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　　在以ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）為代表的企業(yè)信息化深入發(fā)展中，許多企業(yè)特別是商業(yè)企業(yè)受益匪淺。然而眾多的制造企業(yè)卻沒有那么幸運，甚至遭遇不同程度的失敗。這一現(xiàn)象并非我國獨有，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家也是如此。美國ARC公司調(diào)查結(jié)果顯示，53％的客戶反映ERP在企業(yè)生產(chǎn)中存在以下問題：重復(fù)投入、高成本、信息冗余、“信息孤島”、各系統(tǒng)的信息無法相互理解。仔細(xì)分析這些現(xiàn)象的原因，可以發(fā)現(xiàn)：以ERP為代表的企業(yè)管理信息系統(tǒng)缺乏車間生產(chǎn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的支持，從車間底層到企業(yè)上層信息是脫節(jié)的；部分企業(yè)甚至沒有生產(chǎn)現(xiàn)場的信息，即使有其信息也是滯后或失真的；并且上下層系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，描述方法不一致，各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無法相互理解，不適應(yīng)企業(yè)信息系統(tǒng)集成的需要。應(yīng)此需要將信息化工程向生產(chǎn)車間推進(jìn)，實現(xiàn)企業(yè)管控系統(tǒng)集成，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）的實施為解決這一問題提供了可能。

1  MES簡介

　　MES在1990年由AMR（Advanced Manufacturing Research）組織提出并使用，是將制造業(yè)管理系統(tǒng)（例如MRPⅡ/ERP/SCM等）和控制系統(tǒng)（例如DCS、SCADA、PLC等）集成在一起的中間層，是位于管理層與控制層之間的執(zhí)行系統(tǒng)。MES是一個特定集合的總稱，包括一些特定功能的集合以及實現(xiàn)這些特定功能的產(chǎn)品。MES也不是一個特定行業(yè)的概念，而且應(yīng)用于各種制造業(yè)的重要信息系統(tǒng)。MES的任務(wù)是把管理系統(tǒng)的指令傳達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場，并將生產(chǎn)現(xiàn)場的信息及時收集、上傳和處理，是上下兩層之間信息的傳遞系統(tǒng)。

　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、功能組件化、模塊化的原則，MESA（Manufacturing Execution System Association International，制造執(zhí)行系統(tǒng)國際聯(lián)盟組織）于1997年提出了著名的MES功能組件和集成模型。該模型主要為11個功能模塊[1]：

    (1) 生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控；

    (2) 作業(yè)計劃和排產(chǎn)；

    (3) 工藝規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)管理；

    (4) 數(shù)據(jù)采集；

    (5) 作業(yè)員工管理；

    (6) 產(chǎn)品質(zhì)量管理；

    (7) 過程管理；

    (8) 設(shè)備維護(hù)；

    (9) 績效分析；

    (10) 生產(chǎn)單元調(diào)度；

    (11) 產(chǎn)品跟蹤。

    AMR組織把遵照這11個功能模塊的整體解決方案稱為MESⅡ（Manufacturing Execution Solution）。

    MES是一個龐大的系統(tǒng)，在實施過程中難度大，成本高，成功率低，沒有成熟的基本理論支持，主要表現(xiàn)在：沒有統(tǒng)一的管控系統(tǒng)集成技術(shù)術(shù)語、信息對象模型、活動對象模型和信息流的基本使用方法，用戶、設(shè)備供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商三者間的需求交流困難，不同的硬件、軟件系統(tǒng)集成困難，集成后的維護(hù)困難。針對這些問題，還需要在MESA功能模型的基礎(chǔ)上，研究和開發(fā)相應(yīng)的MES應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用于描述和標(biāo)準(zhǔn)化這類軟件系統(tǒng)。

2  OAGIS標(biāo)準(zhǔn)

　　OAGIS是由OAG（Open Applications Group）為企業(yè)信息系統(tǒng)集成而提出的商務(wù)語言標(biāo)準(zhǔn)。OAG是一個由企業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)商和用戶所組成的開放式非盈利性組織，其成員包括Oracle，PeopleSoft，Boeing等公司。OAGIS定義了一系列業(yè)務(wù)對象及應(yīng)用場景，滿足OAGIS標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間可以方便地實現(xiàn)集成和互操作，提高了軟件的即插即用能力。OAGIS是世界上應(yīng)用最多的商務(wù)語言標(biāo)準(zhǔn)，它也包含了MES與ERP、 PDM等系統(tǒng)之間集成的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此在MES系統(tǒng)的開發(fā)中可以遵守OAGIS標(biāo)準(zhǔn)，以提高制造業(yè)信息系統(tǒng)的集成能力。

　　OAGIS基于XML語言，它的基本思想是將企業(yè)信息系統(tǒng)之間的集成看作系統(tǒng)之間業(yè)務(wù)對象文檔（XML文檔）的傳遞，例如裝飾布生產(chǎn)企業(yè)CAD系統(tǒng)與MES系統(tǒng)之間傳遞的產(chǎn)品設(shè)計單。OAGIS對業(yè)務(wù)對象作出了規(guī)定，業(yè)務(wù)對象文檔中封裝了系統(tǒng)之間傳遞的數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的處理要求，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由應(yīng)用區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)組成。應(yīng)用區(qū)包含系統(tǒng)發(fā)送業(yè)務(wù)對象文檔所需要的信息，如創(chuàng)建業(yè)務(wù)對象文檔系統(tǒng)的標(biāo)示符、邏輯位置、創(chuàng)建時間、身份認(rèn)證等信息；數(shù)據(jù)區(qū)包含業(yè)務(wù)處理所需的數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的處理要求。OAGIS針對各種集成場景共定義了近200種業(yè)務(wù)對象文檔，并提供了一種擴展機制，用戶可根據(jù)需要對業(yè)務(wù)對象文檔的內(nèi)容進(jìn)行擴展[2,3]。

　　OAGIS定義了一系列業(yè)務(wù)對象集成場景，集成場景是對企業(yè)信息系統(tǒng)進(jìn)行集成的一個參照模型，每個集成場景都描述了集成的目標(biāo)，參與集成的系統(tǒng)以及系統(tǒng)之間交換的信息。以下是幾個MES與ERP等企業(yè)管理信息系統(tǒng)集成的部分場景。

(1)  ERP與車間計劃集成場景。該場景是ERP系統(tǒng)、車間級生產(chǎn)計劃制定系統(tǒng)、生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)、車間級生產(chǎn)能力分析系統(tǒng)之間的集成場景。在該場景中，生產(chǎn)能力分析模塊根據(jù)ERP系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)指令進(jìn)行生產(chǎn)能力分析，車間級生產(chǎn)計劃制定系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)指令和生產(chǎn)能力分析結(jié)果，制定生產(chǎn)計劃并發(fā)往生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)。

(2)  設(shè)計變化集成場景。該場景是PDM、ERP和MES之間的集成場景，PDM中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，ERP和MES中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)也進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

(3)  工藝數(shù)據(jù)同步集成場景。在該場景中，制造工藝數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，MES中的數(shù)也相應(yīng)更新。

(4)  生產(chǎn)同步集成場景。對MES以及其它系統(tǒng)中的生產(chǎn)指令數(shù)據(jù)進(jìn)行同步和更新。

(5)  在制品統(tǒng)計集成場景。對ERP、MES以及其它系統(tǒng)中的在制品數(shù)量進(jìn)行確認(rèn)。

(6)  人力資源集成場景。在該場景中，ERP系統(tǒng)中的人力資源管理模塊從MES中獲取工人的工作時間和工作日程安排等信息，MES從人力資源管理模塊獲取工人的個人信息。

(7)  設(shè)備維護(hù)集成場景。在設(shè)備維護(hù)模塊與其它模塊之間傳遞設(shè)備維護(hù)信息。

3  S95標(biāo)準(zhǔn)

3.1  S95標(biāo)準(zhǔn)概述

　　應(yīng)用OAGIS可以實現(xiàn)MES與上層管理信息系統(tǒng)的集成，但并不能用于MES與車間底層控制系統(tǒng)之間的集成，而S95標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)就是實現(xiàn)MES與上層管理信息系統(tǒng)、下層車間控制系統(tǒng)之間的集成。S95是ISA（美國儀器、系統(tǒng)、自動化協(xié)會）制定的“企業(yè)―控制系統(tǒng)集成"標(biāo)準(zhǔn)的簡稱。包括以下六個部分：模型和術(shù)語、對象模型屬性、制造業(yè)務(wù)管理活動模型、制造業(yè)務(wù)管理對象模型和屬性、商務(wù)到制造的事務(wù)處理、制造業(yè)務(wù)管理的事務(wù)處理。其中第一、二部分已成為ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)局）和IEC/ISO（國際電工委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）標(biāo)準(zhǔn)，第三、四、五部分正在制定過程中，第六部分尚處于構(gòu)思階段。S95的最大貢獻(xiàn)在于統(tǒng)一了管控系統(tǒng)集成的術(shù)語、信息對象模型及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、活動對象模型。

　　參加S95起草和討論的工作組成員共有190人，其中獨立專家、應(yīng)用機構(gòu)和開發(fā)機構(gòu)各占約1/3。在應(yīng)用機構(gòu)和開發(fā)機構(gòu)名單中，大部分是國際上著名的制造業(yè)、過程業(yè)和自動控制系統(tǒng)公司代表，如DoPont，HP，IBM，ABB，Siemens，Honeywell，SAP，Rockwell，Emerson，Invensys，GE，UC，Microsoft，Nestle，Shell，Yokogawa等等，具有相當(dāng)?shù)拇硇院蜋?quán)威性。特別是國際上眾多的自動化控制系統(tǒng)公司參加了S95工作組，說明了當(dāng)前控制界對企業(yè)信息化和系統(tǒng)集成的關(guān)注程度。

3.2  S95標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)

　　S95以美國普度大學(xué)的企業(yè)參考結(jié)構(gòu)（PERA）為基礎(chǔ)，將企業(yè)功能結(jié)構(gòu)分為五層，即：第4層的商業(yè)計劃和后勤系統(tǒng)，第3層的制造操作和控制系統(tǒng)，第2、1、0層的控制系統(tǒng)，S95主要是解決第4層與第3層的接口和第3層中的制造業(yè)務(wù)活動，它包括對信息系統(tǒng)任務(wù)、制造任務(wù)、人的任務(wù)以及這三者之間相互關(guān)系的建模。S95采用了普度大學(xué)CIM 數(shù)據(jù)流模型，以PERA中的功能模型作為研究起點。

　　ISA在1988年為批量生產(chǎn)制定了術(shù)語、模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，即S88標(biāo)準(zhǔn)。S95標(biāo)準(zhǔn)參考了S88標(biāo)準(zhǔn)中的物理結(jié)構(gòu)模型和產(chǎn)品定義、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)能力四種信息流。將物理結(jié)構(gòu)模型分級為：企業(yè)、地點、區(qū)域、生產(chǎn)線/設(shè)備單元（或過程單元/零部件，或生產(chǎn)單位）。其中企業(yè)、地點級對應(yīng)第4層的活動范圍，區(qū)域、生產(chǎn)設(shè)備對應(yīng)第3層的活動范圍。

　　S95標(biāo)準(zhǔn)中的第三部分，即制造業(yè)務(wù)管理活動模型，是MESA的制造功能模型的進(jìn)一步發(fā)展。

3.3  S95標(biāo)準(zhǔn)中的信息流和對象模型

　　S95將企業(yè)和控制系統(tǒng)所需交換的31種信息流歸為4類：產(chǎn)品定義信息，描述如何制造一個產(chǎn)品；生產(chǎn)能力信息，說明需要的和可獲得的生產(chǎn)資源的容量和能力；生產(chǎn)計劃信息，說明何時何地生產(chǎn)何物以及需要何種資源；生產(chǎn)性能信息，說明生產(chǎn)了什么，消耗了什么資源，也包括了所有商業(yè)系統(tǒng)所需要的生產(chǎn)產(chǎn)品的反饋信息。

　　S95采用UML（Unified Modeling Language）建立了4類9大對象模型，分別是：資源信息中的人員模型、設(shè)備模型、材料模型、過程段模型；能力信息中的生產(chǎn)能力模型、過程段能力模型；產(chǎn)品定義信息的產(chǎn)品定義模型；生產(chǎn)信息中的生產(chǎn)調(diào)度模型和實績模型[4,5]。

　　S95的第三、四部分定義了制造車間（第3層）中的8類活動模型：定義管理、資源管理、詳細(xì)計劃、調(diào)度、執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集、分析與追蹤，以及這些活動模型之間的數(shù)據(jù)流。這些活動模型主要用于生產(chǎn)控制、設(shè)備維護(hù)、質(zhì)量保證、庫存管理等業(yè)務(wù)管理。從原材料、能源和信息到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換過程中，這些活動對成本、數(shù)量、安全和時間等參數(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)、指導(dǎo)和追蹤。圖1是生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)的管理活動模型[6,7]。

　　S95的第五部分定義了從商務(wù)到制造的信息交換，包括請求/應(yīng)答式和發(fā)布/訂閱式兩種數(shù)據(jù)傳輸模型；確定了數(shù)據(jù)傳輸模型中的信息內(nèi)容，如圖2所示；定義了各名詞對象與動詞的對應(yīng)關(guān)系[8]。