综观我国制造业信息化系统的应用，建设的重点普遍放在ERP系统和生产车间自动化系统2个方面。但是，由于产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向，因而也对制造企业现场生产的组织和管理提出了挑战，仅仅依靠ERP和生产车间自动化系统往往无法应付这新的局面。完整的、能够引导一个企业保持长期的业务利益和价值的企业信息系统，必须是ERP、MES和控制系统三者协同作用的整合。

    1990年美国先进制造研究机构首次提出制造执行系统（MES）的概念，填补了车间层管理的空白。MES是企业信息化集成的纽带，是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。它在计划层与控制层之间架设了一座信息沟通的桥梁，填补了两者之间的鸿沟。

    轻工装备制造业的生产特点是多品种、小批量，客户定制化，根据订单生产。目前，大多数轻工装备制造企业，尤其是中小规模企业的车间生产主要靠人工进行管理，计划层与控制层相互脱节，无法适应生产过程的动态变化及外界环境的快速变化，极大地制约了生产管理水平的进一步提高。因此，轻工装备制造企业需要利用MES这一先进的生产管理和控制技术来保证车间生产的优化运行和敏捷性。

    学术界，分布式智能制造系统（又称基于Agent的制造系统）和基于Holon的制造系统（Holonic Manufacturing System，HMS）是制造模式领域研究的2个热点。由此展开了基于Agent的MES和基于Holon的MES（HMES）的研究，它已成为MES研究的前沿。

    1 制造执行系统

    1.1 基于Agent和基于Holon的MES

    Holon是Koestler在《机器的灵魂》一书中创造的新词，来描述生物和社会系统中的基本组织单元。而Agent与多Agent系统的概念起源于分布式人工智能领域。Agent是一种能够在分布和协作系统中持续自主发挥作用的智能实体。由于多Agent系统对开放、动态的现实环境具有良好的灵活性和适应性，因此在制造领域（如生产调度与控制、车间资源配置、生产管理决策等）得到越来越多的应用。

    王成恩充分借鉴Agent的概念结构，指出在许多情况下Holon和Agent是完全等同的。但是Holon制造体系与多Agent制造系统相比，Holon制造体系在结构上强调并拥有嵌套和递归的概念，即大Holon可由小Holon组成，小Holon可被几个大Holon共同拥有。这种等级关系与制造系统传统的递阶结构相融，在Holon自治、协商合作的同时，可以进行系统的全局优化与控制。

    目前对MES的研究大多是基于Agent和基于Holon这两方面，国内外研究人员主要围绕MES的模型、框架和软件体系结构、生产规划和调度几个核心问题进行深入研究。

    1.1.1 MES的模型、框架和软件体系结构

    1997年，MESA发布了7份关于MES的白皮书，对MES各个方面作了较为详细的阐述，其中包括MES的定义，11项功能的详细解释，与上层信息系统和下层设备控制之间的关系等，并提出了集成的MES概念，指出MES发展的支撑技术是分布式对象技术。

    现代制造系统是高度分散的制造系统，由各种标准化或非标准化、自治和半自治的制造资源组成。它是具有分散自治性、网络合作性和结构开放性的多Agent系统的最佳应用对象。作为在现代制造企业信息化中起着承上启下作用的MES，特别是基于Agent的MES，也受到了国内外广大学者的高度重视。Unver等采用Windows DNA技术，实现了一个基于多Agent的MES原型系统。Bratoukhine等在欧共体资助的PABADIS（Plant Automation Based on Distributed Systems)项目中提出了基于协作制造单元CMU（Cooperative Manufacturing Unit）和移动Agent的MES模型。CMU可以是封装了制造单元及其与网络连接的静态Agent而形成的物理单元，也可以是封装了复杂调度算法、数据库查询等的逻辑组件。Diep等图提出了一种基于PABADIS模型的分布式制造执行系统，主要针对MES中的生产管理功能（资源配置、生产调度等），具体描述这些功能如何通过Agent及各Agent之间的协作来完成。

    台湾地区由于半导体产业的竞争需要，MES研究开展得也比较深入具体。台湾成功大学制造工程研究所在郑芳田教授的带领下，应用Holon、面向对象技术和CORBA规范提出了一个集成的HMES框架，通过系统分析与设计、应用构造、系统集成和测试4个开发步骤，开发了与硬件相关的软件系统，实现了各种独立自动化设备的集成，构造了一个应用于半导体制造业的MES。其较突出的特点是归纳抽取出Holon的共同功能需求，构造了一个通用Holon类，所有功能Holon都是其子类。与其他框架不同，HMES强调利用Holon的自治性和智能性，在实现系统开放性的同时，保证系统的安全性，提高系统的容错能力。

    针对客户定制化生产已经在许多生产部门中成为一种趋势，Simao等提出了一种基于规则，以产品为导向的HMES的元模型，并提出了一个概念——智能产品（smtart-product）。智能产品可以“驱动”自己的生产，要求制造资源的服务。资源和智能产品都可以被封装进Holon，从而构成一个HMES。

    然而，随着制造业的市场全球化趋势的加剧，企业面临的市场竞争更加激烈，为了在动态变化的市场环境中立足，企业必须具有良好的可重构性。因此，研究MES的可重构性对制造企业的可重构性起着重要的作用，同时可以降低MES的开发和使用成本，促进MES在我国众多中小企业的推广应用与普及。

    构建一个基于Holon的可重构MES的基本思想是在深人分析企业业务活动本质特征的基础上，应用面向对象的方法将整个系统按照不同的功能，抽象为各种具有自治性、协作性的Holon，得到系统的Holon模型。将系统的Holon模型与相应的支撑环境、工具有机集成，并对Holon进行合理的封装与分布，构成系统体系结构的框架。通过支撑环境与工具对系统框架进行快速修改，从而实现系统的动态可重构及快速适应性。刘晓冰等基于车间生产业务的构件化设计思想，采用通用对象请求代理结构和多Agent技术，研究了可重构的MES。饶运清等应用基于CORBA分布式对象技术与规范对车间管理各功能构件进行封装和设计，通过基于CORBA开放式系统集成框架，将封装后的功能构件以“即插即用”的方式进行集成，开发了一个基于CORBA的可重构的MES原型系统。李波等提出可以从MES可重构的适用范围、体系结构、开发阶段和重构粒度4个方向的维度及层次进行研究，并提出基于CORBA和多Agent的可重构MES体系结构，为MES的可重构提供了有效的思想方法和解决方案。

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