介绍
本文所描述的所有制造过程、场景、操作模式和技术应用目前都在一个成熟的离散和离散/批量混合制造企业中使用，该企业生产和维修复杂的机器。该企业生产的产品范围从从棒材加工的简单零件到复杂的机械装配；最终产品包括许多内部和第三方提供的子装配。偶尔，优化的操作定义会因已定性和未定性的异常操作模式或情况而不同。优化的和非正常的操作模式使用MES/MOM的概念进行建模，正如ISA-95第3部分，制造操作管理的活动模型（MOM）所规定的。
本文解释了一种使用ISA-95第3部分建模技术的需求定义方法，以描述作为MOM一部分的制造执行系统（MES）与企业制造架构的整合。根据定义，MES功能是MOM系统架构的一部分，它通过为生产和支持操作提供基本信息来补充企业资源规划（ERP）和供应链管理（SCM）系统。这是公司运营转型的基础性用户需求，以减少对手工数据输入的依赖，并提高从制造现场进入扩展企业的数据完整性。
MES/MOM的实施为基于纸张的车间环境和文化引入了可操作的实时信息，为向无纸化车间的转型奠定了基础。这使得关键信息能够在整个组织内流动，包括有时被忽视的生产车间。来自和流向车间的数据收集必须与其他企业系统进行实时交易，以取代多余的、容易出错的手工数据输入方法。为了优化操作，事件发生时的信息使生产控制部门和生产线/单元主管能够快速识别瓶颈和异常事件的前兆，然后调度必要的资源和工作流程以防止更大的问题。
- MES/MOM整合了部署在制造业内的零散的车间应用，以统一这些遗留系统的功能。
- MES/MOM通过电子方式将数据内容映射到MES上，整合并利用当前车间系统的知识产权，从而避免并消除了孤立的知识库。这创造了一个明确的制造智能形式。
- MES/MOM通过与其他企业系统的功能整合来完成其企业使命，提供制造主数据和工作流程的双向同步，以及操作数据的实时交换。
在将MES/MOM整合到其他企业和设备应用中时，MES与MOM的凝聚力战略，利用制造系统和整合标准，可降低运营和系统生命周期成本。企业系统的MES整合应利用目前的XML、网络服务技术、制造服务总线（MSB）和企业服务总线（ESB）等的当前最佳实践。这些最佳实践已被证明可以将整合成本降低到目前典型的点对点成本的一半以下，同时在很少的时间内提供解决方案。
最终，企业的 MES/MOM 实施有助于保持运营的可见性，以确保生产和发货按计划进行且运营成本可预测。
这篇文章有两个部分：
第一部分是背景信息，描述了（1）离散混合制造运营领域，以及支持大多数公司运营的三种主要运营应用及其接触点，以及（2）使用基于ANSI/ISA-95系列标准的模型驱动方法，实现MES/MOM所需的系统设计和执行。
第二部分是关于将运营模式方法应用于制造运营的优势的讨论。该部分描述了使用综合电子记录系统而不是基于纸张的系统运行的优势。这些优势通过一个 "原样 "环境的例子来进一步证明，该环境是由作为孤岛运行的系统组成的，并通过基于纸张的记录进行信息交流。然后，一个 "待定 "的例子展示了如何将系统的数量减少到具有协调的电子接口的三类操作软件。最后，本文总结了使用基于标准的模型来设计这些系统之间的信息交换的重要性。
制造业运营领域
终端用户、供应商和标准组织20年来一直在努力使商业企业和制造系统达到一种开箱即用的形式，允许根据标准化的工作流程进行应用配置。截至2012年，工业软件市场已经推出了基于国际MOM标准的工具，以最大限度地消除遗留的、定制的和孤立的系统，与三到五年前相比，成本大大降低。
这个MOM架构的框架将上层业务流程、工厂级运营流程标准化作为目标，以及不断改进和精简这些流程的相互沟通。与企业的业务流程相比，运营流程并不都被要求以相同的方式运作；事实上，制造运营、产品、设备、劳动力和地方法规的多样性使得标准化只发生在具有类似类型或形式的制造流程的部门和工厂之间。终端用户组织必须认识到这些不同的制造类型或形式的需求，同时学习成熟的流程和政策。在第一次尝试MES/MOM项目时，许多公司没有认识到通过在多个工厂实施简化的操作流程来实现制造形式层面的标准化的要求。这种琐碎的方法通常会导致项目的失败和大量的产能和能力损失。
在整个企业中，应用标准化的业务和运营（按生产形式）流程可在以下方面建立一致性：
- 在企业系统和各个制造现场之间传输的数据类型。
- 一套简明的小方法，用于跨制造业务的数据通信。
- 无论生产或维修产品的工厂如何，都要进行质量数据分析。
离散和离散混合批量制造过程
离散和离散/批量混合制造业务通常包括生产、质量、库存、维护以及大修和修理等方面的操作活动，这就使得制造业务和流程的范围非常多样化，需要进行协调和管理。
离散和离散/批量制造业务的一个例子是零件制造厂，它们通过一系列的制造步骤将原材料转化为半成品和最终产品。在企业内部，零件工厂为生产最终装配和主要部件的原始设备制造商（OEM）工厂提供原料。零件制造厂从原材料开始，进行铸造、电镀、锻造等批量操作，并进行离散的精密加工、焊接、精加工、涂装、包装等。
制造企业还包括维护、修理和大修（MRO）业务和活动，这些业务和活动发生在各工业基地，以前制造的已投入使用的物品被完全拆卸、翻新，并用原始、翻新和新部件的组合重新组装。
MRO业务回收（大修和返回服务）许多部件和备件作为翻新的备件，以原始的质量规格进入库存，以便将来为客户维修。许多公司可以回收难以找到的零件，以完成首次生产这些零件的维修和保养。MRO业务可能相当于一个商业规模的机械车间。
确定制造过程的特征
工作过程的执行是指优质商品的实际生产或设备的维修和保养。物理活动发生在车间，制造技术人员在那里接收和消耗材料以生产最终物品。这些活动的性质非常复杂，而且多种多样。
图3-1中描述的制造工作过程消耗原材料，这些原材料与子组件和零件相结合，生产出新的最终产品。这种工艺在生产过程中使用材料清单（BOM）。在这些工厂进行的工艺包括按订单生产（MTO）和按工程师订单生产（ETO）。
图 3-1：制作工作流程
如图3-2所示，企业内部的维护、修理和大修过程通常更为复杂。最终项目既是生产或工作订单的对象，也是材料清单上的一个材料组件。这个过程需要序列化的跟踪，其中的子部件经常会返回到原来的组件中。
图 3-2：维修保养工作流程
企业领域（架构）
为了实现其目标，制造企业依赖于各种内部组织，其任务意义深远。如图3-3所示，这些组织包括工程、计划和调度以及制造操作。它们双向地提供信息，以创造、维护或修理整个工业基地的产品。每个人都有特定的角色，负责功能、任务和数据交换，但如果没有其他组织的及时数据，这些组织都不能有效地工作。在小公司中，工程/计划和调度/制造通常在同一建筑物内，或至少在同一地点，使他们之间的沟通易于促进；然而，随着企业规模的扩大，（也许）在多个时区的多个地点，需要管理的关键时间信息的数量增加，有效分发和维护信息的能力变得越来越困难。
图 3-3：组织活动
为了控制制造业的信息流，工程/计划与调度/操作小组与各种供应商和服务提供商合作，为他们在企业内的特定角色（功能、任务和定时交流）部署专门的应用程序。这些应用中的大多数最初是为了帮助在一个特定的小组或组织内实现数据和通信方法的标准化而开发的。随着这些应用程序的发展，标准化的通信协议和方法被采用，以协调不同企业集团之间传输数据的时间，从而大大提高了流程的效率。
在众多的企业级应用中，本文重点讨论对车间操作有直接影响的三组功能。以下各节包含了对这些应用类别的一般描述。
企业资源规划
一个ERP系统整合了企业级的业务信息，即财务、会计、人力资源、供应链管理和客户信息。ERP软件的目标是反映企业的业务流程，帮助在企业层面上管理业务的关键部分。这包括Gartner集团定义为ERP II的供应链活动和流程。
车间活动由 ERP 系统支持，通常包括：
- 订单跟踪
- 维护库存
- 产品策划
- 供应商互动
- 零件采购
- 客户关系
产品生命周期管理 (PLM)
MOM领域第3层内的资源规划、供应链和制造运营活动都依赖于工程中心所维护的当前产品配置信息，在大型企业中，许多组织主要将PLM作为管理整个产品生命周期的应用。
PLM数据的内容包括工程材料清单（eBOM）和技术数据，以及总装OEM工厂的高级操作工作流程模型。从车间的角度来看，PLM是一个维护OEM数据、图纸、模型、技术数据等的工程系统。PLM系统还提供了许多其他功能，但就本文而言，它们管理工程数据的能力才是我们感兴趣的。
MES是生产操作的车间执行系统，在实时工作流程MOM架构中用于同步生产，支持维护、质量和库存操作的MOM活动。MOM层的MES功能指导操作人员在生产或维修产品的工作流程执行路线中进行互动。MES/MOM功能，正如ISA-95标准第一部分 MOM领域模型的第三层所解释的那样，其执行情况如下：
- 执行路径中的工作流程
- 工单路线中每个步骤的具体工作说明
- 收集的数据点
- 质量检验
- 签核以验证路线内的工作步骤和操作完成情况。
MES/MOM提供了工作流程、事件和订单的可视性以及事件通知，以确保制造信息满足企业的需求。同时，MES对工作流程的验证减少了非增值活动，提高了数据的准确性，并为ERP系统提供所需的实时数据，以最大限度地提高企业处理、计划和调度的有效性。
MES应用作为车间、企业工程（PLM）和企业计划员及调度员（ERP）之间的信使、中介和协调者。当操作员从ERP或PLM发起数据请求时，MES应用会连接到相应的系统，并在用户定义的界面中检索和显示每个生产订单、操作和操作步骤的特定信息，以执行、验证和协调事件驱动的工作流程。在理想的世界里，至少有三个不同的企业级系统并存的事实对车间人员是透明的。MES的功能、任务和交换直接支持和执行实时工作流程，以完成生产订单。
集成企业系统
有了对图3-4中描述的制造企业和制造运营系统的这一基本了解，下一步就是要确定与每个系统所需的整合水平。来简单回顾一下：
- ERP计划、安排和发布工作到车间。
- PLM提供产品标准和工程数据，用于制定操作工作流程。
- MES/MOM定义了执行和验证工作所需的车间实时工作流程。
图 3-4：制造系统
每个企业都使用这三个系统的某种形式，根据产品系列、订单组合、制造类型/形式和产品标准化程度（从标准化的 "制造-库存"（MTS）到定制的 "工程师-订单 "产品），有不同的功能重点。每个企业的目标是确定其优化的运营工作流程，正确的运营模式，以及支持这些优化工作流程所需的制造系统。
现在市场上有一些ERP软件套件可以执行有限的PLM和MES/MOM功能，用于生产到库存、低SKU和低复杂度的制造工作流程。PLM软件也可用于有限的ERP和MES/MOM功能，而MES/MOM软件可用于执行有限的ERP和PLM功能。然而，目前还没有开发出一个单一的软件包，可以成功地执行所有离散混合制造形式和供应链情景下的所有三个功能集的任务。对于规划、设计、产品支持和实时工作流程的执行，其功能和IT架构要求明显不同。为了避免高额的定制和生命周期成本，一个拥有不同产品和制造类型的企业必须利用三个独立系统的各自优势，而不是试图让一个或两个系统覆盖第三个系统的功能。