MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）是指位于上層計劃管理系統(tǒng)和下層工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間的管理信息系統(tǒng)，通過信息傳遞優(yōu)化從訂貨到產品完成的整個生產過程的管理。它由美國先進制造技術研究中心于1990年11月首次提出。經過長時間的發(fā)展，它在21世紀開始被廣泛應用。MES通過信息傳遞優(yōu)化整個生產過程的管理，其主要功能可分為十一個模塊，包括資源分配和狀態(tài)管理、生產單元分配、過程管理和績效分析。它具有系統(tǒng)集成性、高實時性、多樣性、可開發(fā)性和軟硬件一體化的特點。在制造業(yè)中得到廣泛應用，國際上采用ISA-SP95標準統(tǒng)一規(guī)范。未來，MES將繼續(xù)向數字化、集成化、智能化方向發(fā)展。

不同的組織對制造執(zhí)行系統(tǒng)的定義有不同的理論和體系。美國的先進制造研究（Advanced Manufacturing Research，AMR）將MES定義為“位于上層計劃管理系統(tǒng)和下層工業(yè)控制之間，面向車間級的信息管理系統(tǒng)”，它為操作人員和管理人員提供計劃的實施和跟蹤以及所有資源（人員、設備、材料、客戶需求等）的當前狀態(tài)。).制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（MESA）將MES定義為“通過信息傳輸優(yōu)化從訂購到產品完成的整個生產過程的管理”。當工廠中出現(xiàn)實時事件時，MES可以及時做出反應并進行報告，并使用當前的準確數據進行指導和處理。MES側重于車間作業(yè)計劃的執(zhí)行，為操作員和經理提供執(zhí)行和跟蹤計劃的能力，并監(jiān)控資源（人員、設備、材料、客戶需求等）的狀態(tài)。），并使用雙向直接通信向生產人員傳達企業(yè)計劃，還向相關部門提供制造過程狀態(tài)的反饋信息。

歷史起源

20世紀60年代初，計算機財務系統(tǒng)首次問世，標志著手工管理方式逐漸被計算機管理系統(tǒng)所取代。隨著時間的推移，這種趨勢得到了進一步發(fā)展。20世紀60年代末和70年代初，財務系統(tǒng)不僅擴展了物料計劃的功能，而且演變?yōu)槲锪闲枨笥媱潱∕RP）。隨后，在20世紀70年代末和80年代初，MRP系統(tǒng)進行了進一步升級，并引入了車間報告管理系統(tǒng)和采購系統(tǒng)等功能，形成了MRP II。然而，由于MRPⅱⅱ不能有效地分配資源，因此存在分銷資源計劃（DRP）系統(tǒng)，同時存在單一功能的制造過程管理系統(tǒng)（如質量管理系統(tǒng)）。隨著時間的推移，20世紀80年代末90年代初，MRPII逐漸演變?yōu)槠髽I(yè)資源計劃（ERP），MRPII/ERP系統(tǒng)在美國生產與庫存控制學會（APICS）的大力推廣和推動下迅速普及和應用，對提升制造業(yè)的管理水平發(fā)揮了重要作用。在DRP演變?yōu)楣湽芾恚⊿CM）的同時，應用于車間級的專業(yè)化制造管理系統(tǒng)逐漸演變?yōu)榧芍圃靾?zhí)行系統(tǒng)（MES）。

初期發(fā)展

1990年11月，美國先進制造研究（AMR）明確提出MES是介于上層計劃管理系統(tǒng)和下層工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間的管理信息系統(tǒng)，確立了MES的地位。同時，國際自動化學會（ISA）描述了這一時期的MES模型，包括四個主要功能:工廠管理（資源管理、調度管理、維護管理）、工廠工藝設計（文檔管理、標準管理、工藝優(yōu)化）、過程管理（環(huán)路監(jiān)督和控制、數據采集）和質量管理（統(tǒng)計質量管理、實驗室信息管理系統(tǒng)）。

成長階段

20世紀90年代初，MES關注生產現(xiàn)場的信息集成。1997年，美國制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（MESA）提出了MES功能組件和集成模型，包括十一個功能模塊。在此期間，許多研究機構和政府組織參與了MES的標準化工作，涉及分布式對象技術、集成技術、平臺技術、互操作技術和即插即用技術。梅薩位于美國，成立于1992年。在AMR之后，它是一個致力于普及MES和標準化的團體。它經常發(fā)布關于MES的白皮書和關于用戶使用MES的影響的調查報告。自1997年以來，國際儀器儀表學會（ISA）開始編制ISA-SP95企業(yè)控制系統(tǒng)集成標準ISA-SP95，以建立企業(yè)級和制造級信息系統(tǒng)之間的集成規(guī)范。SP95系列標準提出了MES標準模型和術語、對象模型屬性、制造信息活動模型和制造操作對象模型。制造執(zhí)行系統(tǒng)的標準化進程是推動制造執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)展的強大動力。世界上MES的主流供應商已采用ISA-SP95標準，如ABB、SAP、gerockwell霍尼韋爾、西門子等。

成熟階段

自2000年以來，制造執(zhí)行系統(tǒng)作為信息應用的重要組成部分受到了廣泛關注，M&A在制造執(zhí)行系統(tǒng)領域的活動非常活躍。越來越多來自北美和歐洲的MES軟件供應商進入中國市場，而中國本土的自動化供應商、PLM和ERP軟件供應商也開始涉足MES市場。隨著企業(yè)加強精細化管理，面對越來越嚴格的質量追溯和控制要求，大中型制造企業(yè)開始重視MES的應用，并進行MES選型和實施，取得了顯著成效。在此背景下，國際主流MES廠商提出了制造運營管理（MOM）和制造智能（MI）等新概念，賦予了MES更豐富的內涵。各大廠商通過技術創(chuàng)新，構建了基于SOA架構的軟件平臺，在數據庫、應用技術、系統(tǒng)功能和可配置性等方面取得了重要突破。2013年后，隨著德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網、中國制造強國等戰(zhàn)略的出臺，智能制造成為全球制造業(yè)的發(fā)展目標。MES作為智能制造的重要推動者，受到廣泛關注并引發(fā)應用熱潮。

創(chuàng)新階段

自國際自動化研究所ISA于2000年首次提出MOM概念以來，國家標準與技術研究所NIST于2016年2月正式用MOM取代智能制造系統(tǒng)模型中的MES。國際MOM涵蓋制造執(zhí)行系統(tǒng)、質量檢驗執(zhí)行系統(tǒng)、高級計劃與調度、企業(yè)智能制造等關鍵組件。該系統(tǒng)提供了實時工業(yè)軟件層，集成了生產執(zhí)行、生產調度、不合格品管理和端到端質量管理，從而縮短了生產準備時間，最終提高了制造響應速度。隨著云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術的發(fā)展和企業(yè)管理理念的快速發(fā)展，流程驅動的管理模式正逐步向數字驅動的管理模式演進，MES也將朝著自動化、數字化、智能化方向發(fā)展創(chuàng)新。

傳統(tǒng)MES：傳統(tǒng)MES分為專用MES（Point MES）和集成MES（Integrated MES）。專用MES是根據企業(yè)研究、需求和特殊環(huán)境要求開發(fā)的功能模塊，包括車間維護和生產調度，專注于解決特定領域的問題。集成MES最初是為特定的標準化環(huán)境設計的，現(xiàn)在已經能夠實現(xiàn)系統(tǒng)內部的集成，并形成單一的邏輯數據庫、統(tǒng)一的數據模型等。，具有一定的普遍性。專業(yè)MES可以以某種方式最好地解決問題，但它無法與其他應用程序集成。集成的MES與專用的MES相比前進了一大步，整個結構的可擴展性較差，因此很難隨著業(yè)務流程的變化和發(fā)展而配置和動態(tài)更改其功能。傳統(tǒng)MES的缺點阻礙了MES在企業(yè)（尤其是中小企業(yè)）的推廣應用。

可積MES：車間制造信息存在大量不確定性，傳統(tǒng)MES難以在非常規(guī)條件下進行科學決策，導致信息集成困難、決策效率低、開發(fā)使用成本高。美國AMR研究小組在分析信息技術發(fā)展和MES應用前景的基礎上，提出了集成MES。它將模塊化應用和組件技術應用于制造執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)中，具有制造執(zhí)行系統(tǒng)專用功能模塊的特點，同時具有集成制造執(zhí)行系統(tǒng)以實現(xiàn)上下層集成的特點。此外，I-MES可定制、可重構、可擴展和可互操作，可以輕松實現(xiàn)不同制造商之間的集成、原系統(tǒng)的保護和即插即用功能。

MES系統(tǒng)從ERP中獲取訂單，將其轉換為工單，并進行詳細的排產和生產調度。它在制造過程中提供指導和控制，并收集原材料的批次信息、生產信息和質量信息。然后將這些信息及時反饋給ERP，使其能夠實時了解生產現(xiàn)場的情況。基于采集到的信息，MES系統(tǒng)實現(xiàn)了產品與零部件之間的雙向跟蹤和統(tǒng)計報表等功能。從信息流的角度來看，MES在高層規(guī)劃層和底層現(xiàn)場控制層之間建立了有效的信息傳遞途徑，充分發(fā)揮了承上啟下的作用。從產品質量控制和實時管理的角度來看，MES強調生產過程的系統(tǒng)優(yōu)化，及時收集和處理大量實時數據，為企業(yè)建立持續(xù)改進的動態(tài)機制提供了有力的技術支持。

功能微型組件：在實際應用中，MES可以分為兩種類型，一種是針對離散行業(yè)的MES，如汽車、機床和家用電器；另一種是針對流程行業(yè)的MES，如冶金和化工。針對這兩種類型，國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會MESA通過眾多MES供應商和成員企業(yè)的實踐，總結出MES應具備的十一大主要功能模塊:資源分配和狀態(tài)管理、詳細流程調度、生產單元分配、文檔控制、數據采集、人力管理、質量管理、流程管理、維護管理、產品跟蹤和歷史以及績效分析模塊。資源配置和狀態(tài)管理:該模塊管理各種資源，如機床、工具、人員、材料、輔助設備、工藝文件、數控程序等文件，并提供設備資源的實時狀態(tài)和歷史記錄，以確保設備正常啟動所必需的資源，并對生產過程中所需的各種資源進行詳細記錄，以確保車間滾動作業(yè)計劃的順利實施。

MES制造執(zhí)行系統(tǒng)

工序的詳細調度:根據在制品的優(yōu)先級、屬性和幾何特征安排加工順序或路徑，以盡量減少設備的調整或準備時間。包括基于有限能力的作業(yè)計劃和動態(tài)過程調度，通過生產中交錯、重疊和并行操作等良好作業(yè)計劃的調度，最大限度地減少生產準備時間。

生產單元分配:物料或加工訂單通過生產指令發(fā)送到生產單元，以啟動該單元的流程或步驟的操作。當發(fā)生事故時，它可以根據調度信息按照一定的順序調整已制定的生產計劃并進行相關生產操作。您還可以通過重新安排生產和補救措施來更改已發(fā)布的計劃，并使用緩沖區(qū)來控制生產單元的負荷。

文件控制:控制、管理和傳遞與生產單元相關的文件，包括作業(yè)指導書、工程圖紙、工藝規(guī)范、數控加工程序、批處理記錄、工程變更通知和各種轉換之間的通信記錄，并提供信息文件的編輯功能和歷史數據的存儲功能，以控制和維護與環(huán)境、健康和安全系統(tǒng)相關的重要數據。

數據采集:通過數據采集接口獲取和更新與生產管理功能相關的各種數據和參數，包括產品跟蹤和維護產品歷史記錄等參數，如對象、批次、數量、時間、質量、工藝參數、設備啟停時間、能耗等。這些數據可能存在于與生產單元相關的文檔或記錄中，來自底層DCS或PLC設備或通過其他方式獲得，是性能分析模塊的數據來源。

人力管理:記錄員工的工作時間、操作技能、變化和調整以及員工的間接活動（如揀貨、準備材料、準備時間等。）作為成本分析和績效考核的依據。

質量管理:從生產過程中實時收集質量數據，分析、跟蹤、管理和發(fā)布質量數據。運用數理統(tǒng)計方法分析質量數據，監(jiān)控產品質量，同時判斷潛在的質量問題，并對引起質量異常的作業(yè)、相關現(xiàn)象和原因提出糾正措施或質量改進意見和計劃。

過程管理:監(jiān)控生產過程，自動糾正生產中的錯誤并為用戶提供決策支持以提高生產效率。如果生產過程中出現(xiàn)任何異常，將及時提供警報，以便車間人員及時手動干預或通過數據采集接口與智能設備交換數據。

維護管理:對生產過程中的設備（包括工具、夾具、量具和輔助工具）進行管理，記錄設備的基本信息（加工范圍、精度、對象、連續(xù)工作時間等。）、設備的當前狀態(tài)（設備負載和可用性）、設備維護計劃以及設備故障和維護。

產品跟蹤和歷史記錄:通過隨時監(jiān)控工件的位置和狀態(tài)來獲得每個產品的歷史記錄，例如實時記錄在制品的狀態(tài)，物料的消耗（供應商，批號，數量等。）、WIP臨時存儲、返工、報廢、人力存儲等。該記錄為用戶提供了產品組和每個最終產品使用的可追溯性。

績效分析:提供實時的實際產量、預期產量、生產周期、在制品和產品完成情況、質量數據的統(tǒng)計分析結果、與歷史數據的比較結果、車間的資源利用率和直接成本等。離線或在線評估當前生產產品的性能和生產績效，以協(xié)助生產流程的改進和提高。

系統(tǒng)集成:MES通過雙向通信提供跨企業(yè)完整供應鏈的車間生產活動信息，形成從原料供應、生產到銷售物流的閉環(huán)數據信息系統(tǒng)。

高實時性:MES是一個制造執(zhí)行系統(tǒng)，它集成了數據采集通道，可以覆蓋整個車間制造現(xiàn)場，實時收集生產過程中的數據和信息，并做出相應的分析處理和快速響應。

極大的多樣性:不同行業(yè)甚至同一行業(yè)的不同企業(yè)實施不同的MES，用戶可以定制工廠信息門戶。

可開發(fā)性:可根據MES的不同需求進行二次開發(fā)，數據庫易于安裝和升級。

軟硬一體化:隨著工業(yè)互聯(lián)網技術和CPS技術的發(fā)展，MES類似于MDC/DNC的發(fā)展，呈現(xiàn)出軟硬一體化運行的特點。

被廣泛應用的MES取得了顯著的效益，引起了企業(yè)界和學術界的廣泛關注。這導致了制造執(zhí)行系統(tǒng)的形成，推動了制造執(zhí)行系統(tǒng)的研究及其在制造企業(yè)中的應用。MES已成功應用于石油、化工、鋼鐵（如上海寶鋼集團）、冶金、醫(yī)藥、食品和飲料、纖維和紡織、造紙和紙漿制造等流程工業(yè)，并在半導體、液晶產品、電子、汽車、航空和機械等離散制造行業(yè)取得了巨大的經濟效益。在相應的MES軟件中，世界知名的有西門子（廣泛應用于各領域）、CE（主要應用于裝備制造領域）、霍尼韋爾（主要應用于流程行業(yè)）、羅克韋爾（主要應用于汽車OEM領域）等。在中國各行業(yè)廣泛使用的MES軟件主要包括CAXA MES（北京數字大方科技有限公司）、穆凱制造執(zhí)行系統(tǒng)eCOLMES（武漢穆凱信息技術有限公司）、藍光MES制造執(zhí)行系統(tǒng)（北京藍光創(chuàng)新科技有限公司）、MES元恭國際（北京元恭國際科技有限公司）和愛普化學MEStar平臺（武漢愛普化學科技有限公司）。