1、引 言

1.1 mes 和生产建模

20世纪90年代初，工业界开始认识到他们需要一个可以将业务系统和控制系统集成并连接在一起的中间层。制造执行系统（MES）从一开始就是一个特定集合的总称，用来表示一些特定功能的集合以及实现这些特定种功能的产品。

最初，MES并没有一个非常明确的定义，它几乎涵盖了所有那些无法准确地分配给其它层的应用程序或产品。大多数这样的产品都是由一些定制的应用程序逐渐演化而来的，而这些应用程序基本上都是由系统集成商针对某类特定用户而进行开发的，并且通常都是针对某个特定领域（如排程、实验室、质量、产品跟踪等等）的。

此后，在国际上，各相关组织都开始意识到了要对MES进行更加明确的定义。MESA（MES协会）第一个、ISA稍后，都相继开发了相关的模型对MES加以描述、并试图通过模型使其标准化（参见以下各章节）。

近十年来，新兴的业务类型不断的涌现，对技术的革新产生了无限的推动力。正是在这种压力之下，制造厂商再次在这一重大的变革中发挥了关键性的作用。公司业务以及生产流程的全球化正在创造一种全新的经营模式。制造不再是一个可以通过单个实体就可以完成的过程，而是延伸到了工厂、国家、乃至整个企业范围之内。正是基于这一点，使得人们对B2B以及供应链给予了极大的关注。尽管B2B和供应链属于业务层的解决方案，但如果想要百分之百地实现它们，B2B和供应链还需要得到制造执行系统（MES）的强有力的支持。

与此同时，制造商们也对生产过程提出了更多新的要求。这其中包括降低批量的规模，以及对生产过程能够进行有效地“实时”干预。当然，随之而来的是过程之中和之外越来越多的信息流和新出现的规程，正在工厂层（Plant）创造新的内部需求。

其结果是MES不能仅仅作为成为业务（Business）和过程（Process）之间的接口层，它还需要建立大量可以完成公司关键业务的功能。这些功能无法彼此独立，也不能通过数据交换层简单地连接，而是必须依据业务（Business）和生产（Production）策略而彼此协同。

这在ISA-95委员会的文件中，有非常很明确的表述。他们不仅以数据方式描述了MES过程，同时还通过各种功能，诸如资源管理和资源分配、调度、数据采集、质量保证管理、维护管理、绩效分析、排程、文件控制、工时管理及物料和生产跟踪等之间的交互作用来描述MES过程。

为此，西门子为MES指出了一个全新的发展方向，我们将MES建立在一种结构（生产建模，Production Modeling）之上，通过这种结构，用户可以用层级模型（hierarchical model），将各种专用产品（组件，Component）协同起来，来描述业务（Business）和生产作业（Production Operation）。

同时我们看到，今天的控制系统变得越来越“智能”，对于“协同生产管理（Collaborative Production Management）”的重要部分，MES和控制系统都应该采用类似的方法。

这正是西门子在全集成自动化（Totally Intergrated Automation）中所展示的概念，也正是西门子在控制的SIMATIC和MES的SIMATIC IT中实施的远景（Vision）和结构。

1.2 ISA-95及其对MES的影响

近年来，一种新的国际标准又正在成为企业的行为规范——

控制系统集成规范。这就是IEC/ISO 62264和ANSI/ISA-95，它定义了企业级业务系统与工厂车间级控制系统相集成时所使用的术语和模型。该标准还定义了中间层MES系统应支持的生产作业活动。

很多供应商、用户、顾问都参与了该标准的制定和定义。这就确保了该标准具有坚实的基础以及高度的可用性。该标准目前由三部分组成，其中第3部分定义了MES的作业活动。它着重阐述了与生产（Production）、维护（Maintenance）及质量（Quality）等有关的作业活动。通常来说，这些活动都是同等重要的，不过，如果和生产或者生产作业无关的话，可能也就不需要维护作业或质量作业了。

2、为什么要考虑MES和生产建模

不管你在工厂里是负责哪一项工作，每天都要处理大量与制造系统相关的问题。MES的实施以及正确生产模型的应用，可以帮助解决许多关于这方面的问题。

这些问题可以大致分成三个主要范畴：

• 业务（Business）

• 生产（Production）

• IT（信息技术）

2.1 业务方面的问题

您是否想提高供应链的总体效率？

供应链的效率很大程度上受制于业务系统与生产系统的功能集成程度。MES正是以ISA-95为蓝本提供了这种集成。系统集成的低下会导致制造系统效率低、可见性差。

您的系统是否可以对市场变化以及新的客户需求作出快速反应？

在今天这个充满挑战的时代，对制造业来说，取得成功的关键因素就在于对新需求的反应能力（比如：产品规范、质量程序等的更改）以及适应环境的能力（比如：新标准的引入等）。如果您的系统可以满足这些要求，就可能提高您的竞争力，并大大节省成本。

您的生产流程是否在所有工厂都进行了标准化？

在今天的商业环境中，保证统一、一致的生产流程是很重要的，否则，您很难保证在不同工厂生产出质量水平相同的产品。很显然控制系统和业务系统都不能解决这种问题，除非具备一个结构化建模的环境，能够统一协同各种不同条件下（例如：不同的硬件和软件条件）的生产流程。

您是否为新的法规做好了准备？

有些标准和法规（诸如FDA）早已设立，以保证高质量产品的生产。这些新出现的法规以及对物料进行完全跟踪的需求正在影响制造业的生产过程。MES可以实现这些法规的要求，并对物料的完全跟踪发挥作用。

您是否想让自己的业务更灵活地满足客户需求？

为了满足客户以及市场不断变化的需求，传统的标准应用程序往往显得手足无措。因为，它无法面对越来越多、越来越苛刻的客户需求。然而，MES则可以帮助您在面对这些需求的时候游刃有余，轻松应对即将发生的客户需求。

2.2 生产方面的问题

您是否能够妥当地处理返工和废品？您是否能够精确地跟踪物料的使用？

一般来说，返工和废品无法通过控制系统来处理。如果没有适当的管理，则会导致过多的浪费或者物料跟踪失控，并有可能因此影响最终产品的质量。不仅如此，整个生产流程中的总体物料跟踪现在已成为影响能否正确评估财务和生产成本的关键因素。

您是否需要提高生产流程的可见性？您的系统是否可以提供与生产相关的关键业务指标（KPI）以及高级报表？

要想真正了解您工厂正在执行的情况，您需要一个这样的系统，它可以产生可配置的符合你需要的生产报告来显示各种KPI。这些必须将过程控制特定数据与生产相关数据关联起来（例如：订货编程、批次、人员、物料等），以简化绩效问题分析和识别。MES可以提供生产流程的可见性，以创建改善生产流程之条件，并提高您的制造系统的效率。

您是否需要提高质量水平？您是否可以准确地找到那些受损的批次或者不合格的产品批次？您是否可以精确回溯自己的生产？

如果不可以，则您可能无法解决与产品质量有关的具体问题。您还可能无法适当回答客户的抱怨或及时采取的适当措施来修正。一个高效的MES系统可以提供完整的系统来跟踪整个生产流程中的物料。它还仔细跟踪所有生产过程中物料转换，直至生产出最终产品并发送给最终客户为止。

您的系统是否可以对生产方面的问题有效反应？您是否可以适当地重新安排自己的车间活动？

如果车间出现异常情况，怎么办？故障和停机时间必须进行有效的管理。通常情况下，这一问题的解决涉及到若干个系统（诸如，下达维护通知，重新排产，相关人员必须立即就位等等）。如果协同不好，将导致资源无法有效利用，最终生产成本的增加。

您的ERP系统是否可以高效地与制造操作系统协同？

为了提高供应链的效率，车间发生的情况应该实时地传递给业务物流系统，特别是生产绩效方面的情况。这对于物料、仓库管理、计划来说，都是非常有帮助的，甚至可以降低相应人力资源配置的数量。

您的制造系统是否完全集成？

过程控制、MES及ERP之间的完全集成对现代企业的商业运作来说是至关重要的。制造系统是由许多不同的功能相互协同而构成的。制造系统的全集成可以帮助企业实现一流的运营效率，相反，零散的解决方案将成为车间绩效改善的瓶颈。

2.3信息技术（IT）方面的问题

您的系统是否得到了很好的集成和同步？您是否在不同应用系统之间建立了很多连接？您的IT系统维护费用是否太高？

不同应用系统之间的接口在很大程度上增加了整个制造系统的复杂性，这必然导致IT维护成本和相关程序的修改费用居高不下。之所以会产生这样的局面，主要是因为大多数制造系统缺乏必要的协同和灵活性。使用建模的方法将有效地降低系统集成的复杂性，并对现场不同应用系统之间的信息交互起到积极的协同作用。

您的实施成本是否太高？您是否经常感到自己的项目风险过高？

单个工厂解决方案的可重用性和可移植性对于整个企业范围内的项目实施成本至关重要。只有那些能够被重复实施的解决方案才能够使项目的实施变得更加简单和快捷。

您是否在专业知识的共享方向遇到困难？您是否想简单地来重用自己的专业知识及软件？

软件平台的有效重用是实现成本节约的关键问题。通过对专业知识的“固化”，企业可以在内部组织间实现知识的快速转移。这一点对于标准的应用系统来说，几乎是不可能实现的。一个成熟的建模环境可以帮助您清晰地定义业务流程，这对于理解那些复杂的制造系统来说是非常必要的。同时，通过这一有效的手段，也使您关注的焦点不在局限在那些具体的IT技术细节，而是将重心放在了更加重要的生产流程上。

您是否需要一种简单的故障监控、查找与排除的环境？

一般来说，生产系统是软件应用程序与设备的复杂集成。故障的识别和排除是一个令人头痛的问题。借助一个独一无二的环境对涉及若干系统的业务流程进行建模和运行的能力，可以有效地进行扩展监控与故障排除。

您是否为让自己的团队保持一流的技术水平感到困难？为了跟随最新的技术而对员工进行的培训所付出的成本是否太高？

企业里的应用系统很多时候是针对特定需求而量身定做的。这就意味着只有具备相应技能的工程师才能对系统进行有效的维护，然而要

保证和维持团队的这种技能水平，企业是要付出一定代价的。然而生产建模的方法给了我们崭新的视角，通过这种方法，我们可以简单而快速的实施复杂的制造系统，而且对团队的技能要求降低了很多。