MES：从设备到管理决策

发布时间：2006-03-24 作者：Frank O. Smith

　　制造管理日益将工厂底层看成为未启封的财富之源。那里的价值存在于川流于自动化控制系统的数据脉络－有待于挖掘以提高企业关键业绩的数据。这意味着提升全局运作和供应链的效率，协调合作伙伴以及供应商之间的合作，提高市场反应能力和盈利能力，并（在保持成本效率的同时）达到相关法规的标准。
　　公司管理部门和工程部门两方面都认识到了这种好处。问题在：有效地从工厂底层数据中获取最大价值的最佳方法是什么？这也是工程师越来越觉得自己与IT部门一样处于自动化－企业集成论题中心的原因。
　　自从20世纪90年代后期带来大量利润之后，制造执行系统（MES）正再度被看作富有吸引力的、能达成可行的设备－企业信息流的方法。根据AMR Research的研究结果，MES市场去年突破了10亿美元，这在其20年的历史上还是第一次。市场上大型厂商的推动力与强制性标准（Sarbanes-Oxley、电子行业的WEEE、汽车行业的TREAD、食品行业的Bioterrorism Act、以及制药行业的21 CFR Part 11）的实施结合在一起，创造了被AMR比作“完美风暴”的MES市场需求。
　　MES最重要的价值在于它提供了无与伦比的可视性，开发利用非高层系统本土化的工厂底层数据。Rockwell Automation的MES总监Matt Bauer说：“长期以来，商务系统并没有被校准成使用来自生产系统的信息。而现在他们迫切需要这种信息，并且能够广泛利用。管理层需要更高的可视性，以提高全局的企业业绩。”Bauer因为将MES提供数据给高层商务系统的作用比作“投食于兽”而为人所知。
　　数据相关粒度
　　虽然可能某些自动化设备的状态数据对ERP具有直接的价值（比如指示出储存箱已空且可用），而且也可以把自动化数据直接提供给企业层，一般通过数据历史记录软件，但MES能提供更为重要的控制与企业系统之间的媒介功能，在复杂的制造环境下尤为如此。

图1：Arla食品公司某加工厂的工程师使用MES检查加工运作情况。

　　Honeywell的Business.Flex PKS业务经理Francois Leclerc说：“我听说过有人在做直接的ERP－控制集成，但是大多数制造商都害怕采用这种方式。问题在于计算机的安全性。如果他们直接做，那么他们必须自己构建某种MES功能，将数据净化并转换成对ERP有用的形式。”
　　转换生产数据的这个中间步骤是关键之处，因为“商务系统并未被设计成处理自动化设备的每一个事件或警报”，Wonderware的生产管理解决方案经理Claus Madsen Abildgren指出，“MES提供了一种承前启后的数据格式，它聚集和提供实时数据的高层次粒度，将数据塑造成商务系统更容易理解的形式。”
　　MES一般都提供用于资源管理和分配、订单分派、数据收集/采集、跟踪及可追溯性、质量、维护管理、绩效分析、调度的模块化功能。它从控制层收集数据（比如设备利用度和材料消耗量），为ERP系统提供具有前后联系意义的信息，使用ERP数据（比如用料单和每周时刻表）对每天的轮班进行优先级排序和指挥。

　　Julie Fraser是马萨诸塞州（MA）Newburyport市的市场研究公司 Industry Directions公司的负责人，她表示，对很多制造商来说，MES最吸引人的是其“洞悉产品线之间的相互依赖性的能力”。她的理由是：“可能制造商优化了每一个环节，但是在整体上却仍然达不到最优效果。MES正是通过表达各个过程之间的相互依赖性，填补了这条鸿沟。”
　　Tyson试用MES
　　然而，总部位于阿肯色州Springdale市的Tyson食品公司只用一个车间的一条生产线做了试点，就说服了原本犹豫不决的决策管理层为多车间的MES部署“大开绿灯”。而当初主管制造系统的副总裁Chad Couch申请200万美元用于在整个家禽处理工厂试行MES，但只被批准了10万美元，只够在一条线上实行MES业务试点。
　　Couch的目标是规整全部的商务过程与生产过程，以最低的价格为客户提供最高质量的产品。为了达到这个目的，公司需要以更快的速度访问生产信息，以便做出提高效率、改进质量和降低成本的决策。Tyson选择了Siemens的Simatic IT MES解决方案，其中的部分原因是因为该方案提供了与SAP的紧密集成，而SAP是Tyson公司使用的ERP系统。
　　Couch表示，在使用了连接到SAP的Simatic IT之后，过程速度－为决策者获取信息的速度－得到了显著的提高。“从很慢地传送信息到很快的传送信息，我们打了个彻底的翻身仗。”Couch如是说。
　　根据Couch提供的数据：
　　■ 在用于分析的信息访问量中，实时信息访问占的比例从0跃升到37.7%；
　　■ 以分钟为单位的信息访问所占的比例从3.7%攀升到15.8%；
　　■ 以小时为单位的信息使用所占的比例从56.7%下降到39.3%；
　　■ 以天为单位的信息使用所占的比例从37.7%下降到6.9%；
　　■ 以星期为单位的“桶装”式信息使用所占的比例从2%减少到了0.2%。

图3：MES长期以来被认为是主要用于制造跟踪和示踪的工具。
而由于其提供的生产观察能力，现在它是延伸后的制造空间中心。

　　Tyson结合使用Siemens与SAP的主要原因是两者都遵从ISA 95标准。Couch说：“我们有ERP系统和MES，而数以千计的PLC以及SCADA系统都遵从ISA 95标准。这将极大地节省您的工作量。”
　　标准
　　集成标准将过程应用功能从传输和通信功能分离开来，提供了模型、限制条件和定义，极大地促进了来自不同提供商的不同系统之间的互操作性。这些标准－诸如连接自动化设备的工业网络、连接设备的OPC、SCADA、DCS以及用于批量配料控制的ISA 88等－有效地将集成工作量从用户方面转移到了提供商方面，并极大地加快了新技术为业界采用的速度。

ISA 95模型解释
　　ISA 95是一个还处于发展中的参考模型，它基于四层制造企业层次结构，定义了连接企业和控制层行为的良好集成惯例。最初的重点是最上面两层：商务规划和物流功能层（第4层），以及制造运作和控制层（第3层）。
　　ISA 95的目的是提供一致的功能描述术语、信息和操作模型、以及信息数据交换。目前它还没有给出明确的协议或实施方案。
　　它由几个部分组成：
　　■ 第1部分描述了集成模型和标准限制条件、定义、功能，包括产品定义、生产能力、生产进度表、以及生产绩效；
　　■ 第2部分描述了支持第1部分中的元素的对象属性；
　　■ 第3部分描述了制造运作行为模型和术语；
　　■ 第4部分提供了制造运作的更多细节；
　　■ 第5部分定义了信息传递要求。
　　第1部分和第2部分已经在前一段时间进入了公共领域。第3部分是最近发布的，对于关键的MES层运作定义有很重要的意义，比如跟踪和追溯。
　　WBF：自动化与制造专业人员论坛（原来名为世界批量论坛）已经基于XML建立了第3层与第4层之间的通信规范的一个实现，就是人们所知道的商务－制造置标语言（B2MML），用于文本信息交换。ISA 95和B2MML有意于携手无缝协调商务过程和生产过程，保证成本最小化的互操作性。

　　Siemens的过程自动化和MES解决方案总经理Karsten Newbury说：“用户长期以来都关注控制层与MES及ERP之间的互操作性。ISA 95正在成为ERP与车间之间互操作性的推动力，就如ISA 88过去在批处理领域所起到的作用一样。”
　　为加快MES和ERP之间的集成，业界以ISA 88的长期成功为榜样，快速推进ISA 95。ISA 88用了好几年才被广泛采纳，而在IT提供商的拥护下，ISA 95正在快速聚集各方力量以获得认可。（请参见“ISA 95模型解释”）。
　　实时优势
　　大部分顶尖的自动化解决方案提供商都认可了ISA 95，特别是那些通过并购优秀的MES小型公司、坚定地进入MES领域的提供商。有MES产品的自动化解决方案提供商在市场上要比ERP提供商有优势，因为它们扎根于实时信息管理，并且与车间运作管理层建立起了长期的关系。
　　Honeywell的产品经理Chris Boothroyd说：“ERP提供商有言行不一的问题，当他们谈起实时性的时候，实际上他们指的并非是真正的实时。而我们有传统优势，在设计应用方案和支持决策时达到更高的实时性。”
　　某些自动化解决方案提供商正在开发更高级的基于标准的平台基础设施，在上面提供常用的服务，比如工作流、安全性和警报等，从而提高其并购的MES公司的技术水平。Siemens就并购了这个领域的一个公司，其并购的ORSI公司原来围绕ISA 95设计其核心产品。Siemens从那时起就投入了2亿5000万美元搭建它的Simatic IT框架，提供公共车间建模、工作流配置、以及其它服务。类似地，GE Fanuc和Rockwell公司也在扩大其并购的公司，投入资金于平台体系结构，开发其各自的Proficy和Integrated Architecture产品。
　　作为内部开发的例子，Honeywell公司正在构建它的Experion平台，ABB公司也继续扩展其800xA平台，Wonderware则已将Invensys的ArchestrA定位为多车间连接基础设施平台。
　　Arla食品公司是欧洲最大的奶制品公司，它正在其位于丹麦的Christianfeld奶制品中心使用Wonderware的Plant Intelligence MES解决方案，连接它所有的自动化设备，以实现更好的控制及可示踪性。ArchestrA已经在那里与MES一起得到实施，将该公司所有的奶品场连接到一个全局的多车间智能系统上。这样的技术改造对Arla来说是关键的战略性步伐，该公司通过并购得到了显著发展，现在在欧洲有70个加工厂。
　　配备了ArchestrA的“Arla One”系统使Arla公司能够一致地衡量在线设备的有效性，评估所有70个加工厂的进度。结果就是，经理们可以根据各个加工厂所能完成的进度制定战略决策。
　　Christiansfeld加工厂的生产经理Erik Veslov说：“以前的奶品场系统甚至都不是自动化的。PLC没有连接起来，没有报告，没有可追溯性可言。而现在我们可以提供关键的过程信息给需要这些信息进行重要决策的人。除了更快的响应速度之外，上升到新水平的可追溯性实际上还减小了不得不取消大量产品的风险，因为我们拥有关于每批产品的详细信息，使我们能够以统一的方式报告效率、质量、绩效数据和关键的绩效指标。
　　可量化的好处
　　根据Industry Directions公司的Fraser的看法，最好的工厂实践分析表明MES取得了更快的生产率提升和更大的收益，同时更显著的缩减了成本。她说，它（指MES）还对获利率翻四番做出了贡献。
　　这些巨大的收益可部分归因于这样一个事实，即“使用MES的公司还使用了其它的技术，并采用了最好的实践方法。”Fraser说，“但是，成为顶尖制造商的部分原因是要有涵盖工厂范围的信息系统，要能够收集来自控制和自动化系统的信息，并将其处理成IT系统更容易消化利用的格式。”

集成标准的更新
　　在最近于波士顿（Boston）举行的ARC研讨会上，最初的会议是在OPC、OAG（Open Applications Group，开放应用团体）、ISA 95、B2MML、以及MIMOSA（Machinery Information Management Open Systems Alliance，机械信息管理开放系统联盟）等组织之间进行的。OAG的总裁和CEO David Connelly表示，这些会议的目的在于开发一个框架，让用户能够更好地理解各个标准集合、相关的标准、以及何时最适合使用何种标准。
　　Connelly说，根据应用或工业界的现状，他主张使用以TCP/IP作为基础层、OPC作为上一层、顶层由用户实施的标准集合选项构成的框架。
　　OAG是自动化标准领域相对较新的成员，但是它在ERP方面有很长的历史，它于1994年由几个ERP公司帮助成立，比如Oracle、Marcam、IBM、SAP。这种背景使OAG成为了这些蓬勃开展的企业集成论题中潜在的重要角色。
　　Connelly指出，OAG是一个正式的标准组织，而不是自愿者组织。自OAG成立以来，它已经开发了434种规划纲要，涵盖ERP集成标准、电子商务、以及具体的与制造相关的过程，比如生产、工序、工程师－工序、MES、以及在制品等。
　　David Greenfield
　　CONTROL ENGINEERING编辑总监

　　AMR的研究结果肯定了Fraser的论断。该分析公司的报告指出，MES已经表明了，如果按照传统的成本削减标准来衡量，它能够在实施后的6到24个月内收回它自身耗费的成本。但是，长期增加的回报远远超出了最初的判断标准，有一些制造商已经得到了每年6倍到10倍的回报。
　　尽管MES如此打动人心，但很重要的一点是，请记住原始财富的藏身之地是自动化层的丰富数据。MES仅仅只是有效地将这些数据提取出来并将其提供给工程部门和管理决策部门的一种手段，后者才是使财富增值的主体。
　　如对本篇文章提到的公司和组织有更多的兴趣，请访问以下网站：
　　www.amrresearch.com
　　www.arcweb.com
　　www.honeywell.com/acs/
　　www.industrydirections.com
　　www.invensys.com
　　www.isa.org/standards
　　www.mimosa.org
　　www.openapplications.org
　　www.opcfoundation.org
　　www.rockwellautomation.com
　　www.siemens.com
　　www.wbf.org
文章编号：060307
发送短信“ 文章编号+ 评语代码” 至
13816124995，告诉我们您对此文的意见。
1- 很好，有很高的参考价值
2- 一般，有一定的参考价值
3- 不好，没有参考价值