在制造业里 “制造执行系统MES” 成为又一个时髦名词。究竟MES是什么？与ERP又有什么关系？大家是否都要来实行MES ？这是制造业新一轮信息化投资的重要决策。本文试图说明在复杂制造企业中ERP和MES之间的关系，以启发对它们投资的权衡。

制造管理的“间隙”论

制造执行系统发展的理论旗帜是所谓“制造过程的间隙”理论。它首先是由美国制造执行系统协会(MESA)提出的，他们指出了计划管理与控制之间的存在间隙。但是，制造过程的间隙远不止计划和控制这一个。随着需求和市场的发展，现有软件系统的功能空白还会出现新的功能间隙，集成还会继续。所谓“间隙”论给了我们一个对制造业问题的新关注点，引出了制造软件新的扩展领域。

计划与控制自动化之间的信息间隙

按照“ISA-dS95.00.01-200企业与控制的集成”的标准提出的企业管理层次模型，企业作业分为5层——

4级——企业级计划和后勤支持作业

3级——制造作业计划和管理

2级——对实际作业管理

1级——对实际作业的感测和操控

0级——实地的加工作业

ERP主要解决的是第4层的企业级的管理作业。而作业人员的操作和车间生产设备的传感器、控制器、执行机构、分布式控制系统DPS、计算机数控CNC和直接数控系统DNC等是属于第2、1、0层的活动。MESA的所谓计划与控制之间的间隙是制第4层和第2、1、0层之间的间隙，——ERP的计划不能直接作用到生产或设备作业中来，生产作业的实时信息也反馈不到顶层计划上去。MESA提出采用“制造执行系统MES”来填补这个间隙，从而MESA创建了众所周知的制造系统“计划—执行—控制”的3层结构模型。在ISA95标准层次结构中制造执行是第3层次的职能，这个标准称这些功能是“制造作业管理和控制Manufacturing Operations and Control (MO&C)”。

面对计划——控制的间隙存在2个问题：首先是计划与控制要不要集成？主要看制造现场的自动化程度。流程制造的需求比较现实，即所谓“管控一体化”，所以当前我国研究制造执行系统的以钢铁和冶金行业最为先进。在离散的复杂制造业，已经出现了大规模的“数控车间”，可能也是需要填补计划与控制间隙的潜在用户。在大面积的手动设备的企业，实现管控一体化的需求和条件尚不具备。

第2个问题是在MES之前，执行层功能是不是存在的问题。熟悉制造业ERP的人都知道，ERP在现场执行功能上，并不是空白。多数软件中，无论从现场管理还是对自动化设备的参数数据采集、管控一体化的功能来说都是早就存在的，只不过这些功能相对今天的制造环境显得较弱、不能满足需求而已。执行对我们并不是全新的概念。这和当时ERP有销售和分销管理的功能我们又欢迎客户关系管理、有采购供应管理又关注供应商关系管理、有所谓“综合查询”或“领导查询”又希望有集成的商务智能BI一样。MES的出现是企业系统分分合合发展的一个过程。今天分了，明天又会合在一起的。

计划执行之间的时空差异

但是事情并没有结束，制造过程的间隙远远不止计划与控制之间的这一个。最普遍的间隙是计划与执行之间在时间和空间的差距—“时空间隙”。实际上，对多数离散制造业、特别是复杂制造业来说，时空间隙比管控间隙还要严重。时空间隙的本质是需求和可用资源的动态变化。复杂制造业的MRP计划出自于产品累计提前期的开始，往往是经过了数周或数月才能付诸执行。MRP的计划仅仅在理想的平稳环境中才能维持有效。在这个时间间隔中，产品的需求会变化、又有新的产品插进来加工。制造环境会变化，设备出现故障或者被占用、前期出现的不合格品造成数量变化和生产秩序的混乱，都会导致原来计划的失效。由于缺少必须车间现场实时的资源数据的支持，在即便是用ERP/FPC/APS不断的重算，也未必能够跟上变化。当然弥补计划与执行的间隙，必然涉及到计划观念的根本变革。

现场到管理层的逆向信息间隙

制造过程的第3个间隙是车间层（shop floor）至管理层（top floor）之间的逆向信息间隙。面对需求和环境的快速变化，计划管理的实时决策成为必须。但是尽管现场数据量极为丰富，但仍旧缺少将现场数据的采集、萃取和处理，形成实时的对管理层及时决策所必要的信息，缺少将必须信息从车间向高层管理或企业系统传递的管道。严重的结果是将MRP的计算置于一种理想和不切合实际的基础上。

物流与信息流之间信息的间隙

物流和信息流之间的间隙也是非常严重的制造现实。在ERP领域内，将所谓“3流集成”视为天经地义的事。认为只要是设计完好的ERP系统就会实现物流、信息流和资金流的集成。其实这是一种理想主义的误解。显然，零件在车间里周转和库房内外的交流，其数量、状态、位置的变化根本不会直接反映到信息流中去。传统上是通过手工对零件实际位置、数量、质量状态的数据采集，输入到ERP系统以后，才能实现物流和信息流的集成。问题发生在对物流信息的采集是繁杂和耗费时间的，ERP系统经常得到的是过时的信息，物流和信息流的集成并不成功。弥补这个间隙只能采用自动识别和数据采集的若干新的技术。

因为这些间隙的存在，需要明确一个概念：不仅仅着眼于计划和控制之间的一个间隙。制造企业期望有强大功能的应用系统来弥合所有的间隙。这是促成制造执行系统MES发展的重要原因，也是构建MES的基本原则——关注所有间隙，按需填补管控间隙。

制造现场的“矛盾焦点”论

复杂制造业感到车间管理越来越力不从心，开始认识到企业管理的焦点在车间现场。随着越来越多的制造企业成功应用ERP，解决了企业的合理的投入产出计划问题、减轻了计划编制的压力，有精力去关心真正的车间的管理活动，从而突显了车间的问题越来越多，成为一件十分头痛的事。特别是复杂制造企业管理的矛盾集中在车间现场。企业为了计划的完整执行和进一步优化计划的尝试，又受到现场状态不清的制约。所以很多企业对制造执行系统的需求浮现了出来。但是也不能不说破：有些企业对MES的需求是盲目的。下面的很多理由说明——现场是复杂制造企业的“矛盾焦点”，是一件必须引起足够关注的事。

v       重要性。车间现场担负着具体实现计划目标、实现企业价值的重任。车间现场是整个企业最大量成本的发生地，也是整个企业最大的财富集散地。车间工作地的组织、在制品的流转、车间的计划完成率、车间的文化是表现企业是否有生命力的窗口。

v       交汇点。车间现场是整个生产系统物流和信息流的交汇点。是计划控制的发力点。但它也是整个企业各种矛盾的集中点、工作延误或失误的爆发点，因而造成车间管理的复杂性。制造执行管理必须有充分的灵活性来吸收和缓解企业管理种种失误的综合表现。

v       补台作用。理论上，制造执行系统的任务是执行计划管理下达的指令。但是由于计划编制到执行过程的时间差、需求和生产条件的变化，计划和执行之间又相当大的间隙。单纯依靠计划指令的调整，会陷入恶性循环。因此制造执行实际上担负着为给总体计划的完成补台、满足整个企业交付计划的自我调整任务。

v       反馈点。制造执行系统是整个企业计划管理的反馈点。计划管理的信息采集几乎都集中在车间现场，信息量超过计划部门的10倍，但是可采集数据的时间窗口小。造成对现场执行系统的效率和响应速度要求高。

v       数据量大。制造执行系统与企业各个职能环节的铰链关系复杂。正常运行要求数据多，系统实现的准备工作量大。

v       集成性。很多企业的信息化过程是违反客观规律的。出于种种短见的理由，将本应集成的信息系统搞得七零八碎。这些独立得系统在没有落实到车间现场之前往往是可行的。但是到了车间，集成在每一个工作地、机床和工人身上都有体现。如对ERP工作订单的执行，必须有材料、设备、工具、工人、工艺路线、质量监测、成本、技术和维修等等的支持。没有系统的集成就没有完整的制造执行软件系统。

我们认为企业生产管理首先要抓好计划管理。但是先进和快速响应的车间管理是整个企业矛盾和偏差的缓冲剂。强大的车间管理能力和效率将是整个企业作风、协同精神、管理力度和管理效果的集中体现。

ERP源于制造业但辜负了制造业的期望

从制造业发展起来的ERP，集成了企业大部分功能。但也不能不指出：ERP并不完美。ERP源于制造企业的物料需求计划MRP和制造资源计划MRPII，这是不争的实事。1990年代的MRPII囊括了当时制造企业的所有功能，包括制造执行的车间现场管理。当然，因为当时的计算机数控技术的水平、对管理的时间粒度和对信息实时性的需求，还没有达到需要将数控加工设备的控制和数据采集与管理系统相集成的水平。比较平稳的市场也掩盖着计划与执行的间隙。所以，MRPII在制造业得到了有效的大量推广。

随着解决千年虫问题和计算机平台的升级，MRPII的功能也逐渐扩展到企业内部各个领域，被称为“企业资源计划ERP”。从积极意义上说，ERP成为企业信息集成的框架、企业功能和过程的集线器。这是ERP迅速扩张并成为包括非制造企业的各行各业竞相采用的原因。但是，毫不扩张的说，当时的ERP仅仅是一头庞大但很虚弱的恐龙。企业面对着激烈竞争的市场和越来越挑剔客户，开始不满意ERP庞大、面面俱到但并不深入的功能。为补足ERP软弱的功能，不断的有新的、生气勃勃的单一功能软件出现，这些软件被称为“最佳单项best-of-breed软件（BoB）”。首先冲击ERP的是供应链管理SCM、先进计划和排程APS和客户关系管理CRM软件系统。接着又有供应商关系管理SRM和商务智能BI的介入。BoB软件和ERP的功能相重叠，但是单项的功能强大细腻，在某一个方面有优于ERP。他们既是ERP功能的补充，又有很强的独立性。这些“最佳单项”软件的供应商都是有拥有先进技术和竞争能力很强的独立软件精英，如i2、Siebel、ILOG等等，这些应用软件以高技术奇货可居，价格也居高不下。特别他们出于重新分割市场的愿望，总在煽动替代ERP的舆论。但是，ERP终究占尽了作为企业信息集成的基本框架和制造数据源的优势，并没有被替代。在独立单项软件的竞争压力下，ERP供应商虽然总是慢一拍，但是这些资本庞大的经济动物还是跟上了市场的需求。它们很快地将CRM作为为大型ERP套件的一部分； APS对复杂制造业是重要的，原本是供应链管理SCM的核心工具，现在已经被先行集成到所有重要的ERP系统中去；SCM也成为扩展的ERP电子商务套件的一部分；SRM的概念刚刚出现不久，就被ERP功能所覆盖；当商务智能软件供应商还在批评ERP只作联机事务处理不会联机分析、短缺对决策的支持时，重要的ERP软件又都有了与联机事务处理数据库紧密集成的数据仓库DW和智能分析OLAP。ERP在客户的需求和与单项软件的竞争中发展和壮大，虚弱的恐龙强劲起来。但是ERP在这个扩张过程中，还没有来得及顾及到它最基本的生产管理功能、特别是生产现场管理功能的扩展。90年代以来的制造环境暴露了传统MRP模型的重要缺陷：僵硬的提前期、过大的时间栏、夸张的计划安全机制、过多的计划层次等等。快速变化的市场要求制造过程实时的数据采集和制造智能、现场级的实时决策。结果，ERP的生产管理功能也失去了它的最基本的客户——制造业的信用，制造执行系统MES开始了是对ERP系统新一轮的挑战。

制造执行系统

AMR的观点

美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将制造执行系统MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，MES为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等方面)的当前状态信息。

MESA的观点

国际制造执行系统协会 (MESA I ) 将MES定位在车间现场除了ERP, CAD/CAM 和工业控制之外的所有功能的集合。特别关注生产作业，是现场级与作业相关数据的总协调。

MES的核心功能

按照国际MES协会所给出的定义，MES提供从接受订货到制成最终产品全过程的生产活动实现优化的当前的和精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变和条件作出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程。MES改善运行报，以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。MES通过双向通信，提供整个企业在生产活动中关键的作业信息。

ISA95标准

ISA95标准定义制造执行是“企业活动和控制活动之间的接口”，主要功能在“制造作业和控制(MO&C)”范围中实现。对于制造执行，ISA95的核心思想是企业级功能和制造作业和控制(MO&C)之间的集成。用功能模型、实体模型、MO&C领域内的信息和各领域之间的信息流来识别这个界线。使用多个模型来定义功能和集成控制和企业系统。

—      层次模型：based on The Purdue Reference Model for CIM, referenced as PRM1

—      功能模型：MESA International Functional Model

—      设备模型：IEC 61512-1 (ANSI/ISA S88.01)

—      数据流模型：based on The Purdue Reference Model for CIM.

—      目标模型：

按照ISA95制造执行系统解决的问题不仅仅是计划和控制的链接，而是扩大到整个生产执行层的管理。这种处理在理论上澄清了传统上对MES的片面理解。也更符合现在MES软件的实际。

MES和ERP的权衡

下图是ISA95标准的企业模型。其中的黄色区域是制造作业管理（制造执行）的范围，粗点线是企业活动和制造作业活动的界面。制造作业管理可以细分为4个部分：

按照ISA95标准的定义，面向企业级的活动（图中的小椭圆型，可以认为是ERP现有的功能）有：

v       采集和维护原材料和备件的库存。为原材料和备件的采购提供数据。

v       采集和维护能源的库存。为能源的采购提供数据。

v       采集和维护所有产品在制和生产库存文件。

v       采集和维护质量控制文件。

v       采集和维护机器设备使用和历史文件。为进行预防性和前兆性维修计划所必须的。

v       采集和维护人力资源数据。

v       采集和维护原材料和备件的库存。为原材料和备件的采购提供数据。

v       建立基本的工厂生产进度计划。

v       按接到的订单、在可用资源变化、可用能源、需要的动力水平和维修的需要基础上改进基本的工厂进度计划

v       制订与工厂生产进度计划相协调的、最适宜的预防性维修和设备改造计划。

v       确定最佳的原材料、能源、备件和在制产品在每个存货点上的库存水平。该功能也包括MRP和备件的采购。

v       一旦生产发生终端，修订基本的工厂进度计划

而现场或执行级的制造作业管理是从事制造的实体在对物料的转变和/或装配过程中所进行的对人、设备、物料和能源的协调活动，其中包括了设备、人员和信息系统的所有活动。制造作业管理包括了管理所有资源（人员、设备和物料）的进度安排、效用、能力、历史和状态的信息的活动。制造作业管理是生产作业管理、维修作业管理、质量作业管理、库存作业管理和其它制造活动的集合。

a)生产作业管理：包括作为第3层功能运作的生产控制活动和作为第3层功能运作的生产日程安排的子集

b)维修作业管理：包括作为第3层功能运作的维修管理活动

c)质量作业管理：包括作为第3层功能运作的质量管理活动。

d)库存作业管理：包括在第3层功能里定义的在产品库存控制和原材料机能源控制活动库存和材料管理活动。

制造作业管理的其它活动：制造作业中的安全管理、信息管理、配置管理、文档管理、法规遵从管理和事件及例外管理。具体功能有：

v       部门的生产和可变成本的报告

v       采集和维护部门的生产、存货、人力、原材料、备件和能源的数据

v       执行数据采集和离线的数据分析——包括统计质量分析和相关的控制功能

v       进行必要的人的功能，诸如出勤统计（时间和任务）、休假时间表、劳动力安排时间表、晋级、内部培训和岗位资格认证等。

v       为本部门建立当时的详细生产进度计划，包括维修、运输和其它与生产相关的必要活动

v       在执行企业级功能下达的生产进度计划时，为本部门生产范围内的局部成本进行优化

v       当工厂级生产中断对本部门发生影响时，调整生产计划安排

这样，ERP和MES之间，管理的内容是相同的，MES的功能领域和ERP基本是相重叠的，（在对外和供应链的功能上是有区别的）。仅仅ERP是对企业全局而MES是对部门局部、ERP发布需求计划而MES进行执行和报告的分工。

MES和ERP的集成

在企业级活动和作业级活动之间起码有4类信息的共享和交换：产品定义信息、生产资源信息、生产进度信息和生产业绩信息。

目前流行的现状是将ERP和MES作为2个独立的软件系统。这将产生严重的功能衔接和数据集成问题。从这个系统的接口关系图可以看到，MES和ERP的集成超出了我们过去遇到的所有的集成问题。还必须强调的是ERP和MES的接口要求是实时的，而不是批处理的。接口问题是MES和ERP联合应用的最大挑战。

目前IT界炒作MES之风甚嚣尘上，多半是从商业利益出发的。包括美国的制造执行系统协会等等组织，也是用独立的观点夸大MES的作用。必须注意到，ISA95标准的题目是“企业和控制的集成”，这里仅仅划分了企业级管理和制造作业级管理的界限和信息流，并没有强调从0到4级活动的软件系统的独立性。

复杂接口和数据实时性要求的冲突造成MES和ERP最终必然会走到一起来。像SCM/CRM/SRM/APS/BI一样，制造执行系统也会被集成到ERP套件中来的，并且SAP已经进入了ISA95标准的编制委员会，SAP的航空与国防解决方案已经在欧洲空客取代了原先的独立执行系统或APS补丁。

另一个方案是MES软件供应商扩展MES产品的集成范围，形成为一个重心在下的号称MES的新型的ERP系统。传统MES则仅仅在单纯作为大集团公司的外包生产厂有留存的可能。

对LeanMES的说明

LeanMES是LeanERP向制造作业管理扩展的、面向复杂离散制造业的集成的企业应用软件系统。与LeanERP的不同是：管理重心在制造作业管理。LeanMES的应用优势是构成一个统一的集成系统，而不是2个或多个应用系统的连接。LeanMES的精益生产部分在弥补计划与执行间隙和按客户需求驱动生产方面，有更大的优势。

结论和扩展

对于复杂制造企业，本文的鲜明观点是：

v       ERP除了在财务、销售、采购和库存等方面收益之外，必须在生产的投入产出计划，不仅仅是产品级、而特指是在零件和原材料级的投入产出计划上，对企业应该有所贡献。没有采用ERP的制造企业，首先还是应该将ERP用好，特别是ERP的生产计划管理应该用扎实。有了ERP还没有在应用生产计划管理的企业，必须补上这一课。其中，对承担不了生产计划任务的ERP软件，必须毫不留情的换掉，尽管必然是很痛苦的。

v       ERP作为制造企业的业务、信息和数据的集成系统，理所应当的应该将制造计划的执行环节集成在系统之内。完成生产的计划、执行和设备级控制相集成的任务。将制造执行集成在内的ERP是制造企业的优选，这是制造业应用ERP的上策。当前有很多企业因为运行ERP的生产计划“很难”而回避弃之不用或干脆不买，或者因为投资较高而另选其它车间管理软件，这并不是明智的做法。我们不希望许多企业出现计划与执行2个信息孤岛，或ERP和MES两张皮的局面。

v       毕竟有很多ERP不能提供制造执行的功能，这时选择MES作为管理生产现场的补丁是必要的。但是企业必须清醒的指导，MES与ERP的计划接口，特别是产品和资源数据的接口又是一个头痛的事。

v       能不能抛开ERP直接应用MES？从理论上说，是不可行的。因为MES仅仅是生产计划的执行系统。至于有些MES产品包括了从销售订单到生产计划(MRP)的功能、也涵盖了必要的资源管理，当然另当别论，但是这种MES究竟是MES还是ERP？就需要讨论了。所以好的ERP和好的MES一样，都是一个全面的制造企业的集成系统，只不过其管理重心一个在上面：财务、销售和计划，一个侧重下面：计划、执行和控制。

从长远的发展趋势看，ERP和MES的融合是必然的。ERP是个经济和力量巨大的狂妄大恐龙，剩下的一点点和设备控制集成的间隙（ERP的功能空白）是很容易就会被弥补的。