行业|MES前途光明道路曲折

作者：丁娅琳 发表：2005.08.01 来源：e-works 　　前不久北京闭幕的中国制造业信息化MES产业技术论坛上，863CIMS主题专家组副组长褚健教授很有感触地说，“中国的整个工业结构不完善，导致了大多数的企业在管理等方面都是粗放型的，现在我国的能源紧缺，1个单位GDP的增长我国就要消耗1.6个单位的能耗，这极不符合科学发展的规律。流程工业里最重要的是能源和原材料两大行业，如果我们在节能和环保方面不发挥作用，这就会大大影响我国工业的可持续发展，因此我们要紧紧围绕节能降耗，用MES来优化某些单元的降耗，来进行整体的优化，全面提升企业的节能降耗水平。现在，如果大家稍微关心一下我国的能源形式，就会发现这是一件迫在眉睫的事情，而我们的MES在节能降耗方面无疑是最能发挥作用的。” 　　MES在中国走过的历程，业已不短，无论是应用还是技术研发。尽管整体认识和应用情况有着长足的进步，但是MES在中国还是处于初级发展时期。 　　此次论坛上，褚健教授明确提出了MES的三个目标：“实际是以按照生产为目标，以节能降耗为目标，以增加企业效益为目标。基本是以这三个目标作为今后自动化领域，以及流程工业综合的一个目标。” 　　一、钢铁和石化，中国流程行业MES的两大舞台 　　提到MES，不能不提钢铁和石化行业。首先是这两大行业对于信息化的要求更高需求更迫切；其次，MES对提高企业生产效率、提高产品质量、降低消耗具有至关重要的作用，像这样规模庞大的行业实行MES系统对于节能增效的意义更为深远；第三，MES通常是一个很大的整体软件系统，其定制和维护的成本很高，大舞台应该在大型的、实力雄厚的行业。所以，目前钢铁和石化是中国流程行业MES的两大舞台。 　　钢铁工业的MES和销售、合同、计划、计量、检化验、成本核算、中间库和发运管理集成在一起，统称为产销一体化。产销一体化在薄板生产企业中特别重要，它可以使制造过程与用户需求最大程度上匹配起来，减少不必要的中间品库存；能够显著加快交货期。 　　来看一组来自中国钢铁工业协会的统计数据，中国目前共有钢铁企业几百家，其中产量超过百万吨的按照重点的钢铁企业共有65家，每年中国钢铁工业协会都对65家重点企业以及12大钢的主要的生产工序按照自动化划分，自动化程度进行调查、统计，都提供一些数据，下面我们来看一个统计的数据。截止2003年6月统计，车间管理或者生产制造执行系统应用的计算机已经达到了1500多台，MES在冶金企业生产过程各工序的应用水平参差不齐，应用才刚刚起步，整体应用水平还比较低，许多地方仅仅是在车间或者厂内建设了计算机的局域网或者少量的生产报表的处理系统，大量的实际生产数据还是通过人工来进行输入，下面这三长图是在三个层次上做的一些统计，分别就各个工序从烧结、高炉、电路、轧钢等进行统计，在基础自动化层面上，自动化的水平是非常之高，应用的普及程度也非常之广，在过程自动化上，基本上在大部分工序也达到了40％到80％的普及的程度，但是在制造执行系统，就是MES方面，整个普及的程度还非常低，普及程度最广的在轧钢这样一个工序，应用率也仅仅达到50％多一点，这说明在国家冶金企业MES的普及应用方面还有非常大的市场空间。 　　国内最早的钢铁企业MES系统应该追溯到1988年9月份投产的宝钢2030冷轧生产控制系统(FLS，当时称之为L3系统), 它是为了支持与指导现场车间级的生产管理，伴随着工艺设备、自动化设备一起从德国引进的，它包括了生产合同管理、作业计划管理、调度管理、仓库管理、物料跟踪与实绩管理、质量控制管理、发货管理、轧辊管理、检化验管理等功能，是后来90年代MESA发布MES概念与定义的MES的原始雏形。 　　中国钢铁工业协会信息化专务理事漆永新教授在此次MES论坛上介绍，“中国的钢铁企业我们进行了MES建设的有：到目前为止，已经有宝钢、武钢等21家完成了信息化的一期工程，另外还有鞍钢、攀钢等10家在建。目前，这21家企业占全国钢产量的30.2%，加上在建的10家，两年内将有占钢铁行业总产量55.3%的企业会实现信息化。完成一期工程的企业中，实现产销一体的有宝钢、武钢、湘钢，天津钢管、马钢、宝钢集团的上钢一厂、梅山钢铁、济钢等11家，他们的产销一体化中已经包含MES的内容。制造执行系统和它相连的产销一体化的系统在钢铁业里面轧制产线板材是最紧迫的。 　　没有MES系统，没有连接MES和ERP的产销一体化系统或者国外叫做定单执行系统，很难提高中国钢铁业的核心竞争力，为什么？根据2003年的统计数据，国内的平均时间是10，国际是2左右。国际上先进的企业要订货的时候，能不能接单？ ——这都成为问题。 　　产销一体化上去以后是我们钢铁业的制造者和我们的产品使用者双赢的局面，是很必要的。对于MES系统，可以说如果我们不做这一件事情，那我们就会落后，在未来的竞争里面被淘汰出局。” 　　另一大行业石油化工生产属于连续性生产，虽然生产线一级自动化程度较高，但对物料平衡的管理，仍处于粗放状态。传统的物料平衡管理主要以月度为周期，缺乏及时、准确的物料平衡数据，成为生产精细化管理的瓶颈，尤其在企业实施ERP系统后，ERP的物料、资金流、信息流三流合一的功能受到制约。如何将物料平衡管理周期从月缩短到旬、日，物料粒度精确到组分，成为石化行业对MES的一个迫切要求。 　　另外，石化行业的生产是一个多投入、多产出的过程，即：每套装置的产出同时包含着各种不同的半成或产成品，其中半成品进入下一套装置又会产生各种不同的产品，同时还存在着物料回流的现象，即：一些物料可能要从后阶段向前阶段重新循环再加工。这样，物料在装置中往复循环，使得管理者很难搞清楚原料与产成品之间的组分关系，产成品如何分担原料的成本。 　　石油化工行业的这些特点使日常生产的精细化管理难度大大提高。从成本核算的角度来看，管理者很难确定哪些产品是哪批原料生产出来的，这样每一批次原料的产成率无从得知，成本核算的精细化管理成了纸上谈兵；从车间、班组绩效考核的角度来看，生产是在设备中连续进行的，一条加工流程上有多套生产装置，每套装置产出的半成品又会沿着不同路线进入其他产线，管理者对每套装置的生产情况只有一个数量上的总概念，但是具体到每个班组生产效率、生产质量上却难以准确考核。 　　而石化行业的排头兵中石化2004年开发出了具有自主知识产权、符合我们中国石化企业特色的中国石化MES系统，称为S－MESV1.0版，已经通过了863专家组评审通过，现在已经在发挥作用。 　　中石化ERP建设是从2001年就开始规划建设，到现在已经有24家企业上了ERP系统，有十几家炼化企业上了ERP系统。在十五规划中制定综合自动化系统的总体解决方案，确立了MES承上启下的情况。 　　据中石化李德芳老师介绍MES的实施效果：“MES跟其它系统，PMC、ERP系统集合得越好发挥的效果也越好。这里面介绍几个方面的效益的分析。第一个就是通过对物流的综合的跟踪管理，发现问题，可以有效降低油品的损耗。因为过去我们对油品跑冒滴漏比较严重，有了这套系统可以对大的误差，大的问题，这个系统可以侦破，可以报警，所以这样可以及时地发现这个问题出在哪儿，是哪儿管理环节出问题或者哪个仪表不准确。第二就是中石化过去对公用工程，水电气风管理比较薄弱，有了这套系统之后对公用工程的数据进行有效的管理，这样降低了能耗，提高了资源的能源的使用效率。 　　第三，MES为ERP系统提供准确及时的生态数据，提高了ERP效果的应用效果。过去ERP系统半个月一个月导入一次数据，现在有了MES系统就可以每天把生产数据导入到ERP系统。第四就是生产排产、生产调度优化，提高了生产效率和效益。对生产的调度、管理自然而然精细化的水平就提高了，整个企业的精细化管理水平得到了提高。” 　　总结以上，MES有明显的行业特征，MES最突出地反映出行业的特点，比如冶金和石化的MES有明显的不同的特点，反映出行业的特征，所以它通过PCS系统能够和工艺设备实现紧密的结合。宝信副总经理丛力群在此次论坛上表示“目前没有一个能够适用于所有行业的一个通用的MES产品。” 　　二、国产和洋品牌，哪一个更适合中国？ 　　比较国产MES系统和洋品牌的MES系统，我们先分别来看看它们各自的渊源。 　　国产的MES起源：在国家“十五”计划以前，国内企业信息化管理领域的技术和产品的研究，主要精力都集中在MRPII到ERP，而MES技术研究几乎是空白。其原因，相对于ERP等离线管理系统而言，MES要求生产和制造过程的数据、信息等是实时在线，MES面向企业的生产过程和制造过程的管理比较困难，这是其一，其二由于企业底层制造过程信息化弱，针对制造过程的管理困难，企业MES需求没有突显出来。 　　“九五”末期，面向21世纪，新一轮的“十五”科技发展规划，CIMS专家组组织流程工业课题研究，由国内主要高校和宝钢等单位参与研究。课题组经过近一年时间，探讨了国内外流程工业、生产管理与高技术的结合、企业应用等方面发展和趋势，对MES在国外和未来制造业发展中的重要性达成共识。结合当时国内流程工业制造过程信息化基础和水平，相比离散制造业信息化更高的现状，专家组提出了“制造执行系统”概念，明确了MES前沿技术研究方向。不仅如此，专家们认为，对于制造业而言，信息技术应用效益的产生，除了制造业本身的制造过程信息化以外，制造过程的管理信息化也是十分重要的。 　　“十五”期间，国家863项目研究，将MES作为重点研究课题，流程工业领域MES成为技术研究的突破口。 　　首先，国内在MES系统体系架构、功能等方面的研究取得了一定进展。过去，MES的研究和开发，将ERP系统中计划和调度等相关功能移植到MES体系架构中。从技术层面看，流程行业MES体系架构、功能、平台的技术开发基本掌握，并形成系统平台。其次，围绕国内生产管理的国情，开发适合国内企业应用的MES，研究开发单位和应用企业已经在向这个方向努力。第三，MES系统在工程界、企业中已经得到应用，并且见到了应用成效。 　　目前，我国MES开发的产品主要是软件供应商、企业自主开发、企业与科研院所共同开发几种主要的研究开发途径，最终殊途同归，在MES技术发展成熟阶段，必然催生专业供应商的产生。而且行业的需求对于国产MES有着很大的促进作用。譬如，在对MES需求最迫切的钢铁和石化行业，催生了国产MES系统做得比较理想的宝信和石化盈科公司。除了他们，国内还有华铁海兴、灵蛙等等。 　　国外的MES系统，主要来源于IBM、西门子、GE Fanuc自动化公司SPC以及APRISO。 　　“国外MES软件供应商在ERP系统中贯通了部分MES功能，但是，由于他们对中国本土化的生产制造过程不了解，特别是针对生产制造过程的实时性、行业特性等很难开发出相应的应用模块。由此，国内MES市场未来的生力军应当是国内供应商。”柴天佑院士表示。 　　MES对提高企业生产效率、提高产品质量、降低消耗具有至关重要的作用。企业要以发展的眼光，看到MES需求的长远性。 　　由于MSE应用的特殊性，必须长期不懈地坚持科研、技术开发和工程应用三者的有机结合才能真正取得成效。但是，适合我国MES研究开发三位一体的科研机制尚未建立起来，研究队伍、组织尚未形成，有待于进一步发展。 　　要实现MES的优化、智能化，需要MES技术的研究者、软件系统开发商与企业三位一体，紧密结合。最终，MES将从系统平台技术的应用走向与行业、企业、生产制造过程密切的结合、集成与统一。 　　特别值得一提的是，中石化和宝钢这两大集团都是世界500强的企业，是国内的行业典范企业，能够应用我们国家自己研究开发的MES系统，对中国其它的行业、企业起到很大的示范和鼓舞作用。 　　但是，国内MES的研究开发和技术应用仍然与国外有相当大差距，主要表现在以下两个方面： 　　MES中很主要的内容是生产过程管理，其中必然要涉及生产计划，包括产品的质量计划、消耗计划、成本计划等等，这些计划最终通过调度指令、生产活动。过程优化问题是我国MES研究中的弱项。 　　MES的智能化，也是我国MES研究开发与国外有差距的一个方面。过去，生产过程管理，凭借管理人员和操作人员的经验，我国MES系统仅仅提供了一个替代经验管理方式的操作系统平台，但是，如何将生产管理者的经验固化在MES系统中，在我国MES研究开发中还没有涉及。MES智能化是未来我国MES实现跨越发展的主要方向。 　　柴天佑院士认为，“MES技术的研究者、软件系统开发商与企业三位一体，紧密结合，才能实现MES的优化和智能化。” 　　三、结束语 　　在业界，存在着为数庞大的ERP厂商和开发军团，但这部分厂商只有较少部分会向MES的方向发展，其原因是：MES与工业控制紧密结合，其研发和实施需要很强的工业自动化基础和工业现场工程经验，这是一道比较高的技术门槛，将很多ERP类型的IT厂商拒之门外。但随着行业和经济规模的发展，会有相当部分的IT厂商与自动化厂商、制造型企业合并或紧密合作，在2-3年后，MES厂商可能会如雨后春笋般涌现，其技术和实施手段也必然将日趋成熟。随着流程企业信息化应用的不断深入，MES的需求将越来越广泛，在中国企业的应用也将更加广泛。在流程行业，将从钢铁和石化两大舞台延伸到其它行业；在离散行业，MES将在汽车、电子装配等行业得到广泛应用。同时，国产的MES技术以及相应厂商也将获得更好成长空间。 　　中国MES发展道路曲折，但是前景值得期待！ 　　相关资料： 　　MES的定义 　　美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将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。 　　制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA)也给MES做出定义：“MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。” 　　后者对于MES的定义强调了以下三点：1.MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一解决某个生产瓶颈。2.MES必须提供实时收集生产过程数据的功能，并做出相应的分析和处理。3.MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息集成。 　　MES的定位模型 　　MES作为面向制造的系统必然要与企业其它生产管理系统有密切关系，MES在其中起到了信息集线器（Information Hub）的作用，它相当于一个通讯工具为其它应用系统提供生产现场的实时数据。MES的定位模型如图所示，可看出MES与其它分系统之间有功能重叠的关系，例如MES，CRM，ERP中都有人力资源管理，MES和PDM两者都具有文档控制功能，MES和SCM中也同样有调度管理等等。各系统重叠范围的大小与工厂的实际执行情况有关，但每个系统的价值又是唯一的。