8 一个自治节点它不仅要实现计划在车间的执行以及车间管理和对制造过程及设备控制的一体化操作而且还要成为整个制造系统中的虚拟资源以满足敏捷制造环境下面向任务的动态可重构的要求
在对支持网络化制造的MES 系统研究方面我国的起步较晚
与国外相比还有较大差距
但近年来在国家863/CIMS 主题等国家项目的支持下在相关技术领域进行了卓有成效的研究亦取得了不少成果 在MES 网络化方面同济大学的宋海生等[33]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南京航空航天大学的曹江辉等[40]基于企业内部网MRPII PDM 与MES 集成以及通信方面提出了基于CORBA 的MES 的实现方法
在车间制造资源建模与集成方面西安交通大学的周光辉等[31]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中国科学院沈阳自动化所的于海斌等[5]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 的构建和软件系统的开发
西北工业大学的和延立
等[41][42]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的有效利用和配置合肥工业大学的韩江等[30]针对产品提出了基于移动Agent 的产品信息集成并给出了一个基于校园网的实施案例华中科技大学CIMS 中心的饶运清提出了基于多Agen 和CORBA 技术的车间制造资源封装建模[61]在支持网络化制造的制造过程管理方面清华大学的范玉顺等[43]提出了在CIMS 环境下基于过程集成的CIMS 应用集成支持系统南京航空航天大学的周万坤等[44]提出了基于
物料清单的制造过程工作流模型等 总之国内在企业制造资源集成制造过程管理与执行系统及其支持网络化制造等方面进行了若干研究并取得了一定成果但对车间制造资源的通用化集成化机制缺乏系统深入的研究和开发应用
更没有将MES 与区域网络化制造系统进行集成研究与工程应用
从以上对MES 的发展现状分析我们可以把MES 的主要发展趋势归纳为四个方面即更加重视和强化系统的可集成性开发具有网络化功能支持网络化制造的
9 过程管理与执行系统强调过程管理支持整个企业链上生产过程的协同以客户为中心
支持电子商务 1 强化系统的可集成性
[5][26][27][28][29]
长期以来具有可集成性的MES 一直是研究的重点和难点一个主要的原因是现有的MES 系统集成性功能解决得不是很好
其主要原因是由于制造企业的硬件和软件系统分别来自不同的厂商企业采用多种混合的信息平台和遗留系统同时还要考虑支持将来最新技术另一方面由于用户的需要在不断地变化和增加做好的功能模块经常要扩展组件需要具有互换性集成费用高为解决上述问题目前通常综合采用了很多
COTS Commercial Off-The-Shelf 软件如中间件工作流数据库事务处理/消息系统CORBA ORBS AGENTS 等或采用标准的结构框架和API 使得系统具有良好的扩展性和开放性 2 支持网络化功能
[25][27][32][33][46]
Internal/Intrant/Extrant/Web 以及网格计算Grid Computing 技术的发展为分布式环境下的信息传输数据访问与资源共享奠定了技术基础特别是Web 技术的出现可以提供一种成本低用户界面友好的网络访问介质解决了企业集成过程中信
息与资源的实时访问与互通问题
MES 使用实时连续
完整
精确的数据优化从定单到产品完成的整个生产活动通过网络使MES 与ERP SCM SSM P/PE 等系统集成实现企业的过程集成和数据共享
具有网络化功能的MES [25]的外部集成基于浏览器/Web 服务器结构
以统一的浏览器界面通过Web 服务器访问MES 的数据库便可方便地得到有关MES 统内部的信息MES 以同样方式可获得其它分系统的信息
通过接入Internet 实现多源信息的共享与集成在网络化环境下由单车间MES 可以拓展到多车间MES 实现MES 内部资源集成以及在广域范围同一层面车间MES 的整合实现网络化车间的构想
这样各个子MES 都成为整个系统中的虚拟资源面向任务得以支持制造系统重构使内部资源面向任务和实时制造信息得到合理配置 3 强调过程管理
支持生产协同
[34][35][36][37][38][39] 随着分散化网络制造模式的发展在车间生产管理与控制领域下一代MES Next Generation MES
[36]的概念被提出其显著的特点是生产同步性它通过MES 引擎在一个和几个地点来进行工厂的实时生产信息和过程管理以协同企业所有的生产活动建立过程化敏捷化有效的组织和级别化的管理使企业生产经营达到同步化 4 面向客户支持电子商务
[26][32][36]
10 近年来随着供应链管理
SCM 客户关系管理CRM 等企业信息化软件的发展电子商务开始兴起使制造企业直接面对全球市场与此同时企业的管理模式
也在发生变化
要求企业不仅对内要
管好自身同时对外还要建立良好的客户关系也就是说企业经营与生产管理要逐步转向以客户服务为中心分布式网络化制造模式充分体现面向用户的思想要求车间管理系统既可以接收工厂计划层次下发的任务也可以作为独立的单位接收来自企业外部的订单综合安排车间的生产计划在订单的执行过程中通过Web 与客户其他制造车间进行协调实现信息共享提供运作效率解决订单执行过程中可能出现的冲突客户可以通过Web 查询了解生产的进度等情况甚至直接参与制造过程的管理与执行 1.3.3 支持网络化制造的MES 资源特征和存在的问题
车间制造资源是MES 要实施的主要对象也是MES 进行集成的重要组成部分它主要包括人员硬件资源和软件资源其中硬件资源设备包括加工设备机器人物料处理系统工装夹具刀具量具以及计算机与网络设备等自动化半自动化和非自动化的设备等软件资源包括针对车间开发的应用程序信息系统网络应用软件和遗留系统以及相应的数据库等人员是指车间生产过程的操作者和管理者是车间硬件资源和软件资源的使用者车间资源这几部分相互协作配合实现了车间的生产过程 车间作为制造企业的物化中心如何在网络化制造环境下合理地对车间内各种资源进行合理调配和实时信息的及时反馈是提高车间生产效率和企业生产效益的关键所在也是MES 的功能之一目前大部分企业实施的MES 作为车间层一级的管理系统在车间资源的集成车间计划的执行起到了一定作用
但是它也存在一些缺陷
1通用性差
主要是考虑特定行业
或者当前车间的状态以及单项功能的实现而没有考虑类型相关企业地域相近其他企业的适用性2信息实时性差表现在车间一级与制造部门一级以及企业决策层一级缺乏必要的实时信息交互车间的制造资源是动态的一个微小的生产调整或者过程变化都会使系统无所适从无法及时反馈到上层部门做出相应动态调整3可拓展性差所在的车间基本上是个相对封闭的单元虽然它上与计划层下与具体的控制执行层有着很大联系然而大部分还只是纵向的关联同一工厂内车间与车间不同工厂相似的车间之间还不能够产生密切的联系形成资源优势互补随着制造网络化全球化趋势的不断扩大车间生产环境越来越充满了不确定性因此要求车间一方面要在内部对车间资源进行合理布
11 置集成以面对任何不可预测的内部扰动另一方面要进行网络化改造与外部产生互动的联系以适应网络化制造的要求及时地高质量地低成本地生产出满足客户需求的产品本文研究工作的主要目的就是针对传统资源组织存在的缺陷给出了车间MES 制造资源内部集成以及与区域网络化制造系统集成等方面的解决方案
1.4 本文的主要工作和组织结构
1.4.1 本文的主要工作
笔者和MES 项目小组自2003年3月起曾深入成都王牌车辆厂成都飞机制造厂和东方气轮机厂做了大量的调查研究与分析为研究和开发区域网络化制造企业联盟中车间层MES 资源的集成化做了大量的工作本文是上述工作中的一部分主要内容如下 1
分析了网络化制造系统体系结构以及在企业纵向层面集成MES 的研究 2
提出了支持网络化制造的车间制造资源集成框架对以车间层面为基础的框架进行了分析 3
支持网络化制造的MES 系统资源集成的方法包括模型的建立数据库的设计开发等 4 最后根据前面提出的理论和技术针对王牌车辆厂进行了实例开发并结
合软件技术进行介绍
1.4.2 本文的组织结构 本文共分为六章分别讨论了集成化MES
系统集成技术的若干关键问题
第一章为绪论介绍了课题的背景来源及目的
对网络化制造系统和MES 系统的研究做了综述并对MES 的研究现状及其发展趋势做了讨论最后针对MES 中制造资源存在的问题介绍了本文的主要工作 第二章分析了网络化制造系统体系结构以及网络制造集成平台对区域动态联盟的网络化制造系统若干关键技术进行了研究并讨论了网络化制造平台集成MES 的必要性和可行性设计出了集成MES
的网络化制造平台体系结构
第三章从企业中的车间层资源的新特点出发
给出了基于车间层的网络体系结构提出了车间内部制造资源集成框架具体讨论了采用的技术理论和集成的过程
第四章从MES 集成的实际应用出发分析了支持网络化制造的MES的具体系统设计以及与上层系统信息集成交互的方法
基于上述理论成果第五章介绍了一个实例系统的具体实现过程
第六章对全文进行了总结并展望了下一步研究工作
1.5 本章小结
本章说明了课题的目的及来源综述了区域网络化制造和MES 研究现状分析了MES 本质讨论了MES 发展现状指出了MES 网络化集成化的发展趋势
12
13 2 区域网络化制造系统体系结构
2.1 网络化制造系统体系结构概念 网络化制造系统的体系结构是描述网络化制造系统的一组模型的集合描述了网络化制造系统的功能结构特性和运行方式研究网络化制造系统体系结构的目的在于更加深入地分析和描述网络化制造系统的本质特征并基于所建立的系统模型进行网络化制造系统的设计实施
