论文精选| 制造执行系统的研究现状和发展趋势

制造执行系统是企业信息化发展的重要组成部分，尽管企业信息化有了很大的发展，尤其是在系统设计方面取得了显著的发展，但是在厂矿企业的信息集成实践过程中，仍然存在信息孤岛和信息断层的问题。产生这些问题的主要原因是生产管理业务系统和生产控制系统的分离。在这种情况下，作为面向企业生产层的信息系统-制造执行系统（Manufacturing execution system MES）应运而生。

欢迎同行学者参考引用该文献，并将引用情况回复微信互动，谢谢！

王晋.制造执行系统的研究现状和发展趋势［J］.兵器装备工程学报，2016(2):92-96.
WANG Jin.Research Status and Developing Trend on Manufacturing Execution System［J］.Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(2):92-96.

以下文字摘编自《兵器装备工程学报》2016年2期

《制造执行系统的研究现状和发展趋势》

本文作者：王晋

作者单位：西安航空学院

本文对MES的产生以及发展历程进行了概述，对MES的应用现状进行了分析，最后给出了MES的发展趋势。

1

制造执行系统概述

1.1制造执行系统的涵义

在以往的企业上层管理系统与底层控制系统信息的交互过程中，由于车间中异常事件的产生，在生产计划过程中不能有效地掌握车间中生产资源的实时状态，使得在生产过程中得到的作业计划不可行；上层的管理人员和底层的操作人员不能实时地确定产品的信息，对产品的库存不能有效的控制；用户更无法知道订单的执行状态。鉴于此，1990年11月美国咨询调查公司AMR(Advanced Manufacturing Research)提出制造执行系统(Manufacturing Execution System, MES)的概念[1]。MES是面向车间层的管理技术与实时信息系统，可使车间上层计划管理系统和底层控制系统之间的信息孤岛有效联系起来，从而弥补计划层和控制层之间的空隙，保证信息流在企业中的连续性。

目前为止，人们对MES还没有统一的定义，具有代表性的是MES国际联合会(MESA)的定义:“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。当车间发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对他们进行指导处理。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，有效地指导车间的生产运作过程，从而使其既能够提高车间及时交货能力，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信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”[2]。

1.2 制造执行系统的功能定位

在企业生产管理过程中，一般可抽象成三个层次：计划层、执行层和控制层。计划层按照客户订单、库存和市场预测的情况，安排生产和物料组织。执行层按照计划层下达的生产计划、物料以及控制层的情况，制订车间作业计划，安排控制层的加工任务；当生产计划变更、机器发生故障、出现产品加工质量等问题时，执行层对作业计划进行调整，以保证生产过程正常进行。执行层处于企业计划层与控制层之间，含有大量的信息传递、交互与处理过程。企业信息化三层结构模型如图1所示。

图1 三层企业模型

在企业信息化三层结构模型中，MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，实现两者之间的无缝连接。通过MES把生产计划与车间作业现场控制联系起来，解决了上层生产计划管理与底层生产过程之间脱节的问题，使企业生产计划的执行过程实现了透明化，为企业快速响应市场奠定了基础。

2

MES发展历程

MES的研究和应用发展大致经历了四个发展阶段，如图2所示。

图2 MES的发展历程

（1）专用的MES(Point MES)

专用MES系统是在20世纪70年代发展起来的，它是为了解决某个特定领域的问题，如设备状态监控系统、质量管理系统、生产进度跟踪和生产统计等而开发的单独应用系统。其优点是能够为某一特定环境提供较好的性能，实施的周期短、资金投入少，但其集成能力很差，不同功能的MES间集成很困难。

（2）集成的MES(Integrated MES)

集成的MES是把单一的MES有机集成在一起的功能更强大的MES系统。集成的MES始于20世纪80年代，主要集成生产现场信息系统和MRPII，例如生产进度跟踪信息系统、质量信息系统、绩效信息和设备信息系统等。集成的MES能够使上层事务处理和下层实时控制系统集成在一起，但难于与其他应用系统集成。20世纪90年代以来，国内外很多学者对集成的MES进行了研究。如Choi[4]研究了MES系统，专门用于冲压模具的制造；Scott[5]总结了集成的MES的框架；SEMATECH[6]、Pickett[7]、台湾成功大郑芳田教授[8]等研究了半导体制造行业的MES，并对其进行了分析和试验。集成的MES具有很多优点，如单一的逻辑数据库、数据模型的统一和系统内部集成性等优点，但它需要特定的车间环境，具有柔性差，缺乏通用性等缺点。

（3）可集成的MES（Integratable MES, I-MES）

20世纪90年代中期，美国AMRC研究小组通过分析信息技术的发展和MES的应用前景提出了可集成的MES（Integratable MES, I-MES）[9]，它将专用的MES和集成的MES融合在一起，采用可重用、可重构组件及模块化技术来开发具有柔性和适应性的MES系统[10]。可集成的MES可将部分功能作为可重用组件单独销售，起到专用MES作用；又能实现上下两层的集成，起到集成MES的作用。

（4）智能化的MES

智能化的MES是指利用人工智能(Artificial Intelligence, AI)和分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligence, DAI)来构造具有分布式、协同性和自治性的智能制造执行系统。人工智能中的遗传算法、神经网络算法和专家系统等先进技术已经在智能制造系统中取得了不少的应用。如1985年Fox[11]使用约束推理的方法研究了针对车间管理和调度的专家系统；孙志峻[12]对人工智能技术在智能MES中的应用做了综述。1997年MESA在白皮书[13]中公布了NIIIP提出的基于Agent的分布式对象和信息交换模型，为智能制造执行系统的发展指明了方向。

随着自动化技术和计算机技术的发展，智能化第二代MES解决方案的概念被相关学者提出，其主要目标是通过更加合理、更加精确和更加完整的加工过程状态跟踪和数据记录，保证车间管理的高效进行，它通过分布在资源设备中的传感器来确保车间的自动化。

3

MES的发展趋势

（1）实时性

理论上说，一个MES系统必须能够及时地处理车间中大量的实时数据，以能够控制复杂生产过程。它不仅仅需要获取这些数据，更要能够分析这些数据。当车间中发生异常事件时，MES系统要在短时间内做出回应。新一代MES应有更精确的过程状态跟踪能力，可实时获取更多的数据以及更准确、更及时、更方便地进行生产过程与控制，并具有多源信息融合及复杂信息处理与快速决策能力。

（2）智能性

现有的MES大多只提供一个替代管理方式的系统平台，通过大量的人工干预来控制生产过程。但MES中所涉及的信息以及决策过程非常复杂，以现有的方式难以保证生产过程的高效和优化。伴随着人工智能的发展，MES将具有人工智能决策功能，能够根据实时数据进行及时的智能辅助决策。

（3）集成性

新型MES系统的集成范围更广，覆盖整个企业业务流程。通过建立物流、质量、设备状态的统一工厂数据模型，真正实现MES软件系统的开放、可配置、易维护。

（4）MES与新兴科学联系

目前对MES的研究取得了不少发展，在理论研究和具体实施方面也取得不少成绩。但是近些年来，伴随着云制造、物联制造、制造业服务化、网络化以及近期德国工业4.0等概念的提出和应用，MES已经不是以往在单一车间中的执行系统。在各种新兴概念环境下， MES研究的深度和广度会得到更大的发展。

4

结语

制造执行系统在企业生产管理中起着承上启下的作用，它在ERP系统产生的生产计划指导下，收集底层控制系统的实时数据，安排生产的计划调度、监控、资源调配和生产过程优化工作。通过了解MES的发展现状，把握它的发展趋势，对于在我国研究MES的工作具有深刻而广泛的理论价值和应用价值。

小编学非该专业，内容以原文为准。