流程工业MES的现状与发展

1、流程工业业MESS的现状状与发展展摘要要制造执执行系统统MESS 是流流程工业业现代集集成制造造系统CCIMSS 中的的关键环环节,是在近近20 年发展展起来的的新型企企业生产产管理系系统。本本文首先先介绍了了MESS 系统统的发展展背景,随后阐阐述了MMES 系统的的功能架架构,并在此此基础上上探讨了了MESS 系统统的软件件架构,最后介介绍了国国内外现现有的MMES 系统产产品以及及MESS 系统统今后的的发展方方向。关键词词MESS 系统统;分布式式软件架架构;协同制制造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、制造执行行系统(Mannufaactuurinng EExeccutiion Sysstemm)是上上个世纪纪80 年代开开始出现现的一种种新型的的企业生生产管理理系统。它作为为现代集集成制造造系统CCIMSS的关键键,在企业业资源计计划ERRP 层层和过程程控制系系统PCCS 层层中间,起到了了承上启启下的核核心作用用。MEES系统统融合了了先进的的信息技技术和网网络技术术,为实现现敏捷制制造和网网络制造造提供了了先进的的信息处处理平台台。1 MEES 系系统的背背景1. 11 制制造业信信息化的的背景自上世纪纪末开始始,世界经经济的全全球化趋趋势越来来越明显显,市场瞬瞬息万变变,企业间间的

5、竞争争越来越越激烈,为应付付多变的的市场需需求,企业对对于自身身的信息息化要求求也日益益紧迫。随着计计算机技技术和网网络技术术的不断断发展,使得建建立分布布式的企企业信息息系统成成为可能能。国内内外许多多大型流流程制造造企业纷纷纷投入入大量人人力、物物力和财财力,构建企企业级或或集团级级的信息息化系统统,即现代代集成制制造系统统(CIIMS) ,并并以此为为手段提提高企业业在激烈烈的市场场竞争中中的应变变能力和和创新能能力。在在欧美和和日本等等发达国国家,众多大大型流程程工业企企业成功功实施了了CIMMS 计计划,推动了了流程工工业整体体CIMMS 应应用水平平的提高高。在新新的世纪纪,许多国

6、国家都将将制造系系统集成成技术列列入了跨跨世纪战战略计划划。如美美国的“敏捷制制造使能能技术研研究战略略计划”与“国家工工业信息息基础设设施协议议NIIIIP”计划,欧盟的的“第四届届框架研研究计划划”和日本本的“智能制制造系统统计划”等。同同时,许多跨跨国公司司应用现现代集成成制造系系统实现现了设计计、制造造、管理理、经营营一体化化,加强了了他们在在国际市市场的垄垄断地位位。如美美国波音音公司在在实施了了集成制制造系统统后使波波音7777 的的开发周周期从889 年缩缩短到44.5年年,成本降降低了225 % ,返返工率降降低了775 %;通用用汽车公公司应用用了现代代集成制制造技术术后,轿

7、车的的开发周周期从44 年缩缩短到22 年,碰撞试试验由原原来的1100 多次降降低到550 次次;美孚石石油公司司应用先先进的综综合自动动化技术术后,企业效效益提高高5 %8 % ,劳劳动生产产率提高高10 %15 %。韩韩国浦项项在3 年时间间内实施施了PII (PProccesss Innnovvatiion)工程,典型产产品的交交货期从从30 天缩短短到144 天。由此可可见,集成制制造技术术已成为为带动制制造业发发展的重重要推动动力。进入新的的世纪,信息技技术特别别是网络络技术的的快速发发展,促进了了全球信信息化。经济全全球化和和制造网网络化是是本世纪纪制造业业发展的的主要趋趋势与重

8、重要特征征。1. 22 现现代集成成制造系系统的发发展背景景现代集成成制造系系统通过过追踪生生产信息息流来实实现对企企业的全全面控制制和管理理,经过几几十年的的理论和和实践发发展,它的系系统结构构已经逐逐步摆脱脱了完全全按照物物理层次次划分并并配置系系统的传传统模式式,朝着一一种更加加简单合合理的综综合模式式发展,如图1 所示。新的系统统结构按按照任务务的要求求和功能能的分担担进行配配置。在在新的系系统结构构中,其核心心功能是是处于中中间层的的MESS 系统统,它是一一个承上上启下的的功能层层。为了全面面实施CCIMSS 的建建设,单纯依依靠提高高设备控控制的自自动化水水平和增增强企业业管理并

9、并不能解解决全部部问题,在设备备和过程程控制与与企业EERP 系统之之间存在在着生产产过程监监控管理理一体化化的功能能需求,即要实实现从PPCS 层的毫毫秒和秒秒级信息息到ERRP 层层的日、周、月月级信息息之间的的转换和和沟通1 ,以填补补传感器器到ERRP 之之间的“沟壑”,完成过过程信息息与管理理信息的的双向集集成,这就是是MESS 系统统的功能能,如图2所示。从图2 中可以以看出,MESS 系统统的主要要任务是是将PCCS 系系统中的的生产实实际状况况经过分分析和汇汇总及时时反馈回回ERPP 中,同时将将ERPP 中产产生的生生产订单单转化为为生产实实际操作作数据并并交PCCS 系系统

10、完成成,其中主主要包括括生产计计划的一一体化编编制和处处理、生生产过程程动态优优化调度度、生产产成本的的在线预预测和优优化控制制、生产产流程的的质量控控制和跟跟踪、生生产设备备的在线线状态检检测和故故障诊断断。许多完成成了ERRP 系系统的企企业发现现缺少MMES系系统的支支撑, ERPP 系统统很难用用来指导导生产实实际。在国家“十五”8633 战略略目标论论证报告告中指出出,现代集集成制造造系统(CIMMS) 主题的的一个主主要研究究任务就就包括生生产过程程执行系系统(MMES) 。因因此,MMES 系统是是企业实实施CIIMS 的关键键,是使CIIMS 系统发发挥作用用的基础础和保证证。

11、2 企企业MEES 系系统功能能架构从图1 中可以以看出,MESS 系统统主要完完成原来来属于车车间管理理级和工工厂管理理级的任任务,根据国国际MEES 协协会MEESA 的定义义,MEES 系系统的主主要功能能包括111 个个方面2 ,如图3 所示。这111 个方方面基本本上囊括括了所有有的生产产管理要要素,这些功功能的取取舍取决决于特定定的企业业环境和和期望的的产出效效益。1) 资资源配置置与状态态跟踪。对所有有的生产产资料进进行管理理,包括机机器、工工具、劳劳工技能能、材料料等等,使其井井然有序序,随时可可以投入入运转。同时记记录资源源的各种种历史信信息,以保证证生产设设备的配配置,并对

12、设设备的实实时状态态信息进进行跟踪踪。2) 工工序/ 细节调调度。根根据生产产单元的的优先级级、属性性、特征征,对生产产工序进进行优化化,使生产产资源配配置的变变化降到到最低。3) 生生产计划划和调度度。制定定生产计计划,并以任任务、工工单、批批次、订订单等形形式下发发给各生生产单元元。可以以根据生生产实绩绩实时调调整原始始计划,产生新新的调度度信息。4) 文文档控制制。对所所有与生生产单元元有关的的资料进进行管理理,包括工工作指令令、图纸纸、配方方、标准准操作流流程、设设计变更更、产品品记录以以及ISSO 信信息等,并进行行历史数数据的存存储。5) 数数据采集集/ 获取取。实时时采集生生产数

13、据据,记录生生产单元元的各种种参数,并保存存在相应应的表格格和记录录中。数数据可以以由人工工录入和和从设备备中自动动采集。该功能能需向外外提供一一个接口口,以便其其它应用用可以通通过它获获得生产产实时数数据。6) 人人力资源源管理。记录员员工的考考勤以及及专业技技能,提供员员工的实实时状况况记录,同时与与资源配配置功能能交互,以产生生最优配配置。7) 质质量管理理。提供供生产的的实时分分析,保证严严格的产产品质量量控制,发现潜潜在的质质量问题题。对出出现的质质量问题题进行诊诊断、分分析,并提出出改进方方法,包括SPPC/ SQCC 的在在线跟踪踪和离线线分析功功能。8) 过过程管理理。对生生产

14、过程程进行监监视,自动纠纠正或提提示操作作人员纠纠正生产产中的纰纰漏,提供报报警管理理以及MMES 系统与与智能设设备的接接口。9) 维维护管理理。跟踪踪并指导导生产,以维护护设备和和工具,对突发发问题作作出快速速响应。建立历历史事件件和故障障记录数数据库,协助完完成故障障诊断。10) 产品跟跟踪与记记录。提提供可视视化的跟跟踪手段段,监视产产品的状状态及用用途。跟跟踪信息息包括加加工者、原料供供应者、批号、序列号号、当前前产品状状态、报报警信息息、返工工及异常常情况。通过跟跟踪信息息可以追追溯生产产历史以以及产品品最终用用途。11) 性能分分析。对对生产实实绩和历历史信息息进行分分析,以得到

15、到现实生生产状况况的效果果,并与预预计的效效果进行行比较。3 MEES 系系统的分分布式软软件架构构作为企业业应用软软件,MMES 系统应应具有分分布式的的软件架架构。随随着网络络技术的的发展和和应用需需求的变变化,分布式式应用软软件的架架构逐渐渐由原来来的2层C/ S 架架构转化化为3 层或多多层分布布式架构构,如图4所示。在新的架架构中,所有复复杂的业业务逻辑辑和大量量的计算算工作被被编写为为组件安安装在中中间层的的应用服服务器中中,这部分分功能在在2 层C/ S 架架构中主主要是在在客户端端完成。将复杂杂的逻辑辑和计算算功能从从原来的的客户端端分离出出来,形成中中间层应应用服务务器,有3

16、 个主主要益处处:1) 提提高了系系统的可可扩展性性。原来来的2 层C/ S架构构中能够够容纳的的客户端端的多少少,很大程程度上取取决于数数据服务务器的性性能;在3 层架架构中,每台应应用服务务器可以以挂接多多个客户户端,当客户户端数目目超过单单台应用用服务器器的能力力限制后后,可以增增加新的的应用服服务器,同时在在多台应应用服务务器之间间采用负负载均衡衡技术,这样就就大大提提高了整整个系统统的可扩扩展性。2) 提提高了系系统的可可维护性性。原来来的2 层C/ S架构构中,如果后后台数据据库结构构或业务务逻辑发发生了变变化,那幺客客户端的的程序必必须做出出相应调调整;在3层架构构中,客户端端不

17、直接接与数据据库交互互,所有的的业务逻逻辑都放放在了中中间层应应用服务务器上,一旦数数据库结结构或业业务逻辑辑发生了了变化,只需要要修改相相关的业业务逻辑辑组件,而客户户端无需需任何改改动,大大降降低了系系统的维维护成本本。3) 增增加了系系统的可可复用性性和灵活活性。由由于业务务逻辑被被编写为为相对功功能独立立的组件件,因此新新的MEES 系系统只需需要重写写原来系系统中与与新用户户需求不不相符的的部分,而大量量功能近近似的组组件可以以复用,降低了了开发新新系统的的成本。另外,3 层层架构对对基于浏浏览器、客户端端的应用用模式也也提供了了更好的的支持,增加了了系统的的灵活性性。当然,分分布式

18、33 层或或多层架架构的软软件,对编程程人员提提出了更更高的要要求,并且在在客户端端需要大大量数据据的情况况下,对系统统的效率率也提出出了更高高的要求求。分布式33 层或或多层架架构对系系统的构构成方式式也提出出了以组组件为基基础的新新要求,OMGG的CORRBA、微软的的COMM/ DDCOMM/ CCOM + 和和SUNN 的EJBB 是3 种可可供选择择的分布布式组件件标准。目前常常见的企企业分布布式应用用软件架架构有22 种:*微软的的Winndowws DDNA 架构;*基于JJavaa 的Sunn 公司司的J22EE。目前国外外几种MMES 软件大大都是采采用了微微软的技技术, 西

19、门子子的SIIMATTIC IT , WWONDDERWWAREE 的FacctorrySuuitee20000 和和CAMMSTAAR 的的InSSiteeLivve 都都采用了了微软的的COMM/ DDCOMM标准。4 国国内外MMES 软件产产品现状状目前提供供MESS 产品品的公司司主要是是国外公公司,其中包包含了主主要MEES 功功能的产产品有: 西门门子的SSIMAATICC ITT , WONNDERRWARRE 的的FacctorrySuuitee20000 ,CAMMSTAAR 的的InSSiteeLivve ,CIMMNETT 的Facctellliggencce ,以及法

20、法国阿尔尔斯通公公司的MMES 等。西西门子公公司提供供的MEES 产产品SIIMATTIC IT 的功能能最全,基本上上包括了了所有的的MESS 功能能,它的组组织结构构由框架架(Frramee2worrk) 、功能能组件(Commponnentts) 、工业业套件(Suiitess) 33部分组组成,其中框框架部分分主要提提供了应应用开发发工具、建模工工具和各各种接口口适配器器,功能组组件部分分提供了了所有对对应MEES 功功能的模模块,工业套套件则是是专门为为特定的的工业领领域,如离散散制造企企业、冶冶金企业业、食品品饮料和和制药企企业提供供的专门门套件。WONDDERWWAREE 公司

21、司的MEES 产产品FaactoorySSuitte20000 不像西西门子的的产品提提供了完完整的MMES 功能,它的产产品只提提供了部部分MEES 功功能,包括产产品跟踪踪、质量量管理等等,更多的的模块,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 产产品的公公司之一一,也是MEES 协协会的最最早成员员之一,它的MEES 产产品InnSitteLiive 也只提提供了部部分MEES 功功能,包括工工作流程程管理、物料跟跟踪、资资源管理理等, 其外延延产品LLiveeVIEEW, LivveCOONNEECT ,LiiveSSYNCC ,LLiveeRELLAY,LivveALLERTT 提供供了更多多协同制制造的功功能。国内目前前还没有有比较成成熟的MMES 产品,只有宝宝信公司司的MEES 产产品宝信信MESS、冶金金自动化化研究设设计院的的MESS 产品品AriiMESS 在开开发中。5 MEES 的的发展趋趋势在早期国国际MEES 协协会MEESA 的描述述中,MMES系系统功能能主要分分为核心心功能模模块和外外围功能能模块22 部分分。以生生产