流程工業(yè)MES的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、流程工業(yè)MES的現(xiàn)狀與發(fā)展摘要制造執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)MESS 是流流程工業(yè)業(yè)現(xiàn)代集集成制造造系統(tǒng)CCIMSS 中的的關(guān)鍵環(huán)環(huán)節(jié),是在近近20 年發(fā)展展起來的的新型企企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)管理系系統(tǒng)。本本文首先先介紹了了MESS 系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展展背景,隨后闡闡述了MMES 系統(tǒng)的的功能架架構(gòu),并在此此基礎(chǔ)上上探討了了MESS 系統(tǒng)統(tǒng)的軟件件架構(gòu),最后介介紹了國國內(nèi)外現(xiàn)現(xiàn)有的MMES 系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)品以及及MESS 系統(tǒng)統(tǒng)今后的的發(fā)展方方向。關(guān)鍵詞MESS 系統(tǒng)統(tǒng);分布式式軟件架架構(gòu);協(xié)同制制造Actuaalitty aand treend of MESSGU Jiia2cheen ,LIUU Xiiao22qiaang

2、,SUUN YYan22guaang(Autoomattionn Reeseaarchh annd DDesiign Insstittutee off Meetalllurrgiccal Inddusttry , BBeijjingg 10000771 , Chhinaa)Abstrractt :MManuufaccturringg exxecuutioon ssysttem (MEES) as thee keey rrolee off CIIMS hass beeen devveloopedd foor aabouut ttwennty yeaars. Inn thhis papper ,

3、tthe bacckgrrounnd oof MMES is inttrodduceed. Thee fuuncttionns aand thee sooftwwaree sttruccturre oof MMES aree diiscuusseed. Thee trrendd annd ssomee prroduuctss off MEES aare inttrodduceed ffinaallyy.Key wwordds :MESS;diistrribuutedd sooftwwaree ;ccolllaboorattivee maanuffactturiing0 引言言制造執(zhí)行系系統(tǒng)(M

4、Manuufaccturringg Exxecuutioon SSysttem)是上個個世紀(jì)880 年年代開始始出現(xiàn)的的一種新新型的企企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)管理系系統(tǒng)。它它作為現(xiàn)現(xiàn)代集成成制造系系統(tǒng)CIIMS的的關(guān)鍵,在企業(yè)業(yè)資源計計劃ERRP 層層和過程程控制系系統(tǒng)PCCS 層層中間,起到了了承上啟啟下的核核心作用用。MEES系統(tǒng)統(tǒng)融合了了先進(jìn)的的信息技技術(shù)和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)術(shù),為實現(xiàn)現(xiàn)敏捷制制造和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)制造造提供了了先進(jìn)的的信息處處理平臺臺。1 MEES 系系統(tǒng)的背背景1. 1 制造造業(yè)信息息化的背背景自上世紀(jì)末末開始,世界經(jīng)經(jīng)濟(jì)的全全球化趨趨勢越來來越明顯顯,市場瞬瞬息萬變變,企業(yè)間間的競爭爭越來越越激烈

5、,為應(yīng)付付多變的的市場需需求,企業(yè)對對于自身身的信息息化要求求也日益益緊迫。隨隨著計算算機(jī)技術(shù)術(shù)和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)的的不斷發(fā)發(fā)展,使得建建立分布布式的企企業(yè)信息息系統(tǒng)成成為可能能。國內(nèi)內(nèi)外許多多大型流流程制造造企業(yè)紛紛紛投入入大量人人力、物物力和財財力,構(gòu)建企企業(yè)級或或集團(tuán)級級的信息息化系統(tǒng)統(tǒng),即現(xiàn)代代集成制制造系統(tǒng)統(tǒng)(CIIMS) ,并并以此為為手段提提高企業(yè)業(yè)在激烈烈的市場場競爭中中的應(yīng)變變能力和和創(chuàng)新能能力。在在歐美和和日本等等發(fā)達(dá)國國家,眾多大大型流程程工業(yè)企企業(yè)成功功實施了了CIMMS 計計劃,推動了了流程工工業(yè)整體體CIMMS 應(yīng)應(yīng)用水平平的提高高。在新新的世紀(jì)紀(jì),許多國國家都將將制造系

6、系統(tǒng)集成成技術(shù)列列入了跨跨世紀(jì)戰(zhàn)戰(zhàn)略計劃劃。如美美國的“敏捷制制造使能能技術(shù)研研究戰(zhàn)略略計劃”與“國家工工業(yè)信息息基礎(chǔ)設(shè)設(shè)施協(xié)議議NIIIIP”計劃,歐盟的的“第四屆屆框架研研究計劃劃”和日本本的“智能制制造系統(tǒng)統(tǒng)計劃”等。同同時,許多跨跨國公司司應(yīng)用現(xiàn)現(xiàn)代集成成制造系系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)了設(shè)計計、制造造、管理理、經(jīng)營營一體化化,加強(qiáng)了了他們在在國際市市場的壟壟斷地位位。如美美國波音音公司在在實施了了集成制制造系統(tǒng)統(tǒng)后使波波音7777 的的開發(fā)周周期從889 年縮縮短到44.5年年,成本降降低了225 % ,返返工率降降低了775 %;通用用汽車公公司應(yīng)用用了現(xiàn)代代集成制制造技術(shù)術(shù)后,轎車的的開發(fā)周周期

7、從44 年縮縮短到22 年,碰撞試試驗由原原來的1100 多次降降低到550 次次;美孚石石油公司司應(yīng)用先先進(jìn)的綜綜合自動動化技術(shù)術(shù)后,企業(yè)效效益提高高5 %8 % ,勞勞動生產(chǎn)產(chǎn)率提高高10 %15 %。韓韓國浦項項在3 年時間間內(nèi)實施施了PII (PProccesss Innnovvatiion)工程,典型產(chǎn)產(chǎn)品的交交貨期從從30 天縮短短到144 天。由由此可見見,集成制制造技術(shù)術(shù)已成為為帶動制制造業(yè)發(fā)發(fā)展的重重要推動動力。進(jìn)入新的世世紀(jì),信息技技術(shù)特別別是網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)的的快速發(fā)發(fā)展,促進(jìn)了了全球信信息化。經(jīng)經(jīng)濟(jì)全球球化和制制造網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化是本本世紀(jì)制制造業(yè)發(fā)發(fā)展的主主要趨勢勢與重要要特征。1

8、. 2 現(xiàn)代代集成制制造系統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)展展背景現(xiàn)代集成制制造系統(tǒng)統(tǒng)通過追追蹤生產(chǎn)產(chǎn)信息流流來實現(xiàn)現(xiàn)對企業(yè)業(yè)的全面面控制和和管理,經(jīng)過幾幾十年的的理論和和實踐發(fā)發(fā)展,它的系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)已經(jīng)逐逐步擺脫脫了完全全按照物物理層次次劃分并并配置系系統(tǒng)的傳傳統(tǒng)模式式,朝著一一種更加加簡單合合理的綜綜合模式式發(fā)展,如圖1 所示。新的系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)按照照任務(wù)的的要求和和功能的的分擔(dān)進(jìn)進(jìn)行配置置。在新新的系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)中中,其核心心功能是是處于中中間層的的MESS 系統(tǒng)統(tǒng),它是一一個承上上啟下的的功能層層。為了全面實實施CIIMS 的建設(shè)設(shè),單純依依靠提高高設(shè)備控控制的自自動化水水平和增增強(qiáng)企業(yè)業(yè)管理并并不能解解決全部部問題

9、,在設(shè)備備和過程程控制與與企業(yè)EERP 系統(tǒng)之之間存在在著生產(chǎn)產(chǎn)過程監(jiān)監(jiān)控管理理一體化化的功能能需求,即要實實現(xiàn)從PPCS 層的毫毫秒和秒秒級信息息到ERRP 層層的日、周周、月級級信息之之間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和溝溝通11 ,以填補(bǔ)補(bǔ)傳感器器到ERRP 之之間的“溝壑”,完成過過程信息息與管理理信息的的雙向集集成,這就是是MESS 系統(tǒng)統(tǒng)的功能能,如圖2所示。從圖2 中中可以看看出,MMES 系統(tǒng)的的主要任任務(wù)是將將PCSS 系統(tǒng)統(tǒng)中的生生產(chǎn)實際際狀況經(jīng)經(jīng)過分析析和匯總總及時反反饋回EERP 中,同時將將ERPP 中產(chǎn)產(chǎn)生的生生產(chǎn)訂單單轉(zhuǎn)化為為生產(chǎn)實實際操作作數(shù)據(jù)并并交PCCS 系系統(tǒng)完成成,其中主主要

10、包括括生產(chǎn)計計劃的一一體化編編制和處處理、生生產(chǎn)過程程動態(tài)優(yōu)優(yōu)化調(diào)度度、生產(chǎn)產(chǎn)成本的的在線預(yù)預(yù)測和優(yōu)優(yōu)化控制制、生產(chǎn)產(chǎn)流程的的質(zhì)量控控制和跟跟蹤、生生產(chǎn)設(shè)備備的在線線狀態(tài)檢檢測和故故障診斷斷。許多完成了了ERPP 系統(tǒng)統(tǒng)的企業(yè)業(yè)發(fā)現(xiàn)缺缺少MEES系統(tǒng)統(tǒng)的支撐撐, ERRP 系系統(tǒng)很難難用來指指導(dǎo)生產(chǎn)產(chǎn)實際。在國家“十十五”8633 戰(zhàn)略略目標(biāo)論論證報告告中指出出,現(xiàn)代集集成制造造系統(tǒng)(CIMMS) 主題的的一個主主要研究究任務(wù)就就包括生生產(chǎn)過程程執(zhí)行系系統(tǒng)(MMES) 。因因此,MMES 系統(tǒng)是是企業(yè)實實施CIIMS 的關(guān)鍵鍵,是使CIIMS 系統(tǒng)發(fā)發(fā)揮作用用的基礎(chǔ)礎(chǔ)和保證證。2 企業(yè)業(yè)MES

11、S 系統(tǒng)統(tǒng)功能架架構(gòu)從圖1 中中可以看看出,MMES 系統(tǒng)主主要完成成原來屬屬于車間間管理級級和工廠廠管理級級的任務(wù)務(wù),根據(jù)國國際MEES 協(xié)協(xié)會MEESA 的定義義,MEES 系系統(tǒng)的主主要功能能包括111 個個方面2 ,如圖3 所示。這這11 個方面面基本上上囊括了了所有的的生產(chǎn)管管理要素素,這些功功能的取取舍取決決于特定定的企業(yè)業(yè)環(huán)境和和期望的的產(chǎn)出效效益。1) 資源源配置與與狀態(tài)跟跟蹤。對對所有的的生產(chǎn)資資料進(jìn)行行管理,包括機(jī)機(jī)器、工工具、勞勞工技能能、材料料等等,使其井井然有序序,隨時可可以投入入運(yùn)轉(zhuǎn)。同同時記錄錄資源的的各種歷歷史信息息,以保證證生產(chǎn)設(shè)設(shè)備的配配置,并對設(shè)設(shè)備的實實

12、時狀態(tài)態(tài)信息進(jìn)進(jìn)行跟蹤蹤。2) 工序序/ 細(xì)節(jié)節(jié)調(diào)度。根根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)單元的的優(yōu)先級級、屬性性、特征征,對生產(chǎn)產(chǎn)工序進(jìn)進(jìn)行優(yōu)化化,使生產(chǎn)產(chǎn)資源配配置的變變化降到到最低。3) 生產(chǎn)產(chǎn)計劃和和調(diào)度。制制定生產(chǎn)產(chǎn)計劃,并以任任務(wù)、工工單、批批次、訂訂單等形形式下發(fā)發(fā)給各生生產(chǎn)單元元?？梢砸愿鶕?jù)生生產(chǎn)實績績實時調(diào)調(diào)整原始始計劃,產(chǎn)生新新的調(diào)度度信息。4) 文檔檔控制。對對所有與與生產(chǎn)單單元有關(guān)關(guān)的資料料進(jìn)行管管理,包括工工作指令令、圖紙紙、配方方、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)操作流流程、設(shè)設(shè)計變更更、產(chǎn)品品記錄以以及ISSO 信信息等,并進(jìn)行行歷史數(shù)數(shù)據(jù)的存存儲。5) 數(shù)據(jù)據(jù)采集/ 獲取取。實時時采集生生產(chǎn)數(shù)據(jù)據(jù),記錄生生產(chǎn)單

13、元元的各種種參數(shù),并保存存在相應(yīng)應(yīng)的表格格和記錄錄中。數(shù)數(shù)據(jù)可以以由人工工錄入和和從設(shè)備備中自動動采集。該該功能需需向外提提供一個個接口,以便其其它應(yīng)用用可以通通過它獲獲得生產(chǎn)產(chǎn)實時數(shù)數(shù)據(jù)。6) 人力力資源管管理。記記錄員工工的考勤勤以及專專業(yè)技能能,提供員員工的實實時狀況況記錄,同時與與資源配配置功能能交互,以產(chǎn)生生最優(yōu)配配置。7) 質(zhì)量量管理。提提供生產(chǎn)產(chǎn)的實時時分析,保證嚴(yán)嚴(yán)格的產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量量控制,發(fā)現(xiàn)潛潛在的質(zhì)質(zhì)量問題題。對出出現(xiàn)的質(zhì)質(zhì)量問題題進(jìn)行診診斷、分分析,并提出出改進(jìn)方方法,包括SPPC/ SQCC 的在在線跟蹤蹤和離線線分析功功能。8) 過程程管理。對對生產(chǎn)過過程進(jìn)行行監(jiān)視,自

14、動糾糾正或提提示操作作人員糾糾正生產(chǎn)產(chǎn)中的紕紕漏,提供報報警管理理以及MMES 系統(tǒng)與與智能設(shè)設(shè)備的接接口。9) 維護(hù)護(hù)管理。跟跟蹤并指指導(dǎo)生產(chǎn)產(chǎn),以維護(hù)護(hù)設(shè)備和和工具,對突發(fā)發(fā)問題作作出快速速響應(yīng)。建建立歷史史事件和和故障記記錄數(shù)據(jù)據(jù)庫,協(xié)助完完成故障障診斷。10) 產(chǎn)產(chǎn)品跟蹤蹤與記錄錄。提供供可視化化的跟蹤蹤手段,監(jiān)視產(chǎn)產(chǎn)品的狀狀態(tài)及用用途。跟跟蹤信息息包括加加工者、原原料供應(yīng)應(yīng)者、批批號、序序列號、當(dāng)當(dāng)前產(chǎn)品品狀態(tài)、報報警信息息、返工工及異常常情況。通通過跟蹤蹤信息可可以追溯溯生產(chǎn)歷歷史以及及產(chǎn)品最最終用途途。11) 性性能分析析。對生生產(chǎn)實績績和歷史史信息進(jìn)進(jìn)行分析析,以得到到現(xiàn)實生生

15、產(chǎn)狀況況的效果果,并與預(yù)預(yù)計的效效果進(jìn)行行比較。3 MEES 系系統(tǒng)的分分布式軟軟件架構(gòu)構(gòu)作為企業(yè)應(yīng)應(yīng)用軟件件,MEES 系系統(tǒng)應(yīng)具具有分布布式的軟軟件架構(gòu)構(gòu)。隨著著網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)的發(fā)發(fā)展和應(yīng)應(yīng)用需求求的變化化,分布式式應(yīng)用軟軟件的架架構(gòu)逐漸漸由原來來的2層C/ S 架架構(gòu)轉(zhuǎn)化化為3 層或多多層分布布式架構(gòu)構(gòu),如圖4所示。在新的架構(gòu)構(gòu)中,所有復(fù)復(fù)雜的業(yè)業(yè)務(wù)邏輯輯和大量量的計算算工作被被編寫為為組件安安裝在中中間層的的應(yīng)用服服務(wù)器中中,這部分分功能在在2 層C/ S 架架構(gòu)中主主要是在在客戶端端完成。將將復(fù)雜的的邏輯和和計算功功能從原原來的客客戶端分分離出來來,形成中中間層應(yīng)應(yīng)用服務(wù)務(wù)器,有3 個主

16、主要益處處:1) 提高高了系統(tǒng)統(tǒng)的可擴(kuò)擴(kuò)展性。原原來的22 層C/ S架構(gòu)構(gòu)中能夠夠容納的的客戶端端的多少少,很大程程度上取取決于數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)務(wù)器的性性能;在3 層架架構(gòu)中,每臺應(yīng)應(yīng)用服務(wù)務(wù)器可以以掛接多多個客戶戶端,當(dāng)客戶戶端數(shù)目目超過單單臺應(yīng)用用服務(wù)器器的能力力限制后后,可以增增加新的的應(yīng)用服服務(wù)器,同時在在多臺應(yīng)應(yīng)用服務(wù)務(wù)器之間間采用負(fù)負(fù)載均衡衡技術(shù),這樣就就大大提提高了整整個系統(tǒng)統(tǒng)的可擴(kuò)擴(kuò)展性。2) 提高高了系統(tǒng)統(tǒng)的可維維護(hù)性。原原來的22 層C/ S架構(gòu)構(gòu)中,如果后后臺數(shù)據(jù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)構(gòu)或業(yè)務(wù)務(wù)邏輯發(fā)發(fā)生了變變化,那幺客客戶端的的程序必必須做出出相應(yīng)調(diào)調(diào)整;在3層架構(gòu)構(gòu)中,客戶端端不直接接

17、與數(shù)據(jù)據(jù)庫交互互,所有的的業(yè)務(wù)邏邏輯都放放在了中中間層應(yīng)應(yīng)用服務(wù)務(wù)器上,一旦數(shù)數(shù)據(jù)庫結(jié)結(jié)構(gòu)或業(yè)業(yè)務(wù)邏輯輯發(fā)生了了變化,只需要要修改相相關(guān)的業(yè)業(yè)務(wù)邏輯輯組件,而客戶戶端無需需任何改改動,大大降降低了系系統(tǒng)的維維護(hù)成本本。3) 增加加了系統(tǒng)統(tǒng)的可復(fù)復(fù)用性和和靈活性性。由于于業(yè)務(wù)邏邏輯被編編寫為相相對功能能獨立的的組件,因此新新的MEES 系系統(tǒng)只需需要重寫寫原來系系統(tǒng)中與與新用戶戶需求不不相符的的部分,而大量量功能近近似的組組件可以以復(fù)用,降低了了開發(fā)新新系統(tǒng)的的成本。另另外,33 層架架構(gòu)對基基于瀏覽覽器、客客戶端的的應(yīng)用模模式也提提供了更更好的支支持,增加了了系統(tǒng)的的靈活性性。當(dāng)然,分布布式3

18、 層或多多層架構(gòu)構(gòu)的軟件件,對編程程人員提提出了更更高的要要求,并且在在客戶端端需要大大量數(shù)據(jù)據(jù)的情況況下,對系統(tǒng)統(tǒng)的效率率也提出出了更高高的要求求。分布式3 層或多多層架構(gòu)構(gòu)對系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)成成方式也也提出了了以組件件為基礎(chǔ)礎(chǔ)的新要要求,OOMG的的CORRBA、微微軟的CCOM/ DCCOM/ COOM + 和SUNN 的EJBB 是3 種可可供選擇擇的分布布式組件件標(biāo)準(zhǔn)。目目前常見見的企業(yè)業(yè)分布式式應(yīng)用軟軟件架構(gòu)構(gòu)有2 種:*微軟的WWinddowss DNNA 架架構(gòu);*基于Jaava 的Sunn 公司司的J22EE。目前國外幾幾種MEES 軟軟件大都都是采用用了微軟軟的技術(shù)術(shù), 西門門子

19、的SSIMAATICC ITT , WONNDERRWARRE 的的FacctorrySuuitee20000 和和CAMMSTAAR 的的InSSiteeLivve 都都采用了了微軟的的COMM/ DDCOMM標(biāo)準(zhǔn)。4 國內(nèi)內(nèi)外MEES 軟軟件產(chǎn)品品現(xiàn)狀目前提供MMES 產(chǎn)品的的公司主主要是國國外公司司,其中包包含了主主要MEES 功功能的產(chǎn)產(chǎn)品有: 西門門子的SSIMAATICC ITT , WONNDERRWARRE 的的FacctorrySuuitee20000 ,CAMMSTAAR 的的InSSiteeLivve ,CIMMNETT 的Facctellliggencce ,以及法法國

20、阿爾爾斯通公公司的MMES 等。西西門子公公司提供供的MEES 產(chǎn)產(chǎn)品SIIMATTIC IT 的功能能最全,基本上上包括了了所有的的MESS 功能能,它的組組織結(jié)構(gòu)構(gòu)由框架架(Frramee2worrk) 、功能能組件(Commponnentts) 、工業(yè)業(yè)套件(Suiitess) 33部分組組成,其中框框架部分分主要提提供了應(yīng)應(yīng)用開發(fā)發(fā)工具、建建模工具具和各種種接口適適配器,功能組組件部分分提供了了所有對對應(yīng)MEES 功功能的模模塊,工業(yè)套套件則是是專門為為特定的的工業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域,如離散散制造企企業(yè)、冶冶金企業(yè)業(yè)、食品品飲料和和制藥企企業(yè)提供供的專門門套件。WONDEERWAARE 公司的的M

21、ESS 產(chǎn)品品FacctorrySuuitee20000 不不像西門門子的產(chǎn)產(chǎn)品提供供了完整整的MEES 功功能,它的產(chǎn)產(chǎn)品只提提供了部部分MEES 功功能,包括產(chǎn)產(chǎn)品跟蹤蹤、質(zhì)量量管理等等,更多的的模塊,如InTToucch , InnSqll 等偏偏向于PPCS 的功能能。CAAMSTTAR 公司是是世界上上最早提提供MEES 產(chǎn)產(chǎn)品的公公司之一一,也是MEES 協(xié)協(xié)會的最最早成員員之一,它的MEES 產(chǎn)產(chǎn)品InnSitteLiive 也只提提供了部部分MEES 功功能,包括工工作流程程管理、物物料跟蹤蹤、資源源管理等等, 其外外延產(chǎn)品品LivveVIIEW, LiiveCCONNNECTT ,LLiveeSYNNC ,LivveREELAYY,LiiveAALERRT 提提供了更更多協(xié)同同制造的的功能。國內(nèi)目前還還沒有比比較成熟熟的MEES 產(chǎn)產(chǎn)品,只有寶寶信公司司的MEES 產(chǎn)產(chǎn)品寶信信MESS、冶金金自動化化研究設(shè)設(shè)計院的的MESS 產(chǎn)品品AriiMESS 在開開發(fā)中。5 MEES 的的發(fā)展趨趨勢在早期國際際MESS 協(xié)會會MESSA 的的描述中中,MEES系統(tǒng)統(tǒng)功能主主要分為為核心功功能模塊塊和外圍圍功能模模塊2 部分。以以生