制造执行系统功能体系结构研究

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1、制造执行系统功能体系结构研究2011-06-1700:56:02  作者：肖力墉，苏宏业，苗宇，褚健  来源：互联网·　　在总结了现有的制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，MES)体系结构的发展、特点和问题的基础上，给出了适合我国制造企业的MES功能层次定义，提出了面向我国制造企业的MES功能体系结构。该功能体系结构以生产管理模型为中心，对制造执行层进行了功能结构的划分，并定义了其内部的主要功能及各功能之间传递的信息流。最后为该功能体系结构的应用提供了一个参考实例。　　引言　　在全球商业竞

2、争日益激烈的今天，制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，MES)已经成为国内外学术界和产业界的研究与应用热点。它能够打破企业内部纵向的信息断层，实现业务系统与控制系统之间信息及时、准确的交互;同时，也可打破企业内部横向的“信息孤岛”，使企业内各种信息化软件系统得以集成，从而充分地利用企业的制造资源，提高企业的竞争力。　　MES的概念由美国的咨询调查公司AMR(AdvancedManufacturingResearch)于1990年首次提出并使用。AMR提出了企业3层体系结构，并指出MES位于

3、计划层与控制层之间，任务是将业务系统生成的生产计划传递给生产现场，并将生产现场的信息及时收集、上传和处理。该结构目前已成为国内外制造企业层次划分的主要依据。制造执行系统国际联合会(ManufacturingExecutionSystemAssociationInternational,MESA)于1997年提出了MES功能模型。包括11个功能模块：资源配置和状态、运作/详细调度、分派生产单元、文档管理、数据采集/获取、劳动力管理、质量管理、过程管理、维护管理、产品跟踪和谱系、绩效分析。MESA规定，只具备11个之中的某一个或

4、几个，也属MES系列的单一功能产品。　　美国仪器、系统和自动化协会(Instrumentation,Systems,andAutomationSociety，ISA)于2000年开始发布ISA-SP95标准，即“企业控制系统集成”标准，为制造运行层与其它层次间的集成提供了依据，现在也被用做规范MES的标准框架。该标准共分6个部分，其中第一、二、三部分已正式发布，并被IEC/ISO(国际电工委员会/国际标准化组织)采用为国际标准;也被我国等同采标为国家标准。其第四、五部分正在制定过程中，第六部分尚处于构思阶段。该标准第一部分是

5、以美国普度大学企业参考体系结构(PERA)为基础，将企业功能划分为五个层次;同时，又参考普度大学CIM参考模型，定义了企业功能数据流模型;并将业务系统与控制系统之间交互的31种信息流归为4类;最后用UML(UnifiedModelingLanguage)建立了9种对象模型作为描述企业的基本工具。该标准第二部分则为上述对象模型详细定义了模型属性。该标准第三部分将企业的制造运行管理划分为4个典型区域：生产运行、维护运行、质量运行和库存运行;并定义了包含8项子功能的通用活动模型，用以描述这4类典型的制造运行区域。　　以上研究成果为

6、MES的发展提供了强有力的支撑，但针对我国MES的实际问题还存在着一些不足。AMR提出了MES的概念和企业的3层架构，但缺乏对MES具体功能的详细描述。MESA定义了MES的11个功能模块，但并未定义这些功能模块的组织方式，各功能模块之间缺少明确的联系。　　ISA-SP95标准应该说定义得比较深入和完整，但是其采用的普度5层参考体系结构相对较为复杂，而实际生产控制过程中最下面3层功能通常又是密不可分的，因此现阶段我国企业信息化构建中，还是偏向于使用AMR提出的3层体系结构。同时，ISA-SP95标准中的活动模型是针对制造运行

7、管理(ManufacturingOperationsManagement，MOM)定义的，将生产运行、维护运行、质量运行和库存运行相互独立，并希望用一个统一的通用活动模型模板来描述，然而制造执行系统(MES)的设计通常是以生产管理为核心，其它几部分则处于辅助生产管理的位置，而且针对维护、质量和库存的管理通常是集成现有成形的软件或独立设计，并未采用与生产管理平行的统一框架来描述。另外，ISA-SP95标准针对这4部分运行管理之间相交互的信息并未详细定义，使得这几部分之间的联系不够紧密。　　针对上述问题，本文提出了面向我国制造企

8、业的MES功能体系结构，并将在以下的章节中具体介绍这一功能体系结构的相关内容，包括：MES功能层次的定义;MES功能体系结构模型的介绍;以及MES解决方案的参考实例。　　1MES功能层次的定义　　 　　图1制造企业功能层次模型　　正如本文引言所述，AMR和ISA-SP95标准对企业层次的划