對(duì)MES（Manufacturing Execution System 制造執(zhí)行系統(tǒng)）系統(tǒng)的研討(五)

1.3.3  MES的技術(shù)現(xiàn)狀

    MES通過控制包括物料、設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源來提高制造競(jìng)爭(zhēng)力，提供了一種系統(tǒng)在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生調(diào)度等功能的方式。MES強(qiáng)調(diào)控制和協(xié)調(diào)，從而使現(xiàn)代企業(yè)信息系統(tǒng)不僅有很好的計(jì)劃系統(tǒng)如ERP、MRP II，而且更有能使計(jì)劃落實(shí)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行系統(tǒng)。但是在90年代企業(yè)普遍采用的面向庫(kù)存生產(chǎn)模式下MES并未得到重視。

到了上個(gè)世紀(jì)末期，隨著JTT, TOC等新型生產(chǎn)模式的提出，以及客戶、市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出更高要求，MES才被重新發(fā)現(xiàn)并得到重視。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)泡沫破碎后，企業(yè)開始認(rèn)識(shí)到要從最基礎(chǔ)的生產(chǎn)管理上提升競(jìng)爭(zhēng)力，即只有將數(shù)據(jù)信息從產(chǎn)品級(jí)(基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí))取出，穿過操作控制級(jí)，送達(dá)管理級(jí)，通過連續(xù)信息流來實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成才能使企業(yè)在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。從這個(gè)時(shí)候起，MES在國(guó)外被迅速而廣泛地應(yīng)用。

MES在國(guó)外尤其是美國(guó)和日本得到了廣泛而深入的研究和應(yīng)用【27】。MES國(guó)際聯(lián)合會(huì)分別于1993年和1996年對(duì)實(shí)施MES系統(tǒng)的企業(yè)進(jìn)行了兩次問卷調(diào)查，主要調(diào)查實(shí)施MES給企業(yè)帶來的好處，調(diào)查結(jié)果表明：MES縮短制造周期45%左右，降低在制品25%或更多，縮短生產(chǎn)提前期35%左右，等等。正是由于MES在車間生產(chǎn)管理中的特殊作用，MES軟件產(chǎn)品得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，1995年AMR的統(tǒng)計(jì)調(diào)查報(bào)告顯示。MES軟件在1993年的市場(chǎng)份額達(dá)到1.5億美元，在1994 —1995年MES軟件的市場(chǎng)份額以每年30%的速度增長(zhǎng)，并預(yù)計(jì)在隨后的十年里MES軟件的市場(chǎng)份額將會(huì)以每年30%或更高的速度增長(zhǎng)。正是由于MES在車間生產(chǎn)管理中的特殊作用，國(guó)際上著名的軟件廠商和企業(yè)界紛紛響應(yīng)并加入MES國(guó)際聯(lián)合會(huì)，并推出自己的MES產(chǎn)品，例如，國(guó)際上著名的ERP軟件供應(yīng)商SAP公司在其產(chǎn)品SAP-R/3系統(tǒng)中整合了MES功能，Honeywell公司也在它的協(xié)同生產(chǎn)管理解決方案(Unified Manufacturing Solutions)中整合了MES功能，還有ASPEN Tech公司、EMERSON公司都在自己的產(chǎn)品中集成了MES的解決方案。在日本，生產(chǎn)管理協(xié)會(huì)、工廠自動(dòng)化推進(jìn)協(xié)會(huì)、生產(chǎn)系統(tǒng)模型專門委員會(huì)、東京實(shí)踐經(jīng)營(yíng)研究會(huì)、實(shí)踐MES研究會(huì)、工業(yè)調(diào)查會(huì)等組織經(jīng)常組織MES的調(diào)查、研究和召開各種主題專業(yè)會(huì)議。日本標(biāo)準(zhǔn)化與制造科技中心還制訂發(fā)布了Open MES標(biāo)準(zhǔn)。

    我國(guó)對(duì)MES的研究開發(fā)起步較晚，目前主要停留在MES思想、內(nèi)涵及體系結(jié)構(gòu)方面的研究上，應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)一般局限于MES單一功能。其主要特點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)、實(shí)施周期短、資金投入少。我國(guó)的許多高等院校、科研院所都在從事這方面的研究與應(yīng)用開發(fā)工作。在理論研究方面，加入了并行、敏捷、網(wǎng)絡(luò)化、可重構(gòu)等一些先進(jìn)思想。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，則采用面向?qū)ο�、�?gòu)件、代理等技術(shù)，取得了不少有益的成果。九五期間，清華大學(xué)、-、北京航空航天大學(xué)、南京理工大學(xué)、南京航天航空大學(xué)、華中理工大學(xué)等單位在國(guó)家863計(jì)劃資助下在MES理論與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面做了一定的研究工作，如:

    清華大學(xué)，楊帆等提出一種基于Agent的分布式流程工業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)非常有利于分布式流程工業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的管理和控制，具有較好的柔性和擴(kuò)展性；何霆等人構(gòu)造了先進(jìn)制造車間計(jì)劃調(diào)度問題的基礎(chǔ)功能模型，建立了作業(yè)分批與計(jì)劃調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，并給出了求解此類問題的常用算法:：李黎等人提出了一種基于瓶頸分析的優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法，用于解決制造執(zhí)行系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度問題:周華等人提出了基于Agent模型、Role模型和Charactez模型驅(qū)動(dòng)的機(jī)遇代理的制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，以達(dá)到快速控制系統(tǒng)的目的。

    -，胡春等人在MESA模型的基礎(chǔ)上提出由計(jì)劃執(zhí)行與工廠管理、數(shù)據(jù)采集與處理兩部分組成的MES功能模型，并比較和分析了連續(xù)作業(yè)生產(chǎn)與離散工業(yè)生產(chǎn)對(duì)MES各模塊功能需求及模塊間關(guān)系存在的差異。

    北京航空航天大學(xué)，張書亭等人從建立敏捷制造企業(yè)的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)出發(fā)，分析和論述了制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能和應(yīng)用特點(diǎn)，提出使用先進(jìn)的MES思想和軟件輔助建立敏捷車間系統(tǒng)，他們還試圖構(gòu)建基于Agent的MES框架結(jié)構(gòu)以解決MES的敏捷性，實(shí)現(xiàn)車間控制的柔性、快速反應(yīng)性、動(dòng)態(tài)重組和優(yōu)化，曾波等人提出利用MAS建立分布式的MES調(diào)度問題，周華等人基于Holon(全能體)構(gòu)造MES，闡述了在車間多變環(huán)境下，如何保證制造系統(tǒng)的伸縮性和敏捷性。

    南京理工大學(xué)，孫宇等討論了制造執(zhí)行系統(tǒng)的本質(zhì)，肯定了制造執(zhí)行系統(tǒng)在企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略中的重要地位，并建立丁具有良好的開放性、集成性并能適應(yīng)不同制造過程的基于C/S結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的車間控制(MES)；夏敬華等人提出面向敏捷制造的車間先進(jìn)管理控制系統(tǒng)(AMCS)，試圖構(gòu)建車間級(jí)的敏捷制造系統(tǒng)，在控制結(jié)構(gòu)和功能拓展上，增強(qiáng)MES的可重構(gòu)性、可重用性和規(guī)�？烧{(diào)性;陳杰等人對(duì)制造過程建模技術(shù)及面向過程的車間管理和控制方法進(jìn)行了分析和研究，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)建立了制造過程模型，實(shí)現(xiàn)面向過程的車間管理和擰制。

    南京航空航天大學(xué)，曹江輝等人分析了制造執(zhí)行系統(tǒng)產(chǎn)生的背景、發(fā)展趨勢(shì)，從制造執(zhí)行系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方法包括領(lǐng)域分析、面向?qū)ο蠓治觥⒚嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)和應(yīng)用CORBA技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行系統(tǒng)的可重構(gòu)性，朱建江等人進(jìn)行了基于Holon的可重構(gòu)MES的研究，定義了企業(yè)MES的Holon模型，給出了系統(tǒng)控制軟件的分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模型，提出三種軟件重構(gòu)方式;楊浩等人采用面向分布式對(duì)象的遠(yuǎn)程方法調(diào)用技術(shù)，提出了一種開發(fā)開放式、模塊化、分布式、可配置、可集成和可維護(hù)的制造執(zhí)行系統(tǒng)框架的系統(tǒng)方法:曹春平等人研究J‘基于UML和Petri網(wǎng)的I-ME S建模技術(shù)，引入了Microsoft Windows DNA技術(shù)來滿足買家環(huán)境下對(duì)制造執(zhí)行系統(tǒng)的可基礎(chǔ)性、可重構(gòu)性、可適應(yīng)性、’可擴(kuò)展性和互操作性的要求，并開發(fā)了相應(yīng)的原型系統(tǒng);胡建等人研究了面向并行工程的制造執(zhí)行系統(tǒng)，采用了運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)采集技術(shù)、數(shù)字控制程序傳輸技術(shù)、不同數(shù)控系統(tǒng)集成技術(shù)、車間工作流程重組技術(shù)和系統(tǒng)可重構(gòu)技術(shù)建立了面向并行土程的制造執(zhí)行系統(tǒng)總體框架，仟守綱等人利用誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究了制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件構(gòu)件庫(kù)構(gòu)件的提取方法；閻志華等在制造執(zhí)行系統(tǒng)的開發(fā)中應(yīng)用OAGIS標(biāo)準(zhǔn)來提高制造執(zhí)行系統(tǒng)的可集成性。

    華中理工大學(xué)，饒運(yùn)清等認(rèn)為MES是實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)管理敏捷化的基本技術(shù)手段，指出敏捷化、智能化和集成化是MES技術(shù)與系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)，并采用分布式人工智能中的MAS(Multi-Agent System)理論與方法以及基于CORBA的分布式對(duì)象技術(shù)研究敏捷化智能MES框架模型，設(shè)計(jì)了Agent的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)形式以及各Agent之間的協(xié)作機(jī)制，并開發(fā)了相應(yīng)的原型系統(tǒng)AIMES，不僅能夠滿足MES運(yùn)行敏捷性的要求，而且具有可集成性好、智能性強(qiáng)、開放性好、互操作性強(qiáng)、可重構(gòu)性好等特點(diǎn);劉世平等提出了基于MAS的敏捷化車間管理控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)Agent的構(gòu)造進(jìn)行了討論，使MES具有快速動(dòng)態(tài)重組生產(chǎn)過程的能力;朱傳軍等應(yīng)用基于CORBA分布式對(duì)象技術(shù)與規(guī)范對(duì)車間管理各功能構(gòu)件進(jìn)行封裝和設(shè)計(jì)，開發(fā)了一個(gè)基于CORBA的可重構(gòu)的MES原型系統(tǒng)。

    其它還有宋海生等人研究了網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟企業(yè)中基于Web的分布式生產(chǎn)單元MES軟件體系結(jié)構(gòu)，保證了集成平臺(tái)的運(yùn)控系統(tǒng)的開放性、可靠性和先進(jìn)性;于海斌等人則對(duì)可集成的MES技術(shù)體系進(jìn)行了探討，引入工作流管理技術(shù)、智能Agent和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，提出了可集成制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制和開發(fā)方法;張新聚等以機(jī)械生產(chǎn)車間為背景，研究了制造執(zhí)行系統(tǒng)中的工具管理模式，給出了一個(gè)較為完善的系統(tǒng)模型，并分析了它與制造執(zhí)行系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)的信息集成方案；武力等似卷煙企業(yè)為背景，對(duì)批流程制造執(zhí)行系統(tǒng)的應(yīng)用特征、技術(shù)及其發(fā)展作了框架性的描述；北京理工大學(xué)的張志英等；建立了基于多Agent的制造執(zhí)行系統(tǒng)的應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)，并對(duì)基于多Agent的制造執(zhí)行系統(tǒng)的調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了研究，給出了制造執(zhí)行系統(tǒng)的調(diào)度算法結(jié)構(gòu)；東北大學(xué)劉威等人；以某鋼鐵公司選礦廠為背景，建立了基于ERP/MES/PCS三層框架結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)成本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了成本的動(dòng)態(tài)在線控制以及信息流、物流、資金流的集成，取得了良好的應(yīng)用效果;北京科技大學(xué)的李鐵克等人在制造執(zhí)行系統(tǒng)框架下，運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)建立了煉鋼車間生產(chǎn)調(diào)度的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型和動(dòng)態(tài)行為模型，研究了人機(jī)交互、信息集成以及實(shí)用算法方面的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù);柴永生等人提出了一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的柔性應(yīng)用框架，該應(yīng)用框架通過運(yùn)用面向過程的對(duì)象分析技術(shù)、基于規(guī)則的事件服務(wù)機(jī)制和業(yè)務(wù)工程分析技術(shù)，提供可重構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)、可伸縮的業(yè)務(wù)流程和可定制的業(yè)務(wù)規(guī)則，使得系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)施的柔性得以提高。

    從以上的研究我們可以看出，九五期間我國(guó)的各大高校在國(guó)家863計(jì)劃支持下在MES理論和應(yīng)用方面的研究取得了一定的進(jìn)展，但是，MES在軟件的商品化、成果的推廣應(yīng)用方面與國(guó)外還存在很大的差距。國(guó)內(nèi)還沒有自主開發(fā)的很成熟且得到廣泛應(yīng)用的MES軟件。即使有所謂的車間層控制SFC，也多數(shù)是收集相關(guān)資料再通過批處理方式錄入而己，其功能十分有限。另外，對(duì)MES的關(guān)鍵功能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上研究較少，并且.研究深度上也還有較大的延伸空間，從而造成制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能無法得到最人限度的發(fā)揮，處理車間實(shí)際問題的能力也受到限制，成為制約企業(yè)車間生產(chǎn)管理快速發(fā)展的關(guān)鍵因素，同時(shí)也影響了企業(yè)信息化的全面發(fā)展。

因此，我國(guó)在MES的理論研究以及應(yīng)用方面需要進(jìn)一步加大力量深入研究，可以預(yù)見，隨著我國(guó)企業(yè)信息自動(dòng)化的發(fā)展和車間自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)車間生產(chǎn)管理的集成化、智能化和敏捷化需求將促進(jìn)MES技術(shù)在我國(guó)的深入研究和推廣應(yīng)用。通過MES來實(shí)現(xiàn)企業(yè)計(jì)劃層與控制層信息的全面集成，形成實(shí)時(shí)性的ERP、MES、PCS是提高企業(yè)整體管理水平的關(guān)鍵，也對(duì)企業(yè)制造整體水平的提升具有重要意義。

 1.3.4  國(guó)內(nèi) MES存在的問題