1 前言
随着社会和科学技术进步，人们的物质生活得到极大丰富，而作为物化中心的制造企业则面临着越来越大的竞争压力。要想赢得市场、赢得用户，在3C因素，即竞争（Competition）、变化（Change）和客户（Customer）因素的影响下，如何以新的生产方式提高生产水平，在激烈的竞争中立于不败之地，在工业发达国家企业界和学术界引起高度关注。
在这种背景下，各种先进制造技术及生产管理与控制方式应运而生，如物料需求计划（MRP），制造资源规划（MRPII），准时生产JIT（Just In Time），最优生产技术OPT（Optimized Production Technology），精益生产LP（Lean Production），计算机集成制造CIM（Computer Integrated Manufacturing）,敏捷制造AM（Agile Manufacturing）等相继出现。综观这些先进制造技术，从生产管理角度要求，都强调生产计划的有效执行。然而计划的有效执行需要把底层制造过程、控制系统和制造者纳入计划执行体系中。因此，将计划与底层制造连接起来的制造执行系统就应运而生了。
2 MES系统简介
制造执行系统（MES）是近10年来逐步形成和发展起来的面向制造车间的生产管理技术与实时信息系统，它位于企业上层生产计划（MRPII／ERP）和底层工业控制层之间。MES强调了制造计划的执行，它为管理计划层和底层控制层间架起了桥梁，提高了车间管理的敏捷性，是面向车间的先进管理技术。
2.1 MES的概念
制造执行系统（MES）是美国管理界90年代提出的新概念。1992年成立了MES国际联合会（MESA International），它是以宣传MES思想和产品为宗旨的贸易联合会，为了帮助其成员组织在企业界推广MES，MES国际联合会制定了一系列研究、分析和开发计划。MES国际联合会对MES的定义如下：MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时作出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。 这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。
在MES的定义中可以看出，MES强调的是整个生产过程的优化，它需要收集生产过程中的大量实时数据，并对实时事件进行及时处理。MES同时与计划层、控制层保持双向的信息畅通，能从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。因此,MES不同于以派工单形式为主的生产管理和辅助的物料流为特征的传统车间控制器,也不同于偏重于作业与设备调度为主的单元控制器,而应将MES作为一种生产模式, 把制造系统的计划和进度安排、追踪、监视和控制、物料流动、质量管理、设备控制和计算机集成制造（CIM）等一体化去考虑，以最终实现制造自动化战略。
2.2 MES框架模型
美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的面向车间的管理信息系统”，它为操作人员、管理人员提供计划执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。
计划层（MRPII/ERP）：强调企业的计划性。它以客户订单和市场需求为计划源头，充分利用企业的各种资源，降低库存，提高企业效益。
执行层（MES）：强调计划的执行。通过MES把ERP/MRPII与企业的现场控制有机集成起来。
控制层（Control）：强调设备的控制。包括PLC、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等的控制。
从以上模型可以清楚地看到MES所处的位置，它在计划层与控制层间架起了桥梁，填补了两者之间的空白。
MES作为面向制造的系统必然要与企业其它生产管理系统有密切关系，MES在其中起到了信息集线器（Information Hub）的作用，它相当于一个通讯工具为其它应用系统提供生产现场的实时数据。
从图中可看出MES与其它分系统之间有功能重叠的关系，例如，MES，SSM，ERP中都有人力资源管理，MES和P/PE两者都具有文档控制功能，MES和SCM中也同样有调度管理等等。各系统重叠范围的大小与工厂的实际执行情况有关，但每个系统的价值又是唯一的。
2.3 MES的功能模块
MES本身也是各种生产管理的功能软件集合，MESA通过其各成员的实践归纳了十一个主要的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。MES 实际的产品可能是包含其中一个或几个功能模块。
2.4 MES的应用与发展现状
MES的发展源自制造工厂的内部需求，传统的MES就是从70年代零星的车间发展起来的，并逐步形成了一些专门从事MES开发的公司。传统的MES分为专用的MES和集成的MES。专用的MES是针对特定领域问题，如车间维护、生产调度等开发的单独应用系统。集成的MES则是针对特定行业如航空、装配、半导体等行业设计解决多个生产问题的软件。但由于集成的MES依赖特定的环境，系统模块化、开放性和可重构性差，缺乏柔性，难以适应敏捷制造环境的需求。故必须综合以上两种方案的优点寻求更好的解决办法。经过国内外学者和研究机构的探索，有人提出了可集成的MES概念，即每个程序既是一个专用解决方案，又可以集成为一套大的MES产品。可集成的MES一般采用基于CORBA规范分布式对象技术的NIIIP-SMART体系结构和基于COM／DCOM的面向制造业的Windows DNA，基于以上框架的MES具有开放性、模块化、分布式、可配置等特点。还有人提出了智能第二代MES（MESII）解决方案，其核心是通过更精确的过程状态跟踪和更完整的数据记录以获取更多的数据和更便利的手段来进行生产管理。我国对MES的研究起步较晚，目前主要停留在对MES内涵及有关单一技术（如工序调度）研究方面。
MES是近10年来在国际上迅速发展起来面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，它是实施企业敏捷制造战略、实现车间生产敏捷化的基本技术手段。美、日、欧等工业发达国家非常重视对MES技术的研究与系统开发，并形成了MES软件产业。从80年代后期至1994年，国际上MES市场销售以23％的比例递增，达到13亿美元，1995年MES市场迅速扩大，比上一年增长50％。另对整个北美MES市场的调查分析认为：MES市场在21世纪初将出现年增长率达到35％～40％的幅度。在我国实施的CIM战略中，车间自动化一直是一个薄弱环节，而实施MES则是提升车间自动化水平的有效途径，因此，MES在我国具有广阔的发展空间和应用前景。
3 航天制造车间管理现状与需求分析
航天制造业已打破原有的垄断格局，正面临着越来越激烈的竞争，要想在竞争中赢得用户、赢得市场、赢得未来，企业必须全面提高技术含量、质量保证和服务水平。为实现中国航天“铸造世界一流宇航公司”的发展目标，航天制造企业在巩固主业优势、着眼高端产品的同时，也在寻求新的突破，一面构筑航天产品主线、培育核心竞争能力，另一面响应“以信息化带动工业化”的战略决策，全面提高企业管理和信息化水平，增强市场的应变能力，迎接经济全球化、信息化的挑战。
作为航天制造企业的基础生产单元，航天制造车间多具有以下特点：以离散式生产为主、流程生产为辅、装配生产为重点，属于典型的机械制造型生产车间。为保证企业在未来的竞争中立于不败之地，许多企业开始大力推进企业ERP建设来加强管理。然而生产计划管理受市场的影响越来越大，企业的生产和任务分配仍按传统的方式运作，明显感觉计划跟不上变化，生产适应不了需要，经常导致车间生产任务失衡，不得不靠加班来改善生产能力。航天制造企业现有的技术基础结构和生产管理模式已不适应现代军工制造的要求，更不符合企业经营效益的原则，使企业管理向粗放型退化。因此，逐步改善和提高企业管理水平成了企业发展的当务之急。
提高企业车间管理水平是增强企业发展后劲的基础。然而，航天制造车间的现状却不能适应未来企业的发展要求。车间生产管理仍是传统的以派工单形式为主的生产管理和辅助的物料流管理模式，车间虽然有完善的管理制度，但实际应用过程中却存在很多不规范的地方。车间的管理仍是黑箱操作，无法满足反应敏捷的市场需求。车间的网络基础设施薄弱，整体性差，应用水平低。主要存在以下问题：
a．车间管理人员无法准确掌握在制品的数量及存贮位置。
b．车间管理处于黑箱操作，生产和管理状态不明晰，上级机关难于监管。
c．生产管理自动化水平较低，作业量的整体平衡性差，对设计更改和工艺更改反应迟缓，产品质量缺乏有效监控，品质不良率高。
d．车间的信息传递与反馈仍以人工为主，传递慢，反馈不及时，信息量损失大，而且易出差错。
e．车间领导习惯于传统的人工管理模式，对现代信息技术的发展和应用不熟悉，不钻研，满足于现状。
生产车间技术性强、精确度标准高、质量监控严、管理难度大，对提高整体产品的质量、效率和降低成本、缩短制造周期起举足轻重的作用。因此，对生产车间进行MES系统的应用研究，对提高车间管理水平，将黑箱作业透明化，找出影响产品品质、成本和效率的根本原因；对提高车间管理的实时性、准确性、敏捷性和生产效率；对航天制造企业信息化建设的深层次推进和先进管理技术的推广具有重要意义。
4 MES系统应用的可行性
4.1MES系统应用的管理基础
要想充分发挥MES系统的功能，企业就需要完善自身的管理体系。没有严格的管理约束机制，MES系统信息的及时维护就难以保证；没有先进的管理模式，MES整理出来的信息就不能得到有效利用，从而也不能产生效益。因此，信息技术可以成为提高企业管理水平的有效手段，但不会自动地解决企业的管理问题。要想成功实施MES，企业必须先在管理上下功夫。
航天制造企业通过推行6S管理，逐步改善了车间生产条件，为实施MES系统提供了良好的车间环境。近年来，随着整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全“6S”活动在航天制造企业的推广，通过对生产和工作环境的分析，把生产和工作需要的物品按照工艺的需要科学地确定位置。为生产者在较短时间内用较低的成本制造出高质量产品提供了良好的作业条件。
航天制造企业具有多年的实践经验，逐步形成了一套行之有效的组织机构和管理制度，为MES的实施提供了良好的基础和组织保证。企业实施MES系统，必须做到目标明确、分工合理、职责清楚、制度规范。如果用户自己都不明白要解决什么问题，也不清楚业务流程，就无法实施和应用MES。计算机并不能解决一切管理问题，企业的管理问题只有靠科学的组织、严格的规章及有效的控制来解决。计算机只是为MES实施提供了便利工具，它通过信息的获取与加工，一定的流程控制来支持企业管理思想的贯彻。MES归根结底是在信息技术、控制技术、计算机技术支撑下的管理系统。通过流程重组、合理分工、明确职责，航天制造企业在实施MES时，既能简化流程控制，又能够保证信息处理的及时性，为MES的实施提供了良好的基础和组织保证。
航天制造企业良好的创新理念和教育培训体制，为MES系统的实施提供了人力资源保证。航天制造企业良好的创新理念和教育培训体制不仅鼓励员工创新研讨，还不断对员工进行各类培训，提高员工的素质为MES系统的实施提供了良好的人员基础。MES系统实施，通常涉及到计算机人员、企业管理人员、车间现场操作人员和具体业务人员等方面。虽然各类人员的文化水平、业务能力、计算机应用水平参差不齐，但通过有计划的培训，各类人员会很快适应新的环境，提高整体技术水平，确保MES系统的最终实施和应用。
4.2 MES系统应用的技术条件
4.2.1 软件条件
在运行MES系统之前，需要对车间进行信息系统规划，并准备一系列基础数据，部分基础数据在运用系统之前往往没有或未明确规定的，故需要做大量分析研究工作。基础数据通常包括产品结构、物料（包括物料编码规则、零件、毛坯、在制品、刀具、工装、工具、量检具等）、工艺路线、加工工时、物料库存、设备与人员资源、各种例外代码与原因代码等信息。
目前，航天制造企业已经开始进行企业的信息资源规划，只需在对车间进行需求分析和系统建模时按照MES思想理论指导，对车间功能模块进行划分和分析，就可以为MES系统建立良好的基础框架。根据MES系统的十一个功能模块，结合航天制造企业车间生产现状，车间可细分为作业计划与调度、设备管理、工具管理、质量管理、现场数据采集、工艺管理、任务分配与生产监控、物料管理、人力资源管理9个系统功能。根据车间已有的系统功能基础，就可以方便地构建车间系统模型。
4.2.2 硬件条件
MES系统是在网络系统运行基础上的管理信息系统，故建设车间网络是必备条件。MES所需的网络，除了一般的局域网外，还涉及车间现场数据采集与控制网络。车间现场网络可采用多种形式，如工业以太网、现场总线、RS-485网络或RS-232网络等。具体的网络形式，是根据数据采集系统的要求来确定的。
现在的航天制造车间，多数已经组成了车间内部网，常应用于车间文件资料的传输和打印机的共享等。更有一些数控车间，已经实现了DNS的控制系统。根据MES系统应用要求，在现有网络基础上只需局部建设和稍加改造，就基本具备实施MES系统的硬件条件。
5 结论
综上所述，航天制造车间目前急需解决管理透明化和生产敏捷化问题。而MES系统是针对这些问题提出的一种先进管理理念，通过对生产现场的实时化管理，提高车间的应变能力和管理水平，解决目前航天制造车间生产管理中的诸多问题。通过MES系统在制造类企业中的应用可以看到，它能够带来很好的经济效益。MES的实施可以在企业信息资源规划的框架下，按照车间MES系统的模块设置，根据企业财力状况分阶段实现各功能模块，也可以进行补充开发和二次开发。航天制造企业的基础管理工作扎实，实施MES系统已经具备了较好的条件。
(审核编辑: 智汇小新)
