生産執行管理系統（MES）是企業CIMS資訊內建的紐帶，是實施企業靈活制造戰略和實作工廠中的房間生産靈活化的基本技術手段。本文介紹了MES生産管理系統的概念、功能模型，以及MES與ERP及現場自動化系統之間的關系，并且描述了MES系統的典型結構。
1、概 述
制造業是大陸國民經濟重要的支柱産業，在第二産業中占據中心地位。伴随中國加入WTO和經濟全球化，中國正在成為世界制造業的中心。中國的制造業企業面臨日益激烈的國内外競争，如何迅速提高企業的核心競争力，很重要的一點，就是以資訊化帶動工業化，加快資訊化程序，走新型工業化道路，實作全社會生産力的跨越式發展。 縱觀大陸制造業資訊化系統的應用現狀，建設的重點普遍放在ERP管理系統和現場自動化系統（Shop Floor Control System, SFC）兩個方面。但是，由于産品行銷在這一、二十年間從生産導向快速地演變成市場導向、競争導向，因而也對制造企業生産現場的管理群組織提出了挑戰，僅僅依靠ERP和現場自動化系統往往無法應付這新的局面。
工廠制造執行系統（Manufacturing Execution System, MES）恰好能填補這一空白。工廠制造執行系統MES是近10年來在國際上迅速發展、面向工廠中的房間層的生産管理技術與實時資訊系統。MES可以為使用者提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業環境，幫助企業減低成本、按期交貨、提高産品的品質和提高服務品質。适用于不同行業（家電、汽車、半導體、通訊、IT、醫藥），能夠對單一的大批量生産和既有多品種小批量生産又有大批量生産的混合型制造企業提供良好的企業資訊管理。目前國外知名企業應用MES系統已經成為普遍現象，國内許多企業也逐漸開始采用這項技術來增強自身的核心競争力。
2、企業計劃層與過程控制層之間的資訊“斷層”問題
大陸制造業多年來采用的傳統生産過程的特點是“由上而下”按計劃生産。簡單的說是從計劃層到生産控制層：企業根據訂單或市場等情況制定生産計劃—生産計劃到達生産現場—組織生産—産品派送。企業管理資訊化建設的重點也大都放在計劃層，以進行生産規劃管理及一般事務處理。如ERP就是“位”于企業上層計劃層，用于整合企業現有的生産資源，編制生産計劃。在下層的生産控制層，企業主要采用自動化生産裝置、自動化檢測儀器、自動化物流搬運儲存裝置等解決具體生産（制程）的生産瓶頸，實作生産現場的自動化控制。
由于市場環境的變化和現代生産管理理念的不斷更新，一個制造型企業能否良性營運，關鍵是使“計劃”與“生産”密切配合，企業和工廠中的房間管理人員可以在最短的時間内掌握生産現場的變化，作出準确的判斷和快速的應對措施，保證生産計劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現場自動化系統已經發展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系統的服務對象是企業管理的上層，一般對工廠中的房間層的管理流程不提供直接和詳細的支援。而現場自動化系統的功能主要在于現場裝置和工藝參數的監控，它可以向管理人員提供現場檢測和統計資料，但是本身并非真正意義上的管理系統。是以，ERP系統和現場自動化系統之間出現了管理資訊方面的“斷層”，對于使用者工廠中的房間層面的排程和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱。比如面對以下工廠中的房間管理的典型問題，它們就難以給出完善的解決手段：
· 出現使用者産品投訴的時候，能否根據産品号碼追溯這批産品的所有生産過程資訊？能否立即查明它的：原料供應商、操作機台、操作人員、經過的工序、生産時間日期和關鍵的工藝參數？
· 同一條生産線需要混合組裝多種型号産品的時候，能否自動校驗和操作提示以防止勞工部件裝配錯誤、産品生産流程錯誤、産品混裝和貨品交接錯誤？
· 過去12小時之内生産線上出現最多的5種産品缺陷是什麼？次品數量各是多少？
· 目前倉庫以及前工序、中工序、後工序線上的每種産品數量各是多少？要分别供應給哪些供應商？何時能夠及時交貨？
· 生産線和加工裝置有多少時間在生産，多少時間在停轉和空轉？影響裝置生産潛能的最主要原因是：裝置故障？排程失誤？材料供應不及時？勞工教育訓練不夠？還是工藝名額不合理？
· 能否對産品的品質檢測資料自動進行統計和分析，精确區分産品品質的随機波動與異常波動，将品質隐患消滅于萌芽之中？
· 能否廢除人工報表，自動統計每個過程的生産數量、合格率和缺陷代碼？
MES的定位，是處于計劃層和現場自動化系統之間的執行層，主要負責工廠中的房間生産管理和排程執行。一個設計良好的MES系統可以在統一平台上內建諸如生産排程、産品跟蹤、品質控制、裝置故障分析、網絡報表等管理功能，使用統一的資料庫和通過網絡聯接可以同時為生産部門、質檢部門、工藝部門、物流部門等提供工廠中的房間管理資訊服務。系統通過強調制造過程的整體優化來幫助企業實施完整的閉環生産，協助企業建立一體化和實時化的ERP/MES/SFC資訊體系。
3、制造執行系統MES及其功能
3．1 MES的定義
MES是美國管理界90年代提出的新概念。美國先進制造研究機構AMR(Advanced Manufacturing Research)通過對大量企業的調查發現現有的企業生産管理系統普遍由以ERP/MRPII為代表的企業管理軟體，以SCADA、HMI(Human Machine Inteface)為代表的生産過程監控軟體和以實作操作過程自動化，支援企業全面內建的MES軟體群組成。根據調查結果，AMR于1992年提出的三層的企業內建模型。
MESA International (MES國際聯合會)是以宣傳MES思想和産品為宗旨的貿易聯合會，它為了幫助其成員組織在企業界推廣MES制定了一系列研究、分析和開發計劃。MESA協會白皮書（MESA White Paper No.6，1997）對MES 系統作如下之定義：
· MES 系統在産品從工單發出到成品産出的過程中，扮演生産活動最佳化的資訊傳遞者。
· 當事件發生變異時，借着實時正确的資訊、生産執行系統規範、原始工作情況、資料反應及回饋，作出快速的響應以減少無附加價值之生産活動，提升工廠生産制程的效率。
· MES 改善生産條件及準時出貨、庫存周轉、生産毛利及現金流量效益，MES 并且也在企業與供應鍊之間提供一個雙向的生産資訊流。
MESA協會白皮書（MESA White Paper No.3，1997）中提出說明企業資源規劃（ERP）、MES與控制系統間的作業互動與資訊流模式
圖中左邊ERP等系統需随時注意産品庫存量、客戶訂單狀況與材料需求，然後将這些資訊傳送至MES，由執行系統進行生産或安排庫存以滿足客戶訂單需求。對MES而言，這一層就是生産的計劃層。
· 中間部分為MES 系統，負責完成産品制造工作，産品的規格、型号、參數等相關資料儲存于此系統中，MES将此産品相關資料轉化為作業程式提供給控制系統之作業人員或機器裝置來使用。
· 右邊部分為控制系統，當作業程式、相關流程、檔案及其它相關生産需求項目就緒，控制系統便運用所有工廠内相關資源（軟、硬體及人員）負責完成生産制造過程以達成産品生産目标。
3．2 MES的功能
由MES的定義可見，MES為一系列管理功能，而并非一套軟體系統，它完全可以是各種生産管理的功能軟體集合。MESA通過其各成員的實踐歸納了十一個主要的MES功能子產品，包括：
工序詳細排程
資源配置設定和狀态管理
生産單元配置設定
過程管理
人力資源管理
維護管理
品質管理
文檔控制
産品跟蹤和産品清單管理
性能分析和資料采集
MES的各功能模型與企業其它資訊化系統的關系如圖三所示。實際的MES産品可能同時包含了其中一個或幾個功能子產品。
4、MES的典型結構
由于MES在産品從工單發出到成品産出的整個過程中，扮演生産活動最佳化的“資訊傳遞者”的角色，MES必然要具有多種功能并且能夠同時為生産、質檢、工藝、物流等多個部門服務，這就決定了MES的結構設計必須滿足以下原則：
· MES應該是一個分布式的計算機系統
· MES系統能夠與企業的其他制造資訊系統相聯接，進而提供高效的企業管理功能
· “它以生産行為資訊為核心，為企業決策系統提供直接的支援” (MESA 1997)
由于工廠可能會從不同的軟體供應商購買适合自己的MES子產品，或将工廠中的房間現有的各種管理系統內建為MES功能的一部分，其結果導緻許多工廠的MES系統實際上是一個大雜燴。每個系統都有各自的處理邏輯，資料庫，資料模型和通信機制。又因為MES應用常常是要滿足關鍵任務的系統，這樣的系統就很難随技術的更新而進行更新。
一個基于統一軟硬體平台的MES系統往往采用工業PC/PLC/HMI等裝置作為工廠中的房間内各生産單元（生産區域）功能站的主要構件，通過對各個生産單元的資料收集和回報，組成覆寫全廠或者整個流水線的、滿足閉環生産管理需要的開放式以太網絡。采用MES資料庫伺服器作為系統核心，進行實時資料存取和比照，實作生産資訊的監視、控制和生産過程的管理。系統以大型關系型資料庫技術為設計基礎，便于大量實時資料的存儲、比對、運作，産生各類統計分析報表，并基于穩定的Web應用，提供标準的網際網絡的浏覽查詢和遠端資料索取。目前典型的MES結構模型。在企業内部，各功能站通過區域網路對MES 伺服器進行互動操作，同時其他各查詢終端也通過區域網路查詢MES 處理後提供的資料、報表和圖形。在企業外部，通過Internet 可以連接配接到MES，在設定的權限内對系統進行資訊釋出或讀取操作。公司内部管理、外部機構以及其它相關業務機關通過 MES 聯系形成了一個緊密的整體，做到實時資訊共享，使業務流程變得有序而高效。
5、MES與ERP
雖然ERP和MES在功能上具有非常良好的互補性，但是在企業資訊化建設過程中，它們之間未必需要互相依賴于對方而存在。在生産計劃管理、品質管理和物流管理等方面，MES和ERP系統的功能可以互相延伸和對接，共同建構更為完善的現代化企業資訊管理體系。當企業已經存在ERP系統時，可以将MES與ERP系統進行內建，以優化公司的資訊管理，更加有力地保證商業目标的實作。
MES與ERP系統內建的優點展現為：
· 進一步改進現有的操作流程，實作企業管理層和工廠中的房間管理層一體化标準運作，進而更加有效地縮短産品周期，提高勞動生産率。
· 進一步改造資訊技術基礎設施，實作公司内部資訊和資料的集中管理，從根本上減少資訊和資料内部流通的時間。
· 配合供應鍊管理(SCM)系統，減少供應鍊成本，增強對顧客需求的快速反應，優化客戶服務并提高公司的整體工作效率。
· 增加财務系統資料當日更新和管理報表即時統計的功能，實作當日結帳的目标。
· 以實時資料為依據的生成計劃更加正确及時地反映整個生産情況。
6、MES的前景
MES是面向工廠中的房間層的生産管理技術與實時資訊系統，它是實施企業靈活制造戰略，實作工廠中的房間生産靈活化的基本技術手段。由于MES強調控制和協調,使現代制造業資訊系統不僅有很好的計劃系統，而且能使計劃落實到實處的執行系統。是以短短幾年間MES在國外的企業中迅速推廣開來，并給企業帶來了巨大的經濟效益。
大陸企業實施以MRPII/ERP為主的企業管理軟體有将近20年的曆史，在業界，存在着為數龐大的ERP廠商和開發軍團，但這部分廠商隻有較少部分會向MES的方向發展，其原因是：MES與工業控制緊密結合，其研發和實施需要很強的工業自動化基礎和工業現場工程經驗，這是一道比較高的技術門檻，将很多ERP類型的IT廠商拒之門外。但我們也相信，随着行業和經濟規模的發展，會有相當部分的IT廠商與自動化廠商、制造型企業合并或緊密合作，在2-3年後，MES廠商可能會如雨後春筍般湧現，其技術和實施手段也必然将日趨成熟。