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1 MES簡介 MES在1990年由AMR（Advanced Manufacturing Research）組織提出并使用,，是將制造業(yè)治理系統(tǒng)（例如MRPⅡ/ERP/SCM等）和控制系統(tǒng)（例如DCS,、SCADA、PLC等）集成在一起的中間層,，是位于治理層與控制層之間的執(zhí)行系統(tǒng),。MES是一個特定集合的總稱包括些特定功能的集合以及實現(xiàn)這些特定功能的產(chǎn)品。MES也不是一個特定行業(yè)的概念,，而且應(yīng)用于各種制造業(yè)的重要信息系統(tǒng),。MES的任務(wù)是把治理系統(tǒng)的指令傳達到生產(chǎn)現(xiàn)場，并將生產(chǎn)現(xiàn)場的信息及時收集,、上傳和處理,，是上下兩層之間信息的傳遞系統(tǒng)。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,、功能組件化,、模塊化的原則，MESA（Manufacturing Execution System Association International,，制造執(zhí)行系統(tǒng)國際同盟組織）于1997年提出了著名的MES功能組件和集成模型,。該模型主要為11個功能模塊：（1）生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控；（2）作業(yè)計劃和排產(chǎn),；（3）上藝規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)治理,；（4）數(shù)據(jù)采集；（5）作業(yè)員工治理；（6）產(chǎn)品質(zhì)量治理,；（7）過程治理,；（8）設(shè)備維護；（9）績效分析,；（10）生產(chǎn)單元調(diào)度；（11）產(chǎn)品跟蹤,。AMR組織把遵照這11個功能模塊的整體解決方案稱為MESⅡ（Manufacturing Execution Scrlution）,。 MES是一個龐大的系統(tǒng)，在實施過程中難度大,，本錢高,，成功率低，沒有成熟的基木理論支持,，主要表現(xiàn)在：沒有同一的管控系統(tǒng)集成技術(shù)術(shù)語,、信息對象模型、活動對象模型和信息流的基本使用方法,，用戶,、設(shè)各供給商、系統(tǒng)集成商三者間的需求交流困難,，不同的硬件,、軟件系統(tǒng)集成困難，集成后的維護困難,。針對這些題目,，還需要在MESA功能模型的基礎(chǔ)上，研究和開發(fā)相應(yīng)的MES應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),，用于描述和標(biāo)準(zhǔn)化這類軟件系統(tǒng),。 2 OAGIS標(biāo)準(zhǔn) OAGIS是由OAG（Open Applications Group）為企業(yè)信息系統(tǒng)集成而提出的商務(wù)語言標(biāo)準(zhǔn)：OAG是一個由企業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)商和用戶所組成的開放式非盈利性組織，其成員包括Oracle,，PeopleSoft,，Boeing等公司。OAGIS定義了一系列業(yè)務(wù)對象及應(yīng)用場景,，滿足OAGIS標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間可以方便地實現(xiàn)集成和互操縱,，進步了軟件的即插即用能力。OAGIS是世界上應(yīng)用最多的商務(wù)語言標(biāo)準(zhǔn),，它也包含了MES與ERP,、PDM等系統(tǒng)之間集成的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此在MES系統(tǒng)的開發(fā)中可以遵守OAGIS標(biāo)準(zhǔn),，以進步制造業(yè)信息系統(tǒng)的集成能力,。 OAGIS基于XML語言，它的基本思想是將企業(yè)信息系統(tǒng)之間的集成看作系統(tǒng)之間業(yè)務(wù)對象文檔（XML文檔）的傳遞，例如裝飾布生產(chǎn)企業(yè)CAD系統(tǒng)與MES系統(tǒng)之間傳遞的產(chǎn)品設(shè)計單,。OAGIS對業(yè)務(wù)對象作出了規(guī)定,，業(yè)務(wù)對象文檔巾封裝了系統(tǒng)之間傳遞的數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的處理要求，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由應(yīng)用區(qū)和數(shù)據(jù)X_組成,。應(yīng)用X,包含系統(tǒng)發(fā)送業(yè)務(wù)對象文檔所需要的信息,，如創(chuàng)建業(yè)務(wù)對象文檔系統(tǒng)的標(biāo)示符、邏輯位置,、創(chuàng)建時間,、身份認證等信息；數(shù)據(jù)區(qū)包含業(yè)務(wù)處理所需的數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的處理要求,。OAGIS針對各種集成場景共定義了近200種業(yè)務(wù)對象文檔,，并提供了一種擴展機制，用戶可根據(jù)需要對業(yè)務(wù)對象文檔的內(nèi)容進行擴展,。 OAGIS定義了一系列業(yè)務(wù)對象集成場景,，集成場景是對企業(yè)信息系統(tǒng)進行集成的一個參照模型，海個集成場景都描述了集成的目標(biāo),，參與集成的系統(tǒng)以及系統(tǒng)之間交換的信息以下是幾個MES與ERP等企業(yè)治理信息系統(tǒng)集成的部分場景,。 （1）ERP與車間計劃集成場景。該場景是ERP系統(tǒng),、車間級生產(chǎn)計劃制定系統(tǒng),、生產(chǎn)過程治理系統(tǒng)、車間級生產(chǎn)能力分析系統(tǒng)之間的集成場景,。在該場景中,，生產(chǎn)能力分析模塊根據(jù)ERP系統(tǒng)下達的生產(chǎn)指令進行生產(chǎn)能力分析，車間級生產(chǎn)計劃制定系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)指令和生產(chǎn)能力分析結(jié)果,，制定生產(chǎn)計劃并發(fā)往生產(chǎn)過程治理系統(tǒng),。 （2）設(shè)計變化集成場景。該場景是PDM,、ERP和MES之間的集成場景,，PDM中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，ERP和MES中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)也進行相應(yīng)調(diào)整,。 （3）工藝數(shù)據(jù)同步集成場景,。在該場景中，制造工藝數(shù)據(jù)發(fā)生變化時,，MES中的數(shù)也相應(yīng)更新,。 （4）生產(chǎn)同步集成場景。對MES以及其它系統(tǒng)中的生產(chǎn)指令數(shù)據(jù)進行同步和更新,。 （5）在制品統(tǒng)計集成場景,。對ERP,、MES以及其它系統(tǒng)中的在制品數(shù)目進行確認 （6）人力資源集成場景。在該場景中,，ERP系統(tǒng)中的人力資源治理模塊從MES中獲取工人的工作時間和工作日程安排等信息,，MES從人力資源治理模塊獲取工人的個人信息 （7）設(shè)備維護集成場景。在設(shè)備維護模塊與其它模塊之間傳遞設(shè)備維護信息,。 3 S95標(biāo)準(zhǔn) 3.1 S95標(biāo)準(zhǔn)概述 應(yīng)用OAGIS可以實現(xiàn)MES與上層治理信息系統(tǒng)的集成,，但并不能用于MES與車間底層控制系統(tǒng)之間的集成，而S95標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)就是實現(xiàn)MES與上層治理信息系統(tǒng),、下層車間控制系統(tǒng)之間的集成,。S95是ISA（美國儀器、系統(tǒng),、自動化協(xié)會）制定的“企業(yè)－控制系統(tǒng)集成”標(biāo)準(zhǔn)的簡稱。包括以下六個部分：模型和術(shù)語,、對象模型屬性,、制造業(yè)務(wù)治理活動模型、制造業(yè)務(wù)治理對象模型和屬性,、商務(wù)到制造的事務(wù)處理,、制造業(yè)務(wù)治理的事務(wù)處理其中第一、二部分已成為ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)局）和IEC/ISO（國際電工委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）標(biāo)準(zhǔn),，第三,、四、五部分正在制定過程中,，第六部分尚處于構(gòu)思階段,。S95的最大貢獻在于同一了管控系統(tǒng)集成的術(shù)語、信息對象模型及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),、活動對象模型,。 參加S95起草和討論的工作組成員共有190人，其中獨立專家,、應(yīng)用機構(gòu)和開發(fā)機構(gòu)各占約1/3,。在應(yīng)用機構(gòu)和開發(fā)機構(gòu)名單中，大部分是國際土著名的制造業(yè),、過程業(yè)和自動控制系統(tǒng)公司代表,，如DoPont, HP，IB,，ABB,，Siemens，Honeywell,，SAP,，Rockwell，Ernerson，Invensys,，GE,，UC，Microsoft,，Nestle,，Shell，Yokogawa等等,，具有相當(dāng)?shù)拇硇院蜋?quán)威性,。特別是國際上眾多的自動化控制系統(tǒng)公司參加了S95工作組，說明了當(dāng)前控制界對企業(yè)信息化和系統(tǒng)集成的關(guān)注程度,。 3.2 S95標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ) S95以美國普度大學(xué)的企業(yè)參考結(jié)構(gòu)（PERA）為基礎(chǔ),，將企業(yè)功能結(jié)構(gòu)分為五層，即：第4層的貿(mào)易計劃和后勤系統(tǒng),，第3層的制造操縱和控制系統(tǒng),，第2、1,、0層的控制系統(tǒng),，S95主要是解決第4層與第3層的接口和第3層中的制造業(yè)務(wù)活動，它包括對信息系統(tǒng)任務(wù),、制造任務(wù),、人的任務(wù)以及這三者之間相互關(guān)系的建模。S95采用了普度大學(xué)CIM數(shù)據(jù)流模型,，以PERA中的功能模型作為研究出發(fā)點,。 ISA在1988年為批量生產(chǎn)制定了術(shù)語、模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),，即S88標(biāo)準(zhǔn),。S95標(biāo)準(zhǔn)參考了S88標(biāo)準(zhǔn)中的物理結(jié)構(gòu)模型和產(chǎn)品定義、生產(chǎn)能力,、生產(chǎn)計劃,、生產(chǎn)能力四種信息流。將物理結(jié)構(gòu)模型分級為：企業(yè),、地點,、區(qū)域、生產(chǎn)線/設(shè)備單元（或過程單元/零部件,，或生產(chǎn)單位）,。其中企業(yè)、地點級對應(yīng)第4層的活動范圍,，區(qū)域,、生產(chǎn)設(shè)備對應(yīng)第3層的活動范圍,。 S95標(biāo)準(zhǔn)中的第二部分，即制造業(yè)務(wù)治理活動模型,，是MESA的制造功能模型的進一步發(fā)展,。 3.3 S95標(biāo)準(zhǔn)中的信息流和對象模型 S95將企業(yè)和控制系統(tǒng)所需交換的31種信息流回為4類：產(chǎn)品定義信息，描述如何制造一個產(chǎn)品,；生產(chǎn)能力信息,，說明需要的和可獲得的生產(chǎn)資源的容量和能力；生產(chǎn)計劃信息,，說明何時何地生產(chǎn)何物以及需要何種資源,；生產(chǎn)性能信息，說明生產(chǎn)了什么,，消耗了什么資源,，也包括了所有貿(mào)易系統(tǒng)所需要的生產(chǎn)產(chǎn)品的反饋信息。 S95采用UML（Unified Modeling Language）建立了4類9大對象模型,，分別是：資源信息中的職員模型,、設(shè)備模型、材料模型,、過程段模型；能力信息巾的生產(chǎn)能力模型,、過程段能力模型,；產(chǎn)品定義信息的產(chǎn)品定義模型；生產(chǎn)信息中的生產(chǎn)調(diào)度模型和實績模型,。 S95的第三,、四部分定義了制造車間（第3層）中的8類活動模型：定義治理、資源治理,、具體計劃,、調(diào)度、執(zhí)行,、數(shù)據(jù)收集,、分析與追蹤，以及這些活動模型之間的數(shù)據(jù)流,。這些活動模型主要用于生產(chǎn)控制,、設(shè)備維護、質(zhì)最保證,、庫存治理等業(yè)務(wù)治理,。從原材料、能源和信息到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換過程中,，這些活動對本錢,、數(shù)目,、安全和時間等參數(shù)進行協(xié)調(diào)、指導(dǎo)和追蹤,。圖1是生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)的治理活動模型,。
目前S95標(biāo)準(zhǔn)面臨的困難是它必須滿足多種制造企業(yè)管控系統(tǒng)集成的需要,，它必須是一個可用于食品產(chǎn)業(yè)、化學(xué)產(chǎn)業(yè),，以及電子產(chǎn)業(yè)等不同類型的產(chǎn)業(yè)的跨行業(yè)的定義集合,，保證S95成為覆蓋離散型制造業(yè)、連續(xù)流程制造業(yè)和批處理流程制造業(yè)的MES的標(biāo)準(zhǔn),。 S95系列標(biāo)準(zhǔn)目前尚未完成,，國外應(yīng)用工具的開發(fā)尚處于起步階段。World Batch Forum（WBF）應(yīng)用XML為流程企業(yè)開發(fā)了基于S95標(biāo)準(zhǔn)的Business To Manufacturing Markup Language（B2MML）,。 西門子公司遵照S95標(biāo)準(zhǔn),，為MES的實施開發(fā)了核心產(chǎn)品——SIMATIC IT Production Suite。由于該產(chǎn)品符合S95標(biāo)準(zhǔn),，從根本卜能滿足企業(yè)治理控制系統(tǒng)集成的需要,，又由于它能夠動態(tài)組織以滿足企業(yè)變化的需求，因此它成為MES的主角,。 SIMATIC IT Production Suite由SIMATIC IT Framework和SIMATIC IT Components組成SIMATIC IT Components提供可以滿足業(yè)務(wù)墓本需要的功能組件,，預(yù)置了大量只要經(jīng)過初始化就可以使用的對象，這些對象都是針對具體的制造題目而設(shè)計的（例如訂單治理,、物料治理等）,。SIMATIC IT Framework是一個建模環(huán)境，可以在圖形化的環(huán)境中對企業(yè)業(yè)務(wù)流程進行建模,，將制造系統(tǒng)的功能進行細化,；通過圖形方式將小同的SIMATIC IT Components功能組合在一起來定義執(zhí)行邏輯，根據(jù)物理對象（實際的裝置和設(shè)備）和邏輯對象（軟件包及應(yīng)用程序）來創(chuàng)建工廠模型,。對生產(chǎn)執(zhí)行邏輯的顯式定義,，以及對工廠模型中不同對象之間相互作用的定義，需要根據(jù)實際的生產(chǎn)作業(yè)來確定,。SIMATIC IT Production Suite提供了第二方組件和已有應(yīng)用程序集成的功能,，用戶不需要進行復(fù)雜的技術(shù)封裝就可以拿來使用，并按照SIM ATIC IT Framework中定義的邏輯進行協(xié)調(diào)和調(diào)用,。 通用電氣公司所開發(fā)的MES應(yīng)用工具GE Proficy,，從架構(gòu)設(shè)計到應(yīng)用模塊均參照S95標(biāo)準(zhǔn),。其主要模塊（包括質(zhì)量、生產(chǎn),、設(shè)備總體效率,、消耗跟蹤和生產(chǎn)統(tǒng)計）均與S95標(biāo)準(zhǔn)一致。Proficy的各個模塊中貫串了生產(chǎn)計劃,、設(shè)備,、生產(chǎn)過程、資源等S95對象模型,，通過各種標(biāo)準(zhǔn)的事件實現(xiàn)S95的標(biāo)準(zhǔn)功能,，S95中的各種對象、信息流和功能描述在Proficy中得到了同一和完整的體現(xiàn),。在與ERP系統(tǒng)的連接上,，Proficy采取了S95標(biāo)準(zhǔn)的XML接口，從而直接連接符合標(biāo)準(zhǔn)的各大ERP廠家,，如與SAP的連接,，以前的做祛是各應(yīng)用程序編寫各自的SAP接口且需要SAP的認證，而Proficy的做法則是遵循S95標(biāo)準(zhǔn)與SAP相連,，從而無需認證而達到比認證程序更為有效的連接功能和效率,。 4 MES的其它標(biāo)準(zhǔn) 為了進一步規(guī)范MES，很多團體,、政府機構(gòu),、組織也正在參與研究和制定制造執(zhí)行系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和模型。這些研究涉及制造,、控制,、治理等技術(shù)和分布式對象技術(shù),、集成技術(shù),、平臺技術(shù)、互操縱技術(shù)和即插即用等技術(shù),。這些工作主要包括：歐洲技術(shù)委員會CEN TC310WG1正在為制造業(yè)制訂高級信息集成解決方案,；Aachen Information Systems在為化學(xué)產(chǎn)業(yè)開發(fā)數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫信息集成；ISO開發(fā)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP（Standard for Exchange of Product Data）,；標(biāo)準(zhǔn)化組織OMG（Object Management Group）的制造分會（MfgDTF,，Manufacturing Domain Task Force）發(fā)布了RFI（Reques for Information）文件；NIIIP-SMART（National Industrial Information Infrastructure Protocols-Solution for MES Adaptable Replicable Technology）信息結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),；半導(dǎo)體制造技術(shù)協(xié)會（SEMATECH,，Semiconductor Manufacturing Technology）發(fā)表了SEMATECHISEMI CIM平臺標(biāo)準(zhǔn)；NIST-SIMA（National Institute of Standard and Technology-System Integration of Manufacturing Applications）用IDEFO描述了通用業(yè)務(wù)活動模型（Activity Models）,；霍尼韋爾公司的工廠信息化的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)Uniformance（一個用于生產(chǎn)治理的同一的信息化數(shù)據(jù)庫）,；日木標(biāo)準(zhǔn)化與制造科技中心發(fā)布了Open MES,，Open MES涉及面向?qū)ο蟆⑵脚_,、功能模塊,、計算機網(wǎng)絡(luò)、CORBA等,。 5 結(jié) 語 上述各標(biāo)準(zhǔn)都倡導(dǎo)MES功能和接口的標(biāo)準(zhǔn)化,，以及系統(tǒng)的集成和互操縱性。但是人多針對一種特定的產(chǎn)業(yè)門類或類似的幾種產(chǎn)業(yè)門類,，或是針對管控系統(tǒng)集成中的不同應(yīng)用層次,，創(chuàng)門各有優(yōu)缺點和適用性。為了發(fā)揮各自上風(fēng),，減少各組織之間的重復(fù)工作和沖突,，切實推進MES的更好發(fā)展，各組織的廣泛同盟和合作勢在必行,。目前ISA. OPC基金會,、WBF、OAG,、OMAC（Open Modular Architecture Control Group,，開放模型體系控制組）和MIMOSA（制造企業(yè)運行和維護開放信息標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）等著名的制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織正在同盟組成虛擬的OpenO&M（Open for Operations and Maintenance）組織，來領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)發(fā)展制造業(yè)信息系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),。 相對來說,，S95是最全面、最基本,、影響最廠泛的制造執(zhí)行系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),。應(yīng)此遵照S95標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國制造企業(yè)生產(chǎn)車間的特點,，深進研究車間生產(chǎn)控制中各具休活動對象,，用UML建立活動對象模型（例如生產(chǎn)調(diào)度治理），將活動對象下的常用功能模塊開發(fā)為組件,，開發(fā)二層架構(gòu)（瀏覽器,、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）下的管控系統(tǒng)集成框架和平臺,，推動我國制造業(yè)信息化向上向下得到延伸,。(end) |
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