【牛工厂】制造业信息化 MES是关键MES应用全球展望

    IDC的研究报告显示，全球财富500强企业中，信息技术投资超过生产设备投资的企业达65%，而企业网络投资的回报率则高达10倍以上。由于信息技术广泛的渗透性和关联带动作用，使得信息化成为技术创新的关键环节，信息技术已成为企业竞争力的关键因素之一。

    从简单的低质廉价品到精密的可与其他制造强国匹敌的优质产品，短短十几年间，“中国制造”让世界刮目相看。作为世界第四大生产国，我国已经有上百种产品产量为“世界第一”。

    由强到大 问题还很多

    尽管中国制造业令世界瞩目，已是不争的事实，但我们必须清醒地认识到，中国目前只是制造大国，并非制造强国。中国工程院朱高峰院士不久前曾指出，我国制造业在快速发展中存在不少问题:

    1.制造业总体规模小，仅相当于美国的1/5，日本的1/4; 2.制造业的人均劳动生产率远远落后于发达国家;3.技术创新能力十分薄弱，有自主知识产权的产品少;4.低水平生产能力过剩，管理水平低等等。

    盘点中国制造业的不足，装备水平和管理水平是主要问题。以最能体现制造业装备水平的数控机床为例，我国数控机床拥有量仅占机床总量的5%，远低于发达国家50%的水平，甚至低于世界7%的平均水平;而且，昂贵的进口数控机床利用率较低。重要原因是企业普遍“重硬轻软”——重视买机床，轻视买软件。据日本某公司调查，由于没有开发或应用各种应用软件，数控机床利用率只有25%。同时，多数企业尚处于经验型管理阶段。先进国家制造企业已经普遍采用精益生产(LP)，在我国只有个别企业在应用，而且还基本上都是有外资参股的企业。因而，导致生产周期、资金周转期、在制品和库存占用资金率等，为国外先进企业的数倍。此外，据有关部门对重点企业信息化建设状况的调查，目前，我国企业信息化整体水平较低。虽然有约80%的企业建立了OA系统，70%接入互联网，50%建立了内部局域网，但上述投资只占企业总资产的0.3%，而发达国家则占到8%。

    三层结构组成制造业信息化

    上个世纪90年代初期，美国先进制造研究机构(AMR)通过对大量企业的调查发现，完善的企业生产管理系统，普遍由以下三种软件构成:以ERP、MRPⅡ为代表的企业管理软件，以SCADA(数据采集与监视)、HMI(Human Machine Interface)为代表的生产过程监控软件，以及实现操作过程自动化、支持企业全面集成的MES软件。根据调查结果，AMR于1992年提出了三层的企业集成模型。

    1. 计划层。也是决策层使用的管理工具，主要应用系统是ERP、CRM、SCM、BPM(企业绩效管理)等。

    2. 执行层。企业中层使用的工具MES(制造执行系统)，制造执行系统MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁。

    3. 控制层。一线操作人员使用的，以SCADA(数据采集与监视)、HMI(Human Machine Interface)为代表的生产过程监控软件。

    据美国MESA在1996年的调查统计结果，在采用以ERP/MES/PCS三层结构为基础的MES技术后，效果显著，主要指标为:生产周期缩短35%;数据输入时间缩短36%;在制品减少32%;文书工作减少67%;交货期缩短22%;不合格产品降低22%;文书丢失减少55%。

    MES的市场到底有多大？ARC在2005年底的研究显示，2006年流程行业全球MES市场规模预计为15亿美元，复合平均增长率为11.8％，到2010年为25亿美元。那么，推动MES市场迅速发展的动力又是什么呢？

    三大命题的新要求

    众所周知，制造业一直追求的三大境界是最短的市场响应时间、最高的产品质量以及最低的生产成本。随着环境的变化，企业追求这三者的方法和所面临的挑战也随之改变。管理的扁平化是对企业的一个内在要求，管理学大师彼得·德鲁克所说的一个人管7个人的时代已经过去了，现在是一个人管17个人甚至70个人的时代，这用IT方法就能做到。当然，一些可视化要求、法规要求也都是对这三大命题的新挑战。

    ARC去年做了一项企业调查，其中受访企业中34％来自流程行业，24％来自离散行业，37％来自混合型行业，又以北美公司居多，少部分是欧洲公司，亚太企业很少。在问及企业使用MES的经验和年限时，23％的受访企业表示2006年要开始上MES，40％表示有1年～5年的应用经验，而令人兴奋的是，40％表示已经有5年以上的应用经验。

    在回答推动企业应用MES的根本动力时，74％的受访企业表示，业务管理层对生产过程的透明度和可视性要求是第一动因，69％认为提高产品质量是第二动因。

    MES有三大类功能，即计划层功能、生产操作层功能和信息传递功能。在生产操作层上，被使用最多的功能依次为供需排层、库存管理和电子工单管理。从信息层角度而言，工单和批次的状态值、KPI实时显示、追溯功能和绩效分析是使用最多的四大功能。

    然而，推动上述功能应用的根本原因还是企业正在推进的改善企业管理的三大方法论，包括精益制造和TPS、六个西格玛和TQM。这些企业管理理念和管理方法，推动了企业对MES的应用需求。

    四大市场 需求各异

    当然，各个国家和地区对MES需求也不尽相同。在全球第一大MES市场即北美市场，企业面临的第一大现实就是工厂向外迁移，此外还要面对来自其他国家的直接竞争以及二战后生育高峰的人口老化所导致的现有技术的大量流失等问题。

    越来越苛刻的法规限制以及石油等原材料价格的飞涨，也迫使现有的北美制造企业必须把注意力放在现有工厂的绩效上，必须提高运营的水平和作业成品率，这样才能获得更大利润。而且，以往基于产能和价格竞争的生产模式，现在也转为基于订单和业务需求的模式，因此，必须有更高质量的产品、对客户化要求有更好的反应以及更严格的交货期要求。

    这些对应于MES的要求，就是对订单的可视性以及对整个工厂运作的凝结性提出更高要求。在北美，企业把这个要求解读为需要对ERP和MES做高度集成。要求使用MES采集、归纳多种数据来源，并为系统的用户提供一目了然的可视能力，以及比ERP更多的KPI实时跟踪，以此达到企业层上的管理扁平化。这也就意味着，企业把决策权下放到工厂车间层面，而不是以往的车间层面以上或是整个企业计划部门。

    在北美，医疗设备、国防、航天是典型的离散行业，其MES要求来源于FDA等部门，要求企业能提供非常详尽的生产过程报告。对于汽车行业，另外一个特殊原因就是控制保修和招回成本。比如一个零部件是由多个厂商提供，但是有时出问题只是一个厂商的产品，那要招回同一号码的零部件还是仅仅产生问题的一个厂商的部件？后者意味着能节约更多成本。
   
    ARC认为在欧洲市场上，MES本身功能上的需求部分拉动了欧洲市场的需求，比如整体设备效率、停机管理、低成本的计划排程管理等。另一个推动力则是SAP宣布NetWare对管理层和工厂层标准化互操作的支持，这个技术上的突破使得MES的潜在功能以及直接效益可以大大发挥出来。

    在日本市场，MES如果不支持日本的管理模式是无法应用。从市场角度看，日本目前还是以自主开发为主，这可能是因为日本企业的管理理念非常成熟，没有软件可以天生的符合它。因此，日本市场上套装软件非常有限。

    中国市场与日本有点类似，也是自主开发占主流，套装软件非常有限，半套装软件在一定行业有很强的立足点。中国工业化历史并不长，有很多东西还很欠缺，这也正是实施MES的最主要因素。这些欠缺包括管理基本数据、管理流程以及人员水平。此外，一个更大障碍则是新工作方法对既得状态的挑战和人们对此的恐惧，这也使得中国市场比其他地区要发展得慢一些。

    但是，大家的一致看法是中国是世界的制造中心，大量外资涌入，每天都在发生企业合并，大型国有企业正在改制。这样的发展速度，让大家相信未来5～10年中，中国很快就会与全球水平平行。鉴于这样一个大趋势，制造企业要么积极要么消极对待，前者当然比较有竞争能力，也比较有挑战性。

    ARC认为，在中国应用MES，最重要的是数据；实施固然很重要，但这不是书面上的方法论，而是选择一个正确合适的实施公司；软件只能说是蛮重要。从这三个方面去做，否则就会造成电视台数量远远超过节目数量的尴尬状况。

    坚持不懈的信息化建设工作，使卷烟企业已经初步建立起了以企业资源计划（MRPⅡ/ERP）系统为核心的企业管理信息系统，提高了企业的管理水平，同时也对信息化工作提出了更高的要求。由于上层生产计划管理受市场影响越来越大，明显感到计划跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求，面对更多产品的改型，订单的不断调整，企业决策者认识到，计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态，而不能完全以物料和库存回报来控制生产。而企业资源计划（MRPⅡ/ERP）系统主要是针对资源计划，这些系统通常能处理昨天以前发生的事情（作历史分析），亦可预计并处理明天将要发生的事件，但对今天正在发生的事件却往往留下了不规范的缺口。找出任何影响产品质量和成本的问题，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题。
                            　　
    制造执行系统（MES）恰好能填补这一空白。MES是处于计划层和车间层操作控制系统SFC之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。改善生产组织、缩短生产周期、减少在制品数量、减少生产提前期，提高产品的质量和降低人力资源消耗。
   
    1、制造执行系统（MES）概述
   
    ＭＥＳ按其发展可分为二个阶段：传统的MES（ＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌＭＥＳ，Ｔ-ＭＥＳ）和可集成ＭＥＳ(ＩｎｔｅｇｒａｔａｂｌｅＭＥＳ，Ｉ-ＭＥＳ)。由于Ｔ-ＭＥＳ系统是基于预先设定的程式进行系统开发的，因此，存在以下一些不足之处：
                            　　
    (1)开发此类系统成本高、效率低，并隐含着较大的风险，如过程有微小变化，就可能导致系统不能正常运转，系统的稳定性差。
                            　　
    (2)通用性差。目前市场上的制造执行系统由于没有一定的技术规范指导，因而使得系统的开发周期长、投资大，限制了系统中的对象交互。
                            　　
    (3)可集成性弱。目前，某些具有集成功能的ＭＥＳ，虽能实现与上层事务处理和下层控制系统的集成，但也仅仅局限于某个特定的系统或功能，使得ＭＥＳ系统能力大打折扣。
                            　　
    (4)缺乏互操作性。互操作性是系统敏捷性的一个重要标志。企业采用的数据库、操作系统是异构的，在分布式生产环境下，需要从不同的ＭＥＳ系统中裁剪不同的功能，以满足某个特定任务的需要，实现互操作。目前市场上的传统制造执行系统基本上没有此类功能。
                            　　
    为了解决传统制造执行系统存在的问题，出现了可集成MES，可集成ＭＥＳ结构分为以下三个层次：领域层(ｄｏｍａｉｎ-ｓｐｅｃｉｆｉｃｌａｙｅｒ)、对象层(ｏｂｊｅｃｔｌａｙｅｒ)和基础架构层(ｌｏｗ-ｌｅｖｅｌｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌａｙｅｒ)。三层之间相对独立，从而为可集成的ＭＥＳ的实现提供了技术保证。它将模块化应用组件技术应用到ＭＥＳ的系统开发中，是两类Ｔ-ＭＥＳ系统的结合。从表现形式上看，具有专用的ＭＥＳ系统的特点，即Ｉ-ＭＥＳ中的部分功能作为可重用组件单独销售；同时，又具有集成的ＭＥＳ的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，Ｉ-ＭＥＳ还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和遗产系统的保护，以及即插即用等功能。
                            　　
    尽管ＭＥＳ软件的研究和开发取得了明显的进展，但在技术规范性和成熟程度方面还有较大的差距。如何解决ＭＥＳ软件的行业适应性问题，一直没能得到很好地解决，从而阻碍了ＭＥＳ软件产品市场的形成。软构件技术的发展，为ＭＥＳ软件产品化带来了新的契机，可集成ＭＥＳ软件成为发展方向。
   
    2、烟草企业制造执行系统（MES）在信息化中的定位和功能结构
   
    2.1 制造执行系统（MES）在信息化中的定位
    我们宁波卷烟厂在不断技术创新的同时，潜心研究探索烟草企业管理发展的方向，努力把国际先进的管理思想与中国烟草企业的实际有效地结合起来，认为MES作为面向制造的系统必然要与企业其它系统有密切关系，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控制层的实时数据。在烟草企业中，MES与其他系统的接口如图1所示。