一、杭州匠兴科技有限公司MES系统软件概述
杭州匠兴科技有限公司MES系统软件 是传递信息，使从“订单登录”到“最终产品”整个生产活动的信息得到优化；在MES执行过程中：实时采集人、机、料、法、环等生产过程数据信息，自动引导计划管理、设备管控、质量管理及异常响应等所有工厂生产执行活动。
MES系统软件在执行过程中，以减少整个工厂的非增值活动为目的；既可以改进资产运作的回报率，也改进按时交付、库存周转、毛利和现金流绩效；达到驱动工厂快速、增效的数据决策活动。
匠兴MES系统软件提供整个企业、供应链与客户信息的双向沟通，及时及精确地传递相关生产活动的关键信息；其中对离散制造行业的MES系统软件，采用最新信息技术和网络技术，接合精益生产、敏捷生产和智能制造而精心打造的一套车间制造执行系统MES，具体如下图：
匠兴MES系统软件分为：设备层、控制层、执行层及计划层等4个层级：
·设备层：通过传感技术、智能仪表、RFID、条码等数据通信技术，实时采集车间设备、物料及其它生产要素的信息数据；
·控制层：通过DCS、DNC、PLC、SCADA等系统实现设备层与执行层数据的传输与控制；
·执行层：计划管理、质量管理、仓库管理、物料响应管理、按灯/异常管理、 赋码管理、看板管理、设备管理、刀模具管理和数据交互接口等模块；
·计划层：MES的计划系统可以同用友、金蝶、SAP、Oracle、鼎捷等ERP系统进行无缝集成； &
& 实施MES系统后，能使工厂各级管理人员能够清楚了解，工厂能看到正在发生什么，而且能看到应该发生什么才会符合目标；从而使制造过程实现完整闭环生产管理，从而大幅提升计划达成率，缩短生产周期、提高产能。
二、匠兴MES系统软件的功能及特点
MES系统软件:生产计划与调度
生产计划与调度
1．强调显示交货期延迟等错误信息
2．强调显示生产计划变动率
3．显示工序间的移转、订单与订单间的关系
4．作业自动分割、负荷均衡化分派
5．资源优先度的设定
6．合流以及分歧工序的分派
7．基础数据（资源产能）的有效期间设置
8．指定资源方向的后续资源制约
9．自定义资源的选择和评价功能
10．设置准备、生产时间等中断时间的上限值
11．准备多种参数进行模拟排产
12．为了使每个工序的准备时间最小化而归并产品
13．分派一部分订单、工序、资源、产品等的筛选功能
14．考虑与库存关联以及各期间安全库存的原料制约
15．考虑了缓冲时间的正向、逆向分派
16．考虑了订单优先度等规则的分派功能
17．考虑了复杂关联条件后，订单与订单间得自动关联功能
18．考虑了将计划指令直接下达到设备机台
MES系统软件：生产控制与现场数据采集
生产控制与现场数据采集
1．强调按生产计划执行生产作业
2．向工序推送SOP、工艺图纸图档
3．监控生产进度、生产节拍
4．控制零件最大批量、最小批量
5．异常呼叫上报、记录异常中断时间
6．物料呼叫、派料签收
7．用料批次控制、制程防呆
8．产品唯一标识号管理
9．关联产品涉及的人、机、料信息
10．生产设备运行监控与性能参数采集
MES系统软件：仓储物流管理
仓储物流管理
1.供应商响应订单进度跟踪（研发、计划、生产、入库、物流）
2.供应商到货及时率考核
3.供应商到货入库环节监控（接收、质检、入库相关响应时间、额定时间）
4.实时库存、安全库存、盘点管理
5.批次、序列号、有效期（订单挪用出货、拆箱、先进先出）
6.库位管理（库位约束、上架规则、拣货路径优化、防错）
7.立体库位排列优化算法
8.拉动式备料、派料计划
9.派料路线规划、派料过程防错
10.产线用料呼叫
11.线边仓库管理
12.倒冲料管理
13.自动盘点方案
14.调拨、其他库存移动管理
15.发货包装管理
16.呆滞料、库存周转率、实务缺料状况统计
MES系统软件: 设备管理与控制
设备管理与控制
1.设备台账（父子关系、借入借出、保管）
2.备品备件、耗品管理（安全存量、请购、领用、延迟率）
3.设备监控和控制（设备工艺参数、安全运行、自动化控制）
4.设备维修管理（维修任务、故障分析存档、维修关键步骤、停机检修计划）
5.设备保养、巡检、点检、润滑作业（提醒、不遗漏、记录过程）
6.刀具、模具、工夹具、量具管理
7.设备利用率、产能比对、设备成本费用比对
& 软件：产品溯源和数据管理
产品溯源和数据管理
1.产品序列化管理
2.条码、二维码、RFID、虚拟标签
3.产品制造设备相关数据关联
4.产品测试数据关联
5.站点人员关联
6.架构时间关联
7.用料批次、序列号关联
MES系统软件:生产质量管理
品质管理看板
1.产品功能测试、性能测试数据采集
2.不良品与返工控制
3.不良原因趋势分析
4.产品维修管理
5.产品SPC分析
6.产品生命周期数据管理
7.原材料品质管理
8.供应链考核分析
9.特采、让步接收批次表现跟踪
MES系统软件：目标执行管理
1．部门协同管理（将SOP定义到系统，业务发生时，系统自动跟踪业务各个环
节所涉及部门人员的作业完成进度，使日常业务的协作办工井井有条）
2．预警和异常管理（通过预警避免异常，异常发生时，追踪处理结果）
3．可视化管理（在看板中融入差异化管理的思想，让问题一目了然）
4．KPI管理（分析业务数据，自动生成车间、班组、人员的KPI）
5．精益生产管理（侧重生产制造、供应链、物流之间的协同和优化，将企业决策者的管理思想进行落地
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基于Web的MES系统安全分析及安全架构设计
　　【 摘 要 】 在企业生产管理网络互连背景下，分析了MES系统面临的信息安全威胁与安全需求，基于B/S架构设计了MES系统的安全架构，描述了身份验证、角色分配、权限管理、访问控制、运行管理、安全审计、交互会话安全策略、Web安全策略等安全机制的实现技术，给出了MES系统运行安全的防护措施。 中国论文网 /8/view-5126831.htm　　【 关键词 】 制造执行系统；信息安全；需求分析；架构设计；安全策略 　　1 引言 　　MES（Manufacturing Execution System），即制造执行系统，位于企业上层业务规划系统（BPS，Business Planning System）和工业控制系统（PCS，Process Control System）之间，应用于企业生产执行管理，是面向车间层的生产技术管理信息系统。MES系统已经成为企业信息化系统的重要组成部分。 　　随着计算机和网络技术的发展和我国信息化进程不断推进，特别是信息化与工业化深度融合以及物联网技术的快速发展，对MES系统的远程接入和移动互联应用也提出了更多需求，尤其是集团式应用，分布在各个地区生产基地MES系统以各种方式与互联网等公共网络连接，实现互联和信息集成，以及企业管理者的移动办公，因此基于Web的MES系统迅猛发展。图1是基于Web的MES系统的典型应用。 　　2 MES系统信息安全需求分析 　　MES系统连通企业业务管理及办公网络，集成生产基础自动化网络，构成了企业生产管理网络，是企业生产管理的关键设施。一旦实现企业生产网络互连并接入互联网，将面临着来自互联网病毒侵扰、黑客攻击等严重威胁，在向工业控制系统扩散，不仅涉及系统本身的信息安全，甚至影响控制系统的安全运行，导致生产系统的瘫痪。由此，作为企业BPS和PCS之间的桥梁，MES系统信息安全问题日益突出，保障MES系统的安全稳定可靠运行是企业信息化过程中需要充分重视的问题，需要进行风险评估，采取适当的防范措施。 　　MES系统的安全性是一个复杂的系统工程，包括计算机系统安全、网络安全、数据库系统安全、数据平台系统安全和MES软件的缺陷造成的安全隐患，以及用户参与带来的不安全因素等。 　　MES系统的信息安全主要体现在几个方面：一是确保信息在需要的时间、地点和方式下可用，同时保证系统信息的完整性、一致性、正确性；二是保证信息在传输的过程中的机密性，防止信息泄露和篡改；三是在信息存储方面，保证系统运行的稳定性和安全性，并使延迟和故障达到最小。具体可以细化为几个安全需求。 　　1） 有效性需求：要求系统能够持续有效的提供系统资源，包括系统业务功能和业务数据，使合法授权用户能够随时随地地利用系统及资源完成自己的业务工作。同时对于非法用户的入侵能够有效识别和拒绝。 　　2） 保密性需求：能够防止窃取系统内部信息，防止数据在网络传输过程中的泄露与篡改。 　　3） 完整性需求：能够保证数据的正确性、有效性，防止系统程序、数据的非法删改和破坏，保证系统的正确运行和数据的完整性。 　　4） 故障恢复需求：系统在发生软件或硬件故障时，能在最短时间内迅速恢复运行，提供正常的系统服务。 　　5） 可追溯性需求：能够随时对系统状态、用户操作进行追溯，系统的关键执行动作要留有记录，合法用户的所有操作以及非法用户的入侵，所有行踪都要留下证据，并且满足不可抵赖性。 　　随着Web技术广泛应用于MES系统，其开放性在增加应用灵活度的同时，也使应用系统面临着来自Internet的安全威胁。当网站遭受应用层面的攻击时，传统的入侵防御系统、防火墙等防御产品往往显得力不从心，这就给我们提出了更多应用层面的安全需求。 　　为保证MES系统的整体安全，需采取全方位防护，包括从设备到网络、从技术到管理等各层面，而MES应用层是安全防护的短板，本文对此设计了MES的安全架构，来提高系统整体的防护效果和安全等级。 　　3 基于B/S架构的MES系统安全架构设计 　　实施MES后，企业的生产运作管理完全依赖于MES系统的正确运行。GB 17859把计算机系统安全保护能力划分为五个等级，用户自主保护级、系统审计保护级、安全标记保护级、结构化保护级和访问验证保护级。目前我国尚没有关于MES系统应达到的安全保护等级要求的法规和标准。据调查，目前市场应用的MES系统一般能够达到第一级安全标准。为了满足企业MES系统的信息安全需求，同时又要应对系统业务功能的扩展，依据MES系统安全隐患的分析，根据国标《GB/T 20271信息安全技术 信息系统安全通用技术要求》和《GB 17859计算机信息系统安全保护等级划分准则》第二级系统审计保护级的要求，设计了一套MES的安全架构，其逻辑结构如图2所示。 　　3.1 身份验证与访问控制 　　为保证系统信息安全和数据完整性，采取了非法访问假设和合法取证原则，即假设所有从客户端发过来的请求均是非法用户的请求，首先要对用户身份进行验证，对请求的各种操作，包括数据的查询、添加、修改、删除等操作，都要进行合法性取证，只有通过验证的请求，才进行处理，从而最大限度地保证数据安全。本架构设计了四个层次的验证与防护，如图3所示。 　　登录验证：验证用户名、密码，通过验证的才能够进入系统，同时系统在服务器端记录用户的身份证明。 　　将数据库的超级用户口令封装在服务器端软件内，用户登录时在客户端将口令加密生成摘要，同保存在数据库内的摘要进行对比，完成用户身份确认。 　　访问验证：用户通过登录验证后，系统根据用户的访问控制列表，生成用户访问权限内的系统导航菜单，返回给客户端。当用户按照菜单提交菜单访问请求时，系统再次进行访问验证，通过验证的返回相应系统页面。以此防止用户伪造权限外的菜单地址直接访问。
　　操作验证：根据用户的数据操作能力，控制生成用户数据操作能力内的业务操作按钮。当用户提交操作请求时，系统再次进行操作能力验证，防止非法操作的发生。 　　数据验证：对用户所提交操作数据进行合法性检查，防止非法数据的侵入。 　　3.2 访问控制策略 　　3.2.1菜单与功能矩阵 　　对于企业的不同业务管理流程，MES系统有不同的业务操作功能。为了适应系统的扩展性要求，设计了动态、多级的菜单结构，每级菜单对应系统的一个业务功能或者子功能，最终对应系统的一个操作界面。系统界面上每一种功能操作或其组合完成一种业务的处理，构成了菜单和功能的矩阵。 　　3.2.2基于角色的访问控制 　　在对MES系统业务功能、业务流程及其干系人分析整理的基础上，能够抽象出系统的各种用户角色，每种角色通过一组系统功能完成一定的业务处理，需要将这一组系统功能赋予该角色，使其具有完成这一业务的能力，也就形成了允许访问控制表，包括菜单的允许访问列表和功能的允许操作列表。 　　为了构成系统的完全访问边界，需要明确禁止某类操作。因此设计了禁止访问控制表，包括：菜单的禁止访问列表和功能的禁止操作列表。 　　3.2.3用户及权限管理 　　构建了角色的访问控制，将角色赋予用户，用户即具备了相应的访问权限。在企业的MES应用中，每个企业用户都具有一个系统访问账号，这个账号是用户身份的唯一标识。为保证系统账号的合法性，所有用户的账号只能由系统的账号管理员进行分配和管理。同时，每个用户在企业承担着某个岗位的职责，对应于MES系统来说，这个用户就具备着一个或者多个系统角色，通过角色权限的控制形成用户的权限控制。本着最小权限的原则，应当合理分配和控制角色权限，并通过禁止访问控制表限制用户的访问范围，构成系统的安全访问边界。 　　3.3 安全运行管理 　　多数MES系统都采用单一管理员（甚至是超级用户）对系统进行管理。虽然简单易行，但却存在巨大安全隐患。一旦管理员账号信息泄露，其他安全措施将形同虚设。因此必须进行系统权限的分割，使其相互制约，避免权限过分集中。本架构的划分策略：首先是用户管理员，只负责企业用户账号的分配、锁定和吊销，用户岗位角色的分配，以及用户密码的复位操作；其次是安全管理员，负责菜单与功能矩阵的维护，以及角色访问控制列表的制定。 　　用户管理员和安全管理员相互制约，只有协调一致才能够完成用户的权限分配。同时又可以分级管理，按照分厂、车间等组织架构，或者依据业务范围，划分出不同层级、不同范围的用户管理员和安全管理员，他们只能在自己的权限范围内行使权力。由此形成了可集中管理也可分化管理的技术模型，企业可以依据自身规模和管理模式灵活组织设计。 　　3.4 系统安全审计 　　本架构设计了完备的行为捕获和记录系统，对系统关键执行动作留有记录，对用户的操作和行踪留有日志，同时记录了非法用户的入侵尝试，且满足不可抵赖性，形成可靠证据。尤其是用户和安全管理员的所有操作，是系统监控的重点。企业安全审计人员可以随时调取这些记录，进行审计，一旦发现有违反安全策略的行为，即可对行为后果进行调查，采取相应处理措施。 　　3.5 会话安全策略 　　HTTP是一个无状态的协议，此协议无法维护两个事务之间的联系，而MES系统的大量应用需要与用户进行交互操作，并且记录这些交互，这就需要保持会话状态。会话状态通常需要在客户端cookie中记录用户信息，或者是在服务器端session中记录，但也需要在用户请求与服务器应用程序间传递一个会话ID，这些信息都会成为攻击的对象，一旦被窃取，会话就可能被冒用，成为会话劫持，造成超越权限的访问和数据操作。为防范此类攻击，一方面对用户信息、会话ID等薄弱环节采取加密措施，增加截获难度。另一方面制定安全策略监视会话状态，进行会话锁定和异常保护及报警。 　　会话锁定：提供交互式会话的锁定和解锁能力及终止会话能力。在会话进入非活动周期后对终端进行锁定或结束会话。在用户的静止期超过规定的值时，通过以下方式锁定该用户的交互式会话：（1）在显示设备上清除或涂抹，使当前的内容不可读；（2）取消会话解锁之外的所有用户数据的存取/显示的任何活动；（3）在会话解锁之前再次进行身份鉴别。 　　异常保护及报警：在会话期间通过用户请求进行监视分析用户操作行为，对异常行为采取操作保护动作，并产生记录和报警，如频繁、重复的数据操作，或者同一用户在不同地点创建多个会话的请求等等。 　　3.6 Web安全防护策略 　　基于Web的MES系统遭受的典型网络攻击事件包括SQL注入、cookie破坏、会话劫持、目录遍历以及缓冲区溢出等，只有建立涵盖事前、事中、事后的综合防控体系，事前及时识别隐患和漏洞并采取修补措施，事中实时监测，积极防御，早发现，早处置，才能将风险和损失降到最小。 　　本架构针对Web设计了安全防护策略，实现自动化的Web漏洞检测，以及对网页被挂马、网页被篡改、网页出现敏感信息、系统被拒绝服务等攻击事件的一体化监测预警。从而帮助企业构建自动化的系统安全监测系统，第一时间掌握MES应用的安全状况，降低系统安全风险，增强安全防护等级。 　　4 MES系统运行安全的防护措施 　　MES系统的运行安全不能仅仅依靠MES自身的安全设计，需要根据企业对MES的技术经济要求，综合考虑信息安全技术和安全管理与防护措施。 　　在物理安全层面，建立MES系统安全运行相适应的安全环境，包括机房安全防护、设备安全可用、存储介质安全等。 　　数据库系统的安全至关重要，需要对数据依据其敏感性进行分类进行不同强度的加密，防止敏感信息泄露。同时数据库要制定有备份和容灾措施，数据库管理人员定时对系统进行备份，防止系统数据损坏和丢失。一旦在系统崩溃或瘫痪的情况下，可利用备份数据迅速将系统恢复起来。 　　在运行安全方面，通过安全风险分析与评估，制定系统安全运行策略，建立安全检测与监控机制，加强安全审计和系统边界安全防护，采用防火墙、安全认证、入侵检测等措施来阻止攻击，综合运用数据加密和VPN等技术，对包括计算机病毒在内的恶意代码进行必要的安全防护，确保网络传输的安全要求。运用入侵检测技术，主动保护MES系统免受攻击，为MES系统提供了实时保护，是防火墙之后的第二道安全闸门。 　　依据国家计算机应急响应中心发布的数据，信息系统安全问题中的95%是可以通过科学的信息安全管理措施来避免。因此，加强信息安全意识，制定有效的安全运维策略是保障信息安全的重要基础，已经成为企业管理的一个重要组成部分。 　　5 结束语 　　MES系统的信息安全直接关系到企业的正常生产和管理。本文对基于Web环境的MES系统的安全体系进行了分析，设计了系统的安全架构，基于该架构开发的SciMES产品，已经成功应用到了多个工业企业，持续为企业提供着安全、稳定、可靠的信息化服务。 　　参考文献 　　[1] 王欣. Web应用系统安全检测关键技术研究[D].2011. 　　[2] 朱仲颖.基于ASP.NET的Web应用的安全解决方案研究及实现[D].2006. 　　[3] GB/T ，信息安全技术.信息系统安全通用技术要求. 　　[4] 徐兵，谢仕义.Web应用程序会话安全模块的设计[J].计算机工程，）：176-178. 　　基金项目： 　　本文得到中国科学院重点部署项目（项目编号：KGZD-EW-302）的资助。 　　作者简介： 　　马增良（1963-），男，山东人，研究员，计算机技术与应用专业，主要从事企业自动化与信息化技术研究与应用，负责包括863计划、发改委产业化专项等多项项目；主要研究方向：实时系统、MES、RFID、综合自动化。 　　辛若家（1979-），男，硕士学历，毕业于中国石油大学（北京），机械电子工程专业，主要从事企业信息化系统研发，负责系统规划、架构设计和研发管理。
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MES实施模式与实施活动规划研究
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MES实施模式与实施活动规划研究
论文目录&中文摘要第1-4 页 英文摘要第4-7 页 1 绪论第7-18 页 　　· 论文的研究背景第7 页 　　· 课题研究目的和意义第7-8 页 　　· 国内外相关研究现状综述第8-17 页 　　　　· MES 概述第8-14 页 　　　　· MES 实施方法的研究第14-17 页 　　· 论文的主要研究内容第17-18 页 2 MES 实施模式研究第18-28 页 　　· MES 实施阶段划分第18-22 页 　　· MES 实施参考模式第22-24 页 　　· MES 实施原则第24-25 页 　　· MES 实施成功的关键因素第25-28 页 3 MES 实施活动规划第28-53 页 　　· 起始规划阶段第28-38 页 　　　　· 成立项目小组第29-30 页 　　　　· MES 实施风险分析与防范第30-31 页 　　　　· 需求分析第31-32 页 　　　　· 评选MES 软件商第32-35 页 　　　　· 选择试点实施单位第35-36 页 　　　　· 制定实施计划第36-37 页 　　　　· MES 系统的规划第37-38 页 　　· 现状分析与规划阶段第38-42 页 　　　　· 项目成员培训、先前教育第40-41 页 　　　　· 分析企业现有流程、设计最佳流程第41-42 页 　　· 系统实现阶段第42-44 页 　　· 上线准备阶段第44-47 页 　　　　· 上线基础数据确认第46 页 　　　　· 系统测试第46-47 页 　　· 正式上线和支持阶段第47-53 页 　　　　· 系统切换遵循的原则第48-49 页 　　　　· 系统切换策略第49-50 页 　　　　· 变革管理第50-51 页 　　　　· 项目评估第51-53 页 4 应用案例第53-57 页 　　· MES 系统实施规划第53-55 页 　　· 实施情况与应用效果第55-57 页 5 结论第57-58 页 致谢第58-59 页 参考文献第59-62 页 附录第62页
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制造执行系统（MES）“十一五”发展规划
&&制造执行系统（MES）“十一五”发展规划&&前言二十一世纪以来，随着全球经济一体化发展，人们对产品的需求日趋多样化和个性化。产品的生命周期日益缩短，更新换代的速度也在逐步地加快，使得企业的生产模式和组织方式逐渐由面向产品转变为面向客户、面向需求和面向服务。企业的生产方式也转向了按照订单的方式来组织生产，大批量定制和多品种少批量的生产方式逐渐成为主流。面对竞争激烈的全球一体化市场，企业要想立于不败之地，就必须具有把握机遇和不断创新的能力，能够以更快的响应速度和应变能力生产出市场需要的产品，其重要对策就是将传统的制造技术与现代的信息、自动化、管理技术等有机融合为新一代的先进制造技术，提高企业生产的敏捷性和核心竞争力。以计算机网络、数据库和应用软件等IT技术为依托，企业的信息化技术也从局部的、事后处理方式转向全局的、及时（实时）处理方式。多种先进的生产管理和制造信息化软件也大量地涌现和应用，在企业生产过程中发挥越来越重要的作用。在产品开发层面，CAD、CAM、CAPP、PDM等软件已深入企业应用；在企业管理层面，ERP/MRP-II、SCM、CRM等软件也在迅速普及，直到今天企业ERP系统还在如火如荼的进行；在生产现场，JIT（准时生产）、LP（精良生产）、OPT（最优化生产技术）等先进的生产组织、管理理念及生产模式也得到了初步应用，同时，在过程控制领域PLC、DCS等得到大量应用，也在车间级的流程控制和管理方面取得了良好的成效。信息技术的广泛采用，使得以市场需求和订单为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制，依靠信息技术从事市场竞争，提高了企业的综合竞争能力。全球经济一体化进程，加速了制造全球化的形成和快速发展，现代制造企业面临的竞争环境将会越来越残酷，市场竞争日趋国际化，迫使制造企业必须做出及时反应和制定相应的对策，改变传统观念与方法，采用与一体化进程相符的现代管理思想和方法。建立现代管理理念，引进现代管理决策机制，提高核心竞争力已经成为企业最迫切的要求和机遇所在。纵观全球生产管理模式的发展趋势，可以清晰的得出企业行为势必从单项、局部逐渐向综合、集成的优化转变，尤其是生产计划、组织、控制三大职能的整体优化更是企业为实现其经营目标，获得竞争优势的重点。面对拥有高度信息化优势的国际企业的挑战，要使我国制造企业积极参与国际化分工合作和竞争，必须掌握和应用现代网络、通讯技术、计算机软件等技术，全面集成企业各种信息系统，打通制造企业从市场预测、产品分析、产品设计、生产计划、生产制造、销售到售后服务的产品全生命周期数字化通道，在提升我国制造企业信息化应用水平基础上，促进企业提高市场的综合竞争能力，帮助实现我国制造业跨越式的发展。目前，我国企业信息化应用的总体水平仍然不高，许多企业根据自身的特点和财力情况，在信息化建设中有重点的分别推进。如在离散型企业中，有的企业注重产品研发、有的企业注重生产管理、有的企业则注重财务管理等等；对于一些流程型的企业，信息化的建设主要围绕供应、销售和财务管理来进行。因此，各企业信息化应用水平、实施的内容也不均衡。在很多实施了信息化建设的企业中，系统集成和资源共享水平还比较低，“信息孤岛”现象大量存在于企业内部。其突出表现是许多企业只重视物质供应、产品设计、生产计划、销售和财务管理等计划层的信息化建设，忽视产品在车间制造过程管理等执行层的信息化建设，使得企业的计划层与控制层之间缺乏有效联系和沟通，两者间出现了信息断层，导致物资供应、产品设计、生产计划、产品销售与车间作业之间脱节，计划层的静态和动态信息不能及时地传达的车间，而车间中的零件在制品、加工设备、物料需求、人员配置，以及计划的执行和完成情况等信息也无法快速反馈给上面的计划层。在市场需求越来越多地趋于大批量订制和多品种少批量订单方式，企业表现出对市场反应不够灵敏，对客户的个性化订单也不能够及时满足，直接导致企业在市场竞争中处于被动地位。因此，在激烈的市场竞争中要把被动地位变为主动地位，必须快速响应市场，保证企业计划层与控制层之间的信息畅通。鉴于我国企业信息化的建设状况，消除企业计划层与控制层之间的断层，建立它们之间的数据联系，就是要研制和开发适用于不同行业（企业）和生产模式的制造执行系统（Manufacturing Execution System，以下简称MES），MES是实现企业计划层与控制层之间信息畅通的必由之路。1．MES概述在企业的生产运作管理流程中，一般抽象为三个层次，即计划层、执行层和控制层。计划层按照客户订单、库存和市场预测情况，安排生产和组织物料。执行层根据计划层下达的生产计划、物料和控制层的工作情况，制定车间作业计划，安排控制层的加工任务，对作业计划和任务执行情况进行汇总和上报；当生产计划变更、物料短缺、设备发生故障、出现加工质量等问题时，执行层对作业计划进行及时调整，保证生产过程正常进行。执行层处于企业计划层与控制层之间，存在大量的信息传递、交互与处理的过程。控制层，又称设备层，完成产品零件的加工或装配。美国先进制造研究机构（Advanced Manufacturing Research Inc.，简称AMR）通过对大量企业的调查研究和归纳总结，于90年代初首次提出了“制造执行系统”的理念。ARM的调查结果表明，在企业地计划层普遍采用MRP-II/ERP为代表的企业管理信息系统，在企业的生产控制层则采用SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）和HMI（Human Machine Interface）为代表的生产过程监控软件系统，在计划和控制层之间则是由MES构成的执行层，MES作为计划和控制层之间的桥梁，实现计划和控制层之间数据交换。因此，AMR组织提出了由计划层、执行层和控制层组成的企业信息集成模型，图1.1所示。图1.1& 企业信息化的三层结构模型在企业的信息化三层结构模型中， MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，以实现两者之间的无缝联接。一方面，MES可以对来自MRP-II/ERP的生产计划信息分解、细化，形成作业指令，控制层按照作业指令完成生产加工过程；另一方面，MES可以实时监控底层设备的运行状态、在制品及作业指令的执行情况，并将它们及时反馈给计划层。企业信息化的三层结构模型的信息流动状况，如图1.2所示。图1.2& 三层结构模型的信息流&因此，通过MES把生产计划与车间作业现场控制联系起来，解决了上层生产计划管理与底层生产过程之间脱节的问题，打通了企业的信息通道，使企业的生产计划的执行过程实现了透明化，为企业快速响应市场奠定了良好的基础。由美国牵头发起成立的制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，简称MESA）组织，给MES所下了一个定义：“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物流的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”MESA组织在MES定义中强调了三个观点：（1）MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈；（2）MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并做出相应的分析和处理；（3）MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业乃至整个供应链的信息集成。该组织还归纳总结出MES的十一个功能模块，分派生产单元、资源配置与状态、作业/详细调度、产品跟踪与谱系、人力管理、文档控制、性能分析、维护管理、过程管理、质量管理和数据采集/获取模块，图1.3所示。图1.3& MESA组织定义的MES功能模型&（1）分派生产单元模块以任务、订单、批次、数量以及作业指令对生产流程进行管理，针对生产过程中出现的突发问题及时修改作业指令，调整加工顺序。还可以通过重新安排生产和补救措施，改变已下达的计划，以及利用缓冲区来控制生产单元的负荷。（2）资源配置与状态模块管理各种资源，如设备、工具、材料、辅助设备以及派工单、领料单、工序卡等相关作业指令和文件，提供设备的实时状态，确保设备正常开工所必需的资源，对生产过程所需各种资源都有详细的记录，以保证车间滚动作业计划顺利执行。（3）作业/详细调度模块按照在制品的优先级、属性、几何特征安排加工顺序或路径，使得设备的调整或准备时间最少。根据不同的加工路径以及加工路径的重叠与并行情况，通过计算出它们加工时间或设备负荷，从而获得较优的加工顺序或路径。（4）产品跟踪与谱系模块管理加工过程（从原料、在制品、零部件到成品）中每个生产单元的在制品，实时记录在制品的状态、物料（供应商、批号、数量等）消耗状况、在制品暂存、返工、报废、入库等情况，在线提供计划的实际执行进度，反映在制品和产品的当前状态情况，追溯产品在加工过程中的各项记录。（5）人力管理模块记录员工的作息时间、操作技能、变动和调整情况、员工的间接活动（如领料、备料、准备时间等），作为成本分析和绩效考核的依据。（6）文档控制模块统一管理与生产单元、生产过程相关的文档/表单，如作业指令、操作指导书、工艺文件（配方）、、图纸、标准操作规程、加工程序、计划任务文档、质量信息记录文档、质量体系文档、批次记录、工程变更通知、交接班记录、批量产品记录、工程设计变动通知，以及文档的历史记录和版本等。（7）性能分析模块实时提供实际产出、预计产出、生产周期、在制品和产品的完工情况、质量数据统计分析结果、与历史数据对比结果、资源利用率、车间直接费用等。（8）维护管理模块对生产过程中的设备（含刀具、夹具、量具、辅具）进行管理，记录设备的基本信息（加工范围、精度、对象、持续工作时间等），设备当前状态（设备负荷、可用性），设备维修计划，设备故障和维修情况。（9）过程管理模块监测生产过程中的每项操作活动以及过程，使得生产单元有序按时地执行作业指令。记录异常事件的详细信息（发生时间、现象、原因、等级等），并对异常事件做出报警或自动纠正处理。（10）质量管理模块从生产过程实时采集质量数据，对质量数据进行分析、跟踪、管理和发布。运用数理统计方法对质量数据进行相关分析，监控产品的质量，同时鉴别出潜在的质量问题；对造成质量异常的操作、相关现象、原因，提出纠正或校正的措施或提出质量改进意见和计划。（11）数据采集/获取模块通过手工或自动地实时获取加工过程中产生的相关数据，如对象、批次、数量、时间、质量、过程参数、设备启停时间、能源消耗等，这些数据可能存在于生产单元相关的文档/记录中、来源于底层DCS或PLC装置中或采用其它方式获得，是性能分析模块的数据源。&&&& 这十一个功能模块的简要说明见表1.1。表1.1& MES十一功能模块简要说明序号功能模块名称功能模块英文名称功能模块简介1分派生产单元Dispatching Production Units管理和控制生产单元的流程2资源配置与状态Resource Allocation and Status管理车间资源状态及分配信息3作业/详细调度Operations/Detail Scheduling生成作业计划，安排作业顺序4产品跟踪和谱系Product Tracking and Genealogy提供在制品的状态信息5人力管理Labor Management提供最新的员工状态信息6文档管理Document Control / Specification Management管理、控制与生产单元相关的记录7性能分析Performance Analysis提供最新的生产过程信息8维护管理Maintenance Management跟踪和指导设备及工具的维护活动9过程管理Process Management对生产过程进行监控10质量管理Quality Management记录、跟踪和分析产品及过程的质量11数据采集/获取Data Collection/Acquisition采集生产过程中各种必要的数据&1.1 国外研究与技术发展状况80年代末期，美国针对MRP-II实施的成功率始终徘徊在60%的问题，在分析和吸收日本企业准时生产（JIT）和精益生产的基础上，提出既重视计划又重视执行的管理思想，开始了对生产过程管理的深入研究，并在1992年，由美国AMR组织首次提出了MES的理念。通过分析研究， 十多年来MES在理论研究、技术发展与应用的状况，可以归纳总结为以下四个方面：（1）理论研究把模糊数学和人工智能技术的原理和方法应用于车间生产过程的管理与控制中。美国卡耐基—梅隆（Carnegie─Mellon）大学的M.Fox为代表的学者们，通过约束传播ISIS(Intelligent Scheduling and Information System)机理的研究，采用了面向约束推理的方法，利用这些约束知识维护调度的一致性和验证最低限度满足约束的调度决策，它把约束分成三种类型：组织目标约束、物理限制约束和临时约束，并它们应用于车间生产过程管理与调度系统。将人工智能技术开始应用于生产调度，而且开发一个基于知识的MES专家系统，称为OPIS（An Opportunistic Factory Scheduling System）。美国宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State Univ.) FAME（Factory for Advanced Manufacturing Education）研究所的R.A.Wysk等人，提出了一个将专家系统和仿真集成的柔性制造系统（MPECS），系统采用数据驱动和目标驱动两种方式，在不同的决策阶段，性能指标是可以不同的。规则的表现性能可以整理成数据，在离线状态下，可以更新知识库。类似研究在上世纪80年代非常盛行，而且举不胜数。在上世纪90时年代，信息技术飞速发展，网络日渐成熟，对MES的理论研究逐步转向分布式智能系统，人工智能界的对策就是智能体（Agent）。一个智能体有着与其他智能体不同的软件处理过程，它完全依赖自己的知识。制造系统生产过程和控制结构本身所固有的局部控制和分布式决策的特性，为Agent技术提供了广阔的应用空间。多智能体系统（Multi-agent System，MAS）被认为是分散化控制、自适应及处理复杂过程的一项关键技术。美国国家工业信息框架结构协议联盟NIIIP (National Industrial Information Infrastructure Protocols)在提交给对象管理组织OMG （Object Management Group）的RFI-3文件中，提出了敏捷化MES技术模型，该模型通过统一的对象请求代理，实现与Agents，工作流和外部系统（如SCM、ERP、Legacy、SSM、P/PE、Controls、Data Warehouse等）间制造事件信息的传递，采用内外统一的对象实体（Agents）有利于系统之间的数据交换和信息集成，Agent内部基于知识的推理机制也符合敏捷化MES的要求。多Agent系统为智能MES提供了一种新的实现模式，基于多Agent的智能制造执行系统（Agent-based Intelligent manufacturing Execution System，ABIMES）的研究，是当时MES研究的热点。从上世纪90年代末期以来，随着软件工程技术的发展和可重用（也称可复用）技术研究的兴起， MES功能模块的组件化研究成为了重点。由于MES面向的是多行业、多种生产模式的企业，根据不同企业的需求，能够方便、灵活、快速地配置本企业所需要MES系统。MES在模块化的组件支撑环境（Module Application Component Environment，MACE）下，运用当代软件技术和规范（如CORBA，COM/DCOM，XML，.NET，J2EE），使MES具有客户化、可配置、可扩展、即插即用和互操作等特性，能方便地实现不同厂商应用软件之间的集成和企业原有系统资源的继承。& （2）不同时期若干有代表性的原型系统&&& 在MES不同发展时期，都会涌现出若干具有时代特征和开拓性的原型系统，尽管它们由于各种原因，可能没有在生产过程中得到实际应用，但是这些原型系统作为宝贵的经验，为后来MES的理论研究以及系统软件开发人员，起到了良好的借鉴作用。1）人工智能技术MES美国宾夕法尼亚州立大学的Wysk 等人将专家系统和仿真技术结合，开发一个“柔性制造系统(MPECS)”。系统采用数据驱动和目标驱动两种方式，在不同的决策阶段，性能指标是可以不同的。在离线状态下，可以更新知识库。该系统能显示计划调度结果，使系统能够更加适应车间环境的变化，并根据这种变化做出相应的调整，其重要意义体现在MPECS能运用已有的知识和更新知识库，通过车间层的反馈信息进行决策，该系统可以根据不同的优化指标，完成车间层计划调度。2）多智能体MES台湾学者Jeff Y.C.P等人提出采用多智能体技术，建立制造企业集成的计算机基础结构，将复杂的企业活动划分成多组元任务，每一个组元任务由一个智能体执行。将人的行为看作一类智能体，采用多媒体界面，通过大量智能体的交互，实现企业中地域分散的技术，工作流技术进行可集成的制造执行系统的构建和软件系统的开发。美国普渡大学的Lin, G.和Solberg, J.提出了基于自治Agent的集成化车间控制框架，采用价格机制与作业目标相结合的市场化模型、作业优先策略、多步协商等技术以实现对制造环境变化的适应性。3）分布式的MES土耳其中东技术大学制造工程系的集成制造研究组，在MES的技术实现和方法上进行了深入的研究，采用Windows DNA技术开发了一个分布式的MES原型系统。4）ERP环境下的MES韩国首尔大学的 Choi B.K.和Kim B.H在建立柔性制造系统的IDEF0功能模型基础上，提出一种ERP环境下管理FMS的制造执行系统的二层框架体系结构。 系统由Main-MES和FMS-MES组成，其中Main-MES负责车间层管理，FMS-MES负责FMS 生产线管理与控制，最后将该系统运用到冲压模和零件加工的生产线管理中，取得了较好效果。5） 基于Web的协同MESVogel，S.和Messer，K.&提出了一种基于Web的合作制造执行系统C-MES（Collaborative MES），研究虚拟工厂环境下C-MES体系结构及信息框架，并在一面向订单的电子器件制造工厂中验证了该系统。6）采用CORBA规范集成的MES台湾成功大学制造工程研究所在郑芳田教授的带领下历经三年，应用面向对象技术与CORBA规范开发了一个集成的MES框架，并自行开发了与硬件相关的软件系统来集成各种独立的自动化设备，如无轨小车（AGV）、自动仓储系统（AS/RS ）、机械臂、仿真设备等，使其成为一个适用于半导体制造的集成制造自动化实验工厂。7）组件化的MES德国的西门子公司开发了自己的基于工业标准化和软件组件的MES－Siemens MES，并已经成功的应用到各种工业自动化项目，与上层的ERP系统和底层的SCADA系统也进行了很好的集成。& （3）市场应用MES作为企业工厂/车间级生产现场管理系统，在航空航天、电子、汽车、石化、钢铁、烟草、医药等行业得到了大量的推广应用，形成了很多具有行业特点的MES系统和解决方案，MES软件和厂商主要有Invensys、SIEMENS、Emerson Process Management、AS-PEN Tech、Indus International、Honeywell Hi-spec Solutions、Rockwell Software、ABB、Kronos Inc.、GE Fanuc Automation、Agile Software Corp.、OSI Software、SimSci、Wonderware、HITACHI、YOKOGAWA、Technomatix Tech、Lilly Software等。下面介绍几个大的商业化MES系统：Honeywell的MESHoneywell公司是世界著名的自动化仪表、过程控制和工业软件公司，其MES产品从20世纪90年代末开始，先由单一的MES功能模块发展到整体解决方案。其MES产品的核心是Business.FLEXPKS。该产品将经营目标转化为生产操作目标，同时将经过处理验证的生产绩效数据进行反馈，从而形成计划管理层、生产执行层和过程控制层三个层次的周期循环。该产品由价值链管理（Value Chain Management）、先进计划与调度（Advanced Planning and Scheduling）、运行管理（Operations Management）、油品调和及储运自动化（Blending & Movement Automation）和生产管理（Production Management）5个应用套件共30多个模块组成。价值链管理又包括销售预测、运输计划、生产排产、原材料计划、供应链管理、库存计划、价值链循环优化和生产计划管理等。先进计划调度包括原材料供应及产品分配与优化、原油组分分析、原油采购计划、原油调度优化、生产实况分析、油品调和调度等。运行管理包括操作指令下达、运行监控、事件监控、实验室信息管理与集成、油罐组分跟踪、产品规格管理、多单元生产运行计划等。油品储运及调和自动化包括调和调度计划、在线调和优化、调和比率控制和调和绩效统计、油品输转及库存跟踪、罐存计量管理、输转模型建立、油品输转控制、油品移动路径选择等。生产管理包括物料平衡和库存盘点、成本核算、组分计算与平衡、批量跟踪与控制、原材料消耗统计、物料移动跟踪、多单元生产运行计划、操作指令下达和实验室信息管理等。HOLLIAS-MESHOLLIAS-MES是和利时公司研发的针对流程行业的生产管理系统。它以企业级实时数据库和关系数据库为核心，提供实时信息系统、质量分析系统、设备维护管理系统、能源消耗管理系统、批量管理系统、生产成本核算系统、生产调度系统等功能。为企业生产管理人员进行过程监控与管理、保证生产正常运行，控制产品质量和生产成本提供了灵活有力的工具。HOLLIAS-MES与DCS、PLC等控制设备具有丰富的通信接口，通过OPC Client模块与不同的控制系统进行数据交换。I/O Servers支持OPC、DDE等多种通讯接口协议，可连接到由和利时、横河、霍尼韦尔、西门子、罗克韦尔、ABB、费希尔罗斯蒙特、日立、三菱、欧姆龙等工业自动化厂家生产的DCS、PLC、RTU等设备。并提供ODBC接口，可与ERP等企业经营管理系统集成，实现企业生产的管理控制一体化。HOLLUAS-MES以生产过程信息为核心，为企业决策系统提供直接的支持，丰富的可灵活配置的功能模块可以满足不同行业的应用要求。尽管在商品化、产品化、标准化方面还有很多工作要做，但该软件可以堪称中国式的更贴近中国企业的实用MES。SIMATIC IT Production SuiteSIMATIC IT Production Suite是西门子SIMATIC IT产品的核心。它由SIMATIC IT Framework和SIMATIC IT Components组成。 SIMATIC IT Components提供可以满足业务基本需要的功能组件。每个组件都是针对具体的制造问题而设计的（例如订单管理、物料管理、人员管理、报表管理等）。SIMATIC IT Framework是一个建模环境，它通过图形方式将不同的SIMATIC IT Components功能组合在一起来定义执行逻辑（显式规则法，explicit rules approach）。SIMATIC IT Framework是根据物理对象（实际的装置和设备）和逻辑对象（软件包及应用程序）来完成对工厂模型的创建。这些对生产执行逻辑的显式定义，以及对工厂模型中不同对象之间相互作用的定义，都是根据实际的生产作业来实现的。SIMATIC IT Production Suite提供了对于第三方组件和已有应用程序进行集成的能力。这样一来，很多现场应用程序就可以集成进来，并按照SIMATIC IT Framework中定义的逻辑进行协调和调用。通过SIMATIC IT Framework，可以在基于图形化规则的环境中对企业业务流程进行建模，这就给生产流程的描述提供了一种通俗易懂的方式。这种图形化模型将制造系统的功能进行了细化。 &&& SIMATIC IT Production Suite涵盖了ISA-95定义的MES中大部分功能，保证了它可以在不同的工厂中快速推广和应用实施，对于分布在不同地点的生产厂的集团企业来说，是极为有利的。上述的MES系统，在我国化工、冶金、烟草、医药、汽车、电子等行业得到了广泛地应用，同样也取得了良好地社会和经济效益。（4）MES的标准化研究工作90年代中期，美国AMR研究小组在分析信息技术的发展和MES应用前景的基础上提出了MES标准化和功能组件化、模块化的思路。它将模块化和组件技术应用到MES的系统开发中。这一时期，很多团体、政府机构、组织也参与了MES的标准化以及标准、模型的研究和建立活动。涉及分布对象技术、集成技术、平台技术、互操作技术和即插即用等技术。MES的标准化研究工作主要进展如下：1）MESA于1997年提出的MES功能组件和集成模型。该模型代表的11个功能模块如同龟背一样配置。MESA规定，只具备11个之中的某一个或几个，也属MES系列的单一功能产品。AMR组织则又把按着11个功能实现的整体解决方案称为MESⅡ（Manufacturing Execution Solution）。2）对象管理组织OMG的制造技术委员会中的MES/MC工作组致力于建立MES的参考体系结构。为了使其参考体系结构具有广泛的代表性，确保其是工业界经验的总结，该工作组于1997年发布了名为“Manufacturing DTF RFI-3 Manufacturing Executions Systems”征求意见书，其中将MES列为希望得到研究的具体项目。该计划得到了一些研究组织和企业的支持，共收到六份方案：美国国家标准和技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）、IBM/NIIIP/ME SA、Boeing公司、Prism Tech、Shell Service和SIMA。这些反馈成果包括了制造业研究组织、航空制造工业、流程工业以及半导体制造业等不同工业类型的研究，具有一定的代表性。3）在NIST资助下，美国国家工业信息框架协议（National Industrial Information Infrastructure Protocols NIIIP）协会开展了一项名为SMART（Solution for MES-Adaptable Replicable Technology）的研究，其目标是研究一种信息框架来支持MES内部、MES与企业其他信息系统以及多个企业间信息的集成和互操作。其目标是MES的可集成性，可配置性、可适应性和可扩展性。4）国际仪表学会（ISA）从1997年开始编制ISASP95企业控制系统集成标准和ISA SP98批量控制标准，2000年发布了SP95.01模型与术语标准，2001年发布了SP95.02对象模型属性标准，2002年发布了SP95.03制造信息活动模型（Activity Models）标准，2003年发布了SP95.04制造操作对象模型标准。其中SP95.01已经被IEC/ISO接受为国际标准。SP95.01规定了生产过程涉及的所有资源信息及其数据结构和表达信息关联的方法。SP95.02对第1部分定义的内容作了详细规定和解释，SP95.03提出了管理层与制造层间信息交换的协议和格式。5）日本的制造科学与技术中心受日本信息技术促进局委托在电子商业公共基础设施建设项目（the Electronic Commerce Common Infrastructure Establishment Project）中提出了Open-MES框架规范。其规范由电子元件制造过程抽象而来，为了实现框架的平台无关性，采用了CORBA技术。该框架的文档主要是给那些想独立开发应用项目的组织提供一个易于理解的概念性的Open-MES框架。MES经过十多年的发展，国外企业在生产过程信息化建设和应用过程中，积累了丰富的经验，取得了良好的经济效益，也为国内制造企业未来信息化建设指明了方向，其鲜明特点主要表现以下几点：（1）理念先行任何先进的信息系统都是先进理念的具体化表现，国外制造企业在实施信息化前期非常注重对先进理念的大力宣传和引导，积极排除各种阻挠因素，为信息化的成功实施奠定良好的思想基础。（2）业务重组与信息化实施紧密结合借助企业信息化进行业务重组已成为国外制造企业的惯用的法宝，通过业务重组，优化企业内部结构，为企业信息化提供高效的组织结构。（3）投入力度大企业信息化持续周期长、资金投入大。国外大的制造企业倚仗其雄厚的财力，投入其收入的8%到10%用于信息化建设，资金上的保障有利于实施大的信息化工程，加快企业信息化水平的提升，同时保证了信息化的持续开展。（4）注重信息化人才队伍建设信息化建设中，人才是一个关键的因素。国外制造企业在实施信息化的过程中，非常重视信息化人才队伍的建设，优秀的信息化人才队伍为整个企业信息化实施提供一流的服务，促进了信息化的顺利实施。很多大的制造企业集团都有自己的信息化机构，包括软件开发公司，信息化实施队伍等。（5）与最新技术保持高度同步每一项新信息技术的产生都催生着企业的信息化应用，国外制造企业通过与最新技术保持高度同步，提升其信息化水平，保证其竞争优势。如CAD技术的产生大大缩短了产品开发时间，互联网技术使电子商务应用到企业运作中，极大提高了企业的整体运作效率。（6）方法和手段在不断地更新从MES的发展历程，可以清晰看出，车间生产管理过程实质内容是不会改变的，只是实现方法和管理手段会随着IT技术发展，在不断地更新。从国外制造企业信息化建设历程可以清晰地发现，它们大多已经构建了完善的企业上层业务管理信息系统、产品设计系统和底层工厂自动化系统。而作为企业生产的中间执行层特别是车间工厂的现场管理相对薄弱，很多企业已经深刻体会到生产执行力正越来越成为企业运作的“瓶颈”，对生产的全面掌控和完全透明化是当今许多国外制造企业的迫切需求。特别是如今很多跨国制造企业，其生产遍布全球，实时掌握各车间工厂的生产执行情况，能为企业上层决策提供强有力的支持。如何使车间或工厂“事件”（如计划变更、质量缺陷、机器故障、物料短缺等）得到及时有效地处理，已成为企业制造执行能力的关键。市场的多变、更高的质量要求、顾客更个性化的需求等都对制造企业生产提出了更高的要求和更多的挑战。对此众多国外制造企业也显得力不从心，而MES（制造执行系统）的应用则为企业生产提供了解决之道。MES全面接管企业车间或工厂的生产管理，在企业上层和车间底层建立畅通的信息通道，保证企业计划目标的有力执行，同时提供实时的车间/工厂生产反馈，使企业生产具有了很强的动态敏捷性。在企业的信息化建设中，推广应用MES已成为提高企业核心竞争力一个重要手段。MES软件开发及应用市场有两个发展动向，ERP软件开发商和系统集成商从上向下的渗透，将其功能向下扩展到MES；HMI和SCADA等以硬件起家的开发商和系统集成商则自下而上拓展到MES，而MES软件独立开发商正受到来自这两个方面的挤压。一些实力雄厚的自动化系统供应商（如Siemens，Rockwell Automation）都在采取并购一些卓有成效的MES公司，或开发MES软件包来抢占MES的市场。Siemens收购了比利时的Compex IT Plant Solutions公司的MES产品proCX，主要用于制药工业和生物工程。Rockwell Automation推出了生产管理软件解决方案RSBizware，针对离散制造业和批量生产过程。此外，Rockwell Automation还以OEM方式向北京和利时公司提供有关MES的软件。目前，国内市场MES的产品主要是软件供应商、企业自主开发、企业与科研院所共同开发几种主要的研究开发途径。其中软件供应商大致可以分为六个方面，表1.1所示。表1.1 &MES产品来源分类&MES产品发源MES产品代表公司1自动化领域厂商在自动控制基础上发展起来的GE Fanuc、西门子、罗克韦尔等2ERP厂商从ERP延伸发展出来的SAP3台湾电子行业信息化厂商台湾电子行业MES系统在大陆的推广台湾资通、羽冠等4国内流程行业大型公司实施MES中发展起来的上海宝信、石化盈科、华铁海兴等5PLM厂商从PLM延伸发展出来的UGS等6自动识别、质量管理、组态系统、测控等不同领域的厂商向MES领域进行渗透的灵蛙等MES可分为两大类型：一、面向离散行业的MES系统，如汽车、机床、家电等具有加工/装配性质生产过程离散型行业；二、面向流程行业的MES系统，如冶金、化工、酿酒等生产过程连续型行业；本文将重点关注面向离散行业的MES。1.2 MES需求分析正如前面所说的一样，一个企业的良性运营是使“计划”与“生产”密切配合，在最短的时间内掌握生产现场的变化，保证计划合理而快速地修正。市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，开始越来越迫切地要求消除生产现场管理信息的“断层”。为此，企业的计划层与生产控制层之间需要“直通车”，即需要一种可以由下而上实时掌握生产现场状况的信息管理系统，使计划与生产现场可以实时互动。针对上述情况，企业需要找到解决计划层和生产控制层间信息断层问题的方案和途径，对车间级的生产管理进行有效控制，要求做到：要求透明的看到制造现场制定制造工程计划；可以根据制造现场的变动实时的下达作业指示；可以预测交货期，能帮助交货期的延迟（向顾客请求谅解或外协处理及通过加班计划防止交货期延迟）。如何减小或消除企业计划层和控制层之间的信息断层，更好地满足企业的需求，MES走入了人们的视线。MES（Manufacturing　Execution System）即制造执行系统，是美国管理界90年代提出的新概念。它是处于计划层和现场操作控制层之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。MES通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。MES是面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，它是实施企业敏捷制造战略，实现车间生产敏捷化的基本技术手段。由于MES强调控制和协调，使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能使计划落实到实处的执行系统，很好的满足了企业的需要。企业通过实施MES，优化生产批量、确定合理生产提前期，合理控制在制品库存量，适应需求的变化，不断地调整部件生产作业计划、工序排序等实现敏捷生产，实现生产过程管理的透明化。在企业推广应用MES，可以取得以下4个方面的成效：提高企业对市场响应速度；保证产品质量；降低生产成本；精益生产、准时生产和最优化生产技术的实现。（1）市场响应速度& 随着社会的发展和生活水平的不断提高，人们的收入也在逐年增加，许多消费者已不再满足于以往趋于雷同的消费方式，他们追求个性化消费或服务，使得市场呈现多样化，如汽车、家电、手机、电脑、服装等等，无不体现出“个性化”思潮。为满足市场多样化的需求，各种产品制造的生产模式也由原来的面向库存生产转为面向订单的生产方式，因为只有面向订单的生产方式，才能为消费者带来个性化产品或服务。然而，对于产品或服务的提供商来说，要实现面向订单的生产方式，不仅需要改变过去承接客户订单的方式，更重要的是实现从接单、安排生产计划、编制作业计划、生产加工过程、入库、交货等一连串环节的信息畅通，使计划层与控制层（生产加工过程）之间保持紧密的信息交流。只有这样，才能保证企业对市场的响应速度。MES可以在计划层与控制层之间建立信息通道，按照MRP-II/ERP下达的生产计划或客户订单，生成车间作业计划，组织生产加工，实时获取生产过程、产品质量和执行计划的进度情况，保证客户的交货时间。（2）产品质量及追溯& 尽管传统观念中的成本与质量完全呈正比关系早就被现代管理理论所否定，但是要达到成本和质量的双赢却非易事。按照全面质量管理的思想，在不提高生产成本的条件下提高产品质量，必须严格控制产品生产的全过程以及影响质量的各种因素。举例来说，产品不良率是反映产品质量的一个重要因素，它的产生可能是生产过程中某一个环节造成的，也可能是某几个环节引起的。如果不能对生产加工过程中每个环节进行实时的质量监控，一个环节出错就可能影响到一批产品的不良率。因此，在目前市场竞争日趋激烈的情况下，既要降低产品成本，又要保证质量的双重压力下，采用MES不失为一种捷径。日国家质检总局正式向社会公布了《缺陷汽车产品召回管理规定》，2003年1月上海正式实施《上海市消费者权益保护条例》，在这两个法案中确立了商品召回制度。召回制度带来的一个直接问题就是当召回发生时，厂商需要了解产品在生产过程中的信息，如：每道工序的操作过程和质量信息、操作者、零部件的供应商等信息。目前的软件系统，如MRP-II/ERP、PDM、CAPP等管理系统，都无法提供或保存上述的完整信息，只有PDM可以提供外购件若干信息，如供应商、型号等少量信息。因此，由产品召回制度引发的类似问题及特殊要求，也只能通过在企业的计划层与控制层之间，建立MES来解决。（3）降低生产成本MES降低生产成本作用，综合体现在提高生产设备利用率、缩短生产周期和减少在制品及库存量3个方面。1）提高生产设备利用率MES的设备管理在传统维修管理基础上实现了动态管理，即：对关键设备进行基于状态的预防性设备维护，并实现设备管理与作业计划管理的同步与协调。其内容包括，建立设备是什么厂家的产品，何时购买，何时修过，有什么特性，存在过什么问题等等。以往判断设备情况往往凭经验，没有科学依据，如果有运行数据作基础，建立相应的设备运行模型，就可以透过定期预防性维修，提高设备使用寿命，减少设备维护的成本。MES设备管理的目标就是能建立一个完整、统一的厂区设备监控与管理系统，能满足现场部门、维护部门、计划部门等对设备状况及时掌控，动态地安排设备管理与作业计划，保证计划的一致性与可行性，从而提高设备利用率。2）缩短生产周期MES最为重要的就是短期计划和实时调度，它是MES 的核心。生产就是要有计划，且根据生产实际的变化进行调度。即根据ERP 层发来的长期计划，比如今年要生产多少品种的产品，各种产品生产多少。MES 把这个计划进行分解，形成月、旬、周、日等短期计划，下达到车间生产，尔后MES还有个调度过程，即在执行过程中实际生产情况往往是多变的，应马上反馈到MES ，在MES 层进行修正，并下达到PCS 层，从而完成了动态调度的功能。合理的车间生产计划与调度能有效地缩短产品的生产周期。3）减少在制品及库存量MES库存管理包括对成品库存和在制品库存的管理。对成品库存还要考虑对客户订单信息、产品信息和质量信息的匹配与核对，以及对发运方式和配货方式的管理。对在制品库存需要考虑到产品在库存空间中的定位、库存空间的限制、合理库存量等方面的问题。短期计划和实时调度保证了计划适应性，设备管理模块实时监控瓶颈设备运行的状况，及时调整生产线速率以保证流水线均衡，从而减少了流水线上在制品的挤压。MES短期计划和实时调度弥补了ERP系统通过市场预测需求偏差和客户订单随机性的不足，能够及时掌握车间物料需求状况，告知物料供应部门合理采购，避免了采购盲目性，有效地降低了物料库存。（4）先进管理思想的实践随着市场需求多样化和不确定性的增强，企业在生产组织迫切需要先进的管理方式和信息化管理，于是新的管理技术：精益生产（LP）、准时生产制（JIT）、最优化生产技术（OPT）、物料需求计划（MRP）、制造资源计划（MRPII）、制造执行系统（MES）等应运而生。“精益生产（Lean Production）”的概念源于上个世纪六、七十年代的日本汽车制造业。正是这种概念的提出，使日本汽车业在与美国汽车业的竞争中占得了先机，它也因此成为了制造业的管理圣经，被制造业的管理者们所信奉。“精益生产”强调全员参与、团队合作，以消除生产过程中的一切浪费为出发点，追求零切换浪费、零库存、零缺陷；推行柔性化生产，通过看板管理等方式，进行生产现场的物流、生产节拍控制，实现车间物流平衡。看板同时也是MES的一个基本功能，成为MES和LP之间的重要纽带，通过看板，可以及时掌握和监控生产、质量状况，避免浪费。在实施制造执行系统时，能够融入“精益生产” 的思想，在进行精益生产的实践中，又可以充分运用制造执行系统这一信息化工具。“准时制生产（Just in Time）”其主要的思想就是按照用户的订货要求，以必要的原料、在必要的时间和地点生产出必要的产品，既减少了制造过程中的种种浪费，提高了效率，同时又使系统增强了对客户订货的应变能力，因此被视为当今制造业中理想且又具有生命力的生产系统之一。实现JIT的重要手段正是看板管理，看板管理使得生产管理及时化和透明化。因此，MES无疑又是实现JIT的非常有效的工具。以色列物理学家Eli Goldratt博士提出的优化“最优化生产技术（Optimized Production Technology）”的核心思想是根据企业实时资源状态，综合考虑设备负载、生产平衡来安排生产计划，也是MES在制定生产计划时重点考虑因素，因此，我们可以方便的借由MES来实现OPT的思想，从而提高产出率、降低库存和生产费用，为企业更好地赢利创造有利的条件。MES充分融合精益生产、准时生产和最优化生产技术的思想、方法以及经验，通过生产过程的透明化和管理精细化，实现企业对产品制造过程的实时监控和跟踪，从而不断改善产品品质，缩短交货期，持续提升客户满意度，进而提高企业的综合竞争力。因此，MES是先进管理思想，精益生产、准时生产和最优化生产技术在生产过程中的具体实现。据美国MESA组织所做的调查统计结果，在采用以ERP/MES/PCS三层架构的MES技术后，企业取得了显著效果，表1.2所示：&&表1.2 应用MES企业取得成效获益项目平均获益（获益范围）调查1（1993年）调查2（1996年）调查3（2004年）缩短产品制造周期45％（2-80％）35％（10-80％）40％减少或消除数据输入时间75％（25-100％）36％（0-90％）/减少在制品数量17％（25-100％）32％（0-100％）25％减少或消除作业转换中的文书工作56％（5-100％）67％（0-200％）/缩短产品交付周期32％（2-60％）22％（0-80％）/改进产品质量（减少次品）15％（5-25％）22％（0-65％）15％消除损失的文书/蓝图57％（10-100％）55％（0-100％）/机器设备有效工作时间//30%注：数据源自MESA组织的年鉴MES系统通过对车间/工厂生产过程的实时监控及将实时信息与其他信息系统（MRPII/ERP、SCM、PDM等）结合，使得很多潜在的效益也在实施MES后浮现出来，具体表现在以下几个方面：（1）现场控制：减少设置（set-up）的时间；满足管理控制上和质量承诺上的需求；消除纸上作业和图纸上作业所产生的相关错误；产能/产出的时间减低；更容易对于数据作分析；现场控制更容易；可以用条形码控制、分类、整合产品。上层人员对于现场的控制、沟通更容易，对于即将发生的问题和未来加工的作业监控更易；如使用计算机的方式一样更准确的产生报表；对于特定的操作员更容易追踪其不良品的产生；存货控制、产品的可说明性（accountability）以及管理产能（yields）上更容易；提高人员士气让他们对于工作感兴趣；现场人员的训练更容易；提高现场发生事件的可见度（visibility）；减少监督（supervision）的动作；实时信息的取得可以使计划排产结果有更佳有效；使操作员有整体观，让加工顺序的信息流通于整个现场。计划排产1）弹性的反应顾客的需求；提供敏捷（agile）制造；可以获得更高的销售量而不必增加成本；快速提供生产在线插单和排产数据；满足管理上的需求。财务指标偿还（payback）时间增长，使得资金调度更有空间；边际效益的改善；对于账本盈亏和产品边际利益的取得有金融/绩效上的利益。美国ARC公司（Automation Research Corp.）调查结果也表明，基于三层架构的企业可获得的效益为：（1）质量提高19.2%；（2）劳动生产率提高13.5%；（3）生产能力提高11.5%。1999年，美国《财富》杂志在所发表文章称，MES是“ERP市场的挑战者”。该文介绍了美国化纤公司下属的企业Yadkinville厂在应用MES后，效益增加69%，实际增效1600万美元。在全球一体化趋势的大背景下，市场竞争激烈，客户需求多样化，各国政策法规日益健全的今天，使得我国企业对MES愿望和需求也日趋迫切。1.3 存在的问题（国内）随着国家863计划实施，20年来企业信息化建设也在不断深入进行，通过信息化建设国内企业在管理的科学性方面，有了长足的进步。许多企业也在信息化的建设和应用中，取得了良好的经济和社会效益，如产品研发、生产计划编制、库存物料管理、产品的销售和财务管理方面，使企业的生产成本得到有效的控制，财务管理更加科学化和透明化。一个制造型企业能否快速响应市场，不仅需要制订合理的生产计划，而且需要使生产计划与生产过程紧密相连，保证生产计划在生产过程中切实得到执行。同时，在生产计划发生变更时，生产过程随之进行相应地调整，从而保证生产计划得到贯彻执行。目前，国内大多数企业的信息化建设主要在产、供、销、人力资源和办公自动化方面，而在企业生产过程的现场管理方面却明显不足或重视不够，企业在信息化的建设中忽视了一个重要的环节----车间层的生产过程管理，在企业的计划层（常称管理层）和生产过程（或曰生产现场）之间出现了“断层”，企业的生产计划与车间层的资源配置、作业安排、物料管理、进度等生产过程中的信息无法及时地交流，也不能够准确、及时地获得生产计划和计划变更后的执行情况。车间层的管理多处于人工编排或传统经验上，使得生产计划在执行过程中打了折扣。由于没有MES，给企业在生产过程的管理和售后服务中造成诸多影响，具体表现在：图1.4 制造企业生产过程简图&（1）出现用户产品投诉的时候，无法根据产品编码追溯这批产品在生产过程中的相关信息，如原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、各道工序质检数据、加工时间和关键的工艺参数等；（2）面对客户对交货期的苛刻要求，面对产品的不断改型和个性化需求，订单的不断调整和修改，生产计划的变更，导致车间作业计划前后不一，生产过程发生紊乱，无法有条不紊地安排和组织生产；（3）同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，要求自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误；（4）需要了解过去一段时间内生产线上出现最多的几种产品缺陷、次品数量；（5）无法知道目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品的数量，以及分别供应给哪些供应商、能够及时交货的时间；（6）生产线和加工设备生产，停转和空转的时间，需要了解影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障、调度失误、材料供应不及时、工人培训不够、还是工艺指标不合理；（7）对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中。目前，国内离散制造企业经过多年的信息化建设，在设计数字化和管理信息化方面已取得明显成效，C3P、MRP-II/ERP等信息技术得到广泛应用，基本解决了企业“生产什么”、“生产多少”和“什么时候开始生产”的问题。但是，由于对生产过程这个重要环节的信息化建设比较薄弱，在生产管理与过程之间的数字化通道不畅通，无法实现计划层与控制层之间的信息交换，影响到企业如何有效地组织生产过程。因此，企业也迫切需要MES解决“如何组织生产”问题。未来企业信息化建设的重点，应该落在它的执行层，即MES。“十五”期间我国对MES的重要性已形成共识，并开展了积极的研究开发，形成了一些技术和产品，流程工业MES技术实现产品化和系列化已经具备了良好的基础，但是，MES软件产品的系统设计和开发没有我国自主的技术标准，应用实施也没有相应的技术标准和配套的行业管理制度，使流程工业MES的开发、实施和运行维护成本高，制约了MES技术的大范围推广应用。离散制造业MES目前的现状更是与实际应用需求存在着相当大的差距。归纳起来，我国目前MES研究、开发与应用中存在的主要问题有：（1）MES体系还不完整基本功能不完善，缺乏过程管理与优化等面向典型行业的核心模块。针对离散制造业尚无完整、系统的MES解决方案和成熟的软件产品。（2）缺乏MES技术标准MES的设计、开发、实施、维护缺乏技术标准，影响了MES产品的技术性能，加大了系统开发和应用的成本，与国外同类MES产品竞争没有优势。（3）集成性还没有完全解决由于缺乏统一的工厂数据模型，MES各功能子系统之间以及MES与企业其它相关信息系统之间缺乏必要的集成，导致MES作为企业制造协同的引擎功能远未得到充分发挥。（4）通用性和可配置性较差现有系统通常针对特定需求，很难应对企业业务流程的变更或重组，由于缺乏基于工厂数据模型的数据集成技术，系统的可配置性、可重构性、可扩展性较差，严重制约 MES系统的推广应用。（5）实时性不强MES作为面向制造车间的实时信息系统，实时性是实现MES功能的基础。现有系统缺乏准确、及时、完整的数据采集与信息反馈机制，在底层数据的实时采集、多源信息融合、复杂信息处理及快速决策等方面非常薄弱。（6）智能化程度不高MES中所涉及的信息及决策过程非常复杂，由于缺乏智能机制，现有MES大多只提供了一个替代经验管理方式的系统平台，通常需要大量的人工干预，难以保证生产过程的高效和优化。因此，迫切需要集中国内MES及相关领域的优势力量进行攻关，取得MES核心技术突破，形成MES软件研发及重大行业应用能力，解决长期制约我国制造业信息化发展的瓶颈问题，支撑相关行业的需求和发展。通过MES关键技术的突破及有关技术标准的制定，将有助于我国MES软件产业的形成与发展，MES的应用实施则有助于提升制造企业的核心竞争力，为完成“十一五”制造业的战略目标提供生产管理与控制的软件支撑平台。对于离散制造业，MES的实施将打通设计、管理和制造过程之间的数字化通道，提高数据传递的实时性、准确性和一致性，改变企业制造过程中由人工主导、效率低下的运作模式，改善对生产过程的管理与控制能力，提升我国制造业信息化的整体应用水平。MES产品在典型离散制造行业的重点应用，将满足这些行业对MES的特殊需求，为典型行业的信息化改造和数字化生产线建设提供必要的支撑，并形成具有行业特点的MES应用模式与解决方案，为MES的大面积推广奠定良好的基础。对于流程工业，利用以MES为核心的自动化系统技术来进行企业的现代化改造，使其成本、质量、品种和环境保护等各项技术经济指标达到国际先进水平，对提升流程企业的竞争力、节能降耗也是至关重要。2．国内的工作基础制造业是国民经济的支柱产业，它在国民经济发展中占有举足轻重的地位。随着市场呈全球化方向发展，特别是在我国加入WTO以后，中国正在成为世界制造业的中心。面对日益激烈的国内外竞争环境，如何迅速提高我国制造企业的核心竞争力，特别是合理配置企业资源和快速响应市场，是我国制造企业未来发展的重点和难点。以信息化促进企业的现代化，用信息技术改造传统的制造业，提升企业核心竞争力，是实现我国制造业整体跨越式发展重要途径。经过多年的积累和发展，我国企业的信息化建设和应用水平已经取到了较大进步。通过“八五”、“九五”、“十五”等一系列信息化工程的建设和实施，企业的信息化建设取得了长足的发展。在企业管理、产品开发和底层控制方面，企业都做了大量的富有成效的工作，引用和二次开发了许多应用软件，如CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM，MRP-II/ERP，SCM/CRM，等，这些软件广泛应用于制造企业的日常生产和企业管理中，使企业取得了明显的经济和社会效益。在多年的信息化建设中，生产过程管理一直是企业信息化建设中的一个薄弱环节。近年来，国内的冶金、石化、烟草等流程行业已经广泛地应用MES系统，但是在离散制造行业，MES的应用对象比较少，许多企业都是结合MRP-II/ERP的实施，通过派工单实现任务的分解和完成情况的统计。MES的主要工作，大多集中在MES理论研究、关键技术与解决方案、原型系统开发、以及少数的软件产品。2. 1 理论研究企业的生产过程和控制对象本身所固有的局部控制和分布式决策的特性，为Agent技术的提供了良好的应用空间。Agent能完成某种特殊功能的分布式计算机程序，它须具备如下关键熟悉属性：持续性、通信能力、自主性、可移动性、反应性、适应性和进化性、推理和规划能力。MAS（Multi-Agent System）技术在当时被认为生产过程中实现降低生产费用、生产分散化控制、自适应及处理复杂过程控制的一项关键技术，目前，人们从多个种角度出发，在MES系统中引入多种Agent类型，如管理Agent、加工任务Agent、资源Agent、监控Agent等等，这些研究成果为开发MES软件产品提供了一种新的思路，如：（1）西安交通大学的周光辉等在车间制造资源建模与集成方面提出了基于移动Agent的网络制造资源集成，利用移动Agent技术的资源封装和集成方案及框架，实现了在统一的Web浏览器界面下，完成对传统软硬件制造资源的重构和封装，以及网络化集成和信息共享；（2）同济大学的宋海生等提出了网络联盟企业中基于Web的MES体系结构，指出在分布式MES系统中，可以构成一个基于Web的Agent分布式制造环境，以制造单元协调电子生产经理为网络联盟企业运行的核心软件系统，以应用服务供应商（ASP）为运行模式，以浏览器/服务器为连接网络的方式，以作业计划和调度为核心，完成制造执行系统所要求的功能，实时与其它制造单元、协调电子生产经理通讯，实现异地生产信息的集成；（3）南京航空航天大学的曹江辉研究了基于UML的MES系统层次演化对象建模技术，提出一种基于软组件的MES系统体系框架，并对基于CORBA的制造执行系统的开发进行了深入研究；（4）南京航空航天大学的包振强博士和曹春平博士对基于多Agent的制造执行系统（I-MES）的关键技术进行了研究，在多个方面如基于多Agent的MES的控制结构、基于UML和Petri网的建模方法、基于遗传算法的动态调度、Agent 知识库和Agent冲突消解等进行了深入的研究；（5）中国科学院沈阳自动化所的于海斌等提出采用工作流、面向对象和多Agent技术进行可集成的制造执行系统（I-MES）的构建和原型系统的开发；（6）西北工业大学的和延立等提出了基干多Agent系统的制造资源集成框架，通过建立一个集成制造环境，以实现制造资源（包括车间制造资源）的有效利用和配置；（7）合肥工业大学的韩江等则针对产品提出了基于移动Agent的信息集成，并给出了一个基于校园网的应用案例；（8）清华大学自动化系国家CIMS工程技术研究中心周华等人基于Agent理论，提出了基于Agent模型、角色模型和特征模型实现重构的方法，建立了基于Agent模型、角色模型和特征模型的可重构制造执行系统；（9）清华大学的范玉顺等提出了在整个CIMS环境下基于过程集成的CIMS应用集成支持系统；清华大学何霆等构建了先进制造车间（AMS）计划调度的集成模型；（10）大连理工大学的刘晓冰教授基于制造执行系统理论和车间生产业务流程优化的设计思想，采用通用对象请求Agent结构和多Agent技术，提出了适用于制造行业的车间MES系统平台的体系结构和实施策略；（11）四川大学的郭文胜等提出基于多Agent的虚拟车间调度单元模型，并根据该模型设计了一种调度遗传算法；具体的应用上，有四川大学的王玲等提出了基于MRPⅡ的车间生产管理信息系统（SEW-MIS）的设计思想和建模方法；（12）华中科技大学李培根、张洁、饶运清等对MES敏捷化进行了研究，提出了基于Multi-Agent的敏捷化MES体系结构以及基于软计算理论的MES运行敏捷化机制与方法。&&& 在MES的理论研究中，大多来自国内高校的学者，研究重点是关于Agent的制造执行系统。综合上述的研究内容，可以把以Agent为核心实现MES软件功能的研究做如下的归纳总结：基于Agent的MES系统基于Agent的MES系统具有以下特点：1）较强的动态选择能力：由于Agent可使用声明地址方式，Agent可以根据声明动态的匹配，并选择多个可行的目标，所以无需服务请求者的直接参与。2）良好的可扩展性： 因为应用对象之间的相互关系是由Agent来管理的，所以改变Agent中的处理规则和应用对象在Agent中的映射关系，可以改变应用对象当前的关联状态，既可以被添加到Agent管理队列中，也可脱离Agent的管理。表现在MES系统中，就是既可以注册业务功能组件，也可注销业务功能组件，并且Agent中的各业务功能组件的相互关系也随之做出相应的调整，达到系统重构的目的。3）位置和实现的透明性：基于Agent的系统由于明确指明对象实现的引用，Agent之间不必关心相互的物理地址，因此，相对于直接基于组件的系统具有更好的位置和实现的透明性。4）丰富的问题表达能力：通过Agent中本体（ontology）的不同表达内涵，Agent可以表示不同的问题领域，并且与其他面向对象的重用方法相比，建模阶段比较简单。在MES中，可以按照执行功能将系统划分为通讯Agent、资源管理Agent、系统分析Agent、调度Agent、排产Agent等。在生产过程管理中，还可通过多Agent之间的协调，对异常事件（如设备故障、产品交货期提前和原材料未按时到货等情况）进行处理，为操作者提供决策的依据。（2）系统结构基于Agent的MES由六层结构组成，分别为Agent通讯层、系统支撑层、系统建模层、业务管理层、应用层和用户界面层。图2.1 基于Agent的MES软件架构&1）Agent通讯层它是MES平台的支撑部分，实现Agent之间的消息通讯。通讯Agent主要完成如下功能：· Agent消息的转换：对KQML属性进行格式转换，将请求Agent的以KQML字符串形式的消息格式转换为KQML属性对象，识别出请求和服务对象的名称、消息内容、所用语言、本体等信息。· Agent消息的选择：通过所管理的服务Agent在其上所注册的服务功能，并根据请求Agent的请求内容，分配服务Agent的相应处理方法。将内容、方法等信息作为操作的参数发送给指定的服务Agent组件接口处理，从而实现请求Agent和服务Agent之间的通讯。2）系统支撑层对MES系统组件库和Agent库里的功能组件及功能Agent进行管理。注册Agent负责各功能Agent的适用环境、功能范围、功能类别，以及对与功能Agent存在映射关系的功能组件列表的管理。当增加新的功能时，新开发出的组件或Agent必须经过注册Agent注册后，才能被系统建模Agent识别和使用，然后通过对系统功能的重新建模，满足客户需要或重构要求。3）系统建模层实现MES生产管理模型的建立，以及对业务生产过程的重组。系统建模Agent根据用户界面Agent获取用户需求，通过注册Agent选取所需的功能Agent和功能组件规划功能Agent和调度Agent的功能和范围，建立MES的功能模型。4）业务管理层调度Agent管理着系统中所有功能Agent所提供的能力和需求。在生产过程中，功能Agent之间的合作由调度Agent协调。调度Agent通过协调功能Agent实现相关生产业务过程的联动，实现MES的各功能模块之间的互操作，完成车间生产作业任务。同时，调度Agent通过与系统建模Agent之间的协作，改变功能Agent的处理规则和功能组件对功能Agent的映射关系，实现业务过程重构。5）应用层将系统功能模型映射为局部功能模型，通过功能Agent，对各功能Agent之间的先后执行次序的管理，实现局部生产过程，包括功能Agent和功能组件。MES可划分为多个功能Agent，包括系统管理Agent，计划Agent，调度Agent，物料Agent，设备、工装和工具管理Agent，人事管理Agent，NC、DNC等底层接口Agent，数据接口Agent和异常处理Agent等。上述Agent均放在Agent库由注册Agent统一管理。该层还包含各种功能组件，通过向功能Agent的映射，具体实现某一项车间生产业务。6）用户界面层用户界面Agent根据系统管理Agent规定的用户权限范围，从用户界面处获得添加新业务流程、业务流程重组或车间生产中的异常扰动等信息，利用已有的会话上下文，来匹配用户的输入，并根据规则，将信息经由通讯Agent传达给系统建模Agent、调度Agent或注册Agent等方法来处理。根据上述MES平台结构，当用户要求构建新的MES时，首先，用户界面Agent通过注册Agent提供的功能Agent和功能组件列表，分别从组件库和Agent库中选择出满足系统功能的组件和A然后，系统建模Agent规划功能Agent和调度Agent的功能，以及具体功能组件对功能Agent的映射关系，构成满足特定生产环境需要的MES。最后，调度Agent对同一业务活动相关的功能Agent进行管理，协调功能Agent活动，完成具体生产业务。（3）开发流程基于Agent的MES开发方法，首先通过对MES系统的功能模型的分析，规范业务组件和功能Agent的功能内容以及功能边界。将MES系统中相关联的生产业务活动封装起来，就构成一个功能组件，以具体实现某一项车间生产业务。如物料管理组件是将物料收入、物料检验和物料发出等过程封装起来构成的。完成某一业务过程的功能组件接口集映射到相应功能Agent中，如：物料管理Agent负责管理物料组件中的物料收入接口、物料检验接口和物料发出接口，由此建立系统的抽象模型，具体开发流程如图2.2所示。&&&&&&&& 图2.2基于Agent的MES软件开发流程2. 2 关键技术实现（1）MES系统集成MES系统作为企业计划层与车间控制层之间的信息化系统，在这两层中的多个系统之间起着上传下达的作用，是企业管理活动与生产制造活动之间的信息桥梁。作为计划和控制层之间桥梁，MES不仅把计划层数据进行处理后下达到控制层，还要把控制层的数据处理汇总后，上传到计划层。三层中的多个系统的数据集成，才能保证管理者准确、及时地掌握企业的生产和经营状况。目前，不同系统之间实现数据集成的方法主要有中间文件转换，数据复制、数据聚合、API接口、XML、数据集成平台等多种几种方式：1）中间文件转换&&& 将数据从源数据库中导出，形成一个中间文件，然后将这个一个中间文件包含的数据导入到目标数据库中，这是信息化建设初级阶段最常用的方法。数据复制数据复制应用在同构的数据库中，保持数据在不同数据模型中的一致性。数据复制中，需要建立不同数据模型中数据转化和传输的机制及关系，以屏蔽不同数据模型间的差异。在此基础上，将数据从源数据库中抽取和导入到目标数据库中，采用数据复制方式，实现系统集成。3）数据聚合数据聚合是一种将多个数据库和数据库模型即成为一种统一的数据库视图的方法，聚合的过程可以看成构建一个虚拟数据库的过程，而此虚拟数据库包含了多个实际存在的数据库。这个构建的过程对于处于数据库以外的应用层的各具体应用的用户来}