（管理科学与工程专业论文）基于制造执行系统的供应链协同制造研究.pdf

摘要基于制造执行系统的供应链协同制造研究 摘要 供应链的研究在近几年受到了越来越多的重视，主要在供应链的不确定性，伙 伴关系选择，二级供应链的优化以及供应链中信息共享、协调等。随着制造成本的提 高，响应周期的缩短以及生产精细化程度的提高，生产活动对制造企业的要求越来越 高，依靠单个企业的活动很难从整体上对时间和成本进行控制。实施供应链协同制造， 建立基于整体供应链的信息协调系统，可以从供应链整体的角度对生产活动进行控制 协调，实时反馈制造过程中的生产信息，为制造活动的执行提供有效信息支持。多 a g e n t 技术使供应链的研究能够从计算仿真的角度进行，为供应链复杂性的研究提供 了有利手段。 论文在对制造执行系统，协同制造执行系统研究的基础上，提出了在供应链基础 上建立虚拟制造执行信息系统，从供应链的整体角度协调供应链的生产活动的结论， 并对基于虚拟制造执性系统的协同制造的框架进行了改进，对其中信息流动进行了分 析。 论文研究了信息系统在供应链协调中的重要作用，并结合协同制造的框架对承载 信息传递的文档形成过程进行了图示，建立了完整的信息传递载体。 论文在供应链协同制造的研究中引入多a g e n t 理论，对基于合同网的招投标协议 进行了研究，并改进了协商协议，提出了符合企业协同的算法，最后采用v c 语言， 对参与协同制造的企业组成动态联盟的特性进行仿真，形成了按时间和成本计算的最 优的制造企业联盟，验证了算法的正确性。 关键词：制造执行系统协同制造 多a g e n t 技术 计算仿真 a b s t r a c t a ni n c r e a s i n ga t t e n t i o nh a sb e e np a i dt or e s e a r c h e so nt h ed e v e l o p m e n to fs u p p l y c h a i n ( s c ) ，m a i n l yi n c l u d i n gt h eu n c e r t a i n t yo fs c ，c h o o s i n go f p a r t n e r s h i p ，o p t i m i z i n go f b i l e v e ls ca n ds h a r i n ga n dc o o r d i n a t i n go fi n f o r m a t i o ni ns c w i t ht h ei n c r e a s ei n m a n u f a c t u r i n gc o s t s ，t h ed e c r e a s ei nr e a c t i v ec y c l ea n dt h ei m p r o v e m e n ti nl e a np r o d u c t i o n ， m o r ea n dm o r ed e m a n d sh a v eb e e nm a d eo nm a n u f a c t u r i n gc o r p o r a t i o n s ，t h u si ti sd i f f i c u l t t oc o n t r o lt i m ea n dc o s t so nt h ew h o l eb ys i m p l yd e p e n d i n go na s i n g l ec o r p o r a t i o n t h e i m p l e m e n t a t i o no fs cc o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n ga n dt h ee s t a b l i s h m e n to fa ni n f o h n a t i o n c o o r d i n a t i v es y s t e mb a s e do nt h ew h o l es cc a nc o n t r o la n dc o o r d i n a t em a n u f a c t u r i n g a c t i v i t i e sf r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h ew h o l es c ，g i v et i m e l yf e e d b a c ko ni n f o r m a t i o no f m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，a n dm e a n w h i l ep r o v i d eu s e f u ii n f o r m a t i o nt o s u p p o r t m a n u f a c t u r i n ga c t i v i t i e s t h em u l t i a g e n tt e c h n o l o g ye n a b l e ss cr e s e a r c h e st ob ec a r d e d o u tb ym e a n so fc o m p u t es i m u l a t i o n ，t h e r e f o r ep r o v i d i n ga ne f f e c t i v em e t h o df o rs t u d i e so f t h ec o m p l e x i t yo fs c t h r o u g hc a r e f u ls t u d yo fm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i v es y s t e m ( m e s ) a n dc o l l a b o r a t i v e m e s ，t h i st h e s i sh a sa t t e m p t e dt oe s t a b l i s hav i r t u a lm e so nt h eb a s i so fs c c o o r d i n a t e t h ep r o d u c t i o no fs ci na c o m p r e h e n s i v ew a y , a n di m p r o v et h ef r a m e w o r ko fc o l l a b o r a t i v e m a n u f a c t u r eb a s e do nt h ev i r t u a lm e s t h ei m p o r t a n tr o l eo fi n f o r m a t i o ns y s t e mi ns c c o o r d i n a t i o nh a sb e e nr e c o g n i z e d d o c u m e n t sw h i c hc a r r yi n f o r m a t i o nd e l i v e r yh a v eb e e ni n t e g r a t e db yc o m b i n i n gt h e f r a m e w o r ko fc o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r ea n d e i g h to p e r a t i o nd o c u m e n t s ，c o m p l e t e i n f o r m a t i o nd e l i v e r yc a r r i e r s ，h a v eb e e ne s t a b l i s h e da c c o r d i n g l y t h et h e s i sh a si n t r o d u c e dt h em u l t i - a g e n t t h e o r yi n t os cc o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n g r e s e a r c h e s ，a n di m p r o v e dt h eb i d d i n gc o n t r a c t sf r o mc o n t r a c tn e t w o r k v cl a n g u eh a s b e e nu t i l i z e dt os i m u l a t ef e a t u r e so ft h ed y n a m i ca s s o c i a t i o no fc o r p o r a t i o n sa n dt h e n e s t a b l i s ht h eo p t i m a la s s o c i a t i o no f c o r p o r a t i o n sc o n s i d e r i n gt i m ea n dc o s t s k e yw o r d ：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 ，c o l l a b o r a t i v em a n u f a c t u r i n g ，m u l t i a g e n t t e c h n o l o g y ，c o m p u t es i m u l a t i o n 硕士学位论文 基于制造执行系统的供应链协同制造研究 图表目录 图1 1 论文逻辑框架图9 图2 1 企业集成模型功能示意图1 1 图2 2 系统功能组成及定位分析1 2 图2 3 m e s 的功能性分析图1 3 图2 4 虚拟m e s 主要功能图1 7 图3 1 a g e n t 的基本结构2 0 图3 2 纯分布式结构2 1 图3 3 联邦式结构2 2 图3 4 m e s a g e n t 的基本结构2 4 图4 1 协同m e s 系统的物理模型3 0 图4 2 供应链s c o r 模型图解3 1 图4 3 物流和信息流在企业生产经营中的关系3 3 图4 4 基于b p r 的管理信息系统开发方式3 3 图4 5 ，一般生产企业的组织结构3 4 图4 6 ：协同制造框架的基本组成3 5 图4 7 2 协同制造框架的基本组成3 8 图4 8 供应链协同制造基本框架4 1 图4 9 信息的主要组成结构4 3 图4 1 0 业务文档“母体 结构图4 5 图4 1 1 基于订单的s c o r 运作模型4 6 图4 1 2 业务运作文档结构图4 8 图5 1 合同网协议5 0 图5 2 改进的合同网协议5 0 图5 3 招标者招标者协商算法流程图5 7 图5 4 数据输入界面6 4 图5 5 按生产周期排序( 第一次输入) 6 4 图5 6 按生产周期排序( 第二次输入) 6 4 图5 7 按生产周期排序( 第三次输入) 6 5 图5 8 按生产周期排序( 第四次输入) 6 5 图5 9 按生产成本排序( 第一次输入) 。6 5 图5 1 0 按生产成本排序( 第二次输入) 6 5 v 图标目录硕士学位论文 图5 1 1 按生产成本排序( 第三次输入) 6 6 图5 1 2 按生产成本排序( 第四次输入) 6 6 图5 1 3 四次数据得出的最优联盟曲线6 7 表3 1 供应链与多a g e n t 系统之间的相似性2 8 表4 1 信息的组成和消息4 4 表4 2 组成信息的消息和信息的种类4 5 表4 3 信息的主要组成组成4 6 表4 4 制造执行活动的需求信息4 7 表4 5 主要的信息组成基本组和种、消息4 7 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名： m 引乒于 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 肆 朋稻月矽日 硕士学位论文 基于制造执行系统的供应链协同制造研究 1 绪论 1 1 课题研究背景及意义 1 1 1 本课题的研究背景 随着信息技术的发展，世界经济发生了深刻的变化，供应链的发展也使整个生产 运作过程在信息技术的推动下能够做到更加迅速和一体化，特别是制造行业在信息技 术的推动下，改变了过去单纯依靠规模和价格进行竞争的局面，能够吸收更多的先进 技术，并且实时响应客户的需求。在当今社会分工越来越精细的前提下，依靠单个企 业是无法真正做到迅速响应并满足客户需求的，基于供应链的协同地制造出现可以很 好地整合企业的制造资源，最大地限度发挥各个企业的生产能力，提高供应链的整体 效率，有效的节约成本缩短时间。通过协同制造可以有效地发挥企业的优势，提高企 业的敏捷制造能力；通过企业之间信息的有效沟通，可以最大程度地避免供应链协同 制造过程中出现的问题，提高企业的生产效率和市场响应能力，达到真正的协同。建 立虚拟制造执行信息系统可以有效解决企业之间的信息交流问题，是实施协同制造的 重要基础。本文采用多a g e n t 技术来实现不同地域不同企业之间的动态联盟，通过仿 真来对企业间的协同制造进行了研究。本课题的研究对于供应链中协同制造的发展具 有重要的参考价值，也是制造业中迫切需要解决的问题。 t 1 1 2 本课题的研究意义 一般来说，如果一个系统存在着若干个相互矛盾或冲突的子系统，这些子系统如 果不能通过协调来妥善处理各种冲突，那么该系统总体功能将由于宏观结构的失稳而 无结果，甚至产生负效应，即出现系统的整体功能小于各部分子功能之和。在供应链 中，当各节点成员是独立的利益主体和决策主体时，它们在供应链动态运行过程中考 虑得更多的是自己的利益，整个系统的利益是否为最大他们并不十分关心，这就使得 每个成员都努力在自己的决策权范围内寻求自身利益的最大化。 供应链中各节点之间存在的竞争和冲突势必影响到供应链的效率，有时甚至可能 为了自身的利益而损伤整个系统的利益。在供应链的协同制造中这个问题就表现的尤 为突出，如何在供应链背景下更好的协调企业的制造活动，提高信息共享和使用的程 度，提高产品的顾客化程度，及时对顾客的信息作出实时的反应，对于协调整个制造 活动和供应链的高效运行具有重要的作用。协同制造过程中虚拟制造执行信息系统的 建立，能够从供应链整体出发为信息的传递和共享提供良好的平台，充分发挥信息在 协同制造过程中的作用，达到及时调整和反馈信息，为生产制造过程服务的目的，提 高协同制造过程中各企业的利益，在供应链整体上减少不必要的浪费，提高效率，达 1 1 绪论 硕士学位论文 到整体最优的目标。基于供应链协同制造的a g e n t 仿真方法的应用和研究，是供应链 的研究能够从计算仿真的角度进行，对于整个供应链的科学研究和发展具有重要影 响。 1 2 国内外研究文献概述 1 2 1 制造执行系统( m e s ) 研究现状 m e s 是美国管理界9 0 年代提出的新概念。由于强调控制和协调，使现代制造业 信息系统不仅有很好的计划系统，而且有能使计划落实到实处的执行系统。因此短短 几年间m e s 在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了巨大的经济效益。企业 认识到只有将数据信息从产品级( 基础自动化级) 取出，穿过操作控制级，送达管理级， 通过连续信息流来实现企业信息的全集成才能使企业在日益激烈的竞争中立于不败 之地。 叶楠，奚立峰在分析制造执行系统( m e s ) 对制造企业提高竞争力、快速响应市场的 重要作用的基础上，讨了m e s 的定义、主要功能和在企业信息系统中的地位；蔡宗 琰、龙玲介绍了制造执行系统的基本发展和组成模块，提出了制造执行系统部分功能 模块的设计组成，重点阐述了在制品管理、设备管理、人力资源管理、质量管理和成 本管理六个分系统的功能和作用；蒋志强，郭友寒，沙全友分析了在市场环境发生变 化的情况下，现代制造企业对信息技术的实际需求及其制造信息系统存在的主要问题， 探讨和研究了现代制造业对信息技术的实际需求及其发展趋势与特征；李鹏阳，马加 银等在文中针对当前制造企业信息化建设存在的一些典型问题，分析了制造执行系统 功能模型，提出了在制造执行系统中实现基于全球移动通讯系统( g l o b a ls y s t e mf o r m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，g s m ) 的信息传输方式；丁伯慧、齐二石，杨作刚在之前研究 的基础上提出了离散制造企业的m e s 架构，详细介绍了其四个组成模块及其子模块 的功能，介绍了模块之间的信息传递关系，为今后m e s 软件产品的编制和信息集成 的深入分析提供了基础平台；罗国富，施法中在简介m e s 的基础上，简单提出了 t - m e s 的不足，重点介绍了可重组m e s 实现的关键技术，这其中包括基于组件m e s 基础框架开发，基于组件的开发方法和开发过程，最后讲了多代理在m e s 中应用， 并就生产实例进行了研究【1 】【2 】【3 】【4 】【5 1 1 6 1 。 1 2 2 协同制造研究现状综述 协同制造执行系统( c m e s ) 是m e s a 在传统m e s 的模型上发展出来的新概念， 是实现协同制造至关重要的一环。m e s a 在其白皮书中描述了协同m e s 的特性：协 同m e s 系统结合了早期的m e s ，实施并优化车间的各项操作，同时提升与其他系统、 企业人员以及价值链价值流中人员的整合能力。虽然部分数据已经通过传统的通讯 2 硕士学位论文 基于制造执行系统的供应链协同制造研究 方式共享，但因特网中诸如x m l 以及w e bs e r v i c e s 等新的网络技术都为准确、快速 通讯带来极大的飞跃，从而产生更大的利益。 从一些国家协同m e s 研究的现状可知，一些基于w e b 技术的协同m e s 平台原 型系统已经问世。这些软件系统通过将工业现场和因特网互联，使整个企业从员工、 设备、供应商、销售商、客户都能够连接在一起，提供了一个面向实时控制、数据采 集和系统控制优化的、独立的、高适应性的信息集成通讯体系结构，从系统操作员终 端、高层管理层到客户共享统一的标准，实现制造过程的可视化，从整体上满足企业 基于w e b 的信息处理的需要。h o n e y s u n 认为集成平台框架通常与通用中间件共同 组成信息化集成的基础平台，支持企业内部各单元应用系统的信息交换，提供用户访 问企业信息的入口，从而达到制造商以高柔性化及敏捷操作满足用户的需求以及实现 企业间的协同合作。国际上，t e r a d y n e 公司( 全球著名的电子测试和产品供应商) 已 经开发了协同m e s 软件t e r a d y n es c e 3 0 系统，而i n t e r w a v e 公司( 美国一家关键的 独立咨询集成商) 亦已将协同的概念运用于其商业的m e s 软件中。 宋学艳，卓之兵，白小波，薛劲松提出了协同m e s 的概念与结构和基于网络的 协同m e s 系统物理模型结构及特点，并提出了协同m e s 的网络结构，最后简单介绍 了协同m e s 在某卷烟厂的应用；吕学燕在其文中首先结合运筹学的整数规划法与启 发式算法，以保证交货期为前提，提出了一种新的车间异地调度算法，优化了协同制 造的生产成本，然后运用微软的远程处理框架n e tr e m o f i n g 技术，建立起对外协产 品生彦信息的追踪，初步实现了协作企业间生产过程的有效监督，从而完成了协同制 造环境中工作流、信息流和物流的信息集成：黄游槟在其论文中分析了c m e s 的基 本概念，对c m e s 总体框架进行了概要设计，重点研究了c m e s 中的资源重构与作 业调度优化技术；房亚东，何卫平在其研究论文中介绍了协同制造模式对伙伴选择的 需求，然后讨论了协同制造伙伴灰色关联选择模型；张翠华，周红建立了影响供应链 协同的因素模型，分析了供应链协同的关键因素，包括联盟伙伴关系、协同策略和技 术实施因素，最后指出了其对我国企业发展供应链协同的启示；王茜，何文奇在其研 究中采用扩展的p e t r i 网作建模工具，将活动分到每个角色，并基于角色建立虚拟企 业中电子商务的工作流模型7 】【8 】【9 】【1 0 】【l l 】【1 2 】。 1 2 3 虚拟制造执行系统研究现状综述 c e s a rm a r t i n e z o l v e r a 在其博士论文av i r t u a lm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ni n f o r m a t i o n s y s t e mf o r t h ef a b l e ss e m i c o n d u c t o rv i r t u a le n t e r p r i s ee s u p p l yc h a i n 中提出了从供应链 整体的角度协调供应链的运行对于供应链的运作特别是生产制造供应链的运作有着 重要的意义，有效地信息管理也会给供应链的发展带来巨大的影响，文中结合特定的 分布式企业对虚拟制造执行信息系统的形成进行了论述，给出了基于全球制造的企业 3 1 绪论 硕士学位论文 间信息沟通协同框架模型，对于相关行业的发展和使用有着很好的启示。n a g e l ， k u h l m a n n 以及w e b e r ，k o v a c s 等认为虚拟供应链应该是全球性、开放的、短期的、 合作的但又相对独立的参与企业构成，它们联合参加企业的核心业务成功地进行合 作，以此提供高质量的顾客产品。p r e s l e y ，s o n g 等认为信息流参考模型必须具有“即 插即用 结构，即允许参加供应链的企业可以随时参加或者退出此供应链，也不丢失 他们自身的主动性，n a i m 等认为解决企业间信息交互时的噪音是很有必要的，这样 也可以做到更好地交互与共享信息；m a n l e y 等认为供应链中信息交互机制中很重要 的一点就是解决共享什么信息的问题，特别是生产型企业在信息上应该存在一个完成 指定任务所需要的最小信息量，这些信息对于计划、调控、以及具体的产品与服务控 制都是必需的。c i s c o ，m o b e r g 等认为面向对象的业务文档的封装是关键的，因为信 息如果错误、不完整或者展现形式不正确，它将无法发挥价值，也就没有意义。g h i a s s i ， g r a h a m ，m c a d a m ，v a nh o e k ，k o t z a b 等认为供应链的协调，最重要的是供应链上各 企业间信息的共享与协调，信息是供应链的驱动力，在供应链的协调中，信息的可视 化是需要的，这种可视化的信息涉及到动态的业务信息流，是在供应链的整体管理下 的信息流动【1 3 】【1 4 】【1 5 】【1 6 】【1 7 】【1 8 】【1 9 】【2 0 】【2 1 1 。 1 2 4 多a g e n t 技术及其在供应链中应用研究综述 在敏捷制造模式下m e s 面临着新的挑战：首先，在动态联盟的企业组织形式下， 企业的管理系统有多种应用，如e r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c e p l a n ) 、c r m ( c u s t o m e r r e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n t ) 等，不同企业选择软件的供应商各不相同，m e s 应该能与 不同的应用系统进行通信、与同一种应用的不同软件系统通信；其次，参与生产的各 个单位在地理位置上可能是分散的，m e s 必须适应分布式环境，与分散在各地的应 用系统协同工作；再次，不同企业的设备控制系统更是千差万别，设备供应商也各不 相同，m e s 应该能够与不同种类的设备控制系统通信，传递控制指令、及时获得生 产现场数据；另外，每个企业都有自己的信息系统应用如库存管理系统等，m e s 要 充分利用这些系统提供的数据，而不是替代这些系统；最后，企业的生产组织是动态 变化和逐步完善的，m e s 应该能够适应这些变化，支持生产组织的动态性。这就对 系统的通信协作性、可扩展性和集成性提出了新的要求。 s t e p h a n i e 与b o y l ew t 2 2 1 1 2 3 】认为当前的m e s 主要是基于传统技术或者是从零开始 构建的，通常具有固定的整体结构。虽然一些系统能够提供按照用户要求定制的功能， 但这些定制往往局限于一定范围，超出这些范围便无能为力，因此不能满足需要。与 传统的m e s 系统不同，f a y a d m 和s c h m i d td 等认为分布式可集成m e s 框架是在企 业协同环境下发展起来的，充分考虑企业制造执行过程和制造数据异地分布性，采用 分布式对象技术和网络技术构建的分布、异构、松散耦合的系统，它并不构建独立的 4 硕士学位论文基于制造执行系统的供应链协同制造研究 制造执行应用系统，而是建立开放的、可扩展的框架，框架具有功能模块化、结构开 放、耦合松散和自治性强等特点，可以动态地与制造过程中涉及的各种应用进行通信 和协同，完成制造过程的管理1 2 制。 近些年来，研究者对m e s 框架进行了大量研究，提出了各种应用：i b m 东京研 究中心的m a s a h i r oh o f i 等利用面向对象技术，给出了应用于离散制造业的、基于 c o r b a 的制造执行系统框架；南京航空航天大学的y a n gh a o 等利用r m i ( r e m o t e m e t h o di n v o c a t i o n ) 技术，给出了分布式、可集成制造执行框架；澳大利亚计算机 协会的r e i n h a r d f u r i c h t 等利用c 撑和n e t 技术实现了基于组件的制造执行系统应用框 架；日本生产科学与技术中心提出了适用于电子生产的o p e n m e s 应用框架。这些研 究为框架结构在制造执行系统中的应用提供了参考。然而，它们更多是侧重于某种应 用，用于构建特定的制造执行应用系统，对敏捷环境下m e s 自身配置的灵活性和分 布式环境下动态集成性则很少涉及。 陈勋，毛波在其研究中对智能自主体在供应链管理中的应用进行了综述，主要包 括三个方面：建模与模拟，计划调度与优化求解以及运行与实施；和延立，何卫平在 其研究中提出了基于a g e n t 的柔性工作流驱动的跨企业协同制造支持平台，其核心是 一组自主交互的智能a g e n t ，通过a g e n t 之间的协作实现协同制造任务建模、制造任 务动态调度与分配、制造资源管理及制造过程管理等功能；段广洪，钱立和王军英等 人认为m u l t i a g e n t 系统( m u l t i a g e n t ) 是从分布式人工智能发展而来的，它为解决 分布式环境下的动态协同问题提供了新的思路。k o u i s sk ，p i e r r e v a lh 和m e b a r k in 等 人为m a s 应该具有分布式并行处理、强壮性、可伸缩性、可维护性等特点，利用 m u l t i a g e n t 技术构建系统结构，可以使系统决策在分布式环境下完成。p a m n a k h 等认为基于多代理的系统“特别适合于模块化、分布式、多变的、非结构化复杂的应 用”，可以处理“组件之间的大量交互 。南京航空航天大学的杨浩，朱剑英基于 u m l 技术提出了一种基于m u l t i a g e n t 的、开放式、分布式、可配置、可集成和可维 护的m e s 框架，为解决m e s 中的柔性问题提供了一个可行和有效的方法。杨文恺， 李海刚等提出了种基于m u l t i a g e n t 技术的企业协同框架，并在电子商务模式下研 究了部分问题；乔东平，杨建军指出了基于多代理的可集成m e s 的研究的必要性， 并提出了该技术的基本框架；赫惠清在其博士论文中研究了基于多a g e n t 供应链协调 机制，重点研究了任务分配和库存策略；余吻在其论文中就多a g e n t 的供应链建模及 仿真进行了研究；w o o l d r i d g emj ，j e n n i n g snr 等认为采用a g e n t 描述供应链管理模 型具有以下优点： ( 1 ) 模型容易构造，模型中的每一个a g e n t 基本上对应于供应链中的一个物理实 体或决策实体，他们之间通过消息进行协调； ( 2 ) 模型直观易懂，决策者直接通过“w h a t i f 询问，就可了解系统情况，作出决 5 1 绪论 硕士学位论文 策。 ( 3 ) 决策易于实现，企业如果采用基于多a g e n t 的s c m 系统，则决策者在基于多 a g e n t 的s c m 模型上所作的决策能够很快在实际供应链运行中实现； ( 4 ) 智能性，一般s c m 的模拟方法只能评估事先设定好的决策方案的效果，而不 能建议产生新的方案【2 5 】【2 6 1 1 2 7 】【2 8 】【2 9 】【3 0 】【3 1 1 1 3 2 1 1 3 3 1 1 3 4 1 。 综上所述，基于制造执行系统的协同制造的发展在国外已经取得了不错的发展， 并且在企业中进行了应用，也给部分企业的发展带来巨大的利益，而国内研究单个企 业的制造执行系统的文献较多，也有很多学者对于企业内部的m e s 的执行与功能情 况进行了较为详细的研究，但是研究协同制造供应链中的制造执行系统则较少，用 m u l t i a g e n t 来表示供应链的协同制造过程中的生产协调更是刚刚开始，本论文在学 习相关知识的基础上对这一问题进行研究。 1 3 论文的研究目标和方法 1 3 1 论文研究目标的提出 通过对掌握的大量文献的阅读与分析认为，当前对该问题的研究现状主要存在如 下的特点和不足： ( 1 ) 目前，对于制造执行系统的研究主要专注与其在企业内部的实施，考虑到其 作为一个生产控制软件，如何做好企业生产过程中的上下衔接，发挥其实时收集数据 和处理数据的功能，国内以“8 6 3 ”重大装备制造项目为主的课题组也对其功能进行了 详细的研究，但基于供应链生产过程中m e s 作用的发挥则没有进行深入的研究。 ( 2 ) 供应链作为一个新兴且快速发展的企业组织模式，正在受到越来越来越多的 重视，很多的研究都在关注如何提高整体供应链的性能，因为这是提高企业竞争力的 有效手段，几乎所有的研究者都能认识到提高链上企业信息间信息的交流和共享，对 于实现供应链的一体化具有重要影响，但很少有人会考虑到用m e s 来执行这一功能， 或者说从m e s 入手提高供应链的信息共享程度。 ( 3 ) 目前对于虚拟企业( 虚拟组织) 研究的较多，他们主要是有些企业为了完成 某一生产任务，而组织在一起进行生产，在任务完成后很快就会瓦解，从供应链性能 的持续和高效来说，不利于供应链的发展，本文跳出虚拟组织的概念，通过建立统一 的虚拟制造执行信息系统来协调供应链的生产活动，通过v m e i s 可以有效的完成供 应链中信息的协调、传递和共享，在制造过程中实现了协同和高效。 ( 4 ) 目前绝大多数产品的制造需要许多企业的协同工作才能完成，随之而来的企 业间协作的问题也受到了越来越高的重视，解决企业间的协同问题主要是解决企业间 的资金流、信息流和货物流的关系，这其中又以解决信息流问题尤为重要，为避免企 6 硕士学位论文基于制造执行系统的供应链协同制造研究 业间生产过程中的信息沟通不畅，导致生产计划的调整等问题无法做到实时响应，目 前在研究调整供应链性能的方法比较少，主要是都关注如何在物理层面上对其进行改 进，即实现软件的更新。 ( 5 ) 供应链的生产过程中具有很多的不确定性和并发性，为研究供应链的性能， 管理学上采用了建模的方法，试图通过对模型的分析找出供应链协调过程中存在的问 题，为优化供应链的信息共享即生产协调程度提供帮助，但是从目前的研究成果来看， 由于供应链的系统过于庞大，其中涉及的变量和参数已经给系统的建模带来了很大的 困难，而通过m u t i a g e m 的自主性和智能性，则可以对供应链协同制造的发展做出 一定的预测，解决系统建模时存在的多变量的不易处理问题。 本文将通过对m e s 及协同m e s 的研究，结合敏捷制造、网络化制造等先进技术， 对供应链中企业的协同制造进行研究，在综合以上研究的基础上，我们将提出在供应 链上建立虚拟的制造执行系统的想法，并就供应链如何在这一系统下进行运作，减少 企业间的信息不确定，增强整个供应链的竞争力做出分析和对比，并通过对多a g e n t 技术的研究，对供应链协同制造进行仿真，为供应链以后的研究提供思路和帮助。 1 3 2 研究的方法论 ； 供应链是由不同的单元构成的复杂系统，它涉及到社会、人、组织、技术等诸多 方面，因此，对于供应链信息问题的研究比较复杂，往往要借助多学科的知识，并使 用多种研究方法。在本文研究过程中，就使用了多种分析方法，既有经济学、管理学 研究的传统方法，也有一般性的研究方法，更有研究供应链协同制造的仿真方法。 ( 1 ) 跨学科研究方法 在使用跨学科的研究方法时，主要是综合运用复杂性科学、系统科学、经济学、 管理学和控制理论以及各种优化思想( 如仿真优化) ，结合国内外已有供应链管理的 最新理论、方法和结论，对供应链的运行模式，信息协调，任务分配，成本优化等进 行研究，这些不同学科的概念与理论被用于分析的不同层面。 ( 2 ) 图解流程的研究方法 在本文的研究过程中，为更加直观的表示协同制造的框架结构以及虚拟制造执行 系统在供应链中的作用，文中大量采用框架图来表示整个系统中信息流、资金流等的 运作方向，把协同制造框架的研究从繁到简，逐步深入的进行了描述，提供了直观科 学的知识，为整个论文的研究做了很好的铺垫 ( 3 ) 仿真研究方法 仿真方法可以把问题更加直观的表现出来，比其他方法更容易改变参数，形成 多种不同的情况，有利进行结果对比和研究，系统仿真时也需要提出一系列外部的假 设，但这些假设不是用来推导定理的。系统仿真会利用这些假设生成一系列可以进行 7 1 绪论硕士学位论文 归纳分析的数据。与典型的归纳方法不同的是，这些数据不是来自对现实世界的直接 度量，而是严格按照给定的规则生成的。系统仿真的方法可以当作获取知识的辅助手 段。 1 4 论文的主要研究内容和框架 ( 1 ) m e s 及c m e s 的功能研究：主要了解m e s 及c m e s 的产生、发展、组成及 主要功能，着重对其在企业中执行功能进行深入分析，找出其在制造执行活动中的优 势，为后面的研究做好铺垫。 ( 2 ) 多a g e n t 技术及其在供应链中应用研究：主要研究a g e n t 的组成、结构及其主要 的技术，研究供应链的自适应特性，并就a g e n t 在供应链中应用的相关性进行了说明。 ( 3 ) 对构建v m e i s 的管理学和物理学基础进行研究，并在前人研究的基础上对虚拟 制造执行系统框架提出了改进，由某电子行业的框架结构抽象出一个普通的框架结 构，并对信息流在框架中传递的载体业务文档的建立进行了研究和深化。 ( 4 ) 协商机制是供应链协同制造的基础，文中对供应链的协商机制进行了研究，对 基于招投标者关系的协商算法进行了改进，并采用v c + + 语言对a g e n t 之间组成协同 制造联盟进行了仿真，得到了按生产周期与生产成本两种情况下的联盟组成，以及最 优的企业联盟( 供应链) ，验证了算法和协议的正确性。 研究框架如下图所示： 文中序言部分是对研究内容的回顾和提出，第二章研究m e s 及c m e s 理论是第 四提出v m e i s 的基础，也是供应链协同制造理论的有效补充，以及第四章开始的管 理学和物理基础研究是提出协同制造框架和业务文档的基础，第三章研究多a g e n t 技术为论文中在供应链协同制造中引入a g e n t 做好了铺垫，同时也是第五章仿真的技 术基础，第四章中对于协同制造框架的构架是第五章建立仿真结构的基础，是仿真算 法中假定的协同制造任务形象化描述的根据。文章的前后都有着密切的联系，从前到 后又形成一个统一的整体。 8 硕士学位论文 基于制造执行系统的供应链协同制造研究 图1 1 论文逻辑框架图 9 2 制造执行系统与协同制造 硕士学位论文 2 制造执行系统( m e s ) 与协同制造研究 2 1m e s 的概念及组成 2 1 1m e s 的产生 2 1 世纪的制造企业面临着日益激烈烈国际竞争，要想赢得市场、赢得用户就必 须全面提高企业的t 、q 、c 、s 、e ，很多企业通过实施m r p i u e r p 来加强管理。然 而上层生产计划管理受市场影响越来越大，明显感到计划跟不上变化。面对客户对交 货期的苛刻要求，面对更多产品的改型和订单的不断调整，企业决策者认识到，计划 的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态，而不能完全以物料和库存来控制生产。 同时m r p i i e r p 软件主要是针对资源计划，这些系统通常能处理昨天以前发生的事 情( 作历史分析) ，亦可预计并处理明天将要发生的事件，但对今天正在发生的事件却 往往留下了不规范的缺口。而传统生产现场管理只是黑箱作业，这已无法满足今天 复杂多变的竞争需要。因此如何将此黑箱作业透明化，找出任何影响产品品质和成本 的问题，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每个企 业所关心的问题1 3 副。 由于车间生产管理强调生产计划的执行以及生产现场数据的采集和回馈，而 e r p ，j i t 等强调企业的计划性。因此，在车间生产管理和控制上，e r p , j i t 等就显得 力不从心。其原因如下： l 、按照m r p i i e r p 方式组织生产，存在四个明显的问题：1 ) 不确定的产品结构 的引入；2 ) 陈旧的工时定额数据；3 ) 不合实际的提前期定义；4 ) 缺乏来自生产现场的反馈 而导致计划的不准确。因此实际应用过程中，存在在制品的库存量过多，造成管理混 乱和资金占用过多的问题 2 、目前m r p i i e r p 软件，如s a p 的r 3s y s t e m 、利玛信息技术公司的c a p m s 等，这些管理软件属于企业的上层生产计划管理系统，其中有些软件是从财务管理和 物料管理角度开发的，在对车间级制造执行过程的管理上基本不能或不能完善地解决 生产调度过程中出现的复杂多变问题，软件的适应性比较差。 3 、2 0 世纪8 0 年代后期，全球市场竞争更加激烈，上层计划管理系统( m r p i f e r p 等) 受市场影响越来越大，计划的适应性问题愈来愈突出，明显感到计划跟不上变化， 面对客户对交货期的苛刻要求，面对更多产品的改型和订单的不断调整，企业的决策 者逐渐认识到计划的制定和执行要依赖于市场和实际的作业执行状态，而不能单纯以 物料和库存回报来控制生产。 因此，解决生产计划的适应性以及增加底层生产过程的信息流动，提高计划的实 1 0 瑚l 学位论立堆f 制造执抒系统的0 应链协目制造研究 时性和灵活性已经成为一个重要的研究课题。为解决这个问题，2 0 世纪9 0 年代美国 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 ) 提出了“制造执行系统概 念并将m e s 定义为：“位于上层计划管理系统与底层工业控制系统之间的、面向车 间层的管理信息系统”。1 9 9 2 年，一些有识之士发起并成立了国际性组织一一m e s 国 际联合会( 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 a s s o c i “i o n ，m e s a ) ，它是匕上宣传m e s 思想 和产品为宗旨的贸易联合会，并帮助其成员组织在企业界推广m e s g u 定了一系列研 究、分析和丌发计划。自m e s 国际联合会成立以来，该组织相继发布了七份m e s 白皮 _