摘要：制造执行系统(MES)负责生产管理和调度执行，是处于企业计划层管理系统(ERP)和车间层操作控制系统(SFC)之间的执行层管理系统。
首先提出了许多目前企业信息系统中无法解决的信息管理问题，由此引入并分析了在企业信息系统架构中实施PBA-MES( Product Bar-code Application-Manufacturing Execution System)的重要意义。根据需求说明了PBA - MES的内容构成以及在企业中的数据流的分布情况。在此基础上详细地介绍了PBA-MES系统的具体组成和功能，最后结合AIT(Automation Identify Technology)进一步说明PBA-MES系统的应用，为实现企业的整体信
企业资源计划(Enterprise Resources Planning，ERP)是一个有效地组织、计划和实施企业的“人”、“财”、“物”管理的系统，它依靠IT的技术和手段以保证其信息的集成性、实时性和统一性。以MRPⅡ、ERP为代表的管理信息系统在制造行业已经得到大规模应用，但它们之间的低效信息配合致使企业中各个环节的信息缺乏最优的调节和协调。
制造执行系统(MES)负责生产管理和调度执行，是处于企业计划层管理系统(ERP)和车间层操作控制系统(SFC)之间的执行层管理系统。MES能使计划层与执行层进行良好的信息流交互，并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，提高了企业制造竞争力。目前在发达国家MES已经普遍推广，而我国对MES的认识和应用还处于起步阶段。
1 PBA-MES的意义
目前ERP的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现有的现场自动化系统并非真正意义上的管理系统，其功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据。因此，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。针对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出较好的解决方法：(1)同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否进行自动校验和操作提示。(2)能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息，能否立即查明它的原料供应商、操作机台、操作人员、生产时间日期和关键的工艺参数等信息。(3)过去某个时间段之内生产线上出现最多的产品缺陷是什么，次品数量各是多少。(4)目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少，要分别供应给哪些供应商，何时能够交货。(5)生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转;影响设备生产潜能的最主要原因是设备故障，调度失误，材料供应不及时，工人培训不够，还是工艺指标不合理。(6)能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动。
MES系统能够实现在统一平台上不同环节的信息集成，如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等，它通过使用统一的数据库和网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。因此MES系统可以很好地解决ERP和现场自动化系统之间的信息管理断层问题。
图1所示为一体化和实时化的企业信息系统总体架构，包括ERP应用系统，可以进行财务、销售、采购、物料等管理;MES应用系统;SFC应用系统。MES将相关的数据传送给ERP、SFC系统，收集所有工业生产控制系统参数。ERP向MES提供具体的生产计划，MES根据资源情况(人力、物力等)组织生产，并将结果回报给ERP。3个系统之间信息相互流通，实时交互，以供企业不断地进行生产最优调整，从而为实现信息集成化打基础。
根据国际MES协会所描绘的制造企业信息系统体系结构要求，结合实际的条码识别技术，我们自主开发的PBA-MES系统在ERP/MRP-Ⅱ和车间自动化系统间起到了承上启下的作用，其主要表现在：为ERP/MRP-Ⅱ系统及时准确地提供数据和信息;提高系统运行能力，维持计划和运行能力的平衡;解决实际生产过程中的计划运行波动对制定生产计划的影响，提高ERP/MRP-Ⅱ的适应性。同时，通过低层数据采集和分析，为改进生产线的运行提供依据和保证，适应敏捷制造模式对生产敏捷性的要求。
2 PBA-MES系统的构成及功能
2.1 PBA-MES在企业中的数据流
ERP系统需随时注意产品库存量、客户订单状况与材料需求，然后将这些信息传送至MES，由执行系统进行生产或安排库存以满足客户订单需求。MES系统负责完成产品制造工作，产品的规格、型号、参数等相关资料储存于此系统中，MES将此产品相关资料转化为作业程序提供给控制系统之作业人员或机器设备来使用。当作业程序、相关流程、文件及其他相关生产需求项目就绪，控制系统便运用所有工厂内相关资源(软、硬件及人员)负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。数据流通过3个系统进行实时的交互和流动，可以对实际的生产进行实时监控和调整。
2.2 PBA-MES的构成
PBS-MES是一套位于上层的计划管理系统与底层的工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统。它为操作人员/管理人员提供计划的执行和跟踪以及资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状况。具体包括的内容如图2所示。
PBA-MES与ERP/MRP-Ⅱ关系为双向数据交互。MES接收ERP/MRP-Ⅱ生产指令和产品数据及配置，MES向ERP/MRP-Ⅱ回报工序报告和完工报告。PBA-MES接收工业设备控制系统产生的在制品生产过程参数，作为在制品生产档案的一部分。车间配置和产品数据管理为作业管理中作业计划制定、作业调度下达等提供依据。作业管理为生产过程管理提供调度单、在制品来源，同时通过生产过程管理反映生产指令或作业调度生产过程信息。采集数据为生产过程管理提供在制品生产过程数据来源，同时提供不良在制品，供维修管理操作。维修管理同样作为生产过程数据提供给生产过程管理。对生产过程管理进行过程统计，提供质量管理进行质量统计和质量控制;对生产过程管理进行存档，为产品数据管理提供产品档案查询和产品列表查询。
2.3 PBA-MES系统组成
PBA-MES系统采用3层和2层应用相结合的结构，3层主要应用在信息异地查询和异地车间控制管理，如图3所示。
通过分析，数据采集网特点具体有：采集终端共用网关，降低了系统设备冗余;便于用户对装配、测试采集点的扩充，可以提供在制品在检测线的流量分析;对检测线上的每一采集终端的运行状态进行监视，并用友好的界面显示当前各采集终端的状态;出现采集终端错误，及时报警;提供了网关控制器，可以直接把485网联接到以太网上，从而让485网不受距离的限制。
PBA-MES系统采用多样化的中间介质技术，如中间数据表、数据文件、专用数据通道中间件等，方便完成多种生产车间的工厂配置，车间配置生产线或者加工中心，生产线配置工序。支持按照产品定义加工路线，保证在相同流水线上完成生产工序存在差异的产品。已经实现同SAP、ORACLE、SSA、CA、QAD等公司的ERP系统接口团。支持多种专用数据采集终端(ATOP、Cipher、CASIO)，同时可以选择计算机数据采集终端，满足车间复杂的现场条件和工艺要求。收集各工业控制系统产生的产品生产过程参数。具有强大的作业排产、作业调度、生产指令跟踪等功能，达到严格控制在制品的目的。实时采集数据统计。实时查询过程统计和质量统计，及时了解车间实际生产效率和质量状态，防止批量生产故障带来损失等。自动的数据存档以及远程车间管理和Web数据查询。不仅包括生产过程控制管理、作业管理、质量管理、设备管理、系统管理，还包括车间配置管理、数据采集、维修管理、产品数据管理等内容。
质量管理中可以提供多种报表统计功能，如生产质量日报、工序故障码统计、产品故障码统计、产品报废统计、工序报废统计、检验采集产品汇总。数据采集中可以进行：上线采集——采集产品SN号，记录产品上线信息。装配采集——在装配工位点，采集产品SN号，再采集部件批次，并建立对应关系。检测采集——在制品检测，通过则采集产品SN;不通过，采集故障码，再采集产品SN，并进行下一道工序维修处理。下线入库采集——采集产品SN，打印包装标签，打印合格证。产品数据管理中的物料管理包括维护产品型号、产品物料编码和产品物料编码的物料配置(通过ERP接口建立产品主要关键零部件BOM)。在制品档案查询是根据产品SN号查询产品装配部件信息、产品检验质量数据、产品出人库数据。按生产、故障、操作者、主要关键零部件供应商查询在制品，也可以根据包装批号、产品物料、制成品档案查询，还可以进行产品档案查询及产品档案维护。根据产品SN号查询产品装配主部件信息、测试信息及根据部件SN号查询产品SN号。提供Internet Web查询，方便网络客户简便查询。车间配置管理包括加工中心管理，配置车间、生产线、工艺路线及工序;工作班组及时段配置;数据字典管理，维护年编码、月编码、工序设置、采集参数类型及维修方式;故障码维护，对生产测试中出现的故障进行说明，主要包括质量成本、维修方式及故障分析等;产品编码格式维护。
3 PBA-MES和AIT的结合在企业信息系统中的应用
随着制造企业产品生产过程档案追溯性要求越来越高，要求企业产品生产过程建立强大的产品生产过程档案，因此在产品的整个生产过程中需要输入大量的如产品标识、产品装配数据、产品质量数据、产品人员数据等大量信息。
作为信息采集手段，AIT(Automation Identify Technology，自动识别技术)是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，提高了效率和准确率。应用包括条码识别、卡识别、射频识别、语言识别等。
通过PBA-MES和AIT的结合，自动识别尤其是条形码技术发挥了它的潜能，为整个信息系统的高效运转奠定了基石。条码识别在MES系统控制的整个生产过程中得到应用，从而保证生产过程数据的准确快速输入。在车间现场的应用过程中，针对不同客户现场环境，可以选择不同的采集组合方案。
作业管理：采用条码打印机，打印生产产品SN(Serial Number)标签，作为生产过程产品惟一标识。
上线采集：采集产品SN标签，建立产品标签与产品实物及作业调度的对应，同时记录操作员。
维修：采集产品SN标签，记录产品本次维修档案(维修人员、维修方式、责任判定等)。
包装：采集产品SN标签，记录操作员，打印产品包装标签、产品合格证等。
装配：采集产品SN标签，部件物料的件号、批次号，装配人员等，建立产品装配档案。
检验/检测：采集产品SN标签，根据检验结果采集故障码，建立产品质量档案。
对于采集数据实时性要求不高的采集点，采用脱机的采集器(如CASIO DT900)，节约了现场的布线，增加了采集点的灵活性。
4 结束语
为了满足制造企业不同构成系统之间的信息交互以及同一系统平台不同环节的信息集成，开发了多功能和多特色的PBA-MES系统。它采用了3层与2层相结合的结构，不仅满足了同一单位系统的不同环节间的信息交互，通过Internet还可以实现远程的信息管理和控制，从而满足虚拟企业和跨国企业的发展需求。此外还具有实时的数据跟踪、查询、自动存档、自动作业排产和调度等多种功能，并且可以随时进行功能扩充和删除，具有很好的开放性。由此可见，PBA-MES系统使信息能够及时在整个信息系统内高效流转，进而为企业的快速正确决策、执行提供支持，为实现企业信息高度集成和共享奠定了基础。
目前的PBA-MES系统对于企业中的组装型生产线是非常适用的，能很好地对生产和装配进行实时的管理;但是对于一些以非在制品方式存在的产品加工制造过程该系统难以适用，这也是以后研究和攻克的难点。
（转载）
