随着工业4.0战略的实施推进，数字化转型成为当前工业企业面临的重要挑战，而作为制造执行系统(MES)的选型决策则是实现数字化工厂建设的基础工作。因此，开展MES选型决策研究具有重要意义。国内对于数字化工厂建设中MES选型决策方面的研究尚处于起步阶段，许多企业将MES应用于企业生产过程的监控和管理之中，通过对生产数据的实时采集、处理和分析，实现了企业生产过程的优化。

1 面向数字化工厂的MES选型决策

1.1 数字化工厂需求分析

在数字化工厂建设过程中，制造执行系统(MES)的选型决策起到了重要作用。由于数字化工厂建设涉及的内容广泛，包括智能制造技术、生产管理技术、数据分析技术等，同时，由于MES与ERP、PLM、OEE等系统之间具有很强的关联性，所以MES选型决策中应结合MES在上述不同子系统中所具有的功能和作用进行分析。其中，对于生产计划管理方面的需求主要有:生产资源实时动态管控、车间生产实时调度、生产过程质量管控等;对于生产过程控制方面的需求主要有:现场生产设备实时监控、产能平衡优化调配、故障实时报警与分析等。数字化工厂需求主要来自于ERP系统、PLM系统和MES系统，在选型过程中应充分考虑数字化智能生产工厂在上述不同子系统中所起到的作用，以便为MES选型提供更为充分的数据支撑和决策依据。

1.2 MES选型方法的提出

MES的选型过程需要综合考虑企业的生产工艺、制造能力、应用需求以及信息化基础等方面，而企业自身的信息化水平对MES选型起到重要的影响，因此，在分析企业信息化现状和需求的基础上，提出面向数字化工厂的MES选型方法。

1）明确MES选型原则:在充分分析企业与工厂需求特点和要求的基础上，提出MES选型原则，包括:MES业务覆盖范围、ERP和MES之间的协同关系、制造过程可追溯性、成本控制和效率优化。

2） 明确MES产品的需求:在分析企业信息化现状和需求的基础上，明确数字化工厂对MES功能需求，包括:应用系统性能指标;关键功能模块;应用集成平台。

3） 明确MES产品选型范围:分析企业在生产制造过程中对MES产品的需求，包括:产品种类、生产模式、工艺特点、质量特性等方面的特点。

4） 确定MES产品选型依据:根据企业实际需求和MES产品的特点，从软件的技术特点和市场情况等方面确定MES产品的选型依据，包括:产品功能需求;系统架构技术;系统开发方式;系统平台架构;软件模块划分方式;项目管理方法。

5） 选择MES实施厂商:通过对多家ERP及MES企业进行调研，了解其MES实施经验及效果，并结合企业自身的生产制造能力和信息化基础，确定MES选型的实施厂商。

1.3 MES选型模型的建立

从数字化工厂MES的特点来看，其对产品质量的提升有重要作用，因此，在对MES选型时应充分考虑质量因素。目前，关于MES的选型决策，通常是企业根据自身的需求提出相应的指标体系，然后从MES厂商提供的产品中进行选择。然而由于MES厂商提供的产品众多、质量差异较大、缺乏统一的衡量指标等因素影响，在实际应用过程中，往往会出现“重选型而轻选型”的现象。

为避免上述问题，本文提出了一种面向数字化工厂的MES选型决策方法，主要是通过将定性指标定量化并形成数据结构，建立具有科学性和实用性的MES选型模型。同时，该方法通过分析MES厂商提供的MES产品，归纳出其共性功能和特性，并结合数字化工厂MES的需求特征和各功能模块之间的相互关系，最终建立面向数字化工厂的MES选型模型。

1.4 MES选型决策系统的设计与实现

MES选型决策系统是MES选型的核心工具，其主要功能是对制造企业提出的MES候选系统进行分析，在比较与评估的基础上，通过人机交互和决策专家团队的评估与综合决策，最终确定实施企业MES的企业选择方案。该系统的主要模块包括基础信息管理、MES选型决策模块、指标权重管理和指标分析模块等。

1） 基础信息管理模块:提供了对MES系统的基本信息的录入和修改功能。

2） MES选型决策模块:提供了对各个备选MES系统的指标权重进行计算、分析、决策等功能。

3） 指标分析模块:对各个备选MES系统所涉及的不同指标进行分析和评估，提供备选系统指标列表。

2 MES实施方法

2.1 面向数字化工厂的MES实施

MES的实施包括目标分解和过程实施。

1） 目标分解:在MES选型决策阶段，需要对企业需求进行分析，针对不同的需求提出解决方案，然后将MES系统整体的实施目标进行分解，得到各个功能模块的目标。在此基础上对不同功能模块制定具体实施方案，并明确各个方案之间的关系。

2） 过程实施:在MES实施阶段，需要根据实际需求对MES系统进行功能验证、业务流程测试以及功能实现测试。在此基础上对MES系统的功能模块进行调整和优化，并通过对生产现场管理和信息的采集，实现数字化工厂的管理目标。

3） 目标实现:MES系统实施后能否满足企业的需求并成功运行。关键在于MES系统是否能够实现与ERP系统、设备管理系统、WMS系统以及生产计划执行系统等集成。为了提高MES的可扩展性和灵活性，在实施阶段要尽量选择具有开放性和可扩展性的平台，同时在软件设计时要考虑到与ERP、WMS等系统的集成。

2.2 MES实施要点

2.2.1 组织层面

MES项目是一个庞大的系统工程，涉及到从市场调研、产品选型、软件开发到系统实施、交付等各个阶段，需要公司各部门之间的紧密配合和统一协调。具体可以从以下几个方面入手:

1） 建立MES项目团队，组建项目组。MES项目实施是一个系统工程，需要公司各部门之间的密切配合，因此组建一个强有力的团队是成功实施MES系统的关键。MES实施团队由项目经理、项目小组成员和技术人员组成，其中项目经理是这个项目的领导者和牵头人，在整个MES开发过程中发挥重要作用;小组成员主要负责调研市场、协助解决技术问题，在整个过程中起到纽带的作用。

2） 建立MES项目办公室，统一协调解决项目问题。MES系统是一个复杂的系统，实施过程中会遇到很多问题，所以需要成立MES项目办公室，负责协调各部门之间的工作。期间需要明确责任分工。MES系统的实施需要各个部门的紧密配合和统一协调，所以要明确各自的责任和分工，可以建立“首席项目经理”制，由公司领导担任“首席项目经理”，对整个项目进行统一协调。同时还需要制定合理计划。MES实施是一个长期的过程，需要不断调整和完善实施计划和方案，以保证项目顺利完成。可以制定一份详细的系统实施计划书，在计划书中明确各阶段工作内容和时间节点。

2.2.2 项目层面

项目层面的主要问题是:对MES的作用没有充分认识;项目组织架构不合理，项目经理职责不清;项目范围界定不清，问题点分析不到位;项目实施方案没有进行充分调研和论证，缺乏可行性分析;对用户的需求不了解，需求分析和系统开发缺乏深度，需求变更频繁。

MES作为企业信息系统(IS)的一部分，对于提高企业生产经营管理水平起着至关重要的作用。作为生产管理信息化应用的平台，其主要目标是:

1） 实时的生产过程控制。MES可以对生产过程中的设备状态、工艺流程等实时监控，对影响产品质量和过程效率的关键因素进行优化控制，将实时的信息反馈给现场操作人员，指导现场操作人员进行生产操作，实现生产过程的精细化控制。

2） 实现企业车间/生产线在线可视化管理。通过在线可视化管理，MES能够将企业的生产信息数据化、可视化，在设备或生产线上创建监控点，对生产过程进行实时监控。通过对生产设备和生产工艺的监控，MES可以为现场操作人员提供有关工艺流程的信息和数据，包括设备状态信息、物料状态信息等。

2.2.3 技术层面

在技术层面上，需要明确的是，MES系统的选型与实施不是单纯地将软件和硬件进行简单相加，而是要结合企业自身的信息化现状，对MES系统的实施进行深入研究。在MES选型阶段需要对以下几个方面进行深入研究:

一是要结合企业自身信息化建设的现状，明确信息化建设的需求以及实施目标;二是要充分分析和调研企业现有生产管理模式与应用软件之间的关联关系，尤其要从生产控制层入手进行分析;三是要对企业的生产流程、业务模式进行深入研究，从整体上把握企业当前实施MES系统的目标;四是要对MES系统实现模块和功能需求进行分析。

2.3 MES三维实施方法体系构建

2.3.1 基于系统基模理论的MES实施过程维构建

MES系统的基模理论是对MES系统的抽象和分析，在构建MES实施过程维时，首先应定义好基模，通过对MES系统基模理论进行梳理，按照基本模型、修正模型和拓展模型分别描述MES实施过程维中的基模，从而构建MES实施过程维。

MES实施过程维描述了MES系统实现的不同阶段中可能涉及到的各种问题及解决问题的方法和手段。根据MES系统实施所涉及到的具体问题，建立不同的基模进行分析，确定各个基模之间的关系与转换机制，通过建立基于基模理论的MES实施过程维模型，并对其进行分析，进而获得最优实施方案。

2.3.2 基于信息融合理论的MES实施管理维构建

信息融合理论主要研究的是信息之间的矛盾与统一的关系，从而实现对不同数据之间的互补与集成，以弥补单一传感器自身存在的不足，提高整体系统在探测和处理数据上的准确性。其在MES实施管理维构建中的应用主要包括:

1） 运用融合理论建立MES实施过程中不同传感器所采集到的多源异构数据与系统整体功能之间的关联关系，根据关联关系选择合理的传感器实现数据源之间的有效集成，从而为MES系统功能模型与系统整体性能建模提供支持。

2） 根据融合理论将来自不同传感器所采集到的数据源进行融合，建立MES实施管理维中不同信息源之间相互支撑、相互促进。

3） 通过对不同数据源的融合，实现对MES实施过程中关键环节的有效监测与反馈，从而为MES系统的质量评估与优化提供支持。基于信息融合理论建立MES实施管理维中不同传感器所采集到的数据与MES系统功能之间的关联关系，依据关联关系构建MES实施管理维中不同传感器所采集到的信息与系统整体功能之间的关联关系模型，从而为MES实施过程中对关键环节的有效监测提供支持。

2.3.3 基于成熟度理论的MES实施应用维构建

MES成熟度是MES产品在制造现场得到应用的程度，体现了企业对MES的认可程度，是企业是否选择MES、应用MES的重要依据之一。成熟度理论也是制造企业判断MES供应商能力和综合实力的重要依据。因此，对MES实施应用维进行全面分析，可以将其划分为四个维度:第一维度，包括实施环境、组织架构、项目团队与人员;第二维度，包括项目需求调研与分析、软件配置管理与资源调度、系统开发过程管理及系统集成;第三维度，包括系统上线后运行维护、业务流程优化;第四维度，包括企业高层对MES的态度与评价。

MES项目需求调研与分析是指通过收集和分析企业制造过程中的生产、质量、设备、物料等管理需求，并结合MES自身功能，利用各种数字化工具和信息技术手段，全面梳理企业的需求，明确项目需求目标，形成最终的需求报告。软件配置管理与资源调度是指对项目所需的软件资源(包括数据库、网络等)进行统筹管理，对系统所需资源进行合理调配和分配，实现对MES项目所需各类资源的科学配置。

系统开发过程管理是指MES项目进入开发阶段后，建立完善的项目管理机制和系统集成流程，确保各阶段任务明确、有序执行，并对MES系统的质量、进度以及成本进行跟踪与反馈。

3 结束语

总而言之，MES选型决策与实施是一项复杂的系统工程，需要企业管理人员和技术人员共同努力，才能达到预期目标。选择一个合适的MES系统，对于企业生产效率的提高和成本的降低是非常重要的。本文主要从数字化工厂的MES选型决策问题进行分析，并结合企业数字化转型过程中出现的问题，提出了一种面向数字化工厂的MES选型决策与实施方法，为MES系统的选型、实施以及后续系统功能扩展提供参考。

作者：绍兴市上虞金冠化工有限公司 周永魁