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    1  企業信息化中MES的定位

    隨著國內企業信息化的日趨深入，制造執行系統（MES）的重要性逐漸被流程行業企業所熟悉，但是對MES在企業信息化的定位還存在仁者見仁、智者見智的不同觀點。總結國內冶金企業信息化的現狀，根據ERP和MES的功能劃分，有“大ERP小MES”和“小ERP大MES”兩種情況。前者強調企業資源的統一配置和優化，ERP包打天下，把MES作為向ERP提供現場數據的手段；后者認為ERP只需要提供公司的財務、銷售、采購的統一管理，由MES實現余下的所有功能。筆者認為，ERP和MES的功能劃分不能泛泛而談，應該結合各企業的管理模式和業務流程，具體問題具體分析，而基本的劃分原則是保證企業業務流程閉環，不脫節、不重疊。解決問題的出發點，是從分析企業的價值鏈出發，而不是拘泥于ERP、MES的字面意義的詮釋。

    1.1  市場的角度

    根據McKinsey公司對鋼鐵行業的分析，影響顧客購買的因素依次為產品價格（30%），產品質量（26%），交貨時間（18%），按時發貨（16%），技術支持（10%）。

    可以進一步把企業的效益表示為產品質量（q）、產品成本（c）、交貨時間（t）的函數，即
企業效益≈∑f(q,1/c,1/t)

    其中：q=品種結構+質量設計+原料質量+制造質量+服務質量
    c=銷售費用+管理費用+制造成本（原料、能源、耐材、維修）+人工成本
    t=計劃時間+采購時間+制造時間+發運時間

    J.M.Nicholas在《競爭性制造管理》一書中指出，關注客戶需求是基本的和重要的開始，然后，競爭的關鍵則取決于生產能力。勝者與失敗者不同的地方在于前者能持續地提供更好（better）、更便宜（cheaper）、更快（faster）、更柔性（more agile）的產品和服務。

    1.2  管理過程的角度

    一般來說，企業管理應包括企業級管理和分廠級管理兩個不同層次，而企業信息化也應包括企業級信息化和分廠級信息化兩方面內容。

    根據管理過程學派的觀點，“管理”主要致力于研究和說明管理人員做些什么（計劃）和如何做好這些工作（執行）兩方面的內容。企業級管理關注的是前者，分廠級管理則側重后者。表1給出了兩者的特點比較。

 

根據Forrester Research 公司2000年7月對全球50%制造企業的調查，企業遇到的最大問題依次為工廠運行的可見度低（38%）、不準確的需求預測（36%）、缺乏信息交互（24%）、供應不足（18%）、用戶滿意度低（8%）等，而排在首位的工廠運行可見度低與分廠級管理聯系密切。同期調查表明，在企業信息化投入方面，公司運營管理占26%，ERP/PDM/CAD占34%，CRM占16%，SCM占19%，用在制造執行的投入最少，只占企業信息化投資的5%。制造企業投入與存在問題的關聯分析從反面印證了分廠級信息化的重要性。
實際上，有很多企業因為沒有具備一種執行能力而無法發揮自己的潛力，計劃和結果之間的差距也就非常明顯了，正如Larry Bossidy指出的那樣：“除非各級領導任務都能夠確切地掌握和實踐執行的學問，否則沒有一家公司能夠徹底兌現自己的承諾，也無法真正地適應不斷變化的環境。執行應該成為一家公司的戰略和目標的重要組成部分，它是目標和組織結果之間缺失的一環（missing link）”。
MES定位為分廠級信息化，旨在提高企業的制造執行能力。其地位不可能簡單地被企業級信息化所覆蓋，其功能也不僅僅是實現管理與控制的信息交互那么單純，MES有其獨特的內涵和效益目標。
1.3  價值鏈和作業流程
企業每項生產經營活動都是其創造價值的經濟活動，企業所有的互不相同但又相互關聯的生產經營活動，便構成了創造價值的一個動態過程，即價值鏈。企業信息化的目的是以作業流程為中心，打破傳統的組織結構，通過扁平化，達到加大內部溝通、加快外部響應的目的。企業通過協調、優化各價值活動間的聯系，廢除非增值業務、改善非效率性業務，獲得成本、質量、服務和速度等方面的改善，增強企業競爭能力。因此，確定企業信息化結構和功能的前提是對企業價值鏈和作業流程有完整的認識。

圖1  武鋼整體產銷系統架構
對于流程行業，應重點考慮以下4個方面：
(1)  對于計劃體系，應根據AMR的制造業務過程的REPAC（Ready、Execution、Process、Analyze、Coordinate）模型，保證從經營計劃（年）、銷售計劃、訂單需求、生產計劃（月）、作業計劃（日）到各工位的批次控制（生產節奏協調）的一體化；
(2)  對于質量體系，應基于戴明的PDCA（Plan-Do-Check-Act）循環，實現新產品開發、產品標準、制造標準、產品質量判驗、質量控制、廢次品分析和質量持續改進的一體化；
(3)  對于成本體系，應保證產品成本模擬、計劃成本、實際成本、成本差異分析、成本控制、成本核算的一體化；
(4)  對于設備體系，實現設備基礎管理、設備維護、設備維修、設備監控、突發故障管理、備件管理的一體化。
圖1給出的武鋼整體產銷系統架構既是武鋼綜合考慮企業價值鏈后業務流程重組后的結果。
2  面向企業效益的MES
MES旨在提高企業的制造執行能力，為企業創造效益。要實現這一目標，應該注意準確及時信息、規范業務、工具運用和管理創新等幾方面的問題。
2.1  準確及時信息
業務重組也好，組織結構扁平化也罷，其前提是做到信息的上通下達，前呼后應。而且這里的信息應該是準確、實時、一致的數據自動轉化而來的，MES在企業信息化中承上啟下的地位非常重要。自動化水平高的企業可以從過程控制計算機數據庫中讀取；沒有過程控制計算機的，至少應建立實時數據庫，直接讀取控制設備數據，根據生產管理流程對數據加以組織、處理轉為企業管理所需的信息。
2.2  規范業務
基本事務處理功能是企業持續穩定提高企業管理水平的開始，企業通過對這些基本功能的梳理和規范化，可以規范業務流程及員工業務行為，大大改善企業的業務盲動性和隨機性，打下很堅實的管理根基，加速業務處理和提高業務能力。
2.3  工具運用
MES決策過程和決策方法有一定規律可循，但又不能完全確定，即有所了解但不全面、有所分析但不確切、有所估計但不確定。解決這種問題，可充分利用統計學、運籌學和管理學的知識與MES信息技術結合，為決策提供有章可循的方法和有效的工具。這些方法和工具融入MES中，會大大提高管理者決策效率和效益。以質量管理功能為例，質量檢驗有統計抽樣檢驗法；質量控制有SQC法、6Sigma法；質量分析和質量改進有老七種工具：排列圖（Pareto Diagram）、因果分析圖（魚刺圖）、直方圖、檢查表、分層圖、散步圖（并結合相關分析和回歸分析）和控制圖，新七種工具：關聯圖法、親緣圖法（Affinity Diagrams，又稱KJ法）、系統圖法、矩陣圖法、矩陣數據分析法、決策過程計劃圖法和箭頭圖法。
2.4  管理創新
信息化是起點，目的是提高管理水平，創造效益，只有伴隨著管理模式和方法的不斷進步，才能充分發揮MES的作用。以成本管理和控制為例，MES成本管理控制系統與一般財務管理或成本會計意義下的成本管理控制不完全相同，強調實時動態和可控性，著眼于企業持續改進和成本不斷降低。因此，應該摒棄傳統成本計算方法，以“產品”為中心轉移到以“作業”為中心上來，采用以作業為基礎的成本計算法（ABC，Activity Based Costing），通過對所有作業跟蹤進行動態反映，通過多作業成本的確認、計算，為盡可能地消除非增值性作業、改進增值作業及時提供有用信息，減少不必要的損失和浪費。
3  實施MES注意的問題
3.1  成熟度模型
企業應用MES成敗或實施后效益的大小，與企業現有的制造執行能力的水平有關，與企業準備提升哪方面的制造執行能力有關，因此，企業選擇MES產品及MES功能之前，需要對企業自身狀況做出理性的分析，以確定采用MES的必要性和可行性，為此，MESA International給出了MES成熟度模型。
通過以下MES成熟度模型，企業可以根據目前的狀況，結合競爭環境對本行業制造執行能力的要求，確定自己努力的方向，針對性地實施MES，以達到關鍵實績指標。
3.2  MES實施的三段論
一般地，企業MES實施都會經過三個典型的發展階段，即信息集成階段、事務處理階段和制造智能階段。每個企業，無論其規模大小或業務繁簡，都必然經歷以上三個階段，從而最終完成其MES的建設過程。
(1)  信息集成階段
MES的主要功能之一即將企業管理和過程控制銜接起來，形成從傳感器到ERP的信息集成。因此，信息集成是流程行業ERP成功發揮作用的基礎條件，也是實施MES的第一步。
MES信息集成包括：與ERP信息集成、MES橫向信息集成、與PCS（過程控制層）信息集成。
圖2給出了MES信息集成的示意圖，描述了在ERP、MES和控制層的操作、關聯和數據流。圖2的左部為ERP，時間粒度為天、周、月和年，即100倍時間因子。ERP關注產品使用、顧客定單和材料需求，給MES發出生產更多產品或庫存以滿足客戶定單要求。MES負責執行產品制造和所有與產品制造有關的操作。料單和產品設計細節可以存儲在MES層，通過MES轉化為“如何生產”的指令，提供給操作者和物理設備。MES的時間粒度為天、班、小時、分或秒，即10倍時間因子。一旦指令、規范或其它形式的制造要求傳遞給控制層，后者負責執行動作，以實時方式，即1倍時間因子（小于1秒），意味著一直有很多操作同時發生以控制或調節制造過程來維持希望允許范圍或輸出。每一層也會發生雙向數據交換，以測量計劃執行情況，通知意料之外的狀態變化、報警信息和異常事件。MES是一個進入制造過程的雙向窗口，在控制和業務計劃間集成和驅動關鍵信息流和命令，從而，形成ERP/MES/PCS集成的基礎。

圖2  企業信息化的數據集成
(2)  事務處理階段
基本事務處理功能是企業持續穩定提高企業管理水平的開始，企業通過對這些基本功能的梳理和規范化，可以規范業務流程及員工業務行為，大大改善企業的業務盲動性和隨機性，打下堅實的管理根基，加速業務處理和提高業務能力。
事務處理階段對應于決策支持的結構化決策問題，相對比較簡單、直接，其決策過程和解決方法有固定的規律可循，能用明確的語言和模型加以描述，并可依據一定的通用模型和決策規則實現其決策規程的基本自動化。
(3)  制造智能階段
目前，大多數MES只能提供信息集成和基本業務處理功能，而乏力于總結和提煉出用于生產管理科學決策的信息。大量數據只是以各種不同類型的報表呈現，而決策好壞仍然依賴于生產管理者的經驗和直覺。一個有效的MES應該具有制造智能，即基于數據、信息、知識的綜合和分析能力，快速反應地總結業務運作的實際情況，為管理者做出正確、及時的決策提供支持。制造智能對應于決策支持的半結構化決策問題和非結構化決策問題。
解決半結構化決策問題的制造智能，可充分利用統計學、運籌學和管理學的知識與MES信息技術結合，為決策提供有章可循的方法和有效的工具。這些方法和工具融入MES中，會大大提高管理者決策效率和效益。
解決非結構化決策問題，可充分利用人工智能的研究成果。特別是近年來發展起來的數據倉庫（DW）、在線分析（OLAP）和數據挖掘（DM）技術。
由于網絡化制造的發展，數據量急劇增加，在生產過程中要產生大量的數據。盡管這些存儲數據有可能揭示生產變化趨勢、設備狀況及其他重要領域的信息，但是需要尖端的分析工具從數據庫/數據倉庫中獲得這些信息，并以用戶能夠理解的方式提供給企業中的生產管理人員。目前的數據庫系統可以高效地實現數據的錄入、查詢、統計等功能，但無法發現數據中存在的關系和規則，無法根據現有的數據預測未來的發展趨勢。而采用數據挖掘技術和人工智能的方法使數據庫技術進入了一個更高級的階段，它不僅能對過去的數據進行查詢和遍歷，并且能夠找出過去數據之間的潛在聯系，從而促進信息的傳遞。
應用人工智能領域中的機器學習技術和統計學方法，采用當前數據挖掘技術的國際科學前沿的最新成果，如神經網絡、決策樹、貝葉斯網絡、規則歸納、Kohonen網絡模型等，通過分析歷史的生產數據、庫存數據和交易數據，可以發現企業資源消耗的關鍵點和影響產品質量的主要因素，從而為企業客戶資源優化配置提供決策依據，例如提高產品質量、降低庫存、提高庫存周轉率、提高資金使用率等。同時，借助MES的集成功能，分析結果可直接應用于生產過程，使生產過程處于良性循環。
4  結論
制造執行系統（MES）旨在提升企業執行能力，具有不可替代的功能，競爭環境下的流程行業企業應分清不同制造管理系統的目標和作用，明確MES在集成系統中的定位，重視信息的準確及時、規范流程、利用工具、管理創新，根據MES成熟度模型對自身的執行能力進行分析，按照信息集成、事務處理、制造智能三階段循序漸進地實施MES系統，才能充分發揮企業信息化的作用，提高企業競爭力，為企業帶來預期效益。