（控制科学与工程专业论文）制造执行系统建模与智能企业诊断系统研究.pdf

浙江土：掌博士学位论文 制造执行系统建模和智能企业诊断系统研究 摘要 在我国向“世界工厂”迈进的过程中，世界先进的制造技术和管理经验使工 业企业生产水平有了很大的提高，企业间的协同和竞争也提升到新的高度，信息 系统在工业企业中起着越来越重要的作用。经过几十年的发展应用，设备和流程 的自动控制系统日益成熟，为工业企业的信息化发展奠定了良好的基础。作为企 业信息化的主要内容之一，企业资源计划e r p 系统的开发和实施有力推动了企 业管理和业务的信息化和目动化。随着在企业中应用的不断深入，e r p 系统在面 对企业新的需求时遇到一些由于i t 身限制而无法解决的问题。 本文针对e r p 系统在企业实施和应用中，出现的e e p 系统所需信息的集成、 工厂层管理支持和企业诊断支持等问题，就制造执行系统和智能诊断系统进行了 相关研究。主要研究工作如下： ( 1 ) 综述m e s 的产生、发展和研究概况，并分析了m e s a 功能模型对于 多种不同工业生产企业内部集成或企业间集成的不合理性。 ( 2 ) 从连续工业和离散工业生产特点的对比出发，分析了适应多种工业生 产m e s 功能模型的必要性，并提出以计划执行、物料、设备、人员、文档、产 品等生产活动管理主线作为m e s 功能模型各模块的划分依据。 ( 3 ) 建立了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 生产调度和资源配置、执行和生产过程管理、设备管理、物料管理、产品管理、 劳动力管理、技术和资料管理、数据采集和获取、数据综合、模拟分析等1 0 个 模块的m e s 功能模型。 ( 4 ) 根据工厂内部各生产活动主线间的关系以及响应速度要求的不同，建 立了m e s 递阶结构信息流模型，并提出m e s 数据的组织和集成架构。 ( 5 ) 根据工业企业数据进行分析羁诊断是企业信息系统的一个薄弱环节， 管理者不得不在大量的企业数据中去发现存在的问题，而且管理者的这些知识和 技能得不到有效的管理，容易遗失。因此我们根据企业管理的实际需求，提出与 企业信息系统相集成的智能企业诊断系统，建立了基于数据仓库的智能企业诊断 系统模型，并提出以模糊p e t r i 网实现企业诊断的知识表示和模糊推理。 浙江大学博士学位论文 企业信息系统相集成的智能企业诊断系统，建立了基于数据仓库的智能企业诊断 系统模型，并提出以模糊p e t r i 网实现企业诊断的知识表示和模糊推理。 ( 6 ) 分析了已有模糊p e t r i 网模型在建模模糊产生式系统和模糊推理方面存 在的问题。扩展了模糊有色p e t r i 网系统和模糊p e t r i 网系统，并分别提出了两者 的推理建模算法，以解决已有模糊p e 砸网模型存在的问题，使模糊p e t r i 网能够 完全依靠自身机理实现复杂实际闯题的正确推理。 ( 7 ) 基于扩展模糊p e t r i 网的建模算法，对机械工程工业企业中既包含定性 关系又包含定量关系的业务和财务问题，进行企业诊断建模和推理的应用仿真。 诊断结果表明诊断模型能够有效地发现企业中潜藏的问题，并对问题的产生原因 作出正确的推理。应用仿真所取得较好的效果，为下一步在企业中的应用和实施 奠定良好的基础。 下一阶段，我们将在某大型造纸企业和某大型医药化工企业，根据本阶段的 研究结果分别展开m e s 和智能企业诊断系统的具体应用研究。制造执行系统建 模研究为包含多种工业生产过程的企业内部的集成以及虚拟企业的实现奠定基 础，通过企业信息系统的集成最终实现企业集成：智能企业诊断系统的研究将弥 补企业信息系统在企业诊断方面的不足，使企业数据转化为管理者所需的企业状 况的信息，为企业的高速健康发展提供有力的支持。 i v 塑望查兰堂主兰垡堡苎 r e s e a r c h e so n m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m m o d e l i n g a n d i n t e l l i g e n te n t e r p r i s es y s t e m a b s t r a c t a sc h i n ai sb e c o m i n ga g l o b a lf a c t o r y ，a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g i e sa n dm a n a g e m e n te x p e r i e n c e si nt h ew o r l dp r o m o t eg r e a t l y p r o d u c t i o n l e v e lo fo u ri n d u s t r i a l e n t e r p r i s e s a n d c o o r d i n a t i o na n d c o m p e t i t i o na m o n ge n t e r p r i s e s a r eb o o s t e da tt h es a m et i m e 。s o i n f o r m a t i o ns y s t e m sp l a ym o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l e si ni n d u s t r i a l e n t e r p r i s e s ，a u t o m a t i c c o n t r o l s y s t e m so fm a c h i n e sa n dp r o c e s s e s a r e w e l ld e v e l o p e da f t e rd e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no f s e v e r a ld e c a d e y e a r s i te s t a b l i s h e saw e l lb a s i sf o rd e v e l o p i n gi n f o r m a t i z a t i o no fi n d u s t r i a l e n t e r p r i s e s a sam a j o rp a r to fi n f o r m a t i z a t i o no fi n d u s t r i a le n t e r p r i s e s d e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no fe r ps y s t e m si m p e li n f o r m a t i z a t i o n a n da u t o m a t i o no fm a n a g e m e n ta n db u s i n e s so fe n t e r p r i s e s a sa p p l i e d d e e p l yi ne n t e r p r i s e s e r ps y s t e m sc o n f r o n tw i t 1 i s s u e st h a t s y s t e m s c a n tm e e tw i t hn e w r e q u i r e so fe n t e r p r i s eb y t h e m s e l v e s i nt h i s a r t i c l e ，r e l a t i o n a l r e s e a r c h e so n m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o n s y s t e m ( m e s ) a n di n t e l l i g e n te n t e r p r i s ed i a g n o s i ss y s t e ma r ec a r r i e do u t t os o l v ei s s u e so f i n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nr e q u i r e db ve r ps y s t e m s s u p p o r t i n gf o rm a n a g e m e n t o n f a c t o r yf l o o r , a n ds u p p o r t i n gf o re n t e r p r i s e d i a g n o s i s t h e s e i s s u e sh a v eo c c u r r e d d u r i n gi m p l e m e n t a t i o n a n d a p p l i c a t i o no fe r ps y s t e m si ne n t e r p r i s e s t h ep r i n c i p l ec o n t e n t sa n d r e s u l t so f o u rr e s e a r c h e sa r eo u t l i n e da sf o l l o w s ： ( 1 ) r e v i e w i n g t h ec r e a t i o n ，d e v e l o p m e n ta n d p r e s e n ts i t u a t i o n so f r e s e a r c h e so fm e s ，a n d a n a l y z i n g u n r e a s o n a b l e n e s so fm 匣s a f u n c t i o n a lm o d e lf o ri n t e g r a t i o no fo rb e t w e e ne n t e r p r i s e s 。w h i c h h a v ed i f f e r e n t t y p e so f i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ( 2 ) a n a l y z i n gt h en e c e s s i t yo fm o d e l i n gm e sf u n c t i o n a lm o d e l f o rm u l t i - i n d u s t r i a l p r o d u c t i o n b a s e do n c o m p a r i s o n o f c h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e nc o n t i n u o u sa n dd i s c r e t ei n d u s t r i a l p r o d u c t i o n a n dp r o p o s i n gt od i v i d ef u n c t i o n a lm o d u l e so fm e s m o d e la c c o r d i n gt o m a j o rt h r e a d so fm a n a g e m e n to fp r o d u c t i o n a c t i v i t i e s ，s u c h a s p l a ne x e c u t i o n m a t e r i a l ，e q u i p m e n t ，p e o p l e ， d o c u m e n t ，a n dp r o d u c t 一一 一 ( 3 ) e s t a b l i s h i n gm e sf u n c t i o n a lm o d e lc o m p r i s e do ft w od a r t s ： p l a n e x e c u t i o na n d f a c t o r ym a n a g e m e n t ，d a t ac o l l e c t i o na n d p r o c e s s i n g t h em o d e li n c l u d e s10m o d u l e s ，s u c ha ss c h e d u l i n ga n d r e s o u r c ea l l o c a t i o n ，e x e c u t i o na n d p r o c e s sm a n a g e m e n t ，e q u i p m e n t m a n a g e m e n t ，m a t e r i a l m a n a g e m e n t ，p r o d u c tm a n a g e m e n t 1 a b o r m a n a g e m e n t ，t e c h n o l o g y a n dd o c u m e n t m a n a g e m e n t ，d a t a v 一 浙江大学博士学位论文 c o l l e c t i o na n d a c q u i s i t i o n ，d a t ai n t e g r a t i o n ，s i m u l a t i o n a n d a n a l y s i s ( 4 ) e s t a b l i s h i n g ah i e r a r c h i c a lm o d e lo fi n f o r m a t i o nf l o wo fm e s a c c o r d i n g t o r e l a t i o n s h i p b e t w e e n m a j o r t h r e a d so fp r o d u c t i o n a c t i v i t i e sa n dd i f f e r e n c eo f r e s p o n s i b i l i t y , a n dp r o p o s i n g am o d e lo f d a t ao r g a n i z a t i o na n di n t e g r a t i o no fm e s ( 5 ) a n a l y z i n g a n d d i a g n o s i n g b a s e do nd a t ao fi n d u s t r i a l e n t e r p r i s e s a r ew e a k n e s s e so fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n s y s t e m s 。 m a n a g e r sa n dm a n i p u l a t o r sh a v e t of i n do u tp r o b l e m sf r o mal o to f d a t ai ne n t e r p r i s e sb yt h e m s e l v e s f u r t h e r m o r e t h e i r k n o w l e d g ea n d s k i l l sa b o u tt r o u b l e s h o o t i n gc a n tb em a n a g e d e f f e c t i v e l ya n dl o s t e a s i l y s o w e p r o p o s ei n t e l l i g e n te n t e r p r i s ed i a g n o s i ss y s t e m i n t e g r a t e dw i t he n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns v s t e m st om e e tw i t ha c t u a l r e q u i r e m e n t s o fe n t e r p r i s e m a n a g e m e n t am o d e lo fi n t e l l i g e n t e n t e r p r i s ed i a g n o s i ss y s t e mb a s e dd a t aw a r e h o u s ei se s t a b l i s h e d ， a n df u z z yp e t r in e ti su s e dt or e a l i z ek n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o na n d f u z z yr e a s o n i n go fe n t e r p r i s ed i a g n o s i s ( 6 ) a n a l y z i n gi s s u e s o fm o d e l i n gf u z z yr u l e b a s e ds y s t e m sa n d f u z z yr e a s o n i n g b a s e d e x i s t i n gf u z z y p e t r in e tm o d e l s ，t h e d e f i n i t i o n so ff u z z yc o l o r e dp e t r in e ta n df u z z yp e t r in e ta r e m o d i f i e d a n dt w o m o d e l i n ga l g o r i t h m sb a s e d t h e ma r e p r o p o s e d t o s o l v ei s s u e so fe x i s t i n gf u z z yp e t r in e tm o d e l s t h e r e f o r e ，f u z z y p e t r in e tm o d e l sc a nr e a s o nc o r r e c t l yc o m p l e x p r o b l e m sa c c o r d i n g t om e c h a n i s mi nt h e m s e l v e s ( 7 ) b a s e do nt h em o d e l i n ga l g o r i t h mo fm o d i f i e df u z z yp e t r in e t ， b u s i n e s sa n df i n a n c i a lf i e l d so fm e c h a n i c a li n d u s t r i a l e n g i n e e r i n g e n t e r p r i s e s ，w h i c hc o m b i n eq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v er e l a t i o n s h i p ， a r em o d e l e df o re n t e r p r i s ed i a g n o s i s n l ea p p l i c a t i o ns i m u l a t i o no f d i a g n o s i sr e a s o n i n g i sc a r r i e do u t a n dt h er e s u l t so f d i a g n o s i ss h o w t l l a t p r o b l e m sh i d i n g i n e n t e r p r i s e sc a n b ew e l lf i n do u t a n d r e a s o n i n gp r o c e s s c a n e x p l a i n w e l lc a u s e so fp r o b l e m s t h i s s i m u l a t i o ne s t a b l i s h e sa g o o d f o u n d a t i o nf o r a p p l i c a t i o n a n d i m p l e m e n t a t i o ni ne n t e r p r i s ei n n e x t p h a s e 1 1 1 er e s e a r c ho n m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e mm o d e l i n g p r e p a r e s f o ri n t e g r a t i o ni ne n t e r p r i s e st h a tc o m d r i s eo f m u l t i i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n p r o c e s s e sa n dr e a l i z a t i o no fv i r t u a le n t e r p r i s e s a sar e s u l t ，e n t e r p r i s e i n t e g r a t i o nc a n sr e a l i z a t i o nt h r o u g hi n t e g r a t i o no fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n s y s t e m s a n dt h er e s e a r c h0 ni n t e l l i g e n te n t e r p r i s es y s t e mw i l lm e n dt h e w e a k n e s s e so f e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m sa tt h ea s p e c to fe n t e r p r i s e d i a g n o s i s i tc a nt r a n s f o r me n t e r p r i s ed a t at oi n f o r m a t i o na b o u ts i t u a t i o n s o fe n t e r p r i s e s r e q u i r e db ym a n a g e r s n e r e f o r e e n t e r p r i s e ss u p p o r t e d w i t ht h es y s t e m sc a n g r o wh e a l t h i l ya ts p e e d 致谢 首先要衷心感谢我的导师李平教授。李老师渊博的知识、严谨的治学态度、求是 踏实的科研作风使我受益非浅。三年来导师在学习、科研和生活上无微不至的帮助 和关怀感恩于怀，难忘终生。在论文付梓之际，向恩师致上衷心的感谢和崇高的 敬意。 特另u 感谢王慧教授，无论学习上还是生活上，总在我困难的时候给以无私的帮助 和鼓励，心中的谢意远非短短几旬能言尽。 特别感谢宋执环教授对我学习和工作上所给予的大量指导和帮助，以及杨春节老 师给予许多的帮助。 还要特别感谢恩师裘俊红教授及师母吕老师，在杭6 年来他们给我家人般的关怀 和照顾。 实验室的宋春跃、王海清、张良军，谭天乐、李成、张晋等博士，以及陈义、屠 建顺、刘钟鸣、钱琪、程桦、江盛树、吴乐刚、谷应鲲、蔡韵等师弟和师妹们给予 了很多的帮助，在此向他们表示真心的感谢。感谢同在屋檐下的兄弟：张焕成博士、 盛云龙博士：还要感谢的有：王笑蓉博士、彭冬亮博士、孙宗海博士。 最后要感谢，也是最需要感谢的是父母和岳父、岳母，我更愿意称呼为老爸们和 老娲们，他们给了我最宝贵的生命以及生命中最宝贵的我的妻子，他们给了我 生命的意义。谁言寸草心，报得三春晖。 三年来，需要感谢的人很多，难免有遗漏，还望见谅。感谢所有关心和帮助过我 的人们! 胡春 2 0 0 3 年6 月于求是园 一v 】 第一章绪论 摘要：概述了e r p 系统的发展、主要功能以及随着e r p 应用的深入出现的一些问题，提出 本文进行m e s 建模和智能企业诊断系统研究的出发点和意义；最后介绍了本文的主要工作。 关键词；e r p ：m e s ；诊断系统；模糊推理；模糊p e t r i 网 1 1e r p 系统 财务是最早实现计算机化的企业管理领域。从财务系统开始，随着企业需求 的逐步拓展，发展出m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ) ，并在此基础上发展为 侧重点不同的m r p i i ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ) 、d r p ( d i s t r i b u t i o n r e s o u r c eh a r m i n g ) 等系统，也就是我们现在熟悉的e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c e p l a n n i n g ) 、s c m ( s u p p l yc h i nm a n a g e m e n t ) 等系统的前身。市场的压力、企业的 需求和技术的进步是企业信息系统不断发展的推动力。在整个发展过程中，企业 信息系统不断地将计算机、信息和网络等先进技术集成进来，同时也不断地将最 新的管理思想和方法集成进来。 企业需要从整体的高度制定计划进行统筹管理，使企业在宏观运行于最优 状态。因而，以企业资源计划和决策支持为核心的e r p 获得了越来越多企业的 认可，取得了巨大的市场成功。如s a p 、o r a c l e 、b a a n 、p e o p l e s o f t 和j d e d w a r d s 等主要的e r r 系统软件提供商，过去几年每年的e r p 系统销售额达几十亿美元 【o c o n n o re t a 1 ，2 0 0 0 。 本文的研究旨在探讨在工业企业e r p 开发和实施过程中发现的些由于 e r p 系统内在限制本身难以解决的问题，这便构成本文m e s 和智能企业诊断系 统研究的出发点。 1 1 1 e r p 系统发展概况 e r p 系统最初是从2 0 世纪6 0 年代产生的m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t s p l a n n i n g ) 系统发展而来的，经历了4 个主要发展阶段： 浙江大学博士学位论文 第一阶段：m r p 系统产生于2 0 世纪6 0 年代。主要是根据物料清单、库存 数据以及主生产计划来确定物料的需求计划。当时企业所处的是大规模生产 图1 1m r p 的逻辑流程图 ( m a s sp r o d u c t i o n ) 环境，通过提高产品批量和生产率来降低成本是企业增强竞争 力的主要手段。为了降低原料成本，企业必须在订货成本和贮存成本间权衡以制 定订货计划，m r p 系统主要是为了解决手工订货、发货所带来的生产缺货频繁 问题。因此，美国生产与库存控制协会a p i c s 提出了物料需求计划这一思想， m r p 是这一思想的体现。但是作为一种推式生产模式，m r p 系统制定生产计划 过程中没有考虑对生产能力的需求，因而可能导致实际生产能力无法实现计划的 情况。 第二阶段：闭环m r p 系统产生于2 0 世纪7 0 年代，基于这一时期提出的能 力管理( c 印a c i t ym a n a g e m e n t ) 概念。闭环m r p 在m r p 的基础上集成了租能力计 划、能力需求计划，实现了信息和管理运作的闭环反馈。闭环m r p 系统根据对 所有物料的需求，计算各个时期对每个能力单元( 工作中心) 的能力需求，做出 能力需求计划，通过闭环反馈实现物料需求计划和能力需求计划间的协调和平 衡。 前两个阶段的m r p 和闭环m r p 都是围绕企业中物料的管理展开，没有考 虑企业的财务、销售、质量等方面，随着市场竞争的加剧和产品个性化需求的增 长，其局限性逐渐突现出来。企业从单纯的质量、成本竞争扩展到成本、技术、 时间、服务等多个领域的竞争，而消费者个性化产品需求的迅速增长使得生产规 模从大批量转为小批量定制，生产模式由推式逐步向拉式过渡，生产设备的自动 第一章绪论 化水平不断提高，在新的环境下企业各环节间的协同、协作成为企业管理者必须 解决的问题。 图1 2m p , - pi i 逻辑流程图 第三阶段：m r p i i 系统产生于2 0 世纪8 0 年代，在闭环m i u 的基础上又集 成进财务、供销等管理功能，将生产、财务、销售、采购、技术等子系统集成在 一起，构成完整的企业管理流程，对整个企业的资源进行全面规划、优化控制， 并实现数据、信息的集成和共享。 第四阶段：e r p 系统产生于9 0 年代初，美国的g u - m e r g r o u pi n c 根据当时 浙江大学博士学位论文 计算机信息处理技术的发展和企业对供应链管理的需要、预测制造业管理信息系 统的发展趋势，提出了e r p 这一理念。e r p 系统在m r pi i 基础上引入采用图形 界面、关系数据库、4 g 开发语言、第2 、3 代网络体系结构( c l i e n t s e r v e r 和基 于w e b 的三层结构) 等先进i t 技术，将销售、制造、人力资源、后勤、财务等 的管理功能集成在一起【b i s c o t t if ，f u l t o nr 。 1 1 2 e r p 的主要功能 虽然e r p 系统是从m r pi i 系统发展而来，但在管理模式上与m r p1 1 有着本 质的区别，它是客户驱动的、基于时间的、面向整个供应链的管理信息系统f 赖 茂生 。e r p 的资源计划不再局限于企业内部，而把供应链中供应商和客户的资 源、能力也集成进来。另外，时间开始被作为资源计划的一部分，并且作为一个 重要的资源进行考虑。g a r t n e rg r o u p 提出e r p 应具备以下功能标准： 1 ) 超越m r p i i 范围的集成功能 包括质量管理、实验室管理、流程作业管理、配方管理、产品数据管理、 维护管理、管制报告和仓库管理。 2 ) 支持混杂方式的制造环境 包括既可支持离散又可支持流程的制造环境，按照面向对象的业务模型 组合业务过程的能力和国际范围内的应用。 3 ) 支持能动的监控能力提高业务绩效 包括在整个企业内采用控制和工程方法、模拟功能、决策支持和用于生 产及分析的图形能力。 4 ) 支持开放的c l i e n t s e w e r 计算环境 包括c l i e n t s e r v e r 体系结构、图形用户界面( g u i ) 、计算机辅助设计工 程( c a s e ) 、面向对象技术、使用s q l 对关系数据库查询、内部集成 的工程系统、商业系统、数据采集和外部集成系统。 e r p 系统没有完全强照g a r t n e rg r o u p 所提出的这些标准发展，不同行业的 e r p 系统存在差异，即使相同行业的企业间，由于不同企业根据自身的需求的不 同导致他们所实施的e r p 也存在差异。虽然难以对e r p 作一个标准的定义，但 一般来说，e r p 系统主要包括财务管理、生产管理、人力资源管理、销售和分销 第一荜绪论 管理、物料管理、质量管理等6 个部分，各部分的主要功能如下： 1 ) 财务管理 将企业日常各种经济活动和各项生产成本进行规范地计算、记录、分类、 汇总和核算，并将结果及时提供给企业的管理者。 2 ) 生产管理 根据定单和战略计划制定主生产计划和能力需求计划，为工厂提供产品 定义、物料清单、配方、工艺流程等生产相关数据和信息，监督生产执 行、进行成本管理，支持工厂维护任务的计划和管理。 3 ) 人力资源管理 提供对人员的招聘、考核、培养、管理、跟踪等完整的人力资源体系的 支持，包括人力资源规划、员工考核、劳动力安排、招聘管理、员工薪 资核算、培训计划、差旅管理等功能。 4 ) 销售与分销管理 优化调配分销网络的各种资源实现销售活动，为销售的预测、计划、实 现、分析提供信息和功能支持，并辅助企业为客户提供各种相关服务。 5 ) 物料管理 根据主生产计划制定物料需求计划，为物料的采购和供应等活动提供支 持： 6 ) 质量管理 对原材料、半成品、成品等质量标准的确立、检验、分析和控制。并提 供相关信息支持。 在企业e r p 具体实施时，可能根据其自身的需求进行不同的功能模块划分， 但其主要功能涵盖在上述6 个部分中。 除此之外，企业需求的提升、新技术和管理思想的不断涌现，使e r p 系统 在传统定义的功自基础上拓展出更多的功能，如供应链管理( s c m ) 、客户关系 管理( c r m ) 、产品生命周期管理( p l m ) 等 b i s c o t t if f u l t o nr 】。e r p 系统使 得如制造、财务、人力资源和供应链管理等核心协作行为的自动化水平进一步提 高，能够提供一个企业致的、集成的视图。同时，e r p 系统也是企业业务流程 重组( b p r ) 的推动力和基础，通过对业务流程进行根本地重新设计，使企业竞 争力得以明显改善和提高 g i b s o nn 等】 h a m m e rm 】。 渐江大学博士学位论文 但随着e r p 应用深入，新的问题开始出现。e r p 以利润最大化为目标从全 局高度制定计划和进行管理时主要是基于工厂层的统计信息，如定单的进度、物 料的有效利用率、设备的使用情况等都需要工厂层为e r p 提供，但工厂的控制 信息系统无法提供这些信息。许多公司计划制定者发现，为了从供应链计划和 e r p 应用中获得最大的利益，需要实时了解工厂的信息和实际性能c a m s t a r s y s t e m si n c ，1 9 9 9 。而且计划层在计划制定时不可能把生产和市场的不确定性及 未来的变化趋势等未知因素准确地考虑在内，因此e r p 下达的计划在执行过程 中常需要根据条件的变化，人为地修改和调整。这些成为企业集成的瓶颈，从而 成为制造执行系统m e s ( m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m ) 研究的出发点。我们将 在1 2 中介绍m e s 的研究对e r p 系统和企业信息系统集成的意义。 另外，e r p 没有企业问题诊断方面的功能，使得管理者必须根据自己的经验 和知识在大量企业数据中分析存在的问题，在现有的e r p 系统中这些知识和经 验的延续性和诊断效率得不到保证，这就产生了企业信息系统和企业诊断系统集 成的客观需要，我们将在1 3 中介绍智能企业诊断系统研究对于企业信息系统的 意义。 1 2 e r p 系统对m e s 的功能和信息需求 创新不仅是企业生产和管理水平不断进步的推动力，也是下一代新技术或新 思想萌发的土壤。m r p i i e r p 系统被工业企业广泛接受和应用，提高了商业过 程的自动化水平，同时生产的自动化水平也进一步向前发展，这些都将企业间的 竞争推进到一个新的高度。市场要求企业能迅速响应、准确完成客户化的产品， 并且尽量降低批次大小给产品成本带来的差异。e r p 、s c m 等着脱离工厂层的 有效支持，则很难实现这些目标。 由于e r p 是管理层信息系统，抽象程度较高，相对底层控制系统而言属于 静态的管理。企业规模的大型化和企业生产的国际化使得由e r p 直接实现对大 量人员和复杂多样设备的实时监控和管理是不可想象的。数据的绝对量和复杂性 以及现代自动化工厂所要求的对异常条件的响应速度是摆在传统的管理层信息 系统模型面前的主要问题 c a m s t a rs y s t e m si n c ，1 9 9 9 。从表1 可以看出，企业从 上至下各层数据的差异较大。文献【n gjkc 等】 k o l zr j 】 f i t z g e r a l da 】根据其 一6 第一章绪 论 实际应用过程中产生的问题，都提出e r p 系统应与工厂层实时集成。我们将从 成本、质量、时间、服务等4 个方面分析e r p 对工厂层信息系统的需求。 表1 1 企业中生产数据主要性质比较【s l o a i l r l ，1 9 9 5 】 黛attributes e x a m p l et y p i c a lt y p i c a li n t e g r a t i o nt y p i c a l d a t ao r i e n t a t i o nu s e s c o p e 、；b l u m e ：怒：，“ m u l t i s i t ed e e i s i o nl o 似a r c h s u b j e c t t a b l e m u l t i s i t cb u s i n e s $l o w s u p p o r t q u a l i t y l k a do n l y s u m m a r y c r o s s - a r e ai n t e g r a t e dl o 忸a t c h s u b j e c t t a b l e t r a n s a c t i o ns hm e d i u m 0 v e r a t i o n s0 u a l i t vd e t a l id r i v e n i n - a r e a0 p e r a t i o n si n a u r af i l c ，f i e l de v e n td r i v e na r e am e d i u m o u a l i t , r e s u l t p r o c e s s m a c h i n ec a n t f o |p r o c e s s t a g o r i or e a it i m cm a c h i n e h i g h q u a l i t y p r o c e s ss t e p p a r a m e t e r ( 1 ) 成本 成本核算在计算某一批次产品的实际成本时，需要根据物料购买、存储、消 耗的具体数据，产品具体生产过程中各操作的时间，能源的具体消耗数据，设备 使用和维护等数据进行计算。同时，也只有在这些数据的基础上才能不断减少和 去处非增值的生产活动，实现精良生产( l e a n p r o d u c t i o n ) 。 ( 2 ) 质量 产品质量的跟踪、统计、分析和控制贯穿从物料到产品的整个过程，需 要将质量管理与物料管理( 如采购、库存、物料需求) 、生产管理( 如任务分配、 过程监控) 需要工厂层进行集成，并与销售与分销( 如货物运输、产品质量确认) 管理模块集成，才能实现有效的质量控制和跟踪，快速发现、解决质量问题。工 厂层的集成也将为财务和人力资源更好地提供所需信息。 ( 3 ) 时间 提供给客户交货时间的准确性、生产计划的可行性建立在工厂层具体操 作数据的获取和综合的基础上。工厂层执行生产计划时，需要根据操作顺序、设 备能力进行任务调度、分配和协调，其有效性依赖于模型的准确性和数据反馈的 实时性。生产流程各任务执行的实际等待时间、操作时间等数据的实时性和有效 性是不断提高调度模型的准确性实现j i t ( j u s t - m t i m e ) 的基础，也是分析流程中 的瓶颈、改善工艺流程的依据。 浙江大学博士学位论文 ( 4 ) 服务 要提高外部或内部供应链的客户满意度需要为销售人员提供准确的可签约 量、交货时间、生产成本等信息，为客户生产定单跟踪信息，为生产人员及时提 供操作相关文档和信息等等，而这些都涉及工厂层各功能模块间的通信和集成。 表1 2 m e s 的效益 w h i t e p a p c r6 调查内容效益 生产周期平均减少4 5 数据登录时间减少7 5 以上 在制品平均减少2 4 换班时的文书工作平均减少6 1 订货到交货时间平均较少2 7 文书工作和设计图的丢失平均减少5 6 产品缺陷平均减少1 8 虽然最大的增值环节发生在工厂把原材料加工成产品的过程中，但传统上制 造已经成为定单实现中最薄弱环节。制造工厂作为整个供应链中的一个关键部 分，其管理的重要性不言而喻。企业信息系统在工厂层的发展落后于计划层和控 制层，使其成为企业信息系统集成的瓶颈。为了从e r p 投资中获取最大的效益， 工业企业需要在利用e r p 进行决策和实际工厂层的操作间形成闭环，在实现共 同目标的领域问进行准确的和实时的信息交换 k o l zrj 。然而，因为工厂层内 在的数据量、模型和底层的多种通信协议等原因，e r p 系统不能够直接处理与工 厂自动化系统的通信，需要一个从这些不同的复杂系统可靠收集、校正、集成数 据的信息系统。所以无论从管理还是信息的角度，m e s 对企业都是一个重要的 系统。表1 2 是m e s 用户的一些效益统计结果。 相比企业信息系统中的e r p 、s c m 和控制系统，m e s 的起步较晚。只有当 信息系统体系的顶层和底层发展到一定程度，市场发展到一定程度，表格化的工 厂管理成为企业运转的瓶颈时，工厂层信息系统m e s 才能体现出其作用和价值， 才迫使企业提升和加强工厂管理的自动化。 由于认识到m e s 的重要性，美国已经开始实施为企业内或企业间的m e s 以及企业各信息系统间能够实现集成和互操作而发展的信息基础设施计划 第一章绪论 n i i i p s m a r t b a r r y je ta 1 ，1 9 9 8 ，