摘要：美国先进制造研究机构AMR将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”。通过传统的MES时期和可集成的MES时期两个发展时期。由于MES的多样性、复杂性、特殊性以及特定行业的需要性，MES在国内市场已经出现较大的需求和商机。 关键词：MES；人工智能；模型；应用。
从上个世纪80年代中期到现在的20年来，世界各个国家纷纷推出了国家级的先进制造技术发展计划，包括中国的863/CIMS 主题计划。在这些计划中，计算机集成制造（CIM）理念正是其重要组成部分，而管理系统和控制系统的集成又是其中特别而又关键的部分。从80 年代末90 年代初，美国在总结MRPⅡ实施成功率较低的教训并吸收日本准时制生产系统（JIT）经验的基础上，提出既重视计划又重视执行的管理新思想，此时将计划与制造过程统一起来、将管理系统和控制系统统一起来的制造执行系统（Manufacturing Execution System，简称MES）应运而生。 对于一个企业来说，完整的、能够引导其保持长期的业务利益和价值的企业信息系统，必须是控制、制造执行系统MES和企业规划系统ERP管理信息系统三者协同作用的整合。目前，由于管理信息系统往往仅仅注重于企业的销售、采购、库存、财务等部分，缺乏生产管理、调度功能，导致与自动化控制系统成为各自独立的系统，成为各自为政的“信息化孤岛”。作为CIMS的中心环节，生产执行系统MES在整个
CIMS中起到承上启下的作用，是生产活动与管理活动信息的桥梁，是CIMS技术发展的关键。
1、MES的定义
美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）将MES 定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，MES为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等方面）的当前状态信息。AMR继1990年提出MES概念后，1992年又紧接着提出MES三层模型，如图1所示。
图1 AMR的企业三层集成模型
制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，MESA）也给MES 做出定义：“MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生
产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，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。”
从上述概念中，可以看出在管理信息系统、MES以及底层系统之间的信息流通情况，如图2所示。
图2 MRP/MES/控制系统三者信息交互
基于MES的功能和在各个层次之间传递的信息来看，MES可以为企业及时提供生产实时信息、优化生产、提高生产效率、优化资源配置的作用。
2、发展历程
MES概念虽然到上世纪90年初才出现，但在70年代末的时候，西方发达国家部分企业已经出现具有MES功能系统的端倪。在开发MES方面，要首数西门子公司。
Mannesmann钢管厂和钢板厂是西门子最早的客户之一，1975年Mannesmann 委托西门子开发具有MES的功能的管材管理系统，其他功能由西门子逐步完善。在国内，应用最早的要数上海宝山钢铁公司。1992年，西门子取得的宝山冷轧带钢厂和1994年的宝山热轧带钢厂MES订单，这是中国最早的MES系统。
MES的发展大概可以分为两个时期和三个阶段：
（1）上世纪70年代末——上世纪90年代末，传统的MES（Traditional MES，T-MES）时期。
该时期的MES大体上可以分为两大类，即前两个阶段：专用MES系统（Point MES）和集成MES系统（Integrated MES）。前者是为了解决某个特定领域的问题而设计和开发的自成一体的系统，例如某个企业的车间维护、生产监控等；而后者起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的，目前已拓
展到许多领域，如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。前者能够为某一特定环境提供最好的性能，却常
常难以与其它应用系统集成。集成的MES，比专用MES迈进了一大步，具有很多优点：如单一的逻辑数据库、系统内部具有良好的集成性、统一的数据模型等等。（2）本世纪初——，可集成的MES（Integratable MES，I-MES）时期。
该时期的MES能将模块化应用组件技术应用到MES的系统开发中，是两类
T-MES系统的结合。从表现形式上看，具有专用的MES系统的特点，即I-MES中的部分功能作为可重用组件单独销售；同时，又具有集成的MES的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，I-MES还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和遗产系统的保护，以及即插即用等功能。
3、MES模型
MES定位模型
MES作为面向制造的系统必然要与企业其他生产管理系统有密切关系，MES 在其中起到了信息集线器（Information Hub）的作用，它相当于一个通讯工具为其他应用系统提供生产现场的实时数据。其
定位模型如图3所示。从图3中可看出，MES与其他分系统之间有功能重叠的关系。例如，MES，CRM，ERP中都有人力资源管理，MES和PDM两者都具有文档控制功能，MES和SCM中也同样有调度管理等等。各系统重叠范围的大小与工厂的实际执行情况有关，但每个系统的价值又是唯一的。
图3 MES定位模型
MES功能模型
国际MES协会（MESA）给出MES的11个主要的功能模块，其一般功能模型如图4所示。但实际应用中的产品可能是只包含其中一个或几个功能模块。
图4 MES一般功能模型
4、MES技术特点
目前在流程工业MES中，使用有十几种主要技术，大致如下：生产过程数据挖掘与知识获取技术、复杂工业系统的智能建模技术、高级控制技术、生产过程成本控制技术、生产过程计划调度的流程模拟技术、物流仿真以及控制与管理技术、基于知识的生产过程支持技术、异常生产过程运行智能体技术、基于工艺目标和经济指标的在线智能优化技术、重大设备在线故障诊断/预报/维护支持技术、统计过程/质量控制技术、基于事例的推理技术、智能实时调度技术、演化计算技术。
事实上上述技术不仅仅是MES、所特有。在管理决策系统和生产控制系统进行系统集成的时候，MES的引入，能够将上述技术更加有机的系统的进行综合运用。由于MES在上层系统和底层系统之间起着承上启下的桥梁作用，所以在技术上也更倾向于怎么样来实现该作用。目前有两种基本技术模型。
当前的MES技术模型
一直以来，通过MES将各个系统进行有机集成的方法基本上是通过API来实现，API即应用程序接口（Application Programming Interface），是一些用C语言编写的由操作系统自身调用的函数，用来控制Widows 的各个部件的外观和行为。MES中通过API来实现信息在各个层次和各个系统之间的传输和交互。
图5 当前MES技术模型
展望中的MES技术模型
人工智能概念引入MES中，极大的促进了该类系统的技术改进。在展望中的MES的技术模型中，引入人工智能中的Agent来代替当前模型的API，是对系统集成的一个极大的进步。Agent原意是代理人，人工智能中Agent是一个能够根据它对其环境的感知从而控制其自身的决策和行为的程序。在MES技术模型中使用Agent代替API，意味着使用一种智能程序来代替过去和现在使用的简单函数来集成系统。这意味着系统之间的集成更系统、更能有机的融合、系统对外部的响应更加智能化。
图6 展望中的MES技术模型
两种MES技术模型的分析
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议