MES的實施，是完成上層信息網(wǎng)絡ERP和現(xiàn)場作業(yè)、生產(chǎn)設備(PLC、DCS、FCS)間的制造信息整合系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理一體化。MES的功能組合如下。

①實時信息系統(tǒng)(RMIS)：具有良好的開放性，可與不同廠家的PLC、DCS、現(xiàn)場總線(Fieldbus)數(shù)據(jù)整合。

②質(zhì)量分析系統(tǒng)(QAS)：提供完整的實驗室數(shù)據(jù)管理，對關(guān)鍵的過程控制參數(shù)和質(zhì)量檢測參數(shù)進行監(jiān)控。

③設備維護管理系統(tǒng)(MMS)：完成從工廠設計到企業(yè)生產(chǎn)運行全過程的設備管理。

④能源管理系統(tǒng)(EMS)：對企業(yè)內(nèi)部水、電、汽等公用工程資源管理，為工藝生產(chǎn)正常運行提供監(jiān)控與管理。

⑤批量管理系統(tǒng)(BMS)：實現(xiàn)生產(chǎn)記錄自動化，提供一套完整的批量生產(chǎn)過程的歷史記錄，提高生產(chǎn)靈活性和可跟蹤性。

⑥生產(chǎn)成本核算系統(tǒng)(MCAS)：監(jiān)控直接生產(chǎn)成本(能源、消耗)、工資成本、設備折舊及管理費用等的分推，算出生產(chǎn)的實際成本。

⑦生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)(PSS)：在企業(yè)生產(chǎn)能力的約束下，依據(jù)來自ERP的產(chǎn)品計劃制定生產(chǎn)作業(yè)計劃，并將相關(guān)信息下達到過程控制層(PCS)。

MES從現(xiàn)場設備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運行參數(shù)的監(jiān)測、報警和趨勢分析等功能，且還包括控制組態(tài)的設計。制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能由計算機完成，它通過擴展槽中網(wǎng)絡接口板與現(xiàn)場總線相連，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信，或者通過專門的現(xiàn)場總線接口(轉(zhuǎn)換器)實現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)段與以太網(wǎng)段的連接，這種方式使系統(tǒng)配置更加靈活。制造執(zhí)行層處于以太網(wǎng)中，因此其關(guān)鍵技術(shù)是以太網(wǎng)與底層現(xiàn)場設備網(wǎng)絡間的接口，主要負責現(xiàn)場總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)包的正確解釋和傳輸。制造執(zhí)行系統(tǒng)還為實現(xiàn)先進控制和遠程操作化提供支撐環(huán)境，如實時數(shù)據(jù)庫、工藝流程監(jiān)控、先進控制和設備管理等。圖14是基于總線控制企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)示意，已明示MES與ERP、PCS的集合。

2.2 染整現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應用

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)既是一個開放通信網(wǎng)絡，又是一種全分布控制系統(tǒng)，作為智能設備的聯(lián)系組帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡節(jié)點的智能設備連接為網(wǎng)絡系統(tǒng)，并進一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化功能。這是一項以智能傳感器、計算機控制、數(shù)字通信、網(wǎng)絡集合的綜合技術(shù)。PCS是位于染整企業(yè)局域網(wǎng)的底層現(xiàn)場設備級，以太局域網(wǎng)將過程管理級和生產(chǎn)管理級三者聯(lián)系起來。

2.2.1 FCS的技術(shù)特征及對控制系統(tǒng)的影響

2.2.1.1 現(xiàn)場總線對微機控制的影響

現(xiàn)場總線給當今的微機控制帶來7個方面的變革：用一對通信連接多臺數(shù)字儀表，代替一對信號線連接一臺儀表；用多變量、雙向和數(shù)字通信方式代替單變量、單向和模擬傳輸方式；用多功能的現(xiàn)場數(shù)字儀表代替單功能的現(xiàn)場模擬儀表；用分數(shù)式的虛擬控制站代替集中式的控制站：用FCS替代傳統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)(DCS)；變革了傳統(tǒng)的信號標準、通信標準和系統(tǒng)標準；變革了傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設計方法和安裝調(diào)試方法。

2.2.1.2 現(xiàn)場總線對DCS的影響

a.FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡互聯(lián)。

b.FCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全分散式。其廢棄了DCS的輸人/輸出單元和控制站，由現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，實現(xiàn)徹底的分散控制。

c.FCS的現(xiàn)場設備具有互操作性，不同廠商的現(xiàn)場設備即可互聯(lián)，也可互換，并可以同一組態(tài)，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專業(yè)性。

d.FCS的通信網(wǎng)絡為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡，既可同層網(wǎng)絡互聯(lián)，也可以每層網(wǎng)絡互聯(lián)，用戶可既方便地共享網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。

e.FCS的技術(shù)和標準實現(xiàn)了全開放，無專利許可要求，可供任何人使用。

2.2.2 現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)與控制

層圖15是FCS的體系結(jié)構(gòu)

服務器上接局域網(wǎng)LAN，下接H1和H2網(wǎng)段，網(wǎng)橋上接H2，下接H1。圖16是新代FCS控制層示意。

現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表是指傳感、變送器、執(zhí)行器、服務器和網(wǎng)橋，輔助設備以及監(jiān)控設備等。這些設備通過一對傳輸線互聯(lián)(見圖16可使用雙膠線、同軸電纜、光纖等進行傳輸）。

2.3 紡織印染企業(yè)計劃層與過程控制層之間的信息“斷層”問題

現(xiàn)在我們紡織印染企業(yè)多年來采用的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的特點是“由上而下”按計劃生產(chǎn)。簡單地說是從計劃層到生產(chǎn)控制層：企業(yè)根據(jù)訂單①制訂生產(chǎn)計劃；②生產(chǎn)計劃到達生產(chǎn)現(xiàn)場；③組織生產(chǎn)；④產(chǎn)品派送。紡織印染企業(yè)的管理信息化建設的重點也大都放在計劃層，以進行生產(chǎn)計劃的制定、管理及一般事務處理。如ERP系統(tǒng)就是“位”于企業(yè)上層計劃層，用于整合企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，編制生產(chǎn)計劃。在下層的生產(chǎn)控制層，企業(yè)主要采用自動化生產(chǎn)設備、自動化檢測儀器、自動化物流搬運儲存設備等解決具體生產(chǎn)(制程)的生產(chǎn)瓶頸，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化控制。如目前大多數(shù)的紡織印染企業(yè)都使用的是國際上最先進的紡機設備。從去年的第十一屆國際紡機展看，全線的紡紗印染設備都配置了數(shù)據(jù)在線采集裝置，并大多數(shù)配有計算機監(jiān)測系統(tǒng)。企業(yè)通過這些系統(tǒng)來實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)督控制。

隨著紡織品市場環(huán)境的不斷變化和市場競爭的加劇，要求我們的紡織印染企業(yè)不斷更新生產(chǎn)管理理念，一個紡織印染企業(yè)能否良性運營，關(guān)鍵是使“計劃”與“生產(chǎn)”密切配合，企業(yè)和車間的管理人員可以在最短的時間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的變化，做出準確的判斷和快速的應對措施，保證生產(chǎn)計劃得到合理而快速修正。雖然ERP和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的程度，但是一方面由于ERP系統(tǒng)的服務對象是企業(yè)管理的上層，一般對車間層的管理流程不提供直接和詳細的支持。生產(chǎn)計劃下達后，計劃在生產(chǎn)車間的執(zhí)行情況，如訂單所處生產(chǎn)流程中的位置、各工序的生產(chǎn)實時進度、質(zhì)量情況等卻無法掌握。另一方面現(xiàn)場自動化系統(tǒng)的功能主要在于現(xiàn)場設備和工藝參數(shù)的監(jiān)控，它可以向管理人員提供現(xiàn)場檢測和計數(shù)據(jù)，但是本身并非真正意義上的管理系統(tǒng)。而且每個紡織印染企業(yè)所使用的機器設備不可能完全統(tǒng)一，采用同一品牌。因此，各種機臺自帶的數(shù)據(jù)采集裝置和計算機監(jiān)測系統(tǒng)必然五花八門，無法集中統(tǒng)一。從而導致各個機臺的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測系統(tǒng)獨立運行，無法集中監(jiān)控，更不可能將生產(chǎn)控制層(即生產(chǎn)一線)的數(shù)據(jù)反映給生產(chǎn)計劃層(ERP系統(tǒng))，使之對生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況進行指導和跟蹤。所以，ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間出現(xiàn)了管理信息方面的“斷層”，這也就使我們企業(yè)所使用的ERP管理系統(tǒng)與具體生產(chǎn)實際情況相隔離。對于用戶車間層面的調(diào)度和管理要求，它們往往顯得束手無策或功能薄弱。

這里反映出在ERP實施過程中確實存在一些不可忽視的問題，其中最主要的是作為具有鮮明行業(yè)特點的紡織印染企業(yè)，光有ERP并不能幫助和指導分析其工廠生產(chǎn)的瓶頸，改進和控制產(chǎn)品的質(zhì)量，以及對具體的產(chǎn)品生產(chǎn)進行排產(chǎn)；ERP不但沒有調(diào)動工廠管理人員的積極性，反而把他們降格為一種信息的收集者；ERP雖有生產(chǎn)控制模塊，但難以真正在實際生產(chǎn)層中使用。如果不加分析和改進這些問題，其結(jié)果則是實施ERP系統(tǒng)的初衷與企業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)越走越遠。

那么如何解決這一主要問題呢?根據(jù)我們對于實施紡織印染企業(yè)ERP的經(jīng)驗和對于行業(yè)自身特點的深入分析，嘗試引入MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))來將企業(yè)管理計劃層的ERP系統(tǒng)和企業(yè)SFC(現(xiàn)場生產(chǎn)自動化系統(tǒng))相結(jié)合。從而真正實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)指令信息自上而下的傳遞，和車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)自下而上的實時反饋跟蹤。通過強調(diào)制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)建立一個覆蓋全廠或者整個流水線的完整的閉環(huán)信息管理系統(tǒng)，即形成一體化和實時化的ERP/MES/SFC信息體系。

3 總結(jié)語

染整企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎構(gòu)建重點：

(1)工藝參數(shù)實況在線數(shù)字型傳感器的開發(fā)。

(2)染整生產(chǎn)自動化的數(shù)字化現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的應用。

(3)典型的企業(yè)局域網(wǎng)；

(4)創(chuàng)新工程師是技改的主力軍，染整企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要創(chuàng)新工程師應用大堂的發(fā)明專利技術(shù)進行生產(chǎn)工藝數(shù)字自動化測控、固化、培養(yǎng)、構(gòu)建一支新穎的工程師隊伍極為迫切。

(5)ERP—MES—PCS的組成在ERP與PCS間插入MES的技改構(gòu)建。