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制造执行系统及其相关技术分析制造执行系统（MES）是制造业中关键的一环，它是一个用于监控和管理制造流程的系统。
MES系统可以帮助企业实现产能管理，质量管理，数据采集和分析等。
本文将对制造执行系统及其相关技术进行分析，探讨其在制造业中的重要性和应用。
一、制造执行系统的概念制造执行系统是一种用于管理和监控生产流程的计算机系统。
它可以捕获实时数据，并提供关于生产活动的详细信息，包括机器状态，工艺参数，生产计划等。
制造执行系统的主要功能包括生产进度跟踪，工作指导，质量管理，原材料管理，设备管理等。
通过制造执行系统，企业可以更好地掌控生产过程，提高生产效率，减少生产成本，提高产品质量，并更好地满足市场需求。
制造执行系统在制造业中起着重要的作用，它可以被应用于各种类型的制造过程，包括离散制造，连续制造，组装制造等。
制造执行系统可以帮助企业管理生产流程，提高生产效率，降低生产成本，增强竞争力。
在离散制造中，制造执行系统可以帮助企业管理生产订单，跟踪生产进度，监控设备状态，提高设备利用率，并优化生产计划。
在连续制造中，制造执行系统可以帮助企业实现生产过程的自动化和优化，并提高产品质量和一致性。
在组装制造中，制造执行系统可以帮助企业实现自动化流水线的控制和监控，提高生产效率，减少人力成本。
制造执行系统的应用范围非常广泛，几乎涵盖了所有类型的制造过程，它可以帮助企业实现生产流程的数字化和智能化。
制造执行系统的关键技术包括数据采集与传输技术，生产过程控制技术，生产计划与调度技术，质量管理技术等。
数据采集与传输技术是制造执行系统的基础技术，它可以帮助企业实现对生产过程的实时监控和数据采集。
生产过程控制技术是制造执行系统的关键技术之一，它可以帮助企业实现对生产过程的自动化和优化。
生产计划与调度技术是制造执行系统的关键技术之一，它可以帮助企业实现对生产计划的优化和调度。
质量管理技术是制造执行系统的关键技术之一，它可以帮助企业实现对产品质量的管理和控制。
第四讲制造执行系统主讲人：长安大学工程机械学院蔡宗琰教授联系电话：（029）82338269，（029）85251906，E-mail:1.制造执行系统的内涵制造执行系统（Manufacturing Execution System）是由美国先进制造研究机构（Advanced Manufacturing Research Inc, AMR）于20世纪90年代初提出的，旨在加强制造资源计划（Manufacturing Resources Planning, MRPII）的执行功能，解决上层生产计划管理和底层生产过程之间脱节的矛盾，实现企业信息流的连续性。
制造执行系统的应用实践表明，制造执行系统不仅能够提高计划的实时性和灵活性，而且能够改善车间的生产绩效。
因此制造执行系统的理念获得制造业界和软件业界的广泛接受。
正是在这种背景下，国际制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association, MESA International）于1992年应运而生，并迅速得到国际著名软件供应商和制造业界的积极响应。
国际制造执行系统协会的成立，标志着制造执行系统软件产业正式形成。
对制造执行系统，目前还没有一个公认的定义。
MESA International和AMR 分别给出制造执行系统的定义，但目前比较受工业界和学术界认同的是MESA的定义。
即制造执行系统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，制造执行系统能对此及时做出反应、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制造执行系统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。
制造执行系统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。
制造执行系统及其相关技术分析制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）是一种用于管理和监控制造过程的信息化系统。
它可以与企业资源计划（ERP）系统和设备控制系统（DCS）等其他系统进行集成，帮助企业有效地实现生产调度、生产过程控制、质量管理、库存管理和数据分析等功能。
本文将分析制造执行系统及其相关技术。
制造执行系统主要包括以下几个模块：1. 生产调度模块：根据订单需求和资源状况，制定合理的生产计划。
2. 生产过程控制模块：通过与设备控制系统（DCS）集成，实现对生产过程的自动化控制。
3. 质量管理模块：监控生产过程中的质量数据，进行实时检测和分析，保证产品质量。
4. 库存管理模块：跟踪原材料、半成品和成品的库存情况，实现有效的库存管理。
5. 数据分析模块：收集生产数据，进行统计和分析，提供决策支持。
制造执行系统的关键技术包括以下几个方面：1. 数据采集与传输技术：通过传感器、物联网等技术手段，实现对生产数据的实时采集和传输。
2. 数据存储与管理技术：将采集到的数据进行存储和管理，提供数据的长期保存和快速检索。
3. 数据分析与挖掘技术：利用数据分析和挖掘技术，对生产数据进行统计和分析，提供决策支持。
4. 自动化控制技术：通过与设备控制系统集成，实现对生产过程的自动化控制。
5. 可视化技术：通过可视化界面，直观展示生产过程的状态和数据，帮助决策者实时了解生产情况。
6. 通信与集成技术：与企业资源计划（ERP）系统、设备控制系统（DCS）等其他系统进行集成，实现数据的共享和协同。
7. 安全与隐私保护技术：通过加密、身份认证等技术手段，确保制造执行系统的安全和隐私。
制造执行系统的优势在于：1. 提高生产效率：通过优化生产计划和控制生产过程，提高生产效率，减少生产成本。
2. 提升产品质量：通过实时监控和质量分析，及时发现并解决生产过程中的问题，提升产品质量。
3. 降低库存成本：通过精细的库存管理，降低库存成本，提高资金利用率。
制造执行系统（MES）是一种能够帮助制造企业有效管理生产过程的信息系统。
它的功能作用和业务流程是非常广泛和深度的，下面我将从不同的角度来为你详细介绍。
制造执行系统的功能作用主要包括生产计划管理、生产过程管理、生产数据采集、质量管理、设备管理、库存管理和人员管理等方面。
这些功能作用的实现，需要MES系统和企业其他信息系统的协同作用，以及与生产现场设备的实时连接和数据采集。
在实际的生产过程中，MES系统的作用可以体现在以下几个方面：一是提供生产计划的制定和调度，包括对订单的排程和生产资源的分配等内容；二是对生产现场的作业指导和执行，可以通过MES系统对操作人员进行作业指导和监控，确保生产过程的顺利进行；三是对生产过程数据的采集和分析，可以对生产过程中的关键指标进行实时监控和分析，进而及时调整生产过程，保证生产效率和产品质量；四是对产品质量的管理，可以对生产过程中的关键质量控制点进行监控和管理，确保产品质量符合标准要求；五是对设备状态的监控和维护，可以通过MES系统对生产设备的状态进行监控和维护，提高设备的利用率和降低故障率；六是对库存管理和仓储管理，可以通过MES系统对原材料和成品的库存进行管理和优化，确保生产和物流的顺畅进行。
从业务流程的角度来看，制造执行系统的业务流程主要包括生产计划管理、生产作业管理、生产过程控制、生产数据管理和产品质量管理等方面。
在生产计划管理方面，MES系统需要实现订单管理、排程管理和资源分配等功能；在生产作业管理方面，需要实现作业指导、作业执行和作业汇报等功能；在生产过程控制方面，需要实现设备控制、工艺控制和物料控制等功能；在生产数据管理方面，需要实现数据采集、数据分析和数据报表等功能；在产品质量管理方面，需要实现质量检验、质量分析和质量报告等功能。
在这个过程中，MES对于企业的意义和作用是非常明显的。
通过MES 系统，企业可以有效管理生产过程，提高生产效率和产品质量，降低生产成本，提升企业的竞争力。
制造执行系统资料制造执行系统（MES）是一种用于监控、控制和协调制造过程的软件系统。
MES能够与企业资源计划（ERP）系统和计划调度系统集成，以实现实时数据收集、生产计划调度、工厂执行、质量管理、资源管理和生产性能分析等功能。
本文将深入探讨MES系统的概念、功能和优势。
一、MES系统的定义和功能1.实时数据收集：MES系统能够实时收集生产线上的数据，包括设备运行状态、产品生产进度、员工工时等，以提供给管理者实时的生产数据分析和监控。
2.生产计划调度：MES系统支持生产计划的制定和执行，可以根据订单数量、工艺流程和物料可用性等信息进行排产和调度，以实现生产线的高效运行和优化。
3.工厂执行：MES系统能够指导和监控生产工人的操作，包括生产步骤的执行、工作指令的传达、产品质量的监督等，确保生产过程的准确和高效。
4.质量管理：MES系统支持质量控制和质量分析，可以实时监测产品质量指标，并通过质量问题的追踪和纠正措施，最大程度地提高产品的质量水平。
5.资源管理：MES系统可以管理和调度生产中的各种资源，包括设备、人力、物料和能源等，以最大限度地提高资源的利用效率和生产的灵活性。
6.生产性能分析：MES系统能够收集和分析生产线上的各项指标数据，如生产效率、设备利用率、能耗等，以帮助管理者评估生产线的绩效并进行持续改进。
二、MES系统的优势MES系统具有以下优势，使得其成为制造业管理中不可或缺的工具。
1.提高生产效率：MES系统通过实时数据收集和生产计划调度，能够准确地掌握生产状态和进度，实现生产线的高效运行和优化，从而提高生产效率。
2.提升产品质量：MES系统通过质量管理功能，可以对生产过程进行实时监控和质量控制，及时发现和纠正生产中的质量问题，提高产品的质量水平。
3.降低成本：MES系统通过资源管理和生产性能分析，可以最大限度地提高资源的利用效率和生产线的绩效，从而降低了企业的生产成本。
4.加强协同合作：MES系统可以实现跨部门、跨工厂之间的信息共享和协同合作，提高了企业内部的沟通和协调效率。
制造执行系统及其相关技术分析制造执行系统（MES）是制造业中的重要组成部分，它通过整合企业资源、生产计划和实际生产过程等信息，实现对生产过程的监控、调度和管理。
在现代制造业中，MES已经成为实现数字化、智能化生产管理的核心技术之一。
本文将对制造执行系统及其相关技术进行分析，探讨其在制造业中的应用及发展趋势。
一、制造执行系统的基本概念制造执行系统是指能够对制造过程进行监控、调度、控制和执行的计算机系统。
它通常与企业资源计划（ERP）系统和生产计划调度系统（APS）进行集成，实现生产计划的执行和监控。
MES系统可以监控生产过程中的各种数据，包括生产设备状态、生产进度、人员工时、能源消耗等信息，通过数据分析为生产决策提供支持。
制造执行系统的主要功能包括生产过程监控、生产计划执行、质量管理、设备管理、物料追踪和过程调度等。
通过MES系统，制造企业可以实现生产过程的全面管控，提高生产效率、降低成本、提升产品质量，从而增强企业竞争力。
制造执行系统的技术架构通常包括前端数据采集、中间数据处理和后端数据存储与应用三个组成部分。
1. 前端数据采集：MES系统通过传感器、PLC等设备对生产现场的各种数据进行采集，包括设备状态、生产参数、物料信息等。
这些数据通过网络传输到中央服务器进行处理。
2. 中间数据处理：中央服务器对采集到的数据进行处理和分析，生成生产报表、实时监控界面等信息，为生产管理人员提供决策支持。
3. 后端数据存储与应用：MES系统将处理后的数据存储到数据库中，为企业管理和决策提供数据支持。
通过应用软件实现对生产过程的监控、调度和执行。
制造执行系统的技术架构通常采用分布式的方式，利用网络技术实现设备间的数据共享和信息交换。
随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，MES系统的技术架构也在不断进行升级和演进，实现了更高效、智能的生产管理功能。
制造执行系统主要应用于制造业的生产管理领域，包括离散制造业、流程制造业、装配制造业等各个领域。
第四讲制造执行系统主讲人：长安大学工程机械学院蔡宗琰教授联系电话：（029）82338269，（029）85251906，E-mail:1.制造执行系统的内涵制造执行系统（Manufacturing Execution System）是由美国先进制造研究机构（Advanced Manufacturing Research Inc, AMR）于20世纪90年代初提出的，旨在加强制造资源计划（Manufacturing Resources Planning, MRPII）的执行功能，解决上层生产计划管理和底层生产过程之间脱节的矛盾，实现企业信息流的连续性。
制造执行系统的应用实践表明，制造执行系统不仅能够提高计划的实时性和灵活性，而且能够改善车间的生产绩效。
因此制造执行系统的理念获得制造业界和软件业界的广泛接受。
正是在这种背景下，国际制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association, MESA International）于1992年应运而生，并迅速得到国际著名软件供应商和制造业界的积极响应。
国际制造执行系统协会的成立，标志着制造执行系统软件产业正式形成。
对制造执行系统，目前还没有一个公认的定义。
MESA International和AMR 分别给出制造执行系统的定义，但目前比较受工业界和学术界认同的是MESA的定义。
即制造执行系统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，制造执行系统能对此及时做出反应、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制造执行系统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。
制造执行系统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。
MESA International还总结出制造执行系统的功能，它包括工序详细调度、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等11个功能模块。
而且在制造执行系统的发展过程中，还出现了大量的只具备制造执行系统的部分功能的软件产品，如批量管理（Batch Management）、数据采集（Data Collection\Auto ID\Barcode）、电子批量管理（Electronic Batch Management）、电子文档管理（Electronic Document Management）、电子工作指令（Electronic Work Instructions）、有限能力调度（Finite Scheduling）、集成的制造执行系统（Integrated MES）、实验室信息系统（Laboratory Information Systems）、维护与资产管理（Maintenance or Asset Management）、生产过程仿真（Process Simulation）、质量控制管理（SPC\QC\Quality Management）、在制品跟踪（WIP Tracking）等。
这些软件产品是制造执行系统软件产品譜的重要组成部分。
分析MESA International所提出的制造执行系统的定义、功能以及制造执行系统软件产品譜，可以看出制造执行系统的根本任务是车间的生产管理控制，而对车间底层控制的支持则是其特色。
制造执行系统处于AMR的三层企业集成模型的中间层（执行层），一方面它对来自计划管理层的生产管理信息细化分解并做出决策，将操作指令传递给车间底层控制；另一方面它实时监控车间底层设备和仪表的运行状态，采集设备和仪表的状态数据，经过分析与决策后采取适当的措施，并及时将生产状况反馈给计划管理层。
这不仅方便可靠地将管理控制系统与信息系统联系在一起，而且实现了计划管理层与车间底层控制之间的无缝联接。
从这种意义上讲，制造执行系统是介于计划管理层和车间底层控制之间的面向制造过程的集成化车间生产管理控制系统，它实际上是一种计算机辅助车间生产管理控制系统。
2. 制造执行系统的发展状况制造执行系统的成功实践和信息技术的发展，促进制造执行系统的研究和应用不断发展。
制造执行系统的研究和应用发展大致经历了传统的制造执行系统、可集成的制造执行系统和分布式的智能制造执行系统等三个阶段。
各阶段的典型应用系统和研究单位如表1所示。
于制造执行系统本身固有的复杂性，制造执行系统这一研究领域仍然存在许多问题，突出表现在以下四个方面：※制造执行系统本质上是一个计算机辅助车间生产管理控制系统，因此，车间调度是制造执行系统的核心功能。
但由于离散型制造的车间调度问题是一个NP Complete 或NP hard 问题，在建立车间调度问题的数学模型时常常需要做出一些假设以便于问题的求解。
这不仅使车间调度存在理论研究和实际应用之间的脱节；而且对同一个车间调度问题，由于所做的假设不同，所得到的数学模型就不同，导致同一个车间调度问题对不同的人是不同的研究对象。
这种状况使车间调度的理论研究成果非常丰富，但这些研究成果很少获得实际应用并产生经济效益。
车间调度问题的这种被动局面已经严重影响了制造执行系统的使用效果。
而且，目前计划管理层软件功能的向下延伸和车间底层控制软件功能的向上扩展，使得这两类软件都可以具备制造执行系统的部分功能。
所有这一切都是对制造执行系统的严峻挑战。
※传统的制造执行系统通用性差，缺乏可扩展和互操作能力，难于随业务过程变化而进行相应的功能配置。
这使得传统的制造执行系统软件可重用水平低，软件开发周期长。
※可集成的制造执行系统本质上是模块化应用构件环境（Module Application Component Environment, MACE）下的信息控制，必须具备客户化、可扩展和互操作等分布计算能力。
但由于目前CORBA和COM/DCOM等分布计算技术本身存在的缺陷，使得可集成的制造执行系统的实际应用很难达到预期效果。
※分布式的智能制造执行系统的理论基础是多智能体系统（Multi-agent System, MAS）理论。
多智能体系统理论已被应用于制造规划、资源优化和制造控制等领域，并取得了一些研究成果[30]；而且被认为是未来制造系统中实现降低生产费用、生产分散化控制、自适应和处理复杂过程的关键技术。
但分析这些已有的成果可以发现，其中有的研究成果离实际应用还有较大的差距，有的研究成果更是Agent包打天下，变成解决一切问题的灵丹妙药，这显然是不切实际的。
因此，将用多智能体系统理论求解制造问题所取得的成果在制造业推广应用还需付出艰苦的探索。
同理，分布式的智能制造执行系统的研究目前仍停留在理论探讨上。
由以上分析可知，制造业的应用需求导致制造执行系统的出现，并驱动制造执行系统研究和应用的发展。
但制造执行系统的研究和应用成果滞后于制造业的需求。
这对制造执行系统既是挑战也是机遇。
作者认为，当前加大可集成制造执行系统、分布式智能制造执行系统和车间调度问题的研究力度，使其研究成果尽快应用于制造实践，是很有必要的。
同时，在制造企业信息集成系统的框架下，研究支持企业全面信息集成的制造执行系统和提高软件开发柔性的可重构制造执行系统，对推动制造执行系统理论研究和实际应用具有重要意义。
3. 制造执行系统的功能模块根据面向制造企业信息集成系统的制造执行系统的功能模型和制造执行系统的数据流程图，可设计制造执行系统由生产管理分系统、物料管理分系统、在制品管理分系统、DNC管理分系统、设备管理分系统、质量管理分系统、人力资源管理分系统、成本管理分系统、生产数据分析分系统、基础数据管理分系统和系统管理分系统等11个分系统组成，如图1。
各分系统又分别由若干个功能模块组成，现阐述如下：图1 制造执行系统的组成3.1生产管理分系统生产管理分系统由厂部生产任务、车间生产任务、车间月计划、车间周计划、物料需求计划、车间日计划和派工单管理等功能模块组成，如图2。
各功能模块的具体功能是：厂部生产任务：提供输入界面将厂部生产任务录入系统，同时提供自动导入厂部生产任务的自动导入接口。
车间生产任务：根据厂部生产任务，参照车间BOM，生成车间生产任务。
包括车间生产任务汇总和车间生产任务维护等2个子功能模块。
车间月计划：将车间生产任务自动分配到月，生成车间月计划；并能根据制造任务优先级的变化调整车间月计划。
本功能模块包括车间月计划编制和车间月计划维护等2个子功能模块。
车间周计划：根据车间月计划、制造BOM和资源状况，根据倒排算法求解车间周计划。
在求得车间周计划后，生产管理分系统应提供系统自动生成、系统自动生成加人工调整和人工编制等3种周调度甘特图的生成方式。
对前两种图2 生产管理分系统生成方式，生产管理分系统应提供以车间生产能力最高、车间资源利用率最高和车间生产成本最低等单项优化目标或组合优化目标为目标函数，制造任务优先级、车间资源状况等为约束条件，求解车间周调度甘特图的算法。
同时，应能针对诸如制造任务优先级变化、生产设备故障等生产突发事件生成替代的车间周计划及其相应的调度甘特图。
本功能模块包括车间周计划制定和车间生产周计划维护和周调度甘特图生成等三个子功能模块。
物料需求计划：根据车间月计划和工艺技术文件制定车间月物料需求计划，根据车间周计划和工艺技术文件制定车间周物料需求计划；并根据车间月/周计划的变化，对车间月/周物料需求计划进行维护。
本功能模块包括月物料需求计划生成、月物料需求计划维护、周物料需求计划生成和周物料需求计划维护等四个子功能模块。
车间日计划：根据车间周调度甘特图、车间资源状况和车间生产状态，制定车间日计划，并能根据周计划的变动（周调度甘特图的变化）生成替代的车间日计划。
在制定车间日计划时，应及时调度车间资源，并做出相应的资源和人力安排。
派工单管理：根据车间日计划和车间资源调度结果，下发派工单。
在下发派工单之前，应核实车间资源安排和人力安排的落实情况。
生产管理分系统应提供安排资源、下发设备操作指令和调配人员三种操作中的任一种操作没有确认，就不能下发派工单的功能。
3.2物料管理分系统物料管理分系统由库房管理和工装刀具管理等功能模块组成，如图3。
各功能模块的具体功能是：图3 物料管理分系统库房管理：管理原材料、毛坯和辅料的接收与发料,并能根据车间月物料需求计划和周物料需求计划制定车间月和周原材料/毛坯/辅料准备计划。
同时，管理车间库房的日常事务，主要包括仓库类型和库位的定义、库存存放设置和移库等库存事务管理、仓库盘点、库房授权和库房台帐管理等日常事务。
