制造执行系统（MES）详解

原创于 2025-10-16 09:38:31 发布 · 456 阅读

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#MES # 制造执行系统 # ERP # 生产管理 # 数据集成

23 制造执行系统

23.1 引言

在当今复杂的制造环境中，如果没有计算机系统和软件，几乎难以想象如何进行管理。制造执行系统（MES）由用于管理工艺设施内生产及日常操作的计算机系统组成，其层级位于自动控制之上。MES 提供信息，从而实现从订单启动到成品的生产活动优化。MES 根据准确的当前数据，在工厂活动发生时对其进行指导、启动、响应和报告。由此实现对变化条件的快速响应，并结合减少非增值活动的重点，推动高效工厂运营和流程。ISA‐95标准定义 MES 包括与工作订单、收货、发货、质量控制、维护和排程的链接。此外还包括支持功能，如安全性配置、信息、文档管理和合规性的管理。MES 主要在信息系统或业务系统层级运行。其用户群体多样化，包括管理层、工程人员和运营人员。MES 适用于所有类型的流程工业，如炼油、石油和天然气、化工、制药、采矿、矿物、制浆、造纸和电力。

制造执行系统（MES）通常与企业资源计划（ERP）系统相连接，并与其功能有所重叠。企业资源计划系统提供全球供应、需求以及订单跟踪系统，但在很大程度上缺乏对工厂内部工作流程的实时信息和支持。制造执行系统将自动化控制系统与企业资源计划系统相连接，利用数据管理、可视化和生产报告等通用功能。制造执行系统中的主要功能领域可分类如下：

生产计划 ：这包括制定可行且优化的操作计划、设备分配计划和配方。它还确定如何处理生产订单，并评估制造工厂的当前能力。
生产执行 ：这包括安全、可靠和高效地执行生产计划，并与自动化与控制系统进行连接。
运营管理 ：该功能领域确定安全操作限值，监控工艺条件，传达操作计划，报告班次活动，并管理操作任务和程序。
生产管理 ：此功能区域用于衡量实际产量，核对生产和内部及财务报告，将质量信息应用于生产评估，并报告实际生产绩效。

当今的制造商面临着巨大的压力，需要快速且成本有效地开发高质量产品。在这种环境下，采用制造执行系统是实现盈利运营的一种方式，它可将车间信息提供给企业的其他部门，使其能够更迅速地做出响应，快速响应不断变化的需求和条件。制造执行系统为制造业带来诸多益处，包括：

减少废料和浪费 ：设置快速且一致，能够立即识别问题，从而及时停止过程，限制不良部件数量和物料浪费。
更精确地记录成本 ：通过制造执行系统，劳动力、废料、停机时间、工装及其他成本可在车间现场即时发生时直接采集。这使得信息更加可靠，并可用于为新业务定价或重新谈判无利可图的订单。
提高运行时间 ：运行时间是指机器按计划运行并用于生产产品的时间。如果机器无法运行，盈利将非常困难。现代制造执行系统通常集成了排程和维护功能。只有在物料库存可用、机器已妥善维护且正确的工装准备就绪的情况下，才会安排作业或零件的生产。
降低库存 ：在过去，行业常常需要保持备用库存以应对未来的突发需求，这是因为缺乏定期跟踪库存的有效手段。借助制造执行系统，随着新生产、废料、不合格物料等情况不断更新库存记录，采购、发货和排程人员能够准确掌握实际库存情况，并确定下一次物料采购的时间。
提升客户满意度 ：由于制造执行系统能够准确跟踪库存和设备状态，制造商能更轻松地找到所需物料，并安排生产以满足客户的紧急需求。

23.1.1 制造执行系统的发展

在尝试理解制造执行系统之前，必须先了解制造过程的自动化和计算机化，以及各种发展如何推动了制造执行系统的演变。制造业计算机化自动化的历程可以分类如下：

会计系统和简单的库存管理系统；
强调物料计划方法的制造资源计划（MRP）系统；
针对车间作业、重复性流程等的专用系统；
体现在制造执行系统中的功能扩展和新兴信息技术。

由于会计系统定义明确且已确立，它们成为最早实现自动化的商业应用程序之一。事实上，最早的制造应用是会计计算机化的副产品，通常包括库存会计的组件。由于需要专门针对制造业设计的软件，而非用于解决操作问题的财务导向信息，这最终促成了物料需求计划（MRP）以及各种软件包的发展。

物料需求计划（MRP）概念或闭环制造系统在20世纪70年代末到80年代初达到了顶峰。本质上，它们旨在整合制造企业从工程到生产的全部运营功能，并以自上而下的规划纪律取代被动管理文化。这些系统对于真正决心变革的企业而言，过去和现在都取得了成功。大多数具有复杂物料清单（BOM）的离散制造商充分认识到MRP的巨大优势，在降低库存的同时提升了客户服务。随着MRP技术的成熟，系统又增加了工艺路线定义、车间控制和产能规划等功能。这些功能进一步扩展了成本定义，生成生产订单文件并跟踪作业状态。然而，由于缺乏有限能力排程和实时反馈，生成的派工单通常用处不大。制造执行系统弥补了物料需求计划系统缺乏实时反馈的不足，因为制造执行系统应用为企业提供了更精细（小时/分钟级）的跟踪能力来监控车间活动，并与有限能力排程集成，以快速响应变化。它还持续分析各项活动，以便对车间现场发生的事件及时做出响应。制造执行系统生成支持物料需求和执行制造计划所需受限资源的信息。支持活动作为关键制造路径的一部分被协调一致，确保整个组织遵循统一且可行的计划。制造执行系统的计划精度（小时/分钟级）比独立的物料需求计划系统更高。制造执行系统补充了制造资源计划应用程序，并通过引入以执行为导向的方法扩展了其功能。这些解决方案共同为企业提供更现实的排程，缩短周期时间，减少在制品，提高增值时间，同时最大化资产回报率。

23.1.2 制造执行系统概述

示意图0

图23.1 描述了典型控制系统在各个层级（传感器级网络、控制级网络和工厂网络）的架构。如图所示，制造执行系统位于工厂信息网络中，并可访问控制网络。

制造执行系统旨在满足广泛的制造企业需求，通过将前台办公会计与工厂监控系统及产品相结合来实现。除了连接之外，制造执行系统还将这三个层次的信息系统输出紧密地联系在一起：（1）位于计划功能中的系统，如物料需求计划；（2）执行功能中的系统，如监控软件或质量控制；（3）生成所用数据的控制系统，从而使企业能够全面访问组织内部各个独立的信息数据库。制造执行系统的功能，如排程、资源分配、过程管理、质量管理以及操作分析，均致力于将生产车间发生的实时数据“转化”为在过程控制/管理方面有用的信息。这种作用进一步延伸到劳动力、设备和物料管理等其他相关流程，以及产品追溯、质量管理和文档管理等支持性系统。

控制系统的重点在于过程或操作本身——通过顺序控制和过程操控，确保公差保持在规定限值内、物料流得到维持，并充分利用过程中涉及的所有人员、设备和资源。控制层与制造执行系统层之间的交互是动态的；控制信息/状态可在生成时被实时访问，以满足统计过程控制（SPC）和统计质量控制（SQC）的需求；也可进行批量处理，供后续观察，以满足人员跟踪或维护需求。同样，控制层可向制造执行系统（执行）层查询状态变更、配方更新或其他操作指令。这有助于支持制造执行系统层的功能，包括资源分配、操作调度、生产派工以及来自控制层输出的实时数据供应。

23.1.2.1 制造执行系统与控制层之间的数据流

示意图1

图23.2 描述了执行层（制造执行系统）与控制层之间的操作、交互和数据流。

执行层由负责产品和/或过程整体流程的功能表示，例如监控与数据采集（SCADA）系统中的功能。SCADA系统控制在规范操作中对特定配方的执行，系统会将数据传递给它。中央存储库收集来自工厂内各个位置的数据，而不是局限于特定区域。对于执行层而言，单台设备或操作员的具体性能可能不如对控制操作员那么重要。这些离散操作的结果被整合到过程控制数据中，然后将这些结果传递给执行系统。

然后，执行层将指令（针对特定配方）下载到控制层。这些指令为执行制造操作所需的人员和机器提供指导。控制人员和机器负责监控和控制自身的操作，以确保输出符合执行层设定的要求。这种监控和控制可包括用于质量、过程控制、数据采集、安全和维护的独立软件和硬件产品。来自执行层的下钻查询或状态指示器可以即时访问为过程控制而按需生成的信息。双向查询可来自任一层；这些查询可用于测量计划进度、传递未计划的变更，或宣布发生的报警、事件或变更。控制功能负责以符合企业规定参数的方式，在生产车间中协调使用所有设备：包括硬件、软件和人员，以实现产品或过程的生产目标。制造执行系统作为制造过程的双向窗口，集成并促进控制层与业务计划系统之间的关键信息流和指令传递，实现全面资源与企业管理。

23.1.2.2 企业数据流

示意图2

图23.3 描述了制造企业中各系统之间的数据流。

在数据流图中，从左侧可以看到物料需求计划系统。它们通常不是以“实时”方式运行，而是以批处理模式运行；这就是100×时间因子。物料需求计划系统记录产品使用情况、客户订单和材料需求，并向执行层（制造执行系统）发送请求，以生产更多产品来满足这些需求。制造执行系统负责产品的制造以及与产品创建相关的所有操作。制造执行系统层存储了详细描述“如何构建”指令的配方，供控制层使用。这些配方同时用于劳动力和物理设备。由于制造执行系统工作在较短的时间跨度内，但通常不涉及控制层面的速度，因此其时间因子为10×。一旦指令、程序、文档、软件及其他支持系统的制造要求被传输，控制层便负责执行该过程。控制层实时工作，其时间因子 1×意味着始终有操作在进行，以优化或纠正该过程，保持所需的公差（或输出）。虚线框内的部分（物理设备和人员）则执行该过程输出的具体指令。

23.1.3 制造执行系统功能

制造执行系统在制造业中发挥着重要作用，它采用规划技术来改善制造企业内外部的沟通。实施了制造执行系统的制造商在协调跨职能活动方面取得了显著改进，能够识别潜在的客户发货和供应商收货问题。现在，让我们尝试了解制造执行系统提供的各种功能。

23.1.3.1 供应链计划与执行

供应链计划与执行包括组织、管理和优化供应链的功能。这些功能通常由制造行业的总部执行。该领域的计划工作通常从企业级的计划与制造计划与执行中的制造工厂级计划之间进行交接。供应链管理包括供需计划、订单履行、分销与运输以及库存管理。

供需计划 定义并协调供应链的各个方面，包括原材料和成品。需求计划包括可承诺能力（CTP）、市场分配、受限计划和非受限计划。安全库存是为了应对需求和加工过程中的波动而持有的物料数量。用户通常是总部的业务人员。该领域侧重于企业级的规划，通常涵盖多个制造工厂。相比之下，制造计划与执行类别中的生产计划则专注于单个制造工厂内的计划。
订单履行 功能涉及管理销售订单，包括接单、交易管理、交付跟踪、计费以及财务报告。
分销与运输 功能涉及管理发货、收货和运输物流。它管理不同类型的运输方式（如卡车、铁路、船舶、管道等），以及每种方式特有的细节。用户通常是总部和工厂现场的业务人员。
库存管理 跟踪原材料、中间品和成品的库存。它确认收货和产品发货，跟踪实际库存和可用于承诺的库存，同时跟踪在制品（WIP）和库存估值。用户通常包括工厂的业务人员、负责库存、收货和发货的操作员。虽然实际库存对所有行业都很重要，但其确定方式的具体细节存在显著差异。

23 制造执行系统（续）

23.1.3 制造执行系统功能（续）

23.1.3.2 制造计划与执行

制造计划与执行包括在单个制造工厂内进行生产计划、执行和管理的功能。这些功能通常涉及安全高效地运行制造工厂，从生产订单开始，到待发货产品结束，并考虑制造工厂的独特特性。该领域包括生产计划、生产执行、运营管理以及生产管理。

生产计划 包括在考虑可用物料、产能以及生产资源和工具的基础上，制定可行且优化的日/周运营计划、设备分配计划和配方。它确定处理生产订单的最佳方式，并评估制造工厂的当前能力。生产计划以制造工厂为中心，假设生产订单由供应链模块提供。此外，还包括配方与规格管理。典型的用户为制造工厂的业务计划人员，包括计划员和调度员、工程师以及运营主管。请注意，在满负荷运行时将生产分配给客户的环节被视为供应链模块的一部分。生产计划中的计划侧重于生产安排，而运营管理中的计划则侧重于实现生产计划的运营方面。
生产执行 涉及安全、可靠和高效地执行生产计划。该领域是自动化与控制系统的连接环节。用户通常包括控制台操作员、工艺工程师和控制工程师。
运营管理 支持控制台操作员、现场操作员以及运行部门。它为过程变量定义安全且适当的运行限值，确保工艺条件处于限值范围内，并支持对根本原因进行跟踪。运营管理将当前和计划的工艺条件从一个班次传递到下一个班次，并上报至管理层。用户通常来自运营部门，包括主管、控制台操作员、现场操作员、工艺工程师和工程专家。请注意，运营规划侧重于制定计划以满足来自生产计划区域的生产计划。作业指导书包括来自专家的日常或固定指令。
生产管理 通过考虑速率、物性和谱系来衡量实际产量。它确定用于内部和财务报告的核对后的产量数据，并确定分配方案。用户通常为工厂的业务人员以及工程师。请注意，收率与损耗核算功能用于确定实际产量和生产损失，并且通常与库存管理功能紧密关联。当生产分配给多个实体时，生产分配适用于合资企业。质量控制涉及在生产管理中使用质量信息，而质量管理则关注质量数据的录入、存储和维护，无论这些数据如何被使用。能源管理包括预测、监控和优化能耗的所有方面，涵盖财务方面。

23.1.3.3 管理和支持

管理和支持包括决策支持、数据挖掘和分析工具，这些工具通常在工厂状况发生后使用，以分析发生了什么以及如何改进。该领域还包括确保产品质量、记录质量合规性以供审计和法规要求、监管合规和报告。功能领域包括生产报告与分析、质量管理以及合规管理。

生产报告与分析 提供有关盈利能力、可靠性及其他性能指标的准确且及时的信息。它支持假设分析和故障排除。制造分析包括统计过程控制和设备综合效率（OEE）分析。通常用户为业务人员、工程师和管理层。
质量管理 确保产品质量，包括管理定义、测量和报告产品质量的过程。它支持持续工艺改进，并管理旨在确保产品和业务流程符合规定标准的审计（检查或详细审查）。质量管理包含实验室职能。通常用户包括实验室人员、工程师和业务人员。
合规管理 确保符合法规和法定要求。它涵盖产品安全、危险材料处理、职业健康与安全、碳排放、环境报告以及政府机构要求的其他报告。通常用户包括业务人员和管理层。合规管理包含大部分监管报告。

23.1.3.4 资产管理

资产管理的主要目标是在考虑资本支出、运营成本、资产利用率、维护成本和支持流程绩效的前提下，以最低成本实现最佳资产状态并获得最佳资产性能。资产管理旨在对设备和其他固定资产进行管理，以实现整体流程性能的最优化，并将资产相关成本降至最低。其内容包括资产购置和处置的成本、维护、变更管理程序、停机与检修计划以及资产维修服务程序。维护人员、设备工程师以及在某些情况下的操作员都是资产管理功能的使用者。

23.1.3.5 公共功能——基础设施

该功能区域提供从制造工厂各处收集和存储数据所需的公共工具和基础设施；提供对各类信息的访问，例如报告、关键绩效指标和计算逻辑；在全厂范围内组织工作流、协作和通知；并管理文档。用户包括制造工厂的工程师、操作员及其他人员，有时还包括其他地点的工程师和业务人员。

23.1.4 MES开发

让我们尝试理解部署MES的指导原则以及MES需要满足的关键需求。在部署MES时，应考虑以下目标：

简洁性（保持简单） ：系统必须易于使用、易于安装、易于配置、易于定制和易于管理。即使是最高级的技术，也能从简单的用户界面、易于使用的管理工具等方面受益。
最小化服务器 ：最大限度降低各方成本的最佳方法是减少所需的服务器级计算机数量，特别是对于小型项目而言。这是因为服务器级计算机的成本高于客户端或工作站级计算机。
松散耦合解决方案 ：松散耦合解决方案使客户能够在无需升级整个系统的情况下升级或添加新组件。松散耦合解决方案为应用程序、数据库和其他解决方案提供版本独立性。
行业标准的使用 ：诸如 ISA S95、B2MML、PRODML 等行业标准在可行的情况下被用于定义模块间接口。使用行业标准有助于提供松散耦合解决方案。
为不同环境构建 ：不同的工厂具有针对不同网络拓扑（互联网、广域网、过程控制网络、防火墙、非军事区（DMZ）等）的部署需求，以及不同的性能、传输和安全性要求。

23.1.4.1 可视化

可视化是指以帮助最终用户轻松理解数据含义、将数据置于上下文中并了解如何利用这些信息的方式呈现数据。可视化技术尤其适用于日常和汇总交互，通常涉及来自多个来源的数据，并经常包含图形或图像。在某些情况下，改进的可视化仅意味着更简单、更易于使用的用户界面；而在其他情况下，则需要通过图形来组织和呈现信息。

以下是MES的一些最重要的可视化环境：

富客户端 ：用户需要一个高度交互式环境来执行操作和基于配置的任务。
Web/企业门户 ：瘦客户端解决方案为信息桌面提供了基础，在该桌面上可以整合来自企业或MES应用套件的数据。此环境中的使用模式以信息为主，而非高用户交互。
办公应用程序 ：与 Web/企业门户类似，办公应用程序被视为一种信息工具，用于显示或进一步分析MES解决方案创建/管理的数据（例如，在Microsoft Excel中查看关键绩效指标，在Microsoft Outlook中查看日程安排）。
人机界面（HMI）站 ：用户需要将某些制造执行系统解决方案与人机界面站的操作环境实现无缝集成（例如，在HMI站显示屏中集成操作日志功能）。
手持设备 ：在制造执行系统中，手持设备更多用于信息查看和简单确认任务，并利用安卓或iOS设备。
统一的外观和操作感受 ：外观相似、行为相似且提供相似交互模式的应用程序，能够帮助用户轻松掌握并高效履行其职责。

23.1.4.2 模型

自动化系统传统上能够与特定应用程序管理的数据实现丰富的集成；然而，将这些数据与其他解决方案、第三方应用程序以及客户环境进行集成却一直困难且复杂。这导致了模型重复的问题，用于组织信息，且新应用程序无法利用已配置的内容。制造执行系统的部署将重点放在解决方案生成和使用数据上。为此，为制造执行系统的数据定义了两种不同的视图：（1）实体模型，以及（2）数据模型。

实体模型 使应用程序能够基于行业标准，使用强类型对象定义与信息进行交互，促进数据访问机制的抽象，提供编译时验证以加快开发速度，并提高质量。
数据模型 通过实体模型进行抽象，提供了第三方应用程序与制造执行系统解决方案所管理和维护的信息进行交互的机制。通过定义存储过程和视图来抽象物理数据模型，使制造执行系统能够确保并管理数据完整性。

以下是这些模型的一些关键特性：

定义的信息（实体）模型 ：通过定义实体模型，可以采用强类型对象模型，使解决方案提供商、应用程序开发人员和项目定制能够更轻松地为制造执行系统创建新的扩展。
定义的数据模型 ：已发布/定义的数据模型可实现制造执行系统与第三方解决方案的集成，这些第三方解决方案无法轻松支持更高层次的集成，例如信息模型或工作流。
文档管理 ：对象模型和数据模型已进行文档管理，文档保持最新，并已发布。若未充分记录对象模型和数据模型，可能导致组件失败。
明确定义的行业标准支持 ：符合行业标准（如 ISA S95、MIMOSA等）是基本准入要求。
对可扩展的数据/信息模型的支持 ：能否轻松扩展或与制造执行系统（MES）数据模型集成，取决于是否定义了适用于应用程序扩展的基础模型。该机制可实现一次配置、数据复用。

23.1.4.3 安全性

默认安全、部署安全和运行安全是制造执行系统的核心原则。安全性是一个涵盖众多领域的广泛主题，贯穿于MES开发的各个方面，确保制造执行系统解决方案在开放网络中完全抵御可能的病毒攻击。在MES开发过程中，考虑与微软Active Directory集成，以提供制造执行系统解决方案所需的身份验证和基本授权，从而实现对制造执行系统的安全访问。

部署一个完全安全的MES系统的关键需求如下：

与Microsoft Active Directory集成 ：安全性配置通常由IT部门负责；将制造执行系统（MES）的安全性配置需求与微软Active Directory集成，可使工厂IT部门能够使用标准的安全配置工具。如果MES仅支持 Windows 时，活动目录便成为必需。否则，使用活动目录是有用的，但非强制。
对分布式环境的支持 ：制造执行系统解决方案部署在企业环境中，而单一域信任在此类环境中并不常见。因此需要具备连接和处理跨非信任域数据的能力。
支持替代身份验证模型（例如，X.509证书） ：基于证书的技术在分布式环境中部署时，可提供建立企业与外联网身份的机制。
适用于单用户/单机安装的安全部署 ：尽管许多制造执行系统解决方案需要与多个系统集成或由多个用户使用，但也有一些制造执行系统解决方案可在单台机器上由单个用户有效使用。为这些单用户场景配置大型服务器基础设施或复杂部署会成为采用的障碍。
与安全性无关的用户配置 ：基于制造执行系统构建的解决方案会利用与安全授权决策无直接关联的用户配置文件信息（例如设备认证），并需支持在无需系统管理员或IT级别权限的情况下进行配置。
安全数据 ：制造执行系统解决方案正在生成和存储越来越多的数据，必须确保这些数据安全、完整，并且仅对有访问需求的人员开放。这是基本要求。
严格锁定的环境 ：客户在严格锁定的安全环境中运行，同时基础操作系统提供了高级安全部署功能，因此制造执行系统解决方案必须经过适当设计，以在非特权的严格锁定环境中正常运行。
基于角色和范围的安全性 ：基于角色的访问控制机制提供了一种方式，用于确定系统用户被允许执行的职责。基于责任区域的额外限制可进一步细化职责的隔离程度。

23.1.4.4 集成

集成是制造执行系统的另一个关键方面，不仅涵盖与其他制造执行系统组件的集成，还包括与现有应用程序以及第三方解决方案的集成。整体之和大于各部分之和。制造执行系统组件通过核心信息元素的通用定义，以及使用ISA S95、B2MML、PRODML等公认的标准化规范来实现集成。需要满足的要求如下：

与其他应用程序的集成 ：与企业资源计划、第三方和遗留系统的集成是制造执行系统的关键方面。
异构技术环境中的互操作性 ：客户拥有不同的技术环境（例如，.NET、Windows、SAP xMII、SAP NetWeaver、IBM WebSphere等），制造执行系统需要在这些环境中部署和集成。

23.1.4.5 工作流

工作流描述业务流程，这些由应用程序提供。传统上，这些流程被编码到应用程序中：然而，工厂用户越来越需要能够根据其环境和独特的业务流程来定制这些工作流。制造执行系统支持用户界面工作流、应用内工作流和应用间工作流，通过结合多种工作流技术，使工作流能够轻松扩展、定制和监控。在开发制造执行系统时，需要满足以下工作流要求：

工作流监控 ：这需要具备查看活动工作流所处位置的能力，并能够进行故障排除、任务监控或工作流覆盖。
工作流定制化 ：客户之所以成功，是因为他们在组织内部制度化了特定的工作实践，并要求所采购和部署的解决方案能够支持这些工作流程，或经过定制化以支持这些实践，而不是改变其工作实践来适应特定解决方案的特殊性。

23.1.4.6 报告

报告是所有应用程序中的常见需求。报告功能适合采用专门从事报告业务的第三方供应商，尤其是因为客户通常有使用特定第三方报告系统的要求。制造执行系统（MES）中的报告是一个常见的应用，可被所有其他应用程序使用（或不使用）。它嵌入了一个第三方报告系统，例如Business Objects的Crystal Reports、微软SQL Server报表服务或类似系统。该“报告应用”设计灵活，可根据需要替换或修改以使用不同的第三方报告系统。制造执行系统（MES）提供以下报告服务：

支持商业报告工具 ：工厂用户倾向于使用微软SQL Server报表服务器、Business Object的Crystal Reports、Cognos等。关键要求是支持这些第三方技术之一。次要的、较不重要的要求是提供多种选择。
提供已记录的数据模型 ：创建自定义报告需要能够访问制造执行系统解决方案所使用/存储的数据，以及有关数据建模/结构的文档管理。

23.1.4.7 数据管理与数据访问

制造执行系统提供了一种最多只需一个数据库服务器的解决方案。许多工业自动化解决方案提供商提供的产品通常需要同时使用SQL服务器和Oracle，这增加了成本和维护负担。该系统完全在单一数据库管理器上运行。一些客户偏好使用SQL服务器或Oracle，而另一些客户则没有特定偏好。许多制造执行系统组件需要或受益于过程历史数据库。MES系统定义了一个数据实体模型，其中包含用于访问存储在数据库管理器（SQL服务器或Oracle）和历史数据库中的信息的定义的数据访问方法。制造执行系统应用仅通过定义的数据访问方法与底层的数据库管理器和历史数据库进行交互，从而实现应用程序与数据存储之间的隔离。这使得物理数据存储可以在无需更改应用程序的情况下进行变更。

数据管理组件负责处理来自MES基础设施、标准制造执行系统产品和自定义应用任意组合的信息。应用程序能够扩展数据存储和数据访问层，以包含其自身的数据。MES系统提供以下优势：

最多需要一个数据库服务器 ：客户要求能够为制造执行系统解决方案部署和支持最多一个数据库服务器。
数据管理策略和指导 ：该系统为各类数据提供存储空间，包括用于MES基础设施、标准产品和自定义应用的数据存储，这些数据可按任意组合方式使用。
定义的数据访问方法 ：系统通过定义的方法（如用于过程控制统一架构的OLE（OPC UA）、Web服务或抽象数据库查询）提供对所有受管数据的访问。
数据访问指导和示例 ：提供如何从异构系统高效访问数据、通过服务投影数据以及与用户界面或其他系统集成的指导和示例。
将应用程序与数据库及其他应用程序解耦 ：数据存储和数据访问方法使应用程序之间以及应用程序与底层数据库管理器之间实现松散耦合，从而使客户能够在无需升级所有应用程序的情况下更换数据库管理器或升级系统。
数据迁移 ：客户可以从一个MES系统版本升级到另一个版本，并在无信息丢失且无需人工干预的情况下完成所有数据的迁移。

23.1.4.8 配置与部署

如今的配置与部署是昂贵的，成本高昂、耗时，并且通常需要丰富的经验才能正确完成。制造执行系统通过多种方式降低部署成本。该系统结合使用配置向导和批量导入技术，加快配置进程并减少错误。这使得客户和经验较少的工程师也能够完成配置工作。

MES系统可能规模较大，通常首先在暂存区进行安装和配置，之后再迁移到生产环境。该系统采用类似于批量导入配置的方法，简化了从暂存区到生产环境的部署过程。系统可帮助将一个系统（如暂存系统）中的所有配置信息（数据和文件）进行打包和导出，然后将这些信息导入另一个系统（如生产系统）。这不仅包括由制造执行系统组件包含或管理的数据，还包括由MES所依赖的其他系统（例如活动目录角色）管理的数据。以下功能使得制造执行系统的配置和部署过程更加简便：

引导式配置 ：配置高级应用较为复杂。通过配置向导提供的分步指导，可确保配置正确完成，并将错误降至最低。
批量配置 ：通过使用批量导入技术实现更高效的配置，从而支持使用Microsoft Excel等工具快速高效地识别和修改配置所需的数据。批量配置支持完全和部分数据加载。
支持从暂存到生产的推广 ：客户通常在暂存区进行初始及持续的系统配置，然后将经过测试的系统移入生产环境。当能够轻松地将配置信息从测试环境迁移至生产环境时，可降低拥有和管理成本。

23.1.4.9 系统管理

系统管理涉及与制造执行系统的管理、监控和运维相关的所有方面。当前的系统面临各种问题，从健康信息不足到难以轻松管理和诊断应用问题。一个加剧的因素是，IT管理员通常需要支持多个系统，并且能够在最少培训的情况下弄清楚如何操作。改进的系统管理工具的目标是简化管理并降低管理成本。此外，良好的系统管理工具有助于实现远程和外包系统管理。

制造执行系统提供集中式环境，可在其中监控应用程序的健康状况、性能和工作流程，收集、查看和打包应用程序诊断信息，并对应用程序进行管理，以完成启动、停止、密码/用户配置更改以及启动其他更具体的应用程序配置等常规任务。这些集中式环境能够从单个本地或远程位置管理单节点安装以及基于多台服务器的安装。以下功能可实现对制造执行系统的有效管理：

性能监控 ：了解和跟踪系统及应用程序的性能，使客户能够更好地部署、管理和规划扩展。当系统性能未达到预期或承诺时，它还可作为诊断的宝贵工具。
健康/可靠性监控 ：与性能监控类似，健康/可靠性监控用于监测和记录MES系统的整体健康状况和稳健性。
工作流管理/监控 ：由于工作流跨越多个应用程序和系统，因此需要相应的机制来监控其进度，并能够修改或调整其当前状态。
应用程序管理 ：除了与部署MES解决方案相关的配置任务外，应用程序本身也包含一些管理性操作（例如功能启用），这些操作通常比特定工厂/站点的工程或配置工作更具管理性质。
集成管理、监控和诊断控制台 ：一个集成化的环境，用于管理、监控、诊断和管理MES解决方案，将健康状况、性能和工作流信息整合到单一环境中，有助于简化管理和配置，并通过集成的日志/追踪信息实现更优的诊断能力。
网络视图 ：需要远程访问和全网视图来有效管理大型系统。

23.1.4.10 定制化

现有的一些制造执行系统（MES）解决方案的一个主要限制是，难以将标准产品进行调整以满足不同行业的需求，或在不进行重新设计的情况下适应任何客户的需求。制造执行系统能够针对客户和操作对即用型集成解决方案进行定制化。轻松定制和扩展制造执行系统解决方案的能力，有助于降低项目交付成本，提高项目盈利能力，并缩短投资回报时间。该制造执行系统具有高度的定制化能力：

自定义解决方案的外观和感觉 ：客户和不同行业都有将标准解决方案调整为其特定需求的愿望。这可以是简单地设置新的配色方案或更改为行业专用术语，也可以是对用户界面元素进行更复杂的重新组织。
将第三方、标准产品和定制解决方案集成到综合解决方案中 ：通过使用其他标准组件、定制开发的组件或第三方解决方案/应用程序，构建新解决方案或定制现有解决方案，从而打造并定制符合客户特定需求的综合解决方案。
修改解决方案的工作流 ：客户通常希望制造执行系统能够适应其工作流程，而不是为了使用软件而彻底改变其工作流程。（存在某些情况其中客户可能希望采用新的工作流程，但这属于另一个话题。）制造执行系统提供了足够的选项，使系统能够适应负载工作流的需求。

23.1.5 摘要

制造执行系统（MES）可以成为实现未来ERP/MES/控制集成企业的关键实施基石。由MES供应商组成的行业协会——制造执行系统协会（MESA）对MES用户进行了调查，以确定MES的实际已证实的效益。

66%的受访制造商报告称生产时间减少了45%或更多。
66%的受访制造商报告称录入时间减少了75%或更多。
63%的受访制造商报告称，班次之间的文件工作减少了50%或更多。
63%的受访制造商报告称交货周期减少了35%或更多。

调查结果证明，制造执行系统在显著缩短制造过程中的周期时间方面具有重要作用。制造执行系统跨越了前台办公区与生产车间之间的鸿沟，为生产员工提供了一个切实可行、易于使用的系统，以补充面向办公室的系统。制造执行系统与现有的计划系统相结合，易于安装，员工无需从头开始即可快速掌握其优势。制造执行系统确保在办公室制定的行动计划在生产车间能够成功实施。