1俊戳、引 言

1.1 mes?和生產(chǎn)建模

20世紀90年代初揖赴，工業(yè)界開始認識到他們需要一個可以將業(yè)務(wù)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)集成并連接在一起的中間層。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）從一開始就是一個特定集合的總稱抑胎，用來表示一些特定功能的集合以及實現(xiàn)這些特定種功能的產(chǎn)品燥滑。

最初，MES并沒有一個非常明確的定義阿逃，它幾乎涵蓋了所有那些無法準確地分配給其它層的應(yīng)用程序或產(chǎn)品铭拧。大多數(shù)這樣的產(chǎn)品都是由一些定制的應(yīng)用程序逐漸演化而來的，而這些應(yīng)用程序基本上都是由系統(tǒng)集成商針對某類特定用戶而進行開發(fā)的恃锉，并且通常都是針對某個特定領(lǐng)域（如排程搀菩、實驗室、質(zhì)量破托、產(chǎn)品跟蹤等等）的肪跋。

此后，在國際上土砂，各相關(guān)組織都開始意識到了要對MES進行更加明確的定義州既。MESA（MES協(xié)會）第一個、ISA稍后萝映，都相繼開發(fā)了相關(guān)的模型對MES加以描述吴叶、并試圖通過模型使其標(biāo)準化（參見以下各章節(jié)）。

近十年來序臂，新興的業(yè)務(wù)類型不斷的涌現(xiàn)晤郑，對技術(shù)的革新產(chǎn)生了無限的推動力。正是在這種壓力之下贸宏，制造廠商再次在這一重大的變革中發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用造寝。公司業(yè)務(wù)以及生產(chǎn)流程的全球化正在創(chuàng)造一種全新的經(jīng)營模式。制造不再是一個可以通過單個實體就可以完成的過程吭练，而是延伸到了工廠诫龙、國家、乃至整個企業(yè)范圍之內(nèi)鲫咽。正是基于這一點签赃，使得人們對B2B以及供應(yīng)鏈給予了極大的關(guān)注谷异。盡管B2B和供應(yīng)鏈屬于業(yè)務(wù)層的解決方案，但如果想要百分之百地實現(xiàn)它們锦聊，B2B和供應(yīng)鏈還需要得到制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的強有力的支持歹嘹。

與此同時，制造商們也對生產(chǎn)過程提出了更多新的要求孔庭。這其中包括降低批量的規(guī)模尺上，以及對生產(chǎn)過程能夠進行有效地“實時”干預(yù)。當(dāng)然圆到，隨之而來的是過程之中和之外越來越多的信息流和新出現(xiàn)的規(guī)程怎抛，正在工廠層（Plant）創(chuàng)造新的內(nèi)部需求。

其結(jié)果是MES不能僅僅作為成為業(yè)務(wù)（Business）和過程（Process）之間的接口層芽淡，它還需要建立大量可以完成公司關(guān)鍵業(yè)務(wù)的功能马绝。這些功能無法彼此獨立，也不能通過數(shù)據(jù)交換層簡單地連接挣菲，而是必須依據(jù)業(yè)務(wù)（Business）和生產(chǎn)（Production）策略而彼此協(xié)同富稻。

這在ISA-95委員會的文件中，有非常很明確的表述白胀。他們不僅以數(shù)據(jù)方式描述了MES過程唉窃，同時還通過各種功能，諸如資源管理和資源分配纹笼、調(diào)度、數(shù)據(jù)采集苟跪、質(zhì)量保證管理廷痘、維護管理、績效分析件已、排程笋额、文件控制、工時管理及物料和生產(chǎn)跟蹤等之間的交互作用來描述MES過程篷扩。

為此兄猩，西門子為MES指出了一個全新的發(fā)展方向，我們將MES建立在一種結(jié)構(gòu)（生產(chǎn)建模鉴未，Production Modeling）之上枢冤，通過這種結(jié)構(gòu)，用戶可以用層級模型（hierarchical model）铜秆，將各種專用產(chǎn)品（組件淹真，Component）協(xié)同起來，來描述業(yè)務(wù)（Business）和生產(chǎn)作業(yè)（Production Operation）连茧。

同時我們看到核蘸，今天的控制系統(tǒng)變得越來越“智能”巍糯，對于“協(xié)同生產(chǎn)管理（Collaborative Production Management）”的重要部分，MES和控制系統(tǒng)都應(yīng)該采用類似的方法客扎。

這正是西門子在全集成自動化（Totally Intergrated Automation）中所展示的概念祟峦，也正是西門子在控制的SIMATIC和MES的SIMATIC IT中實施的遠景（Vision）和結(jié)構(gòu)。

1.2 ISA-95及其對MES的影響

近年來徙鱼，一種新的國際標(biāo)準又正在成為企業(yè)的行為規(guī)范——

控制系統(tǒng)集成規(guī)范宅楞。這就是IEC/ISO 62264和ANSI/ISA-95，它定義了企業(yè)級業(yè)務(wù)系統(tǒng)與工廠車間級控制系統(tǒng)相集成時所使用的術(shù)語和模型疆偿。該標(biāo)準還定義了中間層MES系統(tǒng)應(yīng)支持的生產(chǎn)作業(yè)活動咱筛。

很多供應(yīng)商、用戶杆故、顧問都參與了該標(biāo)準的制定和定義迅箩。這就確保了該標(biāo)準具有堅實的基礎(chǔ)以及高度的可用性。該標(biāo)準目前由三部分組成处铛，其中第3部分定義了MES的作業(yè)活動饲趋。它著重闡述了與生產(chǎn)（Production）、維護（Maintenance）及質(zhì)量（Quality）等有關(guān)的作業(yè)活動撤蟆。通常來說奕塑，這些活動都是同等重要的，不過家肯，如果和生產(chǎn)或者生產(chǎn)作業(yè)無關(guān)的話龄砰，可能也就不需要維護作業(yè)或質(zhì)量作業(yè)了。

2讨衣、為什么要考慮MES和生產(chǎn)建模

不管你在工廠里是負責(zé)哪一項工作换棚，每天都要處理大量與制造系統(tǒng)相關(guān)的問題。MES的實施以及正確生產(chǎn)模型的應(yīng)用反镇，可以幫助解決許多關(guān)于這方面的問題固蚤。

這些問題可以大致分成三個主要范疇：

? 業(yè)務(wù)（Business）

? 生產(chǎn)（Production）

? IT（信息技術(shù)）

2.1 業(yè)務(wù)方面的問題

您是否想提高供應(yīng)鏈的總體效率？

供應(yīng)鏈的效率很大程度上受制于業(yè)務(wù)系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的功能集成程度歹茶。MES正是以ISA-95為藍本提供了這種集成夕玩。系統(tǒng)集成的低下會導(dǎo)致制造系統(tǒng)效率低、可見性差惊豺。

您的系統(tǒng)是否可以對市場變化以及新的客戶需求作出快速反應(yīng)燎孟？

在今天這個充滿挑戰(zhàn)的時代，對制造業(yè)來說尸昧，取得成功的關(guān)鍵因素就在于對新需求的反應(yīng)能力（比如：產(chǎn)品規(guī)范缤弦、質(zhì)量程序等的更改）以及適應(yīng)環(huán)境的能力（比如：新標(biāo)準的引入等）。如果您的系統(tǒng)可以滿足這些要求彻磁，就可能提高您的競爭力碍沐，并大大節(jié)省成本狸捅。

您的生產(chǎn)流程是否在所有工廠都進行了標(biāo)準化？

在今天的商業(yè)環(huán)境中累提，保證統(tǒng)一尘喝、一致的生產(chǎn)流程是很重要的，否則斋陪，您很難保證在不同工廠生產(chǎn)出質(zhì)量水平相同的產(chǎn)品朽褪。很顯然控制系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)都不能解決這種問題，除非具備一個結(jié)構(gòu)化建模的環(huán)境无虚，能夠統(tǒng)一協(xié)同各種不同條件下（例如：不同的硬件和軟件條件）的生產(chǎn)流程缔赠。

您是否為新的法規(guī)做好了準備？

有些標(biāo)準和法規(guī)（諸如FDA）早已設(shè)立友题，以保證高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)嗤堰。這些新出現(xiàn)的法規(guī)以及對物料進行完全跟蹤的需求正在影響制造業(yè)的生產(chǎn)過程。MES可以實現(xiàn)這些法規(guī)的要求度宦，并對物料的完全跟蹤發(fā)揮作用踢匣。

您是否想讓自己的業(yè)務(wù)更靈活地滿足客戶需求？

為了滿足客戶以及市場不斷變化的需求戈抄，傳統(tǒng)的標(biāo)準應(yīng)用程序往往顯得手足無措离唬。因為，它無法面對越來越多划鸽、越來越苛刻的客戶需求输莺。然而，MES則可以幫助您在面對這些需求的時候游刃有余裸诽，輕松應(yīng)對即將發(fā)生的客戶需求嫂用。

2.2 生產(chǎn)方面的問題

您是否能夠妥當(dāng)?shù)靥幚矸倒ず蛷U品？您是否能夠精確地跟蹤物料的使用崭捍？

一般來說，返工和廢品無法通過控制系統(tǒng)來處理啰脚。如果沒有適當(dāng)?shù)墓芾硪笊撸瑒t會導(dǎo)致過多的浪費或者物料跟蹤失控，并有可能因此影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量橄浓。不僅如此粒梦，整個生產(chǎn)流程中的總體物料跟蹤現(xiàn)在已成為影響能否正確評估財務(wù)和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素。

您是否需要提高生產(chǎn)流程的可見性荸实？您的系統(tǒng)是否可以提供與生產(chǎn)相關(guān)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)指標(biāo)（KPI）以及高級報表匀们？

要想真正了解您工廠正在執(zhí)行的情況，您需要一個這樣的系統(tǒng)准给，它可以產(chǎn)生可配置的符合你需要的生產(chǎn)報告來顯示各種KPI泄朴。這些必須將過程控制特定數(shù)據(jù)與生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來（例如：訂貨編程重抖、批次、人員祖灰、物料等）钟沛，以簡化績效問題分析和識別。MES可以提供生產(chǎn)流程的可見性局扶，以創(chuàng)建改善生產(chǎn)流程之條件恨统，并提高您的制造系統(tǒng)的效率。

您是否需要提高質(zhì)量水平三妈？您是否可以準確地找到那些受損的批次或者不合格的產(chǎn)品批次？您是否可以精確回溯自己的生產(chǎn)畴蒲？

如果不可以悠鞍，則您可能無法解決與產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)的具體問題。您還可能無法適當(dāng)回答客戶的抱怨或及時采取的適當(dāng)措施來修正饿凛。一個高效的MES系統(tǒng)可以提供完整的系統(tǒng)來跟蹤整個生產(chǎn)流程中的物料狞玛。它還仔細跟蹤所有生產(chǎn)過程中物料轉(zhuǎn)換，直至生產(chǎn)出最終產(chǎn)品并發(fā)送給最終客戶為止涧窒。

您的系統(tǒng)是否可以對生產(chǎn)方面的問題有效反應(yīng)心肪？您是否可以適當(dāng)?shù)刂匦掳才抛约旱能囬g活動？

如果車間出現(xiàn)異常情況纠吴，怎么辦硬鞍？故障和停機時間必須進行有效的管理。通常情況下戴已，這一問題的解決涉及到若干個系統(tǒng)（諸如固该，下達維護通知，重新排產(chǎn)糖儡，相關(guān)人員必須立即就位等等）伐坏。如果協(xié)同不好，將導(dǎo)致資源無法有效利用握联，最終生產(chǎn)成本的增加桦沉。

您的ERP系統(tǒng)是否可以高效地與制造操作系統(tǒng)協(xié)同？

為了提高供應(yīng)鏈的效率金闽，車間發(fā)生的情況應(yīng)該實時地傳遞給業(yè)務(wù)物流系統(tǒng)纯露，特別是生產(chǎn)績效方面的情況。這對于物料代芜、倉庫管理埠褪、計劃來說，都是非常有幫助的，甚至可以降低相應(yīng)人力資源配置的數(shù)量钞速。

您的制造系統(tǒng)是否完全集成贷掖？

過程控制、MES及ERP之間的完全集成對現(xiàn)代企業(yè)的商業(yè)運作來說是至關(guān)重要的玉工。制造系統(tǒng)是由許多不同的功能相互協(xié)同而構(gòu)成的羽资。制造系統(tǒng)的全集成可以幫助企業(yè)實現(xiàn)一流的運營效率，相反遵班，零散的解決方案將成為車間績效改善的瓶頸屠升。

2.3信息技術(shù)（IT）方面的問題

您的系統(tǒng)是否得到了很好的集成和同步？您是否在不同應(yīng)用系統(tǒng)之間建立了很多連接狭郑？您的IT系統(tǒng)維護費用是否太高腹暖？

不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口在很大程度上增加了整個制造系統(tǒng)的復(fù)雜性，這必然導(dǎo)致IT維護成本和相關(guān)程序的修改費用居高不下翰萨。之所以會產(chǎn)生這樣的局面脏答，主要是因為大多數(shù)制造系統(tǒng)缺乏必要的協(xié)同和靈活性。使用建模的方法將有效地降低系統(tǒng)集成的復(fù)雜性亩鬼，并對現(xiàn)場不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息交互起到積極的協(xié)同作用殖告。

您的實施成本是否太高？您是否經(jīng)常感到自己的項目風(fēng)險過高雳锋？

單個工廠解決方案的可重用性和可移植性對于整個企業(yè)范圍內(nèi)的項目實施成本至關(guān)重要黄绩。只有那些能夠被重復(fù)實施的解決方案才能夠使項目的實施變得更加簡單和快捷。

您是否在專業(yè)知識的共享方向遇到困難玷过？您是否想簡單地來重用自己的專業(yè)知識及軟件爽丹？

軟件平臺的有效重用是實現(xiàn)成本節(jié)約的關(guān)鍵問題。通過對專業(yè)知識的“固化”辛蚊，企業(yè)可以在內(nèi)部組織間實現(xiàn)知識的快速轉(zhuǎn)移粤蝎。這一點對于標(biāo)準的應(yīng)用系統(tǒng)來說，幾乎是不可能實現(xiàn)的袋马。一個成熟的建模環(huán)境可以幫助您清晰地定義業(yè)務(wù)流程初澎，這對于理解那些復(fù)雜的制造系統(tǒng)來說是非常必要的。同時虑凛，通過這一有效的手段碑宴，也使您關(guān)注的焦點不在局限在那些具體的IT技術(shù)細節(jié)，而是將重心放在了更加重要的生產(chǎn)流程上卧檐。

您是否需要一種簡單的故障監(jiān)控墓懂、查找與排除的環(huán)境焰宣？

一般來說霉囚，生產(chǎn)系統(tǒng)是軟件應(yīng)用程序與設(shè)備的復(fù)雜集成。故障的識別和排除是一個令人頭痛的問題匕积。借助一個獨一無二的環(huán)境對涉及若干系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程進行建模和運行的能力盈罐，可以有效地進行擴展監(jiān)控與故障排除榜跌。

您是否為讓自己的團隊保持一流的技術(shù)水平感到困難？為了跟隨最新的技術(shù)而對員工進行的培訓(xùn)所付出的成本是否太高盅粪？

企業(yè)里的應(yīng)用系統(tǒng)很多時候是針對特定需求而量身定做的钓葫。這就意味著只有具備相應(yīng)技能的工程師才能對系統(tǒng)進行有效的維護，然而要

保證和維持團隊的這種技能水平票顾，企業(yè)是要付出一定代價的础浮。然而生產(chǎn)建模的方法給了我們嶄新的視角，通過這種方法奠骄，我們可以簡單而快速的實施復(fù)雜的制造系統(tǒng)豆同，而且對團隊的技能要求降低了很多。