图1 GE Fanuc公司软件解决方案主管 林立先生

面对日趋激烈的竞争，企业界的重要对策就是采用将制造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融合的新一代先进制造技术。对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快速反映给“计划”，在计划与生产之间需要有一个" 实时的信息通道"，MES（制造执行系统）就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。近年来，国外很重视MES的结构与技术研发，许多公司开发出了相应的产品，但令人遗憾的是MES在流程工业还未得到足够的认识。带着关于流程工业MES 的种种问题，我们特走访了几位业内人士。

进入20世纪90年代以来，经济全球化的趋势日益增加，信息技术的发展极为迅速，市场环境发生了根本性的变化。顾客驱动已成为市场的主要特征，市场竞争的要素涉及到时间、质量、价格、服务和环境。而信息技术的广泛采用，使得以顾客订货和市场需求为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制，竞争的高科技含量因此大大提高。以此为契机，企业资源计划ERP和制造执行系统MES从理念发展到软件平台，再形成完整的系统，并开始了较为广泛的应用。

多年来，我国采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。简单地说，就是从计划层到生产控制层。目前，企业中从ERP中得出的生产计划与生产现场之间的信息传递，是人工将生产现场的信息输入到上层系统中。因此，在计划层和生产现场的过程控制层之间，存在一个信息流通上的断层。如何消除计划层与现场控制层之间的断层？ MES 终于脱颖而出，走进了人们地视线。MES（制造执行系统）就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。它将消除企业计划与生产控制间信息“断层”，使企业真正“实时反应”起来。

定位MES

MES 最早由美国先进制造研究机构（AMR）提出，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”，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。作为现代化流程工业管理的信息集成，对于应用于流程工业的MES，有着它自己的定位。来自北京和利时系统工程股份有限公司MES高级咨询顾问唐洪华博士认为，流程工业MES 是以实时数据库为基础，以生产调度为中心，集生产监控、质量管理，设备管理，成本管理、批次管理等为一体的生产过程管理系统，是辅助生产管理人员指挥、组织生产的信息系统。另外， M E S（Manufacturing Execution System）直译过来叫制造执行系统，但对流程工业来说，翻译成生产过程管理系统更为合适。作为GE Fanuc 公司的软件解决方案主管，林立先生谈到MES，介绍说美国AMR 于1992 年通过对大量企业的调查，提出了三层的企业集成模型，即控制层、执行层和计划层。处于计划层(MRPII/ERP)系统和控制层(SCADA/HMI)系统两者之间的 MES主要负责生产管理和调度执行。企业的行业类型可分为流程生产行业和离散制造行业，MES 系统无论从功能模型还是信息模型以及相关技术上，都覆盖了流程生产行业和离散制造行业，但是， 两者之间在工艺流程和生产组织方式方面都有较大的差异，所以，在MES的具体实施上，要根据行业特征区别对待。虽然MES在国外发展了十几年取得了显著的成绩，但在国内特别是流程行业目前尚处于起步阶段。国外一些成功的 MES 产品平台则可以为国内的企业提供一个有力的武器， 其中GE Fanuc的Proficy则是对流程行业非常适合的一款。

图2 北京和利时系统工程股份有限公司MES高级咨询顾问 唐洪华博士

作用与架构

由于每个行业的生产和流通流程不同，还有其特定的行规，因此不同行业对MES 的要求和着重点是完全不同的。例如电子工业通常要求MES着重于建立精确的产品记录，即使在产品经常变化以及工艺和设计经常变化的情况下仍有精确记录；纺织行业、食品工业以及许多批量处理的行业使用MES是为了改善设备利用率，保证不间断的批量记录，进行配方管理和加速生产过程；制药行业通常要求MES能精确地进行便于管理的批量记录，证明产品符合法规。

谈到MES 的功能与架构，唐洪华博士指出，MES是控制系统（DCS）和企业经营系统（ERP）之间的连接，为二者提供了数据之间的平滑过渡和信息交换。在功能上，提供了企业生产管理所需要的所有信息化工具。具体内容包括：数据获取；实时数据存储；数据分析；生产过程可视化；工厂信息门户；停机分析；质量统计分析系统；批次、配方管理系统；设备管理；实时的车间成本管理；生产调度管理。

林立先生则首先介绍了MESA International (MES 国际联合会) 通过其各成员的实践归纳了11 个主要的MES功能模块，包括：工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。但对于流程行业来说， 其生产主要采用按库存、批量、连续的生产， 品种固定，批量大，生产设置投资高，MES 需要通过配方来描述动态的产品结构关系， 同时提供批量、有效期等方面的要求，必须提供批号管理和跟踪， 例如对从原材料、供应商、中间品以及销售给用户的产品都进行记录。一旦发现问题，可以通过批号反查出是谁的原料、哪个部门、何时生产的，直到查出问题所在。他特别提到，GE Fanuc 的 Proficy 据此要求提供的生产跟踪模块通过图形化组态来安排整个生产流程， 连接进料、出料、消耗等各生产对象， 所有的生产事件和数据均随生产流程步骤一同存储，管理者通过图形化界面对生产进行状况一目了然。

“完善的企业信息系统是集控制、管理和经营于一体的综合信息系统。”万可电子（天津）有限公司现场总线系统部经理潘莉女士介绍说，“ERP 对应企业内部管理主要针对资源计划，而MES强调控制和协调，在企业级信息系统中它完成了将数据信息从产品级（基础自动化），穿过操作控制级送达到管理级（ERP）的任务 。当工厂发生实时事件时MES 能对其做出及时的反映，并对其进行及时的指导和处理，从而提高了工厂的及时交货能力和生产回报率，改善了原料的流通性，增强了企业内部活动的有效性。具体地说可以减少产品库存和制造同期时间、节省成本和改进品质等。”

图3 万可电子（天津）有限公司现场总线系统部经理 潘莉女士

应用情况与存在的问题

流程工业主要指化工、炼油、冶金、造纸、电力等原材料加工和能源工业行业，其特点是对生产原料伴有化学、物理、相变等反应变化过程的连续加工。流程工业企业生产过程的安全、稳定、均衡、优质、高产、低耗和少污染目标的实现，企业内部物流的控制与管理等生产管理活动都在MES层完成。对于目前国内MES的应用情况，林立先生介绍说，国外经过多年的实践有了大量的成功经验，在化工、冶金、食品、包装、制药、电力等行业均由不凡的成功示例，而国内的应用刚刚开始。唐洪华博士也表示，MES 是在国外发展了十来年了，已经有不少平台产品，在具体应用时做相应的二次开发。国内某些企业在也有某些特定功能的生产管理方面的系统如调度系统、设备管理系统等，但还不完整，不能满足企业生产管理的需要。和利时公司有一个功能较简单的系统Realmis 已经成功实施了几十家企业；目前还推出了面向化工、制药、建材、电力、冶金等行业的完整MES解决方案。

由于国内MES 使用的不普遍性，因此不可避免地存在MES 供应商和使用商之间的衔接问题，譬如用户原有的自动化系统和现在的MES 系统是否存在兼容或升级的问题。谈到这一点，唐洪华博士为我们解释说，MES 的衔接问题有两个方面：其一是MES 和控制系统的接口、其二是MES 和ERP 的接口。控制系统接口方面，目前新一代的DCS一般都支持标准的OPC或DDE接口，而MES 系统中也有标准的OPC 接口；如果控制系统没有标准接口，则需要控制系统提供必要的通讯协议，由MES 供应商开发专用接口，这样就解决了通讯问题。此外，MES只是通过接口从DCS中获取数据，一般情况不会向DCS 写数据，并且MES和DCS之间可以通过网关物理隔开。所以企业可以放心，实施MES 系统时DCS 方面不需要升级，对DCS 方面不会有什么影响。ERP 接口方面，MES 的数据库一般支持odbc 接口，或在实时数据库中定义规则，将实时数据按照特定规则写到关系数据库中的特定表中，完成和ERP 的接口。还有更好的解决办法就是和某些ERP供应商合作，开发特定的ERP接口。

潘莉女士表示，WAGO公司的产品采用具有工业以太网接口的控制器系统和具有现场总线接口的IPC 控制器后的系统，既能完成对设备的管理、生产数据采集/ 测量数据记录和分析、远程维护、过程控制与可视化人机接口、分布式机械控制，还能完成与各种企业管理系统的连接，如：MIS 系统、Web管理、企业管理及网络管理等。从而确保了MES系统将车间层操作控制系统所采集的时实数据与企业管理层及时、准确、可靠的紧密连接。“根据国内的实际自动化状况，在选择 MES 系统时既要考虑行业特点又要联系企业的实际情况。”林立先生首先提出了这一点，“GE Fanuc 的 ProficyMES 平台则可兼顾两者，它可以提供广泛的连接能力，如对主流工厂数据库如iHistorian、OSI PI、Aspen Tech IP21等直接支持，对商业系统如 SAP, JD Edwards 的支持， 以及 OPC 连接各种PLC/DCS 控制设备层，ODBC/SQL 连接等，通过这些手段使得企业在保持原有投资的前提下， 实施其 MES 系统，达到事半功倍的效果。 同时其开放性的数据库和组态式的实施手段更是大大减少以往 MES 实施的工作量。”

现场实施

MES 的优点显而易见，那么对于希望和已经采用MES系统的企业来说，在现场操作中应当注意哪些问题呢？对于这个问题，潘莉女士回答说，如果从MES的具体实施和系统产品的选用方面可以说数据采集系统部分是非常重要的。WAGO公司的现场总线输入/输出系统（WAGO-I/O-SYSTEM）以及在现场级执行任务的PC 产品（WAGO-I/OSYSTEM IPC控制器），由于其具有多种总线接口和采用开放、统一的工业以太网标准可以轻松地实现分布式控制及工业自动化领域与IT领域的无缝控制连接。而唐洪华博士从更宏观的角度给出了他的想法：在实施MES 过程中应该分阶段建设。生产管理系统中处于基础作用的生产数据获取、保存、分析、实时监控、及信息发布等功能模块对各类企业均类似，并且这些功能相对简单，并且目前阶段对企业来说也是最急需的，所以应该先上这几个模块。然后在此基础上再上质量管理、成本管理、调度管理等模块。

此外，MES 是生产管理过程信息化工具，所以具有较强的行业特定，不同的行业的生产管理过程差别很大。即使在同一行业，不同企业的生产管理要求也有很大差别。化工行业对设备管理、生产监控、停机预报等很重视；对制药业来说批次管理（包括批次信息跟踪、回溯）很重要；对冶金行业来说APS（合同分解与合炉、轧制计划、浇次计划等）、Scheduling（实时调度）是生产管理的重点。

针对现场操作中的问题，林立先生不但表示对于不同行业的特殊需求，可以先上对生产尤为关键的环节，然后再逐步扩展。更指出在选择平台上, 也要注意开放性，扩展性和易用性。 例如流程企业中设备是一条固定的生产线，设备投资比较大、工艺流程固定，生产线上的设备维护特别重要，不能发生故障，故而可以考虑先上设备维护管理和性能分析采集模块。 GE Fanuc 的 Proficy提供了 Efficiency 模块， 即包含了设备效率管理，又包含了生产和消耗分析，投资少见效快。可以在短期内提高设备使用率和降低生产成本。

预测与前景

MES 在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。不实施MES，管控一体化只是一句空话。对于面向流程工业的ERP，脱离MES 将无法根据市场需求去组织、管理和优化生产。

“流程行业的MES尽管在国外已有大量良好应用， 在国内却是一个刚刚开始发展的领域，随着WTO 的加入，各大企业争相提高生产效率，提高投资回报，这正是 MES大显身手的机会。同时，国内缺乏成熟的 MES产品， 国外的产品在国内应用需要考虑各种国内的需要，如本地化界面，方便的实施和友好的用户界面，开放性，扩展性等。”林立先生进一步介绍到，“GE Fanuc Proficy MES 平台的多语种动态切换则很好的符合了国内的需要， 同时组态式的实施简化了工程，模块化的设计可以让用户自己选择所需的功能，即可全面实施，也可分步进行， 相信这些特点也正是 MES 适应流程工业发展的特点之一，灵活的模块式MES产品将越来越多地为各种流程行业采用，流程行业的 MES 应用也会真正跨上一个新台阶。”

唐洪华博士表示“MES是企业信息化建设中的关键环节正越来越被重视，有巨大的市场需要，所以在流程行业中，MES是继DCS、PLC和ERP之后，企业信息化建设中一强有力的增长点，将为企业竞争力的提升做出贡献。”制造执行系统（MES）软件弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隔，是制造过程信息集成的纽带。MES 通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，同时也为敏捷制造企业的实施提供了良好的基础。毫无疑问，MES 将对流程工业的发展起到关键作用，提高流程工业企业的生产效益和竞争力。同时，随着MES技术的应用与推广，MES本身也将不断地得到完善与发展。

”MES作为生产管理的重要工具，在流程行业更有广大的前景。 但在现实操作中则要根据企业的生产需要和实际情况，切忌盲目实施，求大求全。“

”在流程行业中，MES是继DCS、PLC和ERP之后，企业信息化建设中一强有力的增长点，将为企业竞争力的提升做出贡献。“

“当工厂发生实时事件时MES能对其做出及时的反映，并对其进行及时的指导和处理，从而提高了工厂的及时交货能力和生产回报率，改善了原料的流通性，增强了企业内部活动的有效性。”