流程工業(yè)MES的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、流程工業(yè)業(yè)MESS的現(xiàn)狀狀與發(fā)展展摘要要制造執(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,并在此此基礎上上探討了了MESS 系統(tǒng)統(tǒng)的軟件件架構,最后介介紹了國國內外現(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。關鍵詞詞MESS 系統(tǒng)統(tǒng);分布式式軟件架架構;協(xié)同制制造Actuualiity andd trrendd off MEESGU JJia22cheen ,LIUU Xiiao

2、22qiaang ,SUUN YYan22guaang(Auttomaatioon RReseearcch aand Dessignn Innstiitutte oof MMetaalluurgiicall Inndusstryy , Beiijinng 11000071 , CChinna)Absttracct :Mannufaactuurinng eexeccutiion sysstemm (MMES) ass thhe kkey rolle oof CCIMSS haas bbeenn deevellopeed ffor aboout tweentyy yeearss. IIn tthi

3、ss paaperr , thee baackggrouund of MESS iss inntrooducced. Thhe ffuncctioons andd thhe ssofttwarre sstruuctuure of MESS arre ddisccusssed. Thhe ttrennd aand somme pprodductts oof MMES aree inntrooducced finnallly.Key worrds :MEES;ddisttribbuteed ssofttwarre ;colllabboraativve mmanuufaccturringg0 引引言

4、制造執(zhí)行行系統(tǒng)(Mannufaactuurinng EExeccutiion Sysstemm)是上上個世紀紀80 年代開開始出現(xiàn)現(xiàn)的一種種新型的的企業(yè)生生產(chǎn)管理理系統(tǒng)。它作為為現(xiàn)代集集成制造造系統(tǒng)CCIMSS的關鍵鍵,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)融合了了先進的的信息技技術和網(wǎng)網(wǎng)絡技術術,為實現(xiàn)現(xiàn)敏捷制制造和網(wǎng)網(wǎng)絡制造造提供了了先進的的信息處處理平臺臺。1 MEES 系系統(tǒng)的背背景1. 11 制制造業(yè)信信息化的的背景自上世紀紀末開始始,世界經(jīng)經(jīng)濟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

5、競爭爭越來越越激烈,為應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。隨著計計算機技技術和網(wǎng)網(wǎng)絡技術術的不斷斷發(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。國內內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,構建企企業(yè)級或或集團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 應應用水平平的提高高。在新新的世紀紀,許多國

6、國家都將將制造系系統(tǒng)集成成技術列列入了跨跨世紀戰(zhàn)戰(zhàn)略計劃劃。如美美國的“敏捷制制造使能能技術研研究戰(zhàn)略略計劃”與“國家工工業(yè)信息息基礎設設施協(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用現(xiàn)現(xiàn)代集成成制造系系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)了設計計、制造造、管理理、經(jīng)營營一體化化,加強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用用了現(xiàn)代代集成制制造技術術后,轎

7、車的的開發(fā)周周期從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用先先進的綜綜合自動動化技術術后,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。由此可可見,集成制制造技術術已成為為帶動制制造業(yè)發(fā)發(fā)展的重重要推動動力。進入新的的世紀,信息技技術特別別是網(wǎng)絡絡技術的的快速發(fā)發(fā)展,促進了了全球信信息化。經(jīng)濟全全球化和和制造網(wǎng)網(wǎng)絡化是是本世紀紀制造業(yè)業(yè)發(fā)展的的主要趨趨勢與重

8、重要特征征。1. 22 現(xiàn)現(xiàn)代集成成制造系系統(tǒng)的發(fā)發(fā)展背景景現(xiàn)代集成成制造系系統(tǒng)通過過追蹤生生產(chǎn)信息息流來實實現(xiàn)對企企業(yè)的全全面控制制和管理理,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)結構構已經(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)統(tǒng)結構按按照任務務的要求求和功能能的分擔擔進行配配置。在在新的系系統(tǒng)結構構中,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。為了全面面實施CCIMSS 的建建設,單純依依靠提高高設備控控制的自自動化水水平和增增強企業(yè)業(yè)管理并

9、并不能解解決全部部問題,在設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、月月級信息息之間的的轉換和和溝通1 ,以填補補傳感器器到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 中可以以看出,MESS 系統(tǒng)統(tǒng)的主要要任務是是將PCCS 系系統(tǒng)中的的生產(chǎn)實實際狀況況經(jīng)過分分析和匯匯總及時時反饋回回ERPP 中,同時將將ERPP 中產(chǎn)產(chǎn)生的生生產(chǎn)訂單單轉化為為生產(chǎn)實實際操作作數(shù)據(jù)并并交PCCS 系系統(tǒng)

10、完成成,其中主主要包括括生產(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)化調度度、生產(chǎn)產(chǎn)成本的的在線預預測和優(yōu)優(yōu)化控制制、生產(chǎn)產(chǎn)流程的的質量控控制和跟跟蹤、生生產(chǎn)設備備的在線線狀態(tài)檢檢測和故故障診斷斷。許多完成成了ERRP 系系統(tǒng)的企企業(yè)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)缺少MMES系系統(tǒng)的支支撐, ERPP 系統(tǒng)統(tǒng)很難用用來指導導生產(chǎn)實實際。在國家“十五”8633 戰(zhàn)略略目標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 的關鍵鍵,是使CIIMS 系統(tǒng)發(fā)發(fā)揮作用用的基礎礎和保證證。

11、2 企企業(yè)MEES 系系統(tǒng)功能能架構從圖1 中可以以看出,MESS 系統(tǒng)統(tǒng)主要完完成原來來屬于車車間管理理級和工工廠管理理級的任任務,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111 個方方面基本本上囊括括了所有有的生產(chǎn)產(chǎn)管理要要素,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) 資資源配置置與狀態(tài)態(tài)跟蹤。對所有有的生產(chǎn)產(chǎn)資料進進行管理理,包括機機器、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轉。同時記記錄資源源的各種種歷史信信息,以保證證生產(chǎn)設設備的配配置,并對

12、設設備的實實時狀態(tài)態(tài)信息進進行跟蹤蹤。2) 工工序/ 細節(jié)調調度。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)工序進進行優(yōu)化化,使生產(chǎn)產(chǎn)資源配配置的變變化降到到最低。3) 生生產(chǎn)計劃劃和調度度。制定定生產(chǎn)計計劃,并以任任務、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)實績績實時調調整原始始計劃,產(chǎn)生新新的調度度信息。4) 文文檔控制制。對所所有與生生產(chǎn)單元元有關的的資料進進行管理理,包括工工作指令令、圖紙紙、配方方、標準準操作流流程、設設計變更更、產(chǎn)品品記錄以以及ISSO 信信息等,并進行行歷史數(shù)數(shù)據(jù)的存存儲。5) 數(shù)數(shù)據(jù)采集集/ 獲取取。實時時采集生生產(chǎn)數(shù)

13、據(jù)據(jù),記錄生生產(chǎn)單元元的各種種參數(shù),并保存存在相應應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備備中自動動采集。該功能能需向外外提供一一個接口口,以便其其它應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) 人人力資源源管理。記錄員員工的考考勤以及及專業(yè)技技能,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) 質質量管理理。提供供生產(chǎn)的的實時分分析,保證嚴嚴格的產(chǎn)產(chǎn)品質量量控制,發(fā)現(xiàn)潛潛在的質質量問題題。對出出現(xiàn)的質質量問題題進行診診斷、分分析,并提出出改進方方法,包括SPPC/ SQCC 的在在線跟蹤蹤和離線線分析功功能。8) 過過程管理理。對生生產(chǎn)

14、過程程進行監(jiān)監(jiān)視,自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)與與智能設設備的接接口。9) 維維護管理理。跟蹤蹤并指導導生產(chǎn),以維護護設備和和工具,對突發(fā)發(fā)問題作作出快速速響應。建立歷歷史事件件和故障障記錄數(shù)數(shù)據(jù)庫,協(xié)助完完成故障障診斷。10) 產(chǎn)品跟跟蹤與記記錄。提提供可視視化的跟跟蹤手段段,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、原料供供應者、批號、序列號號、當前前產(chǎn)品狀狀態(tài)、報報警信息息、返工工及異常常情況。通過跟跟蹤信息息可以追追溯生產(chǎn)產(chǎn)歷史以以及產(chǎn)品品最終用用途。11) 性能分分析。對對生產(chǎn)實實績和歷歷史信息息進行分分析,以得到

15、到現(xiàn)實生生產(chǎn)狀況況的效果果,并與預預計的效效果進行行比較。3 MEES 系系統(tǒng)的分分布式軟軟件架構構作為企業(yè)業(yè)應用軟軟件,MMES 系統(tǒng)應應具有分分布式的的軟件架架構。隨隨著網(wǎng)絡絡技術的的發(fā)展和和應用需需求的變變化,分布式式應用軟軟件的架架構逐漸漸由原來來的2層C/ S 架架構轉化化為3 層或多多層分布布式架構構,如圖4所示。在新的架架構中,所有復復雜的業(yè)業(yè)務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用服服務器中中,這部分分功能在在2 層C/ S 架架構中主主要是在在客戶端端完成。將復雜雜的邏輯輯和計算算功能從從原來的的客戶端端分離出出來,形成中中間層應應用服務務器,有3

16、 個主主要益處處:1) 提提高了系系統(tǒng)的可可擴展性性。原來來的2 層C/ S架構構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)服務務器的性性能;在3 層架架構中,每臺應應用服務務器可以以掛接多多個客戶戶端,當客戶戶端數(shù)目目超過單單臺應用用服務器器的能力力限制后后,可以增增加新的的應用服服務器,同時在在多臺應應用服務務器之間間采用負負載均衡衡技術,這樣就就大大提提高了整整個系統(tǒng)統(tǒng)的可擴擴展性。2) 提提高了系系統(tǒng)的可可維護性性。原來來的2 層C/ S架構構中,如果后后臺數(shù)據(jù)據(jù)庫結構構或業(yè)務務邏輯發(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調調整;在3層架構構中,客戶端端不

17、直接接與數(shù)據(jù)據(jù)庫交互互,所有的的業(yè)務邏邏輯都放放在了中中間層應應用服務務器上,一旦數(shù)數(shù)據(jù)庫結結構或業(yè)業(yè)務邏輯輯發(fā)生了了變化,只需要要修改相相關的業(yè)業(yè)務邏輯輯組件,而客戶戶端無需需任何改改動,大大降降低了系系統(tǒng)的維維護成本本。3) 增增加了系系統(tǒng)的可可復用性性和靈活活性。由由于業(yè)務務邏輯被被編寫為為相對功功能獨立立的組件件,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用,降低了了開發(fā)新新系統(tǒng)的的成本。另外,3 層層架構對對基于瀏瀏覽器、客戶端端的應用用模式也也提供了了更好的的支持,增加了了系統(tǒng)的的靈活性性。當然,分分布式

18、33 層或或多層架架構的軟軟件,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33 層或或多層架架構對系系統(tǒng)的構構成方式式也提出出了以組組件為基基礎的新新要求,OMGG的CORRBA、微軟的的COMM/ DDCOMM/ CCOM + 和和SUNN 的EJBB 是3 種可可供選擇擇的分布布式組件件標準。目前常常見的企企業(yè)分布布式應用用軟件架架構有22 種:*微軟的的Winndowws DDNA 架構;*基于JJavaa 的Sunn 公司司的J22EE。目前國外外幾種MMES 軟件大大都是采采用了微微軟的技技術, 西

19、門子子的SIIMATTIC IT , WWONDDERWWAREE 的FacctorrySuuitee20000 和和CAMMSTAAR 的的InSSiteeLivve 都都采用了了微軟的的COMM/ DDCOMM標準。4 國國內外MMES 軟件產(chǎn)產(chǎn)品現(xiàn)狀狀目前提供供MESS 產(chǎn)品品的公司司主要是是國外公公司,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

20、法國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,它的組組織結構構由框架架(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應用開發(fā)發(fā)工具、建模工工具和各各種接口口適配器器,功能組組件部分分提供了了所有對對應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)領領域,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。WONDDERWWAREE 公司

21、司的MEES 產(chǎn)產(chǎn)品FaactoorySSuitte20000 不像西西門子的的產(chǎn)品提提供了完完整的MMES 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、物料跟跟蹤、資資源管理理等, 其外延延產(chǎn)品LLiveeVIEEW, LivveCOONNEECT ,LiiveSSYNCC ,LLiveeRELLAY,LivveALLERTT 提供供了更多多協(xié)同制制造的功功能。國內目前前還沒有有比較成成熟的MMES 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設計院的的MESS 產(chǎn)品品AriiMESS 在開開發(fā)中。5 MEES 的的發(fā)展趨趨勢在早期國國際MEES 協(xié)協(xié)會MEESA 的描述述中,MMES系系統(tǒng)功能能主要分分為核心心功能模模塊和外外圍功能能模塊22 部分分。以生生產(chǎn)