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1990年11月，美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)首次将制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，MES为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态信息。从定义可看出MES是面向车间层的实施(实时)信息系统，它解决了上层计划系统与下层控制系统之间的信息通信问题，在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。
所谓现代造船模式是以统筹优化理论为指导，应用成组技术原理，以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、涂作业在空间上分道，时间上有序，实现设计、生产、管理一体化，均衡、连续地总装造船的建造模式。通过现代造船模式的定义可以发现，现代造船模式采用产品导向型组织，即以产品导向型工程分解和成组技术为基础，把整艘船舶作为最终产品，用工业工程的方法将它划分为零件、部件、分段、总段和舾装单元以及调试、试航等称之为“中间产品”，以中间产品为对象进行船舶产品的设计和生产组织．在以中间产品为导向、壳舾涂作业在空问上分道时间上有序的模式下，车间的专业化生产组织要求越来越高，生产车间将取代船台(或船坞)成为企业新的物化中心，车间也取代船台成为船舶制造的物流、信息流的集散地．因此企业生产管理的重心也应由船台转移到车间，需要更有效地控制车间生产节奏，控制各类舾装件、分段的流动，控制和协调工作人员的活动，控制中间产品的生产质量。研究并构建满足现代造船模式管理要求的船舶制造企业制造执行系统(Modern Shipbuilding Manufacturing Execution System，MSMES)，通过与设计系统及上层计划管理系统ERPP/MRPII)的集成，实现对车间生产任务及生产资源的统筹管理，通过对车间生产数据、设备运行数据以及质量数据的实时采集，实现对车间生产任务执行及生产资源状态的有效监控，最终实现对船舶制造过程的精细化管理。
1 船厂车间管理存在的主要问题
船舶建造过程是一个多级渐进的复杂加工装配过程，船舶建造过程的复杂性导致计划组织的可控制性下降，不确定性上升，生产执行信息的不对称性和不完整性使得车间管理变得尤为困难。船舶制造企业车间管理主要存在以下问题：
1) 由于船舶建造过程复杂，离散化程度高，造成车间管理幅度和管理难度较大；
2) 上层计划管理部门下达的生产任务较粗，缺乏对车间具体执行信息的定义和描述，需要依赖车间生产管理人员的经验进行执行过程的细化和定义，规范化和标准化程度差；
3) 由于船舶产品结构和建造过程复杂，车间管理信息来源多，信息量大，造成信息处理难以及时，信息利用效率和效果差；
4) 企业内外部环境变化快，造成车间生产任务变化多，生产任务调整缺乏科学依据和支撑；
5) 船舶建造过程需要多部门协同作业，部门问信息沟通手段的落后，造成企业整体生产效率低下；
6) 车间生产过程管控手段落后，对生产进度等的判断主观性强，缺少详实的数据作为支撑，从而影响决策质量。
综上所述，管理手段和方式的落后已经严重影响了企业造船模式的转换，并制约了企业的发展。MSMES通过将上层计划管理系统的计划信息与生产执行过程信息的综合处理，提高车间作业的标准化、规范化水平，通过业务协同提高车间生产组织的科学性，通过生产执行过程监控提高车间管理人员对生产过程的掌控能力。
2 MSMES系统体系结构
针对船舶制造企业车间管理存在的主要问题，并基于制造执行系统的定义和现代造船模式的内涵，建立了如图1所示的MSMES系统体系结构。
图1 MSMES系统体系结构
任务执行监控平台是基于集成应用平台数据分析的基础上对车间任务执行、资源使用、物流周转等状态信息进行监控，对任务完工、工时耗用、设备占用、物料消耗等计划与实际偏差信息进行对比，对车间工时物量、投入产出、劳动力负荷、生产效率等进行统计分析。信息集成应用平台是车间业务人员进行业务综合处理的平台，任务执行监控是面向车间管理层辅助其进行过程监控、现场调度和管理决策的平台。
3 关键模块设计思想
3.1 计划任务分解
船舶建造企业施工部门生产使用的制造信息主要是分段装配信息、设计图纸信息以及ERP系统生产计划中的任务包信息。任务包是公司通过ERP系统下达到车间的阶段性粗生产任务，任务包只描述需要加工完成的内容，但不就完成内容的程序以及所需资源等信息进行细化描述。在这种没有详细制造执行信息的情况下，生产任务的执行是非常困难的。车间生产主要凭借工人们的经验随意使用工具和设备，操作方法也存在很大的随意性和不确定性，结果造成了车间生产效率低、工时浪费严重、标准作业时间无法确定、工作方法各异、相同产品作业时间不一样、物流水平低下等问题，即存在着制造计划上的有序和生产制造执行过程的混乱局面的矛盾。
这就需要在计划任务分解模块对生产计划中的任务包进行执行层面的细化分解，形成能够切实指导工人施工作业的工作指令，然后合理的安排工作指令的执行顺序，并进行资源平衡后形成车间级生产作业计划。计划任务的分解过程如图2所示。将ERP系统中的生产计划内容根据相应的映射机制，分解为若干个相对独立的生产任务包。对于每个生产任务包，根据任务包的内容，配置不同的操作任务包和服务任务包。根据细化机制将操作任务包和服务任务包细化为若干操作指令和服务指令。操作指令和服务指令就是直接指导工人施工、操作的指令信息。
在计划任务分解的基础上根据任务包的开始、结束时间，结合操作指令、服务指令之间的领先、同步或滞后关系，确定操作指令、服务指令的开始、结束时间，同时，为操作指令、服务指令配备相应的生产资源，形成面向操作的车间级生产作业计划。由于多资源约束条件下多项目并行生产是造船企业的基本生产方式，生产作业计划的编制过程必须解决资源冲突问题。根据知识规则库中建立的资源需求冲突消解调度规则，结合各项目及任务包的执行权重，对生产作业计划进行调整，最终形成科学、合理的生产作业计划。通过生产任务排程能有效降低车间生产作业计划编制的难度，提高车间生产执行过程的规范化和标准化水平，从而实现均衡连续的造船。车间生产任务排程的处理流程如图3所示：
图3 车间生产任务排程流程图
由于所有的生产作业都是以作业计划中的操作指令和服务指令为对象组织的，因此，生产计划的执行反馈需要施工人员以生产指令为对象将执行状态进行及时的反馈，形成计划执行及建造效率分析的依据。传统管理模式下由于缺乏必要的工具和手段作为支撑，对施工现场任务执行结果的反馈要求较低，生产状态或各项任务执行状况靠管理人员现场查看，效率低，准确性差，因此造成任务安排不合理，生产均衡性差。为解决生产执行结果反馈不及时、不准确的问题，设计并建立以反馈单为驱动的强制反馈模式，即生产管理人员向某个班组或人员下达新生产指令的前提条件是该班组或人员必须对以前所接收的生产指令进行了完整的反馈，否则无法生成和接收新的生产指令。通过该强制反馈模式变生产班组或人员的被动反馈为主动反馈，从而实现生产管理人员对生产进度和任务执行状态的精确掌控，便于进行合理的生产组织和任务分配。
3.4 生产过程监控
通过对生产现场作业人员、机器设备和底层控制系统操作数据以及工序执行和物料消耗等数据的收集，对车间生产资源及生产任务执行状态进行监控，主要包括任务执行状态、设备状态、人员状态以及物流状态等。通过状态信息与计划安排进行比较，形成计划执行偏差分析，为管理人员进行计划调整和生产调度提供支持。另外，通过对现场物量、工时等数据的收集与整理，形成型船建造标准数据库以及企业建造效率数据库，为后续计划任务分解、生产任务排程等提供数据支持。
3.5 质量监控与信息采集
质量监控与信息采集职能主要包括两大过程，即质量监控与信息采集。质量监控过程是由诸多小过程构成的，包括质量检验员在接到检验申请单后，按照质量检验要求，进行质量检验，主要是对自制件、外购件、外协件以及试航检验，严格把关质量；质管员巡视生产现场，对建造过程中的加工和组装项目做好质量防范工作，防止质量问题的发生。信息采集主要是将各个过程中的各类检验信息及质量控制信息进行采集，为质量分析评价与质量追溯提供原始数据。
4 结束语
通过对造船企业车间管理存在问题的分析，结合现代造船模式的要求，建立了MSMES系统总体框架，将系统分为基础支撑、信息集成应用以及任务执行监控三个层次；通过对计划管理层计划任务的分解，形成切实能够指导工人施工作业的操作指令和服务指令；根据各指令间的约束关系进行生产任务排程，并解决资源冲突问题；通过建立以反馈单为驱动的强制反馈机制，提高生产执行结果反馈的效率和效果；通过对计划、执行数据的分析实现对生产过程的监控，从而实现船舶建造过程的精细化管理。
