21世紀的製造企業面臨着日益激烈的國際競爭，要想贏得市場、贏得用戶就必須全面提高企業的Ｔ、Ｑ、Ｃ、Ｓ、Ｅ。許多企業通過實施MRPII/ERP來加強管理。然而上層生產計劃管理受市場影響越來越大，明顯 感到計劃跟不上變化。面對客戶對交貨期的苛刻要求，面對更多產品的改型，訂單的不斷調整，企業決策者認識到，計劃的制訂要依賴於市場和實際的作業執行狀態，而不能完全以物料和庫存回報來控制生產。同時MRPⅡ/ERP軟件主要是針對資源計劃，這些系統通常能處理昨天以前發生的事情（作歷史分析），亦可預計並處理明天將要發生的事件，但對今天正在發生的事件卻往往留下了不規範的缺口。而傳統生產現場管理只是一黑箱作業，這已無法滿足今天覆雜多變的競爭需要。因此如何將此黑箱作業透明化，找出任何影響產品品質和成本的問題，提高計劃的實時性和靈活性，同時又能改善生產線的運行效率已成爲每個企業所關心的問題。
製造執行系統（MES）恰好能填補這一空白。MES是處於計劃層和車間層操作控制系統SFC之間的執行層，主要負責生產管理和調度執行。它通過控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內的所有工廠資源來提高製造競爭力，提供了一種系統地在統一平臺上集成諸如質量控制、文檔管理、生產調度等功能的方式。從而實現企業實時化的ERP/MES/SFC系統。MES是美國管理界90年代提出的新概念。美國先進製造研究機構AMR(Advanced Manufacturing Research)通過對大量企業的調查發現現有的企業生產管理系統普遍由以ERP/MRPII爲代表的企業管理軟件，以SCADA、HMI(Human Machine Inteface)爲代表的生產過程監控軟件和以實現操作過程自動化，支持企業全面集成的MES軟件羣組成。根據調查結果，AMR於1992年提出的三層的企業集成模型（如圖1）。由於MES強調控制和協調,使現代製造業信息系統不僅有很好的計劃系統,而且能使計劃落實到實處的執行系統。因此短短几年間MES在國外的企業中迅速推廣開來，並給企業帶來了巨大的經濟效益。企業認識到只有將數據信息從產品級（基礎自動化級）取出，穿過操作控制級，送達管理級，通過連續信息流來實現企業信息全集成才能使企業在日益激烈的競爭中立於不敗之地。
隨着企業生產模式逐漸向敏捷製造發展，企業業務流程重組（BPR）的實施、企業環境的異構性以及企業間動態聯盟的組建等等對MES又提出了更高的要求，傳統的MES解決方案難以適應敏捷製造的要求，面向敏捷製造的MES不僅要費用合理更要具有良好的適應性（adptable），可重構性(reconfigurable)，可集成性(integratable)，因此，國外許多組織和研究機構開始研究面向敏捷製造的MES。然而，國內對MES概念和應用的研究卻不太多，更不說有成熟的軟件產品。隨着企業計算機應用的不斷推廣，企業信息化應用水平逐漸提高，企業越來越需要車間執行層的管理信息系統。因此如何深刻理解MES內涵，把握它的發展趨勢，在我國企業中開發和應用MES，對於提高企業競爭力，縮小與發達國家企業差距是迫在眉睫的事情，也將是企業信息化水平深層次推進的需要。
1、 製造執行系統（MES）
1) MES內涵
MES的需求是這十多年來生產形態的變革所產生的，因而它的發展史比MIS、MRP、CAD/CAM等要短，但人們對它的研究和應用卻開展的非常迅速，MESA International (MES國際聯合會)是以宣傳MES思想和產品爲宗旨的貿易聯合會，它爲了幫助其成員組織在企業界推廣MES制定了一系列研究、分析和開發計劃。MES國際聯合會對MES的定義如下：MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠發生實時事件時，MES能對此及時作出反應、報告，並用當前的準確數據對它們進行指導和處理。 這種對狀態變化的迅速響應使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行爲的關鍵任務信息。
從以上定義可看出MES的關鍵是強調整個生產過程的優化，它需要收集生產過程中大量的實時數據，並對實時事件及時處理。同時又與計劃層和控制層保持雙向通信能力，從上下兩層接收相應數據並反饋處理結果和生產指令。因此,MES不同於以派工單形式爲主的生產管理和輔助的物料流爲特徵的傳統車間控制器,也不同於偏重於作業與設備調度爲主的單元控制器,而應將MES作爲一種生產模式, 把製造系統的計劃和進度安排、追蹤、監視和控制、物料流動、質量管理、設備的控制和計算機集成製造接口（CIM）等一體化去考慮，以最終實施製造自動化戰略。圖2反應了MES在企業生產管理中的數據流圖和所處地位。
圖2 MES在企業中數據流圖
2) MES框架模型
① MES定位模型
MES作爲面向製造的系統必然要與企業其它生產管理系統有密切關係，MES在其中起到了信息集線器（Information Hub）的作用，它相當於一個通訊工具爲其它應用系統提供生產現場的實時數據。MES的定位模型如圖3
從圖3中可看出MES與其它分系統之間有功能重疊的關係，例如，MES，CRM，ERP中都有人力資源管理，MES和PDM兩者都具有文檔控制功能，MES和SCM中也同樣有調度管理等等。各系統重疊範圍的大小與工廠的實際執行情況有關，但每個系統的價值又是唯一的。
② MES功能模型
MES本身也是各種生產管理的功能軟件集合，MESA通過其各成員的實踐歸納了十一個主要的MES功能模塊，包括：工序詳細調度、資源分配和狀態管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數據採集。MES的功能模型如圖4所示。實際的產品可能是包含其中一個或幾個功能模塊。各模塊的功能簡述如下：
（1）工序詳細調度：通過基於有限資源能力的作業排序和調度來優化車間性能。
（2）資源分配和狀態管理： 指導勞動者，機器，工具和物料如何協調的進行生產，並跟蹤其現在的工作狀態和剛剛完工情況
（3）生產單元分配：通過生產指令將物料或加工命令送到某一加工單元開始工序或工步的操作。
（4） 文檔控制： 管理和分發與產品，工藝規程，設計，或工作令有關的信息，同時也收集與工作和環境有關的標準信息。
（5）產品跟蹤和產品清單管理： 通過監視工件在任意時刻的位置和狀態來獲取每一個產品的歷史紀錄，該記錄向用戶提供產品組及每個最終產品使用情況的可追溯性。
（6）性能分析 ：將實際製造過程測定的結果與過去的歷史記錄和企業制定的目標以及客戶的要求進行比較。其輸出的報告或在線顯示用以輔助性能的改進和提高。
（7）人力資源管理：提供按分鐘級更新的員工狀態信息數據（工時，出勤等），基於人員資歷，工作模式，業務需求的變化來指導人員的工作。
（8）維護管理： 通過活動監控和指導保證機器和其它資產設備的正常運轉以實現工廠的執行目標。
（9）過程管理：基於計劃和實際產品製造活動來指導工廠的工作流程。這一模塊的功能實際上也可由生產單元分配和質量管理來實現。這裏是作爲一個單獨的系統來實現。
（10）質量管理： 根據工程目標來實時記錄，跟蹤和分析產品和加工過程的質量，以保證產品的質量控制和確定生產中需要注意的問題。
（11） 數據採集： 監視，收集和組織來自人員，機器和底層控制操作數據以及工序，物料信息。這些數據可由車間手工錄入或由各種自動方式獲取。
