十分钟了解MES系统的发展历程和标准体系

大家好，我是Edison。

上一篇，我们通过一个点菜的故事快速地了解了MES系统都能做哪些事儿《三分钟快速了解什么是MES系统》，相信大家都有了一个基本的感性认知。本篇，我们将时间拨回几十年前，了解一些MES的发展历程和标准体系。

MES系统的产生背景

在20世纪70年代后期到21世纪这阶段，企业之间的主要竞争因素发生了较大的变化，客户对产品的需求逐渐多样化，制造企业的生产模式也开始由大批量的刚性生产变为了多品种、小批量的柔性生产模式，生产线也从以前的手工方式转为了以自动化的机器人生产线为主。

与此同时，计算机网络和大型数据库等信息技术的持续发展，信息系统也逐渐从局部、事后的处理方式 向 全局、实时的处理方式 转变，这就为MES的产生提供了基础条件。

MES系统的发展历程

在20世纪70年代后半期，出现了一些解决单一问题的车间管理系统，而不是整体的车间管理解决方案，因此存在信息孤岛 与 上层系统与控制系统的断层等问题。在20世纪80年代，生产现场各个单一功能开始整合，逐步产生了MES原型。1990年11月，美国先进制造技术研究中心（AMR）明确提出了制造执行系统（MES）的概念。AMR提出了制造信息化的三层模型，MES位于计划层与控制层的中间执行层，指出了MES不仅是面向生产现场的系统，而是作为上下两个层次之间双方信息的传递系统，明确了MES的地位。

在此之后，国际自动化学会（ISA）和制造企业解决方案协会（MESA）等国际组织也都对MES提出了各自的理解，比如大名鼎鼎的ISA-95和MESA-11模型。2013年以后，随着德国的工业4.0、美国工业互联网、中国制造制造2025等战略的出台，智能制造成为了全球制造行业的发展目标，而MES作为实现智能制造的重要推手，得到了广泛的关注。

MES系统的定义

对于MES系统的定义，AMR、ISA和MESA等国际协会都陆续给出了一些自己的理解。这里我引用国内e-works的理解：“MES是一套对生产现场综合管理的集成系统”。
MES用集成的思想代替了原来的单一使用的孤立系统，MES系统设计车间现场管理的人、机、料、法、环、测、能（5M2E），从生产排产、生产计划执行、生产工艺指导、生产过程追溯、车间现场数据采集、生产物料供应、设备管控、质量管控等环节和维度对生产现场进行集成管理。制造企业应用MES的核心价值在于实现生产现场的透明化，实现生产过程的全程追溯，提升产品的按期交付率，遵从行业法规与标准，提高设备和人员绩效，提高生产质量等。

MES系统的标准模型

目前，MES系统的标准模型主要有两大类，一类是主流标准，如ISA和MESA。另一类是非主流标准，如VDI 5600和Namur等。这里，我们重点了解一下ISA和MESA两个体系。

（1）ISA-95标准
ISA-95，即企业系统与控制系统集成国际标准，由仪表、系统和自动化协会 (ISA) 在1995年投票通过，简称S95。这是一个非常流行的标准。S95标准对于MES的定义，首先是从信息系统架构的层面来描述，即著名的S95五层架构：

在该模型中，MES是处在Level 3层（从0开始计数）。这个定义的高明之处是先从顶层规划给出了企业信息系统的层次划分，然后才是各个层次的建设和互联，颇有高屋建瓴之势。

在给出了对MES Level 3层的定位后，S95也给出了其功能模型定义。与MESA-11略有不同的是，S95 中描述的生产对象模型根据功能分为 4 大类 9 大模型， 资源、能力、产品定义和生产计划。资源包括人员，设备，材料和过程段对象。能力包括生产能力，过程段能力。产品定义包括产品定义信息。生产计划包括生产计划和生产性能。

（2）MESA标准

MESA标准，是业界使用最广泛的标准。MESA的全称是Manufacturing Enterprise Solution Association International。像西门子、罗克韦尔等知名MES厂商，都是该协会的核心成员及赞助商。MESA是从功能层面去定义MES的，早在1997年就提出了11大核心功能的MES模型的定义，又称MESA-11模型：

这11个核心功能是：

1. 工序详细调度（排产）

2. 生产单元分配（派工）

3. 产品追踪与追溯

4. 劳动力资源管理（不同于HRM）

5. 质量管理

6. 维护管理（针对设备，工装夹具）

7. 资源分配与状态管理

8. 文档管理

9. 性能分析（典型的如OEE）

10. （生产）过程管理

11. 数据采集与获取

到了2004年，在老的模型基础上，又提出了旨在加强和其他系统、其他职能协同的C-MES模型。

最后在2008年，推出了最新的版本，MES模型 Version 2.1

流程与离散行业中的MES系统

制造业目前主要分为流程制造业 和 离散制造业，MES的提出首先是从流程制造业开始的，成功的应用案例也主要集中在流程制造业中。这是因为流程制造业对设备的依赖性高，设备的自动化水平高，大量的传感器可以实时准确地采集生产现场的状态信息，这就为MES的实施提供了基础条件。

所谓流程生产行业，主要是通过对原材料进行混合、分离、粉丝、加热等物理或化学方法，使得原材料增值。典型的流程制造行业包括 医药、电力、冶金、石化、水泥、食品行业。

所谓离散生产行业，主要是通过对原材料物理形状的改变、组装，成为产品，使其增值。典型的离散制造行业包括 航天、电子、电器、汽车等行业。

虽然目前业界希望开发出具有普适性的MES系统，兼顾流程制造业和离散制造业，但是由于这两个行业在工艺流程和生产组织方式上存在较大差别，不同的MES解决方案往往都具有明显的行业特征。

参考资料

e-works，《MES选型与实施指南》

林森 晏致涛 王俊洲，《MES的功能与实践》

广州高端技术优先公司，《MES在智能制造中的应用与实践》

比特制造，《MES两大国际标准介绍--从原理入手认识MES系统》

作者：周旭龙

出处：https://edisonchou.cnblogs.com

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