0 引 言

　　工业综合自动化工程是指产品设计、生产制造和生产管理等的全面自动化，其中产品设计和生产管理是软科学的范畴，而生产制造自动化则是技术装备的范畴。以计算机应用为代表的信息技术，是实现工业综合自动化的主要技术驱动力。多年来，工业综合自动化系统始终在试图建立一种能够顶盖整个企业全部经营、生产、设计活动范围内的集成化体系结构。

　　目前，在国际市场上，支持工厂综合自动化的软件厂商分为两大类，分别面向企业的生产管理和面向低层设备的生产过程控制。但在工厂管理和制造活动中，留下了几乎没有产品软件覆盖的真空地带——操作执行过程的自动化。在上层计划的执行受到实际生产环境影响比较大的企业、如装配企业，这一现象尤为突出。由于这一领域的应用系统与行业关系密切，在当时的软件技术条件下，难以形成通用的支持软件产品。为此，企业为实现真正的工厂综合自动化系统，往往需要依赖子经验丰富的系统集成商来完成特定的应用集成系统开发任务。

　　80年代后期，全球市场竞争日趋激烈，上层生产计划管理(ERP)受市场影响越来越大，计划的适应性问题日渐显露出来，与低层生产过程之间脱节的矛盾也日益突出。如何有效地解决两者之间的矛盾，充分利用上下两层之间的数据，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率，已成为一个重要的研究课题。一些有识之士开始意识到：制造执行系统是解决这一问题的有效途径，发起并成立了国际性组织——制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA) ，国际著名的软件厂商和企业界纷纷响应并加入这一非盈利性组织。进入90年代，制造业普遍认识到制造自动化软件应由以ERP/MRPⅡ为代表的企业管理软件，以SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 、HMI为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全面集成的制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)软件群组成。

　　尽管MES软件的研究和开发取得了明显的进展，但在技术规范性和成熟程度方面还有较大的差距。如何解决MES软件的行业适应性问题，一直没能得到很好地解决，从而阻碍了MES软件产品市场的形成。软构件技术的发展，为MES软件产品化带来了新的契机，可集成MES软件的需求呼之欲出。

　　本文是在对这一技术领域发展进行全面评述的基础上，根据软构件的特点，对开发可集成MES软件的技术途径进行了初步地探讨，提出了采用工作流、面向对象和多Agent技术进行可集成的制造执行系统(Integratable Manufacturing Execution System，IMES)的构建和软件系统的开发。

　　1 制造执行系统

　　1.1 制造执行系统的地位与作用

　　根据国际MES协会的定义，制造执行系统是指在开放的体系结构中，实现过程运行的管理和企业级的信息系统与低层生产数据的集成，是连接上层计划与低层设备的桥梁闭。其目标是降低在制品，缩短产品制造周期，分析并找出生产中的瓶颈，改进生产线运行，提高生产效率并控制生产成本。COMMS(Customer-Oriented Manufacturing Management Systems)模型(如图1)是一个研究小组在调研不同行业的基础上，向美国国家标准技术研究所提供的先进制造研究咨询报告(AMRC)中提出的，它直观地体现了MES在整个工厂综合自动化系统中的地位。

　　图1 COMMS模型

　　从图1可以清晰地反映出MES起到了ERP/MRPⅡ和车间自动化系统间承上启下的作用，其主要表现在：①为ERP/MRPⅡ系统及时、准确地提供数据和信息;⑧提高系统的运行能力，维持计划与运行能力的平衡;③解决实际生产过程中的计划运行波动对制定生产计划的影响，提高MRPⅡ/ERP系统适应性。同时，通过低层数据的采集和分析，为改进生产线的运行提供依据和保证，适应敏捷制造模式对生产敏捷性的要求。

　　1.2 MES功能以及与其它信息系统的信息交互关系

　　MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用，因而，它在ERP产生的长期计划的指导下，根据低层控制系统中采集的与生产有关的实时数据，进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。具体包括以下一些功能(如图2虚线框中的内容)：过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品跟踪和产品谱系管理、资源分配和状态管理、工序详细调度、生产单元分配、性能分析和数据采集等功能模块。

　　图2 MES功能模型

　　在MES上层，主要有供应链管理、销售和服务管理、企业资源规划和产品设计/过程工程。其中供应链管理包括预测、分销、后勤管理、运输管理、电子商务和企业间的供应计划系统;销售和服务管理包括网络营销、产品配置设计、产品报价、货款回收、质量反馈与跟踪等功能;产品和过程工程包括计算机辅助设计和计算机辅助制造、过程建模和产品数据管理;在MES下层，则是低层生产控制系统，包括DCS、PLC、DNC/NC和SCADA，或这几种类型的组合。

　　在信息交互关系上，MES向上层ERP/供应链提交周期盘点次数、生产能力、材料消耗、劳动力和生产线运行性能、在制品(WIP)的存放位里和状态、实际定单执行等涉及生产运行的数据;向底层控制系统发布生产指令控制及有关的生产线运行的各种参数等。同时分别接受上层的中长期计划和底层的数据采集、设备实际运行状态等(如图3)。

　　图3 MES与ERP及底层控制系统信息交互

　　总之，MES接收企业管理系统的各种信息，以便充分利用各种信息资源实现优化调度和合理的资源配置。

　　2 可集成制造执行系统

　　2.1 传统MES的发展历程及存在的问题

　　信息控制技术(ICT)的发展可分为三个阶段：①传统的层次管理结构，过程是预先设定的，并自上而下基于程式的信息控制;②扁平化的(或虚拟的)组织结构，过程是随机的，在模块化应用组件环境(Module Application Component Environment，MACE)下的信息控制;③组织结构和过程，具有自组织、自适应的自治Agent信息控制。目前，信息技术处于第二阶段的成长、发展期，技术已相对成熟，并逐步得到应用，第三阶段还处于研究期。

　　传统的MES(Traditional MES，T-MES)是指在第一阶段上发展起来的信息系统。T-MES从70年代的零星车间级应用发展到复杂的具有一定集成能力的大系统，并占据了一定的市场份额。可以简单地将T-MES分为两大类：①专用的MES系统(Point MES)。这类系统是自成一体的应用系统，它只解决某个特定的领域间题，如车间维护、生产监控、有限能力调度或是SCADA等;②集成的MES系统(Integrated MES)。该类系统起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的，如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，目前已拓展到整个工业领域。在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成，但此类系统依然是针对一个特定的行业，缺少通用性和广泛的集成能力。

　　由于T-MES系统是基于预先设定的程式进行系统开发的，因此，开发此类系统成本高、效率低，并隐含着较大的风险。如过程有徽小变化，就可能导致系统不能正常运转，系统的稳定性差。具体表现在以下几方面：

　　(1)通用性差。目前市场上的T-MES系统，无论其功能多么复杂，均是针对特定的行业、特定的领域问题开发的。由于没有一定的技术规范指导，针对不同行业的MES功能基本上无法借鉴和使用，因而使得系统的开发周期长、投资大，限制了MES市场的快速发展。

　　(2)可集成性弱。从技术发展角度和用户需求来看，软件结构本身应能与其它应用系统集成，做到相箱相成，相得益彰。不仅提高了企业遗产系统(legacy system)的生命周期，降低对信息系统的投入。同时，也为用户选择较为合适的各种软件提供了更大的空间。目前，某些具有集成功能的MES，虽能实现与上层事务处理和下层控制系统的集成，但也仅仅局限于某个特定的系统或功能，使得用户在选择MES产品时受到很大的制约，限制了MES软件产品的推广。

　　(3)缺乏互操作性。互操作性是系统敏捷性的一个重要标志。企业采用的数据库、操作系统是异构的，在分布式生产环境下，需要从不同的MES系统中裁剪不同的功能，以满足某个特定任务的需要，实现互操作。目前T-MES墓本上没有此类功能。

　　(4)重构能力差。重构能力是指系统具有随业务过程的变化进行功能配置和动态改变的能力。不同的行业、不同的企业其生产组织模式不尽相同，信息系统必须具有可重构能力，即根据不同的需求搭建相应的系统。

　　(5)敏捷性差。敏捷性是所有先进制造模式的核心。在生产中表现为对市场的快速响应和对实际生产环境的应变能力，在信息系统中表现为系统的可重构、可重用和可扩展(3R特性)。对于T-MES，由于系统结构本身和采用的开发技术，一个微小的过程改变，系统就会无所适从，甚至不能正常运转。尽管如此T-MES在市场占有率1995年达到10亿美元，预计1999年达到35亿美元。

　　随着信息技术的发展和市场竞争的加剧，具有高度敏捷性的制造执行系统日益成为市场的热点，国际MES协会的成立为可集成MES系统的研究与开发提供了技术保证。

免责声明：本网站（http://www.ciotimes.com/）内容主要来自原创、合作媒体供稿和第三方投稿，凡在本网站出现的信息，均仅供参考。本网站将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性，但不保证有关资料的准确性及可靠性，读者在使用前请进一步核实，并对任何自主决定的行为负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏，概不负任何法律责任。
本网站刊载的所有内容（包括但不仅限文字、图片、LOGO、音频、视频、软件、程序等）版权归原作者所有。任何单位或个人认为本网站中的内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时，请及时通知本站，予以删除。