1 引 言

　　随着生产全球化，复杂化的不断加剧，车间不确定性日益增多，这就要求管理者能快速有效地对生产变化做出响应，而传统的MRPⅡ/ERP通常缺乏精确的生产数据来支持，而生产线上也不能及时获取指令来调整生产，严重阻碍了企业的发展。在此基础上人们提出了基于W曲的制造执行系统，它采用客户端浏览器的结构模式，使得信息能在最大限度上得到共享，为随时随地的访问数据提供了解决办法，使得上层与下层之间能及时通信，形成网络化的制造环境，有效地解决了目前普遍存在的信息断层问题。

　　2 MES的基本概念

　　制造执行系统MES(Manufacturing Execution System)在计划层(MRPⅡ/ERP)与控制层(Control)之间架起了一座桥梁。MES从控制层获得大量的信息，经过各种处理，得出一些信息，反馈给MRPⅡ/ERP层，同时计划层又将这些信息转换成指导控制层的信息。MES使得企业上层生产计划(MRP胍RP)可与底层工业控制之间交换实时信息，图1从企业集成和信息流方面展示了执行操作层与计划管理层、底层控制层三者的集成关系，控制层以实时方式运行，如果它是1倍的时间因子(小于1秒)，那么管理层就是100倍的时间因子(天，周，月，年)，而执行操作层就是10倍的(天，小时，分，秒)。MES要求能对人员设备状态和产品信息实时跟踪，对生产计划、生产能力和质量问题实时调整处理，对生产数据实时采集和分析，从根本上实现信息实时反馈和问题实时处理，提高企业的生产效率。

　　可以看出一方面，MES接受计划管理层的相关信息，并保证这些信息在车间层能起作用;另一方面，MES对控制层的数据分析统计，及时地给计划管理层提供准确的生产信息。因此，MES是有效地连接底层控制层和在其之上的计划管理层的中间层。

　　MES强调从计划发布到产品完成的整个生产过程的优化，能对生产过程中产生的实时数据进行管理、响应和报告从而能对任何变化都能做出快速响应并有效地指导车间进行生产加工，提高企业的生产效率和综合竞争力。1992年成立了以推广MES思想及其产品为宗旨的贸易联合组织——MESA国际协会(MESA International) ，并形成了MBs软件产业。MESA对MES做出了如下的定义：“MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里又实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对他们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效的指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”

　　图1 集成信息系统中MES的信息流

　　3 基于Web的制造执行系统

　　3.1 基于Web浏览器结构的MES和C/S结构的MES

　　基于Web的制造执行系统充分利用了Web Internet的前沿技术，使得企业能够缩短生产周期，改进生产力，提高客户满意程度等等。传统的基于客户/服务器(C/S)的制造执行系统需要大量的资金和人力资源进行管理，尽管可以实现车间层与管理层和控制层之间的通信，但是难于实现与外界的信息交互，缺乏互操作性，不能动态响应企业瞬息万变的需求。B/S(浏览器服务器模式)是随着Internet技术的兴起，是对C/S结构的一种改进。在这种结构下，业务逻辑完全在应用服务器端实现，用户表现完全在Web服务器实现，客户端只需要浏览器即可进行业务处理，是一种全新的软件系统构造技术。而基于Web浏览器结构的MES，具有一般B/S结构系统的优点：服务器相对集中，各应用节点并无任何程序，易于实现系统的无缝升级，护开销减到最小，具有很好的重构性和开放性，既可实现远程操作，又可实现分布式操作。除此之外，C/S结构不可能随时随地看到当前业务的发生情况，看到的都是事后数据;而基于Web浏览器结构的MES则不同，它可以实时看到当前发生的所有业务，方便了快速决策，能满足制造执行系统实时性的要求，为此我们建议建立如图2结构的MES：

　　图2 系统基本构架

　　这样的MES构架是一个可集成的，开放的，分布式的结构。当需要增加新的功能时，我们可以很容易地添加一些组件到应用服务器中，Web技术的使用使得执行操作层的工作不再受时间和空间的限制，可以按产品再工程(Re-Engineering)将制造执行系统划分为若干个制造单元，形成分布式的生产模式，每个制造单元都是一个制造中心，有着独立的管理行为，制造单元内部建立局域网(LAN)，配置浏览器和服务器，制造单元之间可以通过Internet进行通信。基于Web的制造执行系统为实施网络化制造提供了充分的保证。

　　3.2 制造执行系统与其他系统的信息集成

　　从信息集成的角度来看，MES在企业范围的SCM(supply chain management) 、CAE(computer-aid engineering) 、CRM(customer relation management)等系统与面向工厂底层设备的控制系统之间起着承上启下的作用。下图是根据工厂实际情况和MESA在1997年公布的MES的外部环境模型得出的模型：

　　图3 MES的外部环境模型

　　这些系统之间既有信息的重叠又有信息的交互，例如，MES和SCM都有调度管理，实现这些系统的集成成为企业信息化的关键，系统集成的本质就是实现信息集成，数据集成。建立企业级的数据仓库和使用XML是两种可选的方案。但由于XML在Web环境下的广泛应用，它已成为数据抽象和数据传输的事实上的标准，所以着重介绍第二种。扩展标记语言(XML，Extensible Markup Language)是一种基于文本的数据格式化机制，XML的数据可以通过中间层代理与多种后端(数据库)源集成，能与任何应用程序兼容，有着良好的自说明性和可扩展性。将各个系统中需要集成的信息用XML定义，然后就可以将之传到应用服务器，验证XML数据，正确解析XML数据。数据集成传输过程如下图所示：

　　图4 数据集成传榆过程

　　采用基于XML的分系统数据交换方法，解决了企业分系统之间信息交换数据表示不一致的问题，实现了跨平台的信息交互。

　　3.3 基于Web的制造执行系统与底层设备的通信

　　基于Web的MES的最大的特点就是数据的通信与共享，而现场数据的实时采集则为其一个关键技术。对于传统的不具备条件的加工设备，可以提供界面让操作人员直接输入，而对于自动化加工设备，通过OPC(OLE forProcess Control)接口可以从生产设备和质检仪器上快速有效地获取设备状态和加工数据，在设备和应用软件之间建立开放的，具有互操作性的联结。OPC规范提供了数据通讯和交换的通用工业标准机制，在XML Web Server中按照OPC标准编写OPC接口读取存储在OPC服务器中的数据，MES与底层设备之间可无缝隙地交换数据。

　　4 实现基于Web的制造执行系统的关键技术

　　4.1 服务器和数据库的设计

　　Web服务器通常可以利用Microsoft自带的Web服务器Internet信息服务器，利用它来驻留Web页面，承担着信息发布并与应用服务器进行通信的功能的任务，Web应用服务器中的包含着能实现各种功能的组件，所有复杂的业务逻辑和大量的计算都有一些组件组合实现，在应用服务器中，各组件文件都是利用.NET中COM+提供的组件服务形成DLL。格式存储的，内部的实现方式对外部是隐藏的，组件之间通过接口互相连接的，可将它们部署在网络上的任何地点，增强系统的可扩展性，可维护性和可复用性。

　　制造过程中信息实时都在更新，因此可以同时建立关系数据库和实时数据库，关系数据库中存储一些管理数据，而像质量信息，工作状态等实时数据则放入实时数据库。

　　4.2 安全性的设计

　　基于Web的系统实现信息共享的载体是Internet/Intranet，容易形成“Web危机”。因此在设计系统时，我们应该从下面几方面考虑系统的安全性：

　　1)系统的登陆之前必须先注册，检验用户的信息正确性;

　　2)为了保证系统的安全性，必须要有日志文件，将相关信息写入日志文件，保证可追踪;

　　3)由于数据库和服务器都是放在网络上的，因此需要对它们设置权限，没有经过授权，既不能在服务器端增加和修改代码，也不能查看数据库信息。

　　5 总 结

　　制造执行系统是一个新兴思想，随着它的不断发展，会得到越来越多的关注和应用。目前对制造执行系统已做了很多研究，例如面向对象技术和消息机制与制造执行系统相结合，本文为制造执行系统建立了一个基于Web的解决方案，它将网络与企业连接在一块，实现企业对内对外的网络连接，为企业实现全面信息化和自动化奠定了基础。

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