（管理科学与工程专业论文）离散型制造执行系统（mes）研究.pdf

原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：燃日 期：兰咀! ：2 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版， 允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：燃导师签名： 峭一犁夕 山东大学硕士学位论文 摘要 随着企业信息化技术的普及，以企业资源计划( e r p ) 为代表的管理信息系 统已在企业的生产经营活动中起到了重要的作用。但是随着企业产品市场竞争的 加剧，导致对企业生产过程要求的不断提高，企业不仅仅关注于计划的执行结果， 更关注于计划的执行过程，制造执行系统( _ 匝s ) 就应运而生。m e s 产生弥补了计 划和控制系统之间的断层，有效的实现了计划和控制系统的数据传输和共享，同 时增强了企业对车间生产的管理和控制。由于离散制造业行业内部各类企业信息 化水平差异巨大，生产业务过程也千差万别，目前国内对于离散型制造业制造执 行系统研究较少，而且不够深入 本课题研究的制造执行系统旨在为离散型制造业企业的生产过程管理提供 一个可靠的平台，该平台满足m e s 的基本的功能，即连接计划层与控制层，实现 计划数据的层层下达以及现场生产数据的实时反馈。据此，本课题对于离散型m e s 系统的功能结构、数据采集模块、生产监视模块进行了详细的研究，建立了相应 的功能模型、信息模型和过程模型。同时，娅s 强大的数据采集功能为传统的工 业工程资料收集提供了新的手段，课题还探讨了如何通过离散型m e s 系统辅助生 成流程程序图进行流程分析。 系统的设计和分析采用结构化建模方法，本课题使用i d e f o 建模工具建立系 统及其子系统的功能模型，使用实体关系图来建立系统的信息模型，使用流程程 序图来描述系统的过程模型。同时，在系统建模的基础上还引入了实例来进行分 析论证论文可以分为六大部分： 在第一、二部分，文章介绍了课题研究的背景和意义，分析了离散型制造执 行系统在国内外的研究现状和应用现状，指出了国内的离散型m e s 研究的不足， 进而阐述了m e s 的相关理论和各种模型以及结构化建模技术 第三部分，结合离散制造业的特点，提出了符合i s a - s p 9 5 标准的离散制造 业m e s 功能模型。该功能模型包括三个大模块、十个子模块，使用i d e f o 建模工 具对整个模型中各部分以及它们之间的关系进行了描述。 第四部分，深入研究了离散型m e s 系统的数据采集模块，仔细分析了离散制 造业m e s 系统需要采集什么数据、采集的过程、采集的方式、采集信息的存储以 及不同生产类型对数据采集的影响。使用e r 图对于采集信息进行了信息建模，使 用流程程序图对采集过程进行了描述，同时引入某企业的实例进行了论证。 5 山东大学硕士学位论文 第五部分，深入研究了m e s 系统的生产监视模块，仔细分析了离散制造业m e s 系统监控那些生产要素，每种生产要素监控哪些信息，监控的过程如何，监控的 方式是什么以及异常如何处理。 第六部分，通过对流程程序图的结构和内容进行了分析，研究了如何使用m e s 系统采集到的数据来辅助生成流程程序图以供工业工程人员使用，并使用数据流 程图描述了流程程序图的生成过程，这是本文的一个创新点。 6 关键词；制造执行系统、功能模型、数据采集、生产监视、流程程序图 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t e n t e r p r i s er e s o 嘲p l a n n i n g i sar e p r e s e n t a t i v ek i n do fm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hh a sp l a y e da ni m p o r t a n tp a r ti nt h eo p e r a t i o no fe n t e r p r i s e s a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yo fc o r p o r a t i o n s b u tt h em o 他 c o m p e t i t i v em a r k e t i n go f p r o d u c tc , a u s c st h ei m p r o v e dr e q u i r e m e n tf o rt h em a n u f a c t u r e p r o o 磁u r e ，s oe n t e r p r i s e sf o c u sn o to n l yo nt h ee x e c u t i o nr e s u l t so fp l a n , b u ta l s ot h e p r o c e s so fe x e c u t i o no ft h ep r o j e c t s t h a tg a v eb i r t ht om a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m s ( m e s ) ，m e sf i l l su pt h eg a pb e t w e e np l a na n dc o n t r o ls y s t e m , a c h i e v e s e f f e c t i v e l y t h ed a t at r a n s m i s s i o na n ds h a r eb e t w e e nt h e m , a n dn 幽e n t e r p r i s e s 蚰l g t h e l lt h em a n a g e m e n ta n dc o n t r o lt ot h ep r o d u c t i o ni nw o r k s h o p b e c a u s eo f i n t e r n a ld i f f e r e n c e so fd i s c r e t em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r i e si nt h el e v e lo fe n t e r p r i s e s i n f o r m a t i o na n dp r o d u c t i o np r o c e s s ，a tp r e s e n t , d o m e s t i cs t u d ya b o u tm e sf o rd i s c r e t e m a n u f a c t u r i n gi sn o to n l yl e s s e r , b u ta l s on u td e e pe n o u g h m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ss t u d i e di nt h i sp a p e ra i m e da tp r o v i d i n gar e l i a b l e p l a t f o r mi nt h ep r o d u c t i o np r o c e s sm a n a g e m e n tf o rd i s c r e t em a n u f a c t u r i i l ge n t e r p r i s e s t l l i sp l a t f o r mc a nm e e tt h eb a s i cf u n c t i o no fm e s w h i c hi st oc o n n e c tt h ep l a n n i n g l e v e la n dt h ec o n t r o ll e v e la n dc a r r yo u tt h ep l a n n i n gd a t at r a n s f e rl a y e ru p o nl a y e ra n d r e n l - t i m ef e e d b a c ko fo i l - s i t ep r o d u c t i o nd a 饥a c c o r d i n g l y , t h i sp a p e rh a dad e t a i l e d s t u d ya b o u td i s c r e t em e ss y s t e mf o rf u n c t i o n a ls t r u c t u r e ，d a t aa c q u i s i t i o nm o d u l ea n d p r o d u c t i o nm o n i t o r i n gm o d u l e ，s e tu pc o r r e s p o n d i n gf u n c t i o nm o d e l ，d a t am o d e la n d p r o c e s sm o d e l m e a n w h i l e ，t h ep o w e r f u lm e sf u n c t i o no fd a t aa c q u i s i t i o np r o v i d e sa n 唧m 觑l q so fd a t ac o l l e c t i o nf o rt h et r a d i t i o n a li n d u s t r i a le n g i n e e r i n g s ot h i sp a p e r a l s od i s c u s s e dh o wt og e n e r a t ep r o o 黜f l o wd i a g r a ma i d e db yd i s c r e t em e st oa n a l y z e p r o c e d u r e s 1 1 l i sp a p e ru s e ds t m c n u e dm o d e l i n gm e t h o dt od e s i g na n da n a l y z es y s t e m d e f o m o d e l i n gt o o l sw a su s e dt oe s t a b l i s ht h ef u n c t i o n a lm o d e lo ft h es y s t e ma n di t s s u b s y s t e m s , e n t i t y - r e l a t i o n s h i pm o d e lw a gu s e dt oe s t a b l i s ht h ei n f o r m a t i o nm o d e l ，a n d d a t af l o wd i a g r a mw a su s e dt od e s c r i b et h es y s t e mp r o c e s sm o d e l m e a n w h i l e ， e x a m p l e sw f f f ei n t r o d u c e dt oa n a l y z ea n dd e m o n s t r a t et h es y s t e mm o d e l s t l l i sp a p e rc a nb ed i v i d e di n t os i xp a r t s ： 7 山东大掌硕士学位论文 i nf i r s tp a r ta n ds e c o n dp a r tp a p e rd e s c r i b e dt h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft l a e r e s e a 此b , a n a l y 翟dc u r r e n tr e s e a r e l aa n da p p l i c a t i o n so ft h ed i s c r e t em a , l 岫 e x e c u t i o ns y s t e ma th o m ea n da b r o a d , p o i n t e do u tt h ed e t i e i e n c i c si nd o m e s t i cs t u d y a b o u td i s c r e t ei v i e s a n dt h e ne x p o u n d e dt h et h e o r i e sa n dm o d e l so fm e sa n d s t r u c t u r e dm o d e l i n gt e c h n i q u e s i nt h i r dp a r t , c o m b i n i n gw i t hf e a t u r e so fd i s c r e t em a n u f a c t u r i n g ，t h i sp a p e rp u t f o r w a r df u n c t i o n a lm o d e l sf o rd i s c r e t ei v i e sw h i c ha 坞a c x o r d i n gw i t hi s a - s p 9 5 s t a n d a r d s t h em o d e lc o n s i s t so f t h r e em l l j o l f u n c t i o n a lm o d u l e s ，t e ns u b - m o d u l e s ，t h e m o d u l e sa n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e m 、】i 哪d e s c r i b e dw i t hi d e f om o d e l i n gt o o l s i nf o u r t hp a r t ，t h i sp a p e rm a d ead e 印s t u d yo fd a t aa c q u i s i t i o nm o d u l eo fd i s c r e t e i v i e ss y s t e m , a n dm a d ead e t a i la n a l y s i sa b o u tt h ed a t aw h i c hi v i e sn e e d e d ，t h ep r o c e s s a n dm e t h o d so fd a t ac o l l e c t i o n , t h es t o r a g eo fd a t ai n f o r m a t i o na n dt h ei m p a c to i ld a t a a c q u i s i t i o nd u et ot h ed i f f e r e n c eo fp r o d u c t i o nt y p e s d a t ac o l l e c t e dw a ss e tl | pt h e i n f o r m a t i o nm o d e lw i t he rd i a g r a m ，t h ep r o c e s so fd a t ac o l l e c t i o nw a sd e s c r i b e dw i t h d a t af l o wd i a g r a m , a n d 锄e x a m p l ef o rd e m o n s t r a t i o nw a si n t r o d u c e d i nf i t t hp a r t , t h i sp a p e rm a d ead e e ps t u d yo fp r o d u c t i o nm o n i t o r i n gm o d u l eo f d i s e r 咖m 1 2 s s y s t e m r 柚屿戳d 弘o d 啦t i ，蠡c 衄k 硼诎d i s c 础o ，m e & 鹏e d e 正缸， m o r l i t o r , t h em o n i t o r i n gi n f o r m a t i o no fe a e l ap r o d u c t i o nf a c t o r s ，t h ep r o c e s sa n d m e t h o d so f m o n i t o r i n g , a n dh o wt od e a lw i t ha b n o r m a ls t a t u s i ns i x t hp a r t , t h r o u g ht h ea n a l y s i so f t h es t r u c t u r ea n dc o n t e n t so f p r o c e s sf l o wc h a r t , t h i sp a p e rd i s c u s s e dh o wt og e n e r a t et h ep r o c e s sf l o wc h a r tu s i n gt h ed a t ac o l l e c t e db y m e sf o r t h eu s eo f i n d u s t r i a le l l g i i l e e l r ，a n dd e s c r i b e dt h eg e n e r a t i o np r o c e s su s i n gd a t a f l o wd i a g r a m t h i si s 锄i n n o v a t i o no f t h i sp a p e r k e y w o r d s ：m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m s , f u n c t i o n a lm o d e l ，d a t aa c q u i s i t i o n , p r o d u c t i o nm o n i t o r i n g p r o c e s sf l o wc h a n 0 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 近年来，制造业企业越来越意识到信息化建设对企业的发展和提高经营效益 的重要性。在市场竞争环境愈加激烈的情况下，通过企业的信息化建设来提高企 业的竞争力成为一个有效的手段。目前制造业企业的信息化建设集中在以下三个 方面：一是企业研发设计的信息化建设，二是企业生产管理的信息化建设，三是 企业生产设备的自动化建设。 企业研发设计的信息化建设主要是指c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，计算机 辅助设计) 、c m p ( c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，计算机辅助工艺设计) 等 系统的应用，主要涉及产品设计与管理、产品工艺设计与管理等内容c a d 、c a p p 等软件系统，以计算机为工具，辅助企业产品设计人员对产品进行总体设计、绘 图、分析和编写技术文档，进行产品的加工方法和制造过程的设计，包括毛坯设 计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算等。 企业生产管理的信息化建设主要是指e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c e sp l a n n i n g ，企 业资源计划) 、p d m p l m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p r o d u c tl i f e c y c l e m a n a g e m e n t ，产品数据管理，产品生命周期管理) 等系统的应用，主要涉及企业生 产计划与控制的相关内容。加良p i i ，e l 灌等软件系统以生产计划和控制为主线，覆 盖企业全部的业务内容，实现了企业业务流的集成，即业务过程中的物流、信息 流和资金流的集成：同时，这些软件系统又是先进管理思想的载体，软件的实施 和应用优化了企业管理模式，实现了业务流程的再造，改善了企业管理水平，提 高了管理效率。 企业生产设备的自动化建设主要是指数控技术、d n c ( d i s ( r i b u t e dn u m e r i c c o n t r o l ，分布式数控) 以及f m s ( f l e x i b l em a n u f a c m r i n gs y s t e m ，柔性制造系统) 等的应用，主要涉及企业生产设备控制的内容。自动化设备的投入使用，提高了 企业生产技术水平，减少了生产过程中的人为因素，提高了产品的质量与系统的 运行效率。 以e r p 为代表的管理信息系统，强调企业的计划性。它们以客户订单和市场 需求为计划源头，通过厂级计划、车间计划等层次将计划分解，最后形成工单， 工单执行完毕后，将执行结果录入系统中。这些系统以计划的手段来力求充分利 用企业内的各种资源，降低库存，提高企业的整体运作效率以数控加工、柔性 制造系统为代表的自动化技术，则强调设备的控制。它们通过调整设备控制来优 9 山东大学硕士学位论文 化控制手段，减少人为因素的影响，提高产品的质量与系统的运行效率。 长期以来，企业的生产管理信息系统和设备控制系统都是作为不同领域的系 统来分别建设的，在系统运行后，它们形成了两个独立的系统，彼此之间没有信 息交互，更没有信息共享。但是在实际的系统使用过程中，企业更希望e r p 等业 务管理系统的工单能够直接下达给控制系统，甚至是数控设备：同时也希望通过 采集数控设备等相关数据来实现设备状态以及生产过程的实时监控，对于生产过 程中出现的生产异常能够及时做出反应。 在这种情况下，就产生了制造执行系统( m e s ) 。制造执行系统的产生弥补了 计划和控制系统之问的断层，而且成为业务管理系统和设备控制系统之间的纽带， 通过制造执行系统，有效的实现了计划和控制系统的数据传输和共享，同时增强 了企业对车间生产的管理和控制。对于一个企业来说，完整的、能够引导其保持 长期的业务利益和价值的企业信息系统，必须是控制、制造执行系统( m e s ) 和 企业规划系统( e r p ) 管理信息系统三者协同作用的整合。 自上世纪8 0 年代宝钢引进第一套m e s 系统以来，国内对i v i e s 的理论和应用 研究逐步走上正轨。国内目前针对流程制造业的m e s 系统的应用和开发已经非常 成熟，其m e s 产品能够有效的满足流程行业管控一体化的要求。而对于离散制造 业来说，由于其行业特点及其业务复杂性，目前适合离散型制造业的m e s 较少， 大多数都处于研发或者实验阶段，还没有比较成熟的产品。回 国际上，美国仪器、系统、自动化协会i s a 制定了。企业控制系统集成” 标准i s a - s p 9 5 ，目的在于统一管控系统集成的术语、信息对象模型及其数据结构、 活动对象模型，总共包括六部分，目前已发布了四部分，其中第一、二部分已成 为a n s i ( 美国国家标准局) 和1 e c i s o ( 国际电工委员会，国际标准化组织) 标准。 在应用机构和开发机构名单中，大部分是国际上著名的制造业、过程业和自动控 制系统公司代表，如h 1 ) ，i b m ，a b b ，s i e m e n s ，h o n e y w e l l ，s a p ，r o c k w e l l ， e m e r s o n ，l n v e n s y s ，g e ，u c ，m i c r o s o f t ，n e s t l e ，s h e l l ，y o k o g a w a 等等，具有 相当的代表性和权威性。o 在当前形势下，离散型制造企业迫切一个针对其行业特点，既与i s a s p 9 5 标 准相吻合，同时又能符合中国企业管理特点的m e s 系统。鉴于此，参照i s a s p 9 5 标准以及其它i v i e s 的相关成熟理论，本文将对离散型制造业m e s 系统的一些相 关问题进行深入研究。 。资料参考：张占镍周内外制造执行系统( m e s ) 的戍用与发展 。资料参考：刘诏书制造执行系统( m e s ) 标准的综述 l o 山东大学硕士学位论文 1 2 国外研究及应用现状 1 2 国外理论研究现状回 自上世纪7 0 年代美国首次提出制造执行系统这个概念以来，经过3 0 多年时 间的研究，国外已经形成一套比较被认可的理论和标准，这套理论和标准涵盖了 m e s 的定义、定位模型、功能模型、数据流模型，甚至包括了实施方法模型。而 且一些专业的m e s 研究机构也形成了，这些专业m e s 研究机构定期发表m e s 研究的最新成果以及制定m e s 相关的一些工业标准，其中比较著名的机构有先进 制造研究机构a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 、国际制造执行系统联合 会m e s a ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e ma s s o c i a t i o n ) 、美国仪器系统自动化协 会i s a ( a m e r i c a ni n s t r u m e n t 、s y s t e m 、a u t o m a t i o na s s o c i a t i o n ) 。 在理论方面，1 9 9 0 年，a m r 首次对m e s 进行了规范描述，将m e s 定义为“位 于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”；1 9 9 2 年，a m r 提出了企业信息集成的三层模型：计划层、执行层、控制层，明确了 m e s 在企业整体信息中的位置及其重要作用；1 9 9 7 年，m e s a 发布了一系列白皮 书，对m e s 提出了新的定义，并根据标准化、功能组件化、模块化的原则，提出 了著名的m e s 功能组件和集成模型。该模型主要为1 1 个功能模块：资源分配与 状态，详细排程，生产调度、文档控制，数据采集，获取，人力管理，质量管理、 过程管理、产品跟踪和谱系、维护管理、性能分析。1 9 9 8 年，a m r 提出了制造 业务过程的r e p a c ( r e a d y 、e x e c u t i o n 、p r o c e s s 、a n a l y z e 、c o o r d i n a t e ) 模型， 即包括准备、实行、处理、分析、调整五个阶段组成的过程周期。 另一方面，从1 9 9 7 年开始，国际仪表学会( i s a ) 启动编制i s a s p 9 5 企业控 制系统集成标准和i s a - s p 9 8 批量控制标准的工作。2 0 0 0 年发布了s p 9 5 0 1 模型与 术语标准，2 0 0 1 年发布了s p 9 5 0 2 对象模型属性标准，2 0 0 2 年发布了s p 9 5 0 3 制 造信息活动模型标准，2 0 0 3 年发布了s p 9 5 0 4 制造操作对象模型标准。s p 9 5 0 1 规定了生产过程涉及的所有资源信息及其数据结构和表达信息关联的方法。 s p 9 5 0 2 对第l 部分定义的内容作了详细规定和解释，s p 9 5 0 3 提出了管理层与制 造层间信息交换的协议和格式。 与此同时，日本的学者和机构也对m e s 进行了深入研究。日本学者对m e s 重新进行了定义，其文化内涵更接近于东方。首先，在m e s 的基础上，提出了“制 造管理系统”、“制造实行系统”、。生产实行系统”和“综合生产管理系统”的新 解。除了遵循a m r 和m e s a 的定义和描述外，日本的学者更强调对生产现场各 。资料参考t 张志檩图内外制造执行系统( m e s ) 的应用与发展 山东大学硕士学位论文 种信息的时实采集与集成，将过程信息( p i m s ，工厂信息管理系统) 作为m e s 的核心；通过c i m ( 计算机集成制造) 将工厂系统和业务系统进行理想整合的具 体化，是支撑工厂生产功能的骨干系统，是连结e r p 系统和d c s 系统的神经系 统和桥梁；是根据e r p 提出“生产什么、生产多少”的宏观指令，进行何时何分、 哪条生产线投入何种原料、用何种工艺、完成何种产品的具体指令和调度；在 m e s a 的1 1 个功能中，强调生产现场信息数字化管理、工艺管理、物流管理、质 量管理、生产指令、进度跟踪管理、设备运行监督与控制和运行维护管理等生产 环节的管理。 日本标准化与制造科技中心制订发布了o p e n m e s 标准。而且2 0 0 0 年中村唼 出版了系统地研究、介绍m e s 的专著m e s 入门，介绍了m e s 的概要和 发展，m e s 的功能、作用、软件以及各个行业的特点，m e s 对生产经营管理、提 高产品产量、质量和降低成本等方面的贡献，并提供了参考文献。2 0 0 4 年，中村实 和中村一世又编著了图解m e s 应用第一线从应用案例看引入m e s 的注意 事项，这是日本的第二本m e s 专著。 1 2 2 国外应用现状 目前，国外开发m e s 的思路主要有三类：一种是专用解决方案( p o i n t s o l u t i o n ) ，一种为集成解决方案( i n t e g r a t e dm e s ) ，还有一种为可集成的i v i e s ( i n t e g r a t a b l em e s ) 。所谓专用解决方案是指针对某个单一的生产问题( 如制造周 期缺乏竞争力、在制品库存过大、产品质量得不到保证、设备利用率低、缺乏过 程控制等) 提供相应的软件系统加以解决；而集成解决方案则提供一套集成的应 用软件以同时解决多个不同生产问题；可集成的m e s ，即每个应用程序既是一个 完整的专用解决方案，同时又可以集成为一套大的i v i e s 产品。o 美、日、欧等工业发达国家菲常重视对m e s 技术的研究与系统开发，并形成 了i v i e s 软件产业。由于欧美国家在i v i e s 方面起步比较早，已经给相关企业带来了 巨额利润。从8 0 年代后期至1 9 9 4 年，t - m e s 市场销售以2 3 的比例递增，达到 1 3 亿美元，集成的m e s 比专用的m e s 年增幅大l o 个百分点；1 9 9 5 年的时候m e s 市场迅速放大，比上一年增长5 0 ，传统型的m e s 的市场占有率达到l o 亿美元， 出现集成型的m e s 增幅不如专用m e s 增幅的情形；到1 9 9 9 年的时候i v i e s 已经达 到3 5 亿美元的市场份额。2 l 世纪初将出现市场年增长率预计达到3 5 4 0 。 从国外的发展趋势看，已经形成了一批m e s 软件产品和解决方案，出现了一 批以m e s 为核心产品的工业企业管理应用软件公司，而且企业信息技术应用的焦 点已经由e r p 转向m e s 。如美国c o n s i l i u m 公司面向半导体和电子行业相继开发 了w o r k s t r e a m 和f a b 3 0 0 ：美国h o n e y w e l l 公司面向制药行业开发的p o m si v i e s ： 。资料参考，饶运清m e s 一面向制造车问的实时信息系统， 1 2 山东大学硕士学位论文 美国的i n t e l l u f i o n 公司面向多种行业开发的f i xf o rw i n d o v c s ；美国r o c k w e l l 公司 的r s s q l ，r s b a t c h ，a r e n a 等；日本的横河电机公司面向石油相关砼- q v 开发的终 端自动化系统e x a t a s ：这些系统在汽车、石油等行业取得成功。 同时，m e s 软件开发商和m e s 的系统集成商正在受到来自两方面的挤压，即 e r p 软件开发商和系统集成商自上向下的渗透，将其功能扩展到m e s 来，以及 h m i 和s c a d a 软件开发商和系统集成商从下向上的冲击，增加m e s 的功能。如 实力雄厚的自动化系统供应商r o c k w e l l a u t o m a t i o n 推出了生产管理软件解决方案 r s b i z w a r e ，针对离散制造业和批量生产过程。 以西门子公司为例。为了满足制造企业的需要，西门子公司提出了一种全新 而独特的范例，为制造执行系统的发展开辟了崭新的天地。s i m a t i c1 1 r p r o d u c t i o n s u i t e 是西门子s i m a t i c i t 产品的核心。它由s i m a t i c i t f r a m e w o r k 和s 讧a = r i c i tc o m p o n e n t s 组成。 s i m a t i ci tc o m p o n e n t s 提供可以满足业务基本需要的功能。每个组件都是针 对具体的制造问题而建置的( 例如，订单管理、物料管理、人员管理、报表管理 等) 。s i m a t i ci tf r a m e w o r k 是一个建模环境，它通过图形的方式将不同的 s i m a t i ci tc o m p o n e n t s 功能组合在一起来定义执行逻辑。s i m a t i ci tf r a m e w o r k 是根据物理对象( 实际的装置和设备) 和逻辑对象( 软件包及应用程序) 来完成 对工厂模型的创建。这些对生产执行逻辑的显式定义，以及对工厂模型中不同对 象之间相互作用的定义，都是根据实际的生产作业来实现的。 图1 描述了s i e m e n s 全集成自动化解决方案模型，其中m e s 系统包括八大模 块：生产订单管理、设备管理、物料管理、工厂信息管理、报告管理、产品规格 管理、生产维护管理、实验室信息管理质量管理。 图1s i e m e n s 全集成自动化解决方案模型 。参考资料ts i e m e n s 公司白皮书整合无问一从制造到管理 山东大学硕士学位论文 1 3 国内研究及应用现状 1 3 1 国内理论研究现状 中国工业信息化在2 0 世纪7 0 8 0 年代以工厂自动化为主，8 0 9 0 年代以管 理信息化为主。进入2 l 世纪初。仍然以提升工厂自动化水平，普及d c s 、s c a d a 、 p l c 、f c s 和提升管理信息化水平，由开发m i s 转向推广普及e r p 为主。在企业 信息化中起承上启下作用的m e s 主要停留在i v i e s 思想、内涵及体系结构方面的 研究上。 “九五”期间，北京航空航天大学、东南大学、南京理工大学等单位在“国 家8 6 3 计划”资助下在i v i e s 理论与应用系统开发方面做了一定的工作。如夏敬华、 陈杰等人提出面向敏捷制造的车间先进管理控制系统( a m c s ) ，试图构建车间级 的敏捷制造系统。张书亭、周华、杨建军等人从建立敏捷制造企业的车间生产管 理系统出发，分析和论述了制造执行系统的功能和应用特点，提出使用先进的m e s 思想和软件辅助建立敏捷车间系统。他们还试图构建基于全能体概念的m e s 框架 结构以解决m e s 的敏捷性。认为基于全能体的m e s 系统具有自治性、虚拟性、 自组织性、自适应性、动态性、分布式和集中式控制相结合等特点。宋海生等人 研究了网络联盟企业中基于w e b 的分布式生产单元m e s 软件体系结构，于海斌 等人则对可集成的i v i e s 技术体系进行了探讨。 尽管m e s 层仍然是断层、残缺环和狭缝，然而，人们对m e s 的概念、m e s 在企业信息化的地位已不陌生，并开始形成共识。几乎绝大多数大学和工业自动 化研究单位，甚至于国家、省、市级政府主管部门都开始跟踪、研究m e s ，具体 表现为开设m e s 课程，培养i v i e s 研究生，成立工程技术研究、先进制造技术、 制造业信息化工程等相关研究中心和实验室，开设m e s 网站、论坛和专栏，筹办、 主办m e s 国际研讨会，将i v i e s 纳入国家、省、市科技发展规划，从中央到地方， 从学会到协会，从综合网站到专业网站，从综合大学到专科院校，都卷入了m e s 热潮之中。 近年来，随着人们对m e s 的重要性认识的不断提高，国内各研究机构对于 m e s 的研究也越来越深入。这些研究不仅仅局限于理论上的研究，而是更多的结 合企业或者行业的实际需要进行系统的建模，或者针对m e s 中的部分模块来进行 细致的研究。 在功能模型研究方面，胡春、李平等人在m e s a 模型的基础上提出由计划执 行与工厂管理、数据采集与处理两大部分组成，包含l o 个模块的m e s 功能模型； 蔡宗琰、王宁生等人分析了制造执行系统的功能需求，并利用i d e f 方法建立面 1 4 山东大学硕士学位论文 向制造过程集成的制造执行系统的功能模型；蔡宗琰、龙玲等人基于制造执行系 统的活动模型，设计了制造执行系统的功能模块等。 在系统应用研究方面，吴干华探讨了彩管业m e s 的设计与实现；石建玲、刘 顺芳等人探讨了柴油机厂m e s 的实现；边义祥、周跃进对电子行业m e s 进行了 研究；王伟玲、马正元、张德胜等人对单件小批量生产的重型机械制造企业的m e $ 的应用进行了探讨。 虽然国内目前有大量的研究人员正在对m e s 的相关课题进行研究，但是普遍 存在以下问题： l 、目前国内针对m e s 的主要研究重点还是在m e s 的理论体系，对于m e $ 的应用研究较少，明显落后于企业的需求。 2 、目前国内有关m e s 的文献研究绝大多数集中于流程制造业，而对于业务 比较复杂的离散制造企业的m e s 研究较少。 3 、国际上已经开始了企业集成的标准化工作，制定了企业集成标准i s a s p 9 5 ， 而国内相关的研究才刚开始起步。 4 、目前国内还没有一本系统介绍m e s 相关理论的专著。 1 3 2 国内应用现状 中国最早的m e s 是2 0 世纪8 0 年代宝钢建设初期从s i e m e n s 公司引进的。 m e s 在应用方面，国内明显落后于西方发达国家。总的说来，中国市场对m e s 还没有做好充分的准备。中国一大部分制造企业还过度依赖人力进行生产，因此 收集完整可靠的，经过过滤和分析的信息非常困难。而且，制造企业的信息系统 都是由许多独立、多品牌的子系统组成，包括由基于事务处理的子系统( 如e r p 系统) 和许多基于实时操作的工厂子系统，集成的难度非常高。 m e s 是制造过程管理与控制的系统，由于制造过程及过程控制对象的复杂性 和专有性，使得m e s 系统形态有比较大的差异，应用模式也可能完全不同，这些 原因客观上造成了m e s 产品与服务市场的多样性。但是，正是由于m e s 的多样 性、复杂性、特殊性以及特定行业的需要性，m e s 在国内市场已经出现较大的需 求和商机。 由于m e s 系统能给企业和社会带来非常大的效益，从2 0 0 2 年开始，国家 8 6 3 c i m s 高新科技研发计划中己将m e s 系统作为重点发展项目，并出台了具体 扶持办法，从战略的高度上给予了相当的重视，已促进工业化带动信息化、信息 化存进工业化的发展战略，将信息流、物流、资金流最佳集成。 就产品来讲，自主研发才刚丹d 开始，尽管有少数国内i t 公司一方面模仿国外 的模式，同时也总结提炼中国工业企业m e s 层面的经验，但是仍以实验室产品居 多，离商品化还有一段路程。就应用来说，像冶金、石化、烟草、食品等行业虽 1 5 山东大掌硕士学位论文 已有应用，但仍属拓荒者或先行者。 在科技部9 6 3 计划的大力支持下，流程工业领域m e s 成为技术研究的突破口。 重点面向钢铁和石化两个典型流程制造行业，开发完成了若干自主产权的m e s 系 统。如上海宝信m e s 、中国石化m e s ( s - m e sv 1 o ) 等。十五期间还对离散制 造i v i e s 进行了探索性研究，并针对汽车、航空等典型离散行业进行了重点应用开 发，已取得初步成效( 如成飞m e s 等) 。目前国内已出现了一些比较成熟的针对 离散制造业的m e s 产品，如：i c o n m e s 、o r b i t - m e s 、天为i v i e s 等。总体来说， 与西方发达国家相比，我国无论是在m e s 技术深度与应用广度上都存在较大差 距 以i c o n - m e s 为例。回爱康制造信息整合系统( i c o nm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m ，以下简称i c o nm e s ) 是上海爱康电子系统工程有限公司在制造业客户 应用的基础上，集管理软件开发、i s 0 9 0 0 0 咨询顾问经验和自动识别以及数据采 集等技术为一体研制的一套制造业管理软件。满足建设一个具有快速反应能力、 有弹性、精细化的制造业环境要求。它能够帮助企业减低成本、实现