES系統(tǒng)，做到管理和系統(tǒng)同步持續(xù)改善，這是企業(yè)建設MES的必修課。

企業(yè)上馬MES必須滿足兩個條件：軟條件和硬條件。軟條件包括：企業(yè)有非常明確的需求；人力資源到位，有強有力的核心團隊；企業(yè)能保證客戶化工作的全程參與；相對充裕的資金；基礎管理工作到位，基礎數(shù)據(jù)準確，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。硬條件包括：基礎網(wǎng)絡建設到位，設備的開放程度較高，支持多種數(shù)據(jù)采集手段。

另一方面，MES作為企業(yè)生產(chǎn)管理的核心系統(tǒng)，必須與上層ERP系統(tǒng)、底層生產(chǎn)設備和自動化系統(tǒng)實現(xiàn)無縫的連接。MES技術(shù)只有和生產(chǎn)制造的自動化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，才有可能獲得預期的效益。采用傳統(tǒng)制造方式的企業(yè)盲目實施MES很難獲得效果。這也是為什么國內(nèi)MES在離散制造行業(yè)難以快速普及的關鍵原因。

MES項目的實施與落地

一旦整體規(guī)劃已經(jīng)明確，那么接下來的挑戰(zhàn)就是MES項目的實施與落地。MES項目的實施牽涉到三個大的環(huán)節(jié)：人、產(chǎn)品（軟件）和方法（行業(yè)解決方案）。三個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，只有其合力最大化才能使得系統(tǒng)實施的效果最優(yōu)化。就“人”而言，眾所周知，ERP因其所處的戰(zhàn)略高度而被稱為“一把手”工程；相對而言，因MES的特殊性和重要性，MES的實施和落地更應該成為“層層一把手”工程。

MES涉及的業(yè)務和部門非常多，只有高層重視才能順利開展。MES起著承上啟下的橋梁作用，企業(yè)必須從上至下對MES項目給予高度重視，通過“層層一把手”將責任落實到位。除了企業(yè)決策層以及部門領導高度重視外，處于一線的員工也必須接受培訓，從而加強企業(yè)內(nèi)部管理業(yè)務流程的優(yōu)化以及標準化工作等。此外，企業(yè)所有人員的融合參與也很重要。

MES實施過程的一大誤區(qū)是把它看作IT部門的事。事實上，MES應用必須由業(yè)務部門唱主角、IT做支持。工藝、計劃、調(diào)度、管理及信息等各方人員的參與也很重要。對企業(yè)來說，MES實施過程中會涉及很多業(yè)務流程改造，從而導致系統(tǒng)實施的困難加大。面對諸多困難，需要企業(yè)領導及各業(yè)務部門在深入理解信息化建設內(nèi)涵基礎上，由一把手親自主持、參與系統(tǒng)實施，動員企業(yè)全體員工共同參與。企業(yè)實施MES后必須將企業(yè)管理、考核與MES系統(tǒng)很好地結(jié)合起來，避免事前事后兩張皮的現(xiàn)象，這樣才有利于MES價值的最大化。

企業(yè)選型MES時很容易陷入大而全、囫圇吞棗的誤區(qū)。企業(yè)用戶必須明確自身的管理需求，不要追求大而全，適合自身條件的系統(tǒng)就是最好的。企業(yè)可以選擇自己需要的重要功能，降低企業(yè)實施MES的成本。

企業(yè)在上馬MES項目之前需要考慮以下關鍵點：制定企業(yè)信息化的總體規(guī)劃，在總體規(guī)劃框架下分步實施；確定MES與現(xiàn)存系統(tǒng)的關系，是否需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進行改造；與ERP、SFC系統(tǒng)的接口、代碼、功能界面是否已清晰劃分；與未來ERP系統(tǒng)建設的先后順序，是集中建設還是分別建設；確定網(wǎng)絡、計算機等硬件、系統(tǒng)軟件的選型及技術(shù)方案；確定MES的實施方式，是購買、自建、還是外包；制定MES的實施進度計劃；制定包括項目成本與預算在內(nèi)的總體投資概算計劃；制定人力資源計劃，包括企業(yè)關鍵技術(shù)人員及軟件實施人員安排等；MES實施后產(chǎn)生的效果與效益分析；制定對項目風險的預防和控制策略；確定項目的推進機制與培訓制度。

在智能制造風起云涌的大背景下，企業(yè)進行MES信息化建設，必須走“整體規(guī)劃+專業(yè)化軟件+行業(yè)解決方案”的道路。由于企業(yè)對生產(chǎn)過程和生產(chǎn)現(xiàn)場進行動態(tài)控制的復雜性，在MES應用過程中應注意的問題或細節(jié)，主要集中在以下幾個方面：

第一，引入先進的管理思想和理念。提高企業(yè)的管理和決策水平，通過運用信息技術(shù)，實現(xiàn)物流、資金流、信息流的“三流”合一，提升企業(yè)盈利能力，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。通過建立科學的管理模式來規(guī)范企業(yè)的決策制度，改善企業(yè)的管理基礎，制定“集中決策、分權(quán)經(jīng)營、資源優(yōu)化、有效監(jiān)控”的管理方針。通過流程變革、職能調(diào)整和配套IT手段來盡可能地打破部門之間的隔閡，消除企業(yè)內(nèi)部存在的推諉扯皮、管理真空現(xiàn)象，提高管理協(xié)調(diào)的效率和效益。

其次，企業(yè)MES建設是一項管理改造工程，而不僅僅是一個以技術(shù)為主導的項目。企業(yè)信息化應用是對企業(yè)業(yè)務模式的重塑。因此，信息化建設是增強企業(yè)競爭力的客觀需要，是企業(yè)參與國際競爭的重要條件，實施MES的最終目的是，用信息技術(shù)提升企業(yè)核心競爭力和支持企業(yè)持續(xù)發(fā)展。

第三，實施MES要堅持“整體規(guī)劃、效益優(yōu)先、分步實施、重點突破”的原則。要借用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、企業(yè)建模及優(yōu)化技術(shù)進行實施，保障系統(tǒng)的開放性和可擴展性。

最后，要考慮與企業(yè)已有管理系統(tǒng)的通信、集成問題，避免出現(xiàn)更大或更多的“信息孤島”。提高企業(yè)的信息共享程度，為戰(zhàn)略、管理、業(yè)務運作提供支持，提高企業(yè)生產(chǎn)對市場需求的響應速度。

亞楠 本刊特約撰稿人

責任編輯：孫俊杰

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