传统上，制造业分为两大类：流程型制造业和离散型制造业。从离散制造企业应用MRPⅡ／ERP情况看，整体管理基础薄弱，主要体现在管理所需的基础数据比较粗放，包括：产品数据、库存数据、材料定额数据、生产计划数据、加工工艺信息、工时定额、工序信息、成本核算信息等等，在目前的ERP应用中，虽然资源和计划管理是重要功能，但ERP系统管理不到基层生产活动中，如生产单元间的资源调配、计划执行、生产监督等，基础管理主要是依赖于人工实际经验进行。由此，ERP系统性能发挥主要是在企业宏观管理方面。20世纪90年代中期发展起来的企业制造执行系统(MES)，通过实时数据库，实现生产过程实时数据的采集和处理、作业计划与动态调度、细化到工序、班次、操作人员的生产管理、统计与分析等，与ERP产品实现一体化，也是离散型ERP管理的延伸。

　　制造执行系统在流程型制造业中已经有了应用，并取得了一定的效果；而在离散型制造业中仍处于研究阶段。迄今为止，还没有一个典型系统具有普遍指导意义和普遍应用意义，同时又缺少智能知识化生产管理环节，成为难点之一。

　　据此，本文研究设计了在离散型制造业中的MES典型应用系统模型，并渗入了智能化生产知识要素，优化生产过程和成功执行方案储备，使离散型制造业数字化与管理数字化紧密结合，从而推动离散制造企业制造执行系统的不断发展，它将具有很大应用价值。

　　1 离散型制造业特点和复杂度

　　离散型制造业和流程型制造业存在着很大差异。流程型制造业特点是一般采用配方的概念来进行描述，主要是采用对原材料进行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法；通常，它们以批量或连续的方式进行生产。而离散型制造业特点是一般用“树”的概念进行描述，主要是通过对原材料物理形状的改变、组装，成为产品；一般都包含零部件加工、零部件装配成产品；通常，它们以分散和不连续的方式进行生产，这就是差别的关键点。

　　相对流程型制造业，离散型制造业无论是从产品结构、工艺流程、生产方式等诸多方面都要复杂得多。传统的离散型产品生产，尤其是机械设备制造企业，生产规模都比较大，具有大而全的生产布局，将产品分为毛坯件生产、加工件生产、电器件生产、装配生产过程，造成了离散制造业繁杂的生产过程，而且每个离散制造业企业经营管理模式又不尽相同，因此，离散制造业应用MES系统比流程型制造业增加了复杂度。

　　同时，大型的离散制造企业都应用了MRPⅡ／ERP系统，但ERP系统弱点是联接不到底层生产单元内部的具体生产活动，出现了隔离带，限制了ERP系统性能的充分发挥。应用MES系统并智能化是打通这一瓶颈不可或缺的技术手段，并已得到学术界、工业界普遍的重视，它也正成为离散制造企业信息化的热点之一。

　　2 MES系统与ERP系统和PCS系统的关系

　　MES能在计划管理层ERP与生产控制层PCS之间架起了一座桥梁。一方面，MES可对来自MRPⅡ，ERP的生产管理信息进行细化、分解，形成操作指令传给底层；另一方面，MES可以通过PCS采集设备、仪表的状态数据和制造资源的实时动态管理，将制造系统与信息系统整合在一起，将生产状况及时地反馈给计划层，进行作业的动态调度，真正实现制造过程的闭环，形成以ERP／MES／PCS三层为核心的企业信息集成(如图1)。企业制造执行系统的建设是企业信息化发展的关键环节，是企业从工艺控制、制造过程控制，向信息化与全面综合自动化发展的必然之路。现在，制造业信息化系统已从初级的MIS发展到以生产控制、调度、优化、营销、经营、决策等为一体的企业综合自动化系统。

　　图1 ERPIMES／PCS三层关系示意图

　　企业的框架结构由经营层ERP系统、生产层MES系统、控制层PCS系统组成。MES作为执行机构，从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化，实时地将生产过程信息反馈给上层系统；其时间维度主要在生产车间的班组级和生产执行部门。

　　3 MES系统模型设计

　　3.1 MES系统的模块划分

　　主要包括生产作业计划排程、生产调度、设备工装管理、质量管理、物料跟踪、工艺管理、数据管理、能耗管理、库存管理、人力资源管理、数据分析、数据采集等主要功能模块，并增加了智能知识化生产管理模块；同时，还配备了物流子系统、能源子系统、办公自动化子系统、检验子系统等辅助模块。

　　3.2 MES，ERP和PCS三层的数据传输

　　三层网络结构设计：在底层过程系统(PCS，DCS等)实时网络与实时数据库之间建立数据传输通道，在实时数据库与上层ERP、中间层制造执行系统(MES)网络之间基于信息网应用实时数据库SDK开发工具或OLEDB提供的开放数据库访问接口，建立数据传输通道。这样，既保证网络管理、现场控制、信息传输各部分的安全独立机制，又能够提供安全可靠的隔离。

　　3.3 MES系统模块设计结构图

　　本文设计了MES系统模块结构(见图2)。

　　图2 MES系统模块设计结构示意图

　　4 MES系统模块功能描述

　　4.1为应用MES系统构件基础网络

　　首先构建离散型企业内部局域网及车间现场的工控网络、视频监控网络，建设好基础网络对于应用MES系统至关重要。

　　4.2 MES系统管控生产执行过程的功能

　　它的功能是以日、小时、分钟为单位平衡整体生产能力，对产品的制造过程进行跟踪。MES层的作业计划排程系统基于企业内的详细状况，对产品的交货期、生产工艺限制、生产顺序优化等进行综合考虑并智能知识化渗入，制定生产作业计划，进行动态生产调度。

　　在内部网络的基础上，把销售部门的定单通过制造执行系统制定出规范、合理、科学的计划排程，并下发到车间现场的各工段、工序；管理部门配备相应的人力、物料、设备、工装制定详细的工艺要求、质量要求等；物流部门从仓库领料进行配送；现场执行部门严格按照系统指示的生产、工艺、质量等要求进行有序生产，在工位本身通过设备自动采集或其他采集器把生产、设备、物料、质量等数据信息及时采集到系统中；管理部门可以通过制造执行系统实时跟踪和掌控生产现场状态，包括生产订单状态、设备状态、物料(包括材料和在制品)状态、质量、产量、库存等，及时发现问题、采用“智能知识管理工具软件”进行分析、调整、改善和管控智能化；同时利用企业数据仓库系统可以追溯产品生产的全部过程，方便查找问题和改进；高级管理人员利用系统的关键绩效指数KPI，随时掌控实际生产运作信息，做出更加准确的决策。

　　这样有利于提升产品交货能力，优化生产计划，改进并提升生产执行能力，优化产品工艺流程，改善产品工艺制造水平，提高产品的质量和与过程相关的人、财、物的管理水平，进而全面提升企业的生产制造能力，提高产品质量和客户服务能力，最终提高生产效率。

　　4.3 智能知识化生产管理的渗入机制

　　在MES系统中，重点研究设计了“智能知识化生产管理模块”，将智能知识渗入到生产管理中，这也是本文的特色。

　　(1)智能知识化生产管理定义

　　智能知识化生产管理，主要是通过企业生产管理广泛内涵的综合分析和关键绩效指标分析，以及企业设备诊断、产品生命周期和企业数据仓库进行数据挖掘、数据集成和数据建模，反映企业的管理瓶颈、生产趋势、运行效率等重要指标，为企业管理人员实时、动态、准确掌握企业生产运行状态，敏捷、精确、及时、有效地做出合理决策，从而优化生产运行效率。同时，对这些分析和决策所带来的效益矢量(正或负)进行储存和记忆，对正向效益矢量进行基础储备，集合到“案例数据库”中进行智能知识化积累、分类和数据挖掘，对系统数据模型能够检测出奇异点并进行恢复、修正和优化，以备再次对新的生产状态下的生产执行方案进行分析、选择、决策。此项技术是一项正在发展中的技术，其独特设计致力于生产管理并最终根本改进制造生产过程的每一个环节和指导优化生产过程。

　　(2)智能知识化生产管理运作机制

　　本文设计了一个能够使生产流程和业务流程数据集成的智能化标准平台(如图3)。它能对ERP、MES和PCS三层之间的大量生产过程数据信息，包括以上定义中的集成数据信息，进行采集、存储、汇总、数据挖掘、智能储存和智能处理；同时，能够定义和分析关键绩效指标(KPI)，并将它们与企业资源、生产步骤或生产单元关联起来，再基于某生产事件来触发KPI的优化计算，并将这些可靠的、优化的信息集成后进行数据建模，实现生产作业和操作流程的标准化和敏捷化；然后，传递给更高一级的“智能知识管理工具软件”分析，通过智能化算法可以得到一组详尽、优化、智能解决方案。它致力于快速改善生产管理方式并最终根本改进制造生产过程的每一个环节，帮助生产管理各级层次的关键点更有效地履行关键的管理职能，最大程度地提高质量和效率。

　　图3 生产管理智能数据处理示意图

　　“智能知识管理工具软件”应用程序，它包含了对生产管理广泛功能的数据集成进行智能化处理，用以表现生产生命周期的各个关键方面——从控制车间的生产过程到分析和共享数据以管理整个组织的设备资产，挖掘成功生产案例并储备、驻留到“案例数据库”中，实现数据挖掘功能。最终，通过显现优化生产过程的指导性能，使企业降低成本、提高生产率和改进产品质量成为可能。

　　5 结束语

　　通过对离散型制造业MES系统模型设计，并渗入智能要素，将ERP系统和PCS系统连接起来，形成完整的企业信息化自动控制系统。MES的实施也受着诸多因素的影响，如：要适应企业持续不断地改善生产管理模式和不断变换运营方式；离散型企业的单件小批量和复杂大批量生产存在一些差别；企业决策者要求的企业实时信息标准和其做出精确、有效的决策的不同；企业信息化程度和企业员工的知识水平以及驾驭岗位能力也有所不同，这些特殊情况仍然需要根据企业各自特点进行综合分析。

　　MES系统的建构还需要进一步考虑低投入成本，快速开发，易于配置、维护和使用，使更多的企业能切实感受到减少成本，增加效益，达到提高企业核心竞争力的要求。

　　未来MES将朝着综合集成化、面向绿色化、软硬件一体化、系统可重构化、支持制造过程实时化、系统智能化、支持制造过程同步化、系统标准化的方向发展。

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