制造执行系统是什么

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制造执行系统 (MES)旨在加强MRP计划的执行功能,把MRP计划同车间作业现场控制,通过执行系统联系起来。帮助企业实现生产计划管理、生产过程控制、产品质量管理、车间库存管理、项目看板管理等,提高企业制造执行能力。

制造执行系统 (manufacturing execution system, 简称 MES)是美国 AMR 公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在 90 年代初提出的,旨在加强 MRP 计划的执行功能,把 MRP 计划同车间作业现场控制,通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括 PLC 程控器、数据采集器、条型码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES 系统设置了必要的接口,与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。

制造执行系统是什么

制造执行系统 MES 能够帮助企业实现生产计划管理、生产过程控制、产品质量管理、车间库存管理、项目看板管理等,提高企业制造执行能力。

历史渊源

MES 的使命

制造执行系统是美国 AMR 公司在 90 年代初提出的,旨在加强 MRP 计划的执行功能,把 MRP 计划通过执行系统同车间作业现场控制系统联系起来。很显然,MES 自落地之日起,就定义了自身的使命:MES,为连接中枢而生。1997 年,MESA(制造执行系统协会)提出的 MES 功能组件和集成模型,包括 11 个功能。同时规定,只要具备 11 个功能之中的某一个或几个,也属 MES 系列的单一功能产品。

伴随着 MES 市场的发展,MES 厂商犹如雨后春笋般地涌现出来,四路大军杀入其中。

1、从自动化设备基础上发展而来的,这些厂商进入 MES 领域有着天然的优势,对自动化设备了如指掌。这类 厂商的代表有:GE、Siemens、Rockwell 等。

2、从专业 SCADA、HMI 厂商发展而来,这些厂商多是从开发人机界面开始,然后扩展 MES 领域的,这类厂 商的代表有:AdAstra、Wonderware、Citech 等。  3、从专业 MES 发展而来的,这些厂商一开始就专注于行业 MES 或者 MES 中的某一项功能,如针对石化行业 的 Aspentech、专注钢铁冶金的 PSI、Broner、宝信软件。  4、还有一种趋势是 ERP 厂商由上向下发展 MES,如 SAP 的 ME、用友的 JMES。

洗牌不可避免

最近,从物联网行业来的 MES 厂商也成为热点。由于具有先天的对设备、网络的理解,这些厂商也在成为一股不容小觑的生力军,虽然这些公司体量较小,但是他们内置的互联网基因与基础研发能力使得他们在 MES 应用中如鱼得水,特别在对疑难杂症的复杂车间具有相对灵巧的技术优势。深圳的 RichonTech 在数字车间及定制化 MES 就是一类。

历史上,MES 行业曾有过一次并购热潮,是以自动化设备供应商为主角,以便快速进入该行业。如 Siemens 收购比利时的 Compex IT Plant Solutions 公司的 MES 产品 proCX,GE Fanuc 并购 MES 软件产品的供应商 Mountain Systems,Rockwell 自动化对 Enterprise Technology Group、Datasweep 的收购。

最直接的本能反应

实际上,这是自动化系统,第一次在工厂中精确地度量了硬件设备与软件的距离,宣告了一个正在萌芽的全新意图:自动化供应商离管理,而不仅仅是控制,大大前行了一步。最近开始大热的工业数字化热浪,正在将 MES 的认识和实践推向另外一个高峰。

工四 100 术语定

MES:美国先进制造研究机构 AMR 定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”。它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。目的是解决工厂生产过程的黑匣子问题,实现生产过程的可视化、可控化。

不离舞台却非明星

一手好局,MES 的发展却出乎意料地缓慢。MES 从上个世纪 90 年代开始发展,刚开始主要是在自动化程度比较高的行业得到广泛应用。如汽车行业、半导体电子、烟草行业,同时也在食品饮料、工程机械、大型离散装配、家电行业得以推广。

MES 竞争激烈

自动化设备商仍是 MES 市场的主流供应商,但也难以形成 ERP 行业的 SAP 这样的寡头。尽管 ERP 厂商虽然也尝试进入 MES 行业,但是,市场拓展效果不佳,很显然,对资源管理轻车熟路的 ERP 厂商,对现场控制系统、数据采集,有着与生俱来的生疏和规避。

MES 发展缓慢

MES 的行业性需求与通用型产品之间的矛盾日渐突出,产品化程度不够。与 ERP 不同,MES 从产生开始,就是为了解决通用型的 ERP 功能难以解决的工厂管控问题,因此,即使有多年的发展,MES 也无法摆脱行业性对其形成的局限。如 PSI、宝信等专著于钢铁行业,即使有雄心向钢铁之外的产业发展,受到最近钢铁市场的快速萎缩的影响,也难以从主流钢铁市场转向其他行业。行业 Know-How 是跨不过的门槛。为此一些 MES 厂商(如西门子)是通过并购来开拓新的行业,例如西门子在 2014 年收购美国的 CamStar,就是为了强化在电子、医疗器械等领域。

MES 遇门槛

随着智能工厂的建设热潮,对于 MES 的集成提出更高的要求,纵向集成要求 MES 不仅与 ERP 集成,还要求与控制系统进行集成;不仅要求进行数据采集,还希望实现控制参数、工艺标准的下达。这也对 MES 供应商提出很大的挑战。

值得注意的一个现象是,尽管 MES 发展多年,但其产业化规模仍然不足。一个成熟的产业应该是由供应商、服务商(经销商)和用户组成的,比如 ERP、PLM。而最近的 MES 多是供应商直接面向用户,产业规模还远远没有发展起来。

MES 是企业信息化程度的体温计

由于 MES 的数据表单,来源于工厂的多个角度。因此如果企业自身的工艺资源、制造资源、流程节点不能规范有效的时候,MES 厂家将不得不撅着屁股,先帮着企业整理自身的资源数字化。想为客户纺出五彩锦缎,而用户首先搬出的是一堆搅在一起的乱线头。这对 MES 厂商往往苦不堪言。

MES 的未来

从国外的发展趋势看,已经形成了一批 MES 软件产品商和行业解决方案商。ERP 和 MES 的分工也愈加清晰。企业智能制造的应用焦点已经由 ERP 转向 MES,MES 已经由 ERP 的配角转变为生产管家的主角。

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。

随着 CPS 赛博物理系统正在逐步成为指导智能工厂建设的重要因素,物联网 IoT 的影响范围和对象越来越大,MES 将对更多的“人、机、料、法、环”的信息进行闭环处理,从采集、传输、分析、控制、乃至巨大的提升。  一方面,MES 系统将与精益管理思想进行更深入的融合。相比 ERP,MES 在企业的精益管理思想落地方面更具有可操作性,在汽车、家电等装配行业,借助 MES 的物料拉动功能,企业已经实现 JIT、JIS 管理。  另一方面,基于 MES 的制造大数据的分析处理将成为 MES 面临的课题和挑战,与 ERP 层的 BI 分析处理不同,MES 产生的制造数据不仅包括结构化数据,还包括大量的非结构化数据如实时历史数据库、图片等。

如何利用 MES 掌握的即时、准确的生产信息成为各 MES 厂商竞相竞争的基础,例如:对于某些设备管控上移到 MES 层是充分利用 MES 掌握在制品状态的信息,对于 AGV 由 MES 系统调度是充分利用 MES 掌握生产节奏的信息等等,随着实时工业网络在制造现场的部署,MES 由于掌握最全面、最精细的生产系统信息会显得越来越重要,同样地,MES 系统所涵盖的功能也将不仅仅局限与 AMR 定义的十一个模块,MES 系统会适时、动态、与时俱进地增加更多有价值的软件模块。

典型的应用如设备维修知识库,工艺异常调整知识库、最佳实践(最佳工艺、最佳设备运行参数)等将大幅度提高 MES 的应用普及,而 MES 未来将向云端进行转移。对于一些制造过程比较简单的中小企业,基于云平台的 MES 不失为一种低成本的解决方案。

MES 的功能定义

1.制造资源分配与状态报告;

2.详细工序作业计划;

3.生产调度;

4.车间文档管理;

5.数据采集;

6.人力资源管理;

7. 质量管理;

8.工艺过程管理;

9.设备维修管理;

10.产品跟踪;

11.业绩分析。