在以ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）為代表的企業(yè)信息化深進(jìn)發(fā)展中，很多企業(yè)特別是貿易企業(yè)受益匪淺。然而眾多的制造企業(yè)卻沒(méi)有那么圭運，甚至遭遇不同程度的失敗。這一現象并非我國獨占，在產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家也是如此美國ARC公司調查結果顯示，53%的客戶(hù)反映ERP在企業(yè)生產(chǎn)中存在以下題目：重復投進(jìn)、高本錢(qián)、信息冗余、“信息孤島”、各系統的信息無(wú)法相互理解。仔細分析這些現象的原因，可以發(fā)現：以ERP為代表的企業(yè)治理信息系統缺乏車(chē)間生產(chǎn)現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據的支持，從車(chē)問(wèn)底層到企業(yè)上層信息是脫節旅部分企業(yè)甚至沒(méi)有生產(chǎn)現場(chǎng)的信息，即使有其信息也是滯后或失真的；并且上下層系統的信息數據結構不同，描述方法小一致，各系統之間數據無(wú)法相互理解，不適應企業(yè)信息系統集成的需要。應此需要將信息化工程向生產(chǎn)車(chē)間推進(jìn)，實(shí)現企業(yè)管控系統集成，制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）的實(shí)施為解決這一題目提供了可能。
1 MES簡(jiǎn)介
MES在1990年由AMR（Advanced Manufacturing Research）組織提出并使用，是將制造業(yè)治理系統（例如MRPⅡ/ERP/SCM等）和控制系統（例如DCS、SCADA、PLC等）集成在一起的中間層，是位于治理層與控制層之間的執行系統。MES是一個(gè)特定集合的總稱(chēng)包括些特定功能的集合以及實(shí)現這些特定功能的產(chǎn)品。MES也不是一個(gè)特定行業(yè)的概念，而且應用于各種制造業(yè)的重要信息系統。MES的任務(wù)是把治理系統的指令傳達到生產(chǎn)現場(chǎng)，并將生產(chǎn)現場(chǎng)的信息及時(shí)收集、上傳和處理，是上下兩層之間信息的傳遞系統。
根據標準化、功能組件化、模塊化的原則，MESA（Manufacturing Execution System Association International，制造執行系統國際同盟組織）于1997年提出了著(zhù)名的MES功能組件和集成模型。該模型主要為11個(gè)功能模塊：（1）生產(chǎn)資源分配與監控；（2）作業(yè)計劃和排產(chǎn)；（3）上藝規格標準治理；（4）數據采集；（5）作業(yè)員工治理；（6）產(chǎn)品質(zhì)量治理；（7）過(guò)程治理；（8）
設備維護；（9）績(jì)效分析；（10）生產(chǎn)單元調度；（11）產(chǎn)品跟蹤。AMR組織把遵照這11個(gè)功能模塊的整體解決方案稱(chēng)為MESⅡ（Manufacturing Execution Scrlution）。
MES是一個(gè)龐大的系統，在實(shí)施過(guò)程中難度大，本錢(qián)高，成功率低，沒(méi)有成熟的基木理論支持，主要表現在：沒(méi)有同一的管控系統集成技術(shù)術(shù)語(yǔ)、信息對象模型、活動(dòng)對象模型和信息流的基本使用方法，用戶(hù)、設各供給商、系統集成商三者間的需求交流困難，不同的硬件、
軟件系統集成困難，集成后的維護困難。針對這些題目，還需要在MESA功能模型的基礎上，研究和開(kāi)發(fā)相應的MES應用技術(shù)標準，用于描述和標準化這類(lèi)
軟件系統。
2 OAGIS標準
OAGIS是由OAG（Open Applications Group）為企業(yè)信息系統集成而提出的商務(wù)語(yǔ)言標準：OAG是一個(gè)由企業(yè)應用軟件開(kāi)發(fā)商和用戶(hù)所組成的開(kāi)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)對象及應用場(chǎng)景，滿(mǎn)足OAGIS標準的企業(yè)應用系統之間可以方便地實(shí)現集成和互操縱，進(jìn)步了軟件的即插即用能力。OAGIS是世界上應用最多的商務(wù)語(yǔ)言標準，它也包含了MES與ERP、PDM等系統之間集成的相關(guān)標準。因此在MES系統的開(kāi)發(fā)中可以遵守OAGIS標準，以進(jìn)步制造業(yè)信息系統的集成能力。
OAGIS基于XML語(yǔ)言，它的基本思想是將企業(yè)信息系統之間的集成看作系統之間業(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系統與MES系統之間傳遞的產(chǎn)品設計單。OAGIS對業(yè)務(wù)對象作出了規定，業(yè)務(wù)對象文檔巾封裝了系統之間傳遞的數據以及對數據的處理要求，其數據結構由應用區和數據X_組成。應用X,包含系統發(fā)送業(yè)務(wù)對象文檔所需要的信息，如創(chuàng )建業(yè)務(wù)對象文檔系統的標示符、邏輯位置、創(chuàng )建時(shí)間、
身份認證等信息；數據區包含業(yè)務(wù)處理所需的數據以及對數據的處理要求。OAGIS針對各種集成場(chǎng)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(hù)可根據需要對業(yè)務(wù)對象文檔的內容進(jìn)行擴展。
OAGIS定義了一系列業(yè)務(wù)對象集成場(chǎng)景，集成場(chǎng)景是對企業(yè)信息系統進(jìn)行集成的一個(gè)參照模型，海個(gè)集成場(chǎng)景都描述了集成的目標，參與集成的系統以及系統之間交換的信息以下是幾個(gè)MES與ERP等企業(yè)治理信息系統集成的部分場(chǎng)景。
（1）ERP與車(chē)間計劃集成場(chǎng)景。該場(chǎng)景是ERP系統、車(chē)間級生產(chǎn)計劃制定系統、生產(chǎn)過(guò)程治理系統、車(chē)間級生產(chǎn)能力分析系統之間的集成場(chǎng)景。在該場(chǎng)景中，生產(chǎn)能力分析模塊根據ERP系統下達的生產(chǎn)指令進(jìn)行生產(chǎn)能力分析，車(chē)間級生產(chǎn)計劃制定系統根據生產(chǎn)指令和生產(chǎn)能力分析結果，制定生產(chǎn)計劃并發(fā)往生產(chǎn)過(guò)程治理系統。
（2）設計變化集成場(chǎng)景。該場(chǎng)景是PDM、ERP和MES之間的集成場(chǎng)景，PDM中的產(chǎn)品數據發(fā)生變化時(shí)，ERP和MES中的產(chǎn)品數據也進(jìn)行相應調整。
（3）工藝數據同步集成場(chǎng)景。在該場(chǎng)景中，制造工藝數據發(fā)生變化時(shí)，MES中的數也相應更新。
（4）生產(chǎn)同步集成場(chǎng)景。對MES以及其它系統中的生產(chǎn)指令數據進(jìn)行同步和更新。
（5）在制品統計集成場(chǎng)景。對ERP、MES以及其它系統中的在制品數目進(jìn)行確認
（6）人力資源集成場(chǎng)景。在該場(chǎng)景中，ERP系統中的人力資源治理模塊從MES中獲取工人的工作時(shí)間和工作日程安排等信息，MES從人力資源治理模塊獲取工人的個(gè)人信息
（7）設備維護集成場(chǎng)景。在設備維護模塊與其它模塊之間傳遞設備維護信息。
3 S95標準
3.1 S95標準概述
應用OAGIS可以實(shí)現MES與上層治理信息系統的集成，但并不能用于MES與車(chē)間底層控制系統之間的集成，而S95標準的目標就是實(shí)現MES與上層治理信息系統、下層車(chē)間控制系統之間的集成。S95是ISA（美國儀器、系統、自動(dòng)化協(xié)會(huì )）制定的“企業(yè)－控制系統集成”標準的簡(jiǎn)稱(chēng)。包括以下六個(gè)部分：模型和術(shù)語(yǔ)、對象模型屬性、制造業(yè)務(wù)治理活動(dòng)模型、制造業(yè)務(wù)治理對象模型和屬性、商務(wù)到制造的事務(wù)處理、制造業(yè)務(wù)治理的事務(wù)處理其中第一、二部分已成為ANSI（美國國家標準局）和IEC/ISO（國際電工委員會(huì )/國際標準化組織）標準，第三、四、五部分正在制定過(guò)程中，第六部分尚處于構思階段。S95的最大貢獻在于同一了管控系統集成的術(shù)語(yǔ)、信息對象模型及其數據結構、活動(dòng)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(zhuān)家、應用機構和開(kāi)發(fā)機構各占約1/3。在應用機構和開(kāi)發(fā)機構名單中，大部分是國際土著(zhù)名的制造業(yè)、過(guò)程業(yè)和自動(dòng)控制系統公司代表，如DoPont, HP，IB，ABB，Siemens，Honeywell，SAP，Rockwell，Ernerson，Invensys，GE，UC，Microsoft，Nestle，Shell，Yokogawa等等，具有相當的代表性和權威性。特別是國際上眾多的自動(dòng)化控制系統公司參加了S95工作組，說(shuō)明了當前控制界對企業(yè)信息化和系統集成的關(guān)注程度。
3.2 S95標準的基礎
S95以美國普度大學(xué)的企業(yè)參考結構（PERA）為基礎，將企業(yè)功能結構分為五層，即：第4層的貿易計劃和后勤系統，第3層的制造操縱和控制系統，第2、1、0層的控制系統，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(dòng)，它包括對信息系統任務(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數據流模型，以PERA中的功能模型作為研究出發(fā)點(diǎn)。
ISA在1988年為批量生產(chǎn)制定了術(shù)語(yǔ)、模型和數據結構標準，即S88標準。S95標準參考了S88標準中的物理結構模型和產(chǎn)品定義、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)能力四種信息流。將物理結構模型分級為：企業(yè)、地點(diǎn)、區域、生產(chǎn)線(xiàn)/設備單元（或過(guò)程單元/零部件，或生產(chǎn)單位）。其中企業(yè)、地點(diǎn)級對應第4層的活動(dòng)范圍，區域、生產(chǎn)設備對應第3層的活動(dòng)范圍。
S95標準中的第二部分，即制造業(yè)務(wù)治理活動(dòng)模型，是MESA的制造功能模型的進(jìn)一步發(fā)展。
3.3 S95標準中的信息流和對象模型
S95將企業(yè)和控制系統所需交換的31種信息流回為4類(lèi)：產(chǎn)品定義信息，描述如何制造一個(gè)產(chǎn)品；生產(chǎn)能力信息，說(shuō)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(shuō)明何時(shí)何地生產(chǎn)何物以及需要何種資源；生產(chǎn)性能信息，說(shuō)明生產(chǎn)了什么，消耗了什么資源，也包括了所有貿易系統所需要的生產(chǎn)產(chǎn)品的反饋信息。
S95采用UML（Unified Modeling Language）建立了4類(lèi)9大對象模型，分別是：資源信息中的職員模型、設備模型、材料模型、過(guò)程段模型；能力信息巾的生產(chǎn)能力模型、過(guò)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)調度模型和實(shí)績(jì)模型。
S95的第三、四部分定義了制造車(chē)間（第3層）中的8類(lèi)活動(dòng)模型：定義治理、資源治理、具體計劃、調度、執行、數據收集、分析與追蹤，以及這些活動(dòng)模型之間的數據流。這些活動(dòng)模型主要用于生產(chǎn)控制、設備維護、質(zhì)最保證、庫存治理等業(yè)務(wù)治理。從原材料、能源和信息到產(chǎn)品的轉換過(guò)程中，這些活動(dòng)對本錢(qián)、數目、安全和時(shí)間等參數進(jìn)行協(xié)調、指導和追蹤。圖1是生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)的治理活動(dòng)模型。
圖1 生產(chǎn)業(yè)務(wù)治理活動(dòng)模型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/應答式和發(fā)布/訂閱式兩種數據傳輸模型；確定了數據傳輸模型中的信息內容，如圖2所示；定義了各名詞對象與動(dòng)詞的對應關(guān)系。
圖2 典型的交換數據設置3.4 S95標準的應用
目前S95標準面臨的困難是它必須滿(mǎn)足多種制造企業(yè)管控系統集成的需要，它必須是一個(gè)可用于食品產(chǎn)業(yè)、化學(xué)產(chǎn)業(yè)，以及電子產(chǎn)業(yè)等不同類(lèi)型的產(chǎn)業(yè)的跨行業(yè)的定義集合，保證S95成為覆蓋離散型制造業(yè)、連續流程制造業(yè)和批處理流程制造業(yè)的MES的標準。
S95系列標準目前尚未完成，國外應用工具的開(kāi)發(fā)尚處于起步階段。World Batch Forum（WBF）應用XML為流程企業(yè)開(kāi)發(fā)了基于S95標準的Business To Manufacturing Markup Language（B2MML）。
西門(mén)子公司遵照S95標準，為MES的實(shí)施開(kāi)發(fā)了核心產(chǎn)品——SIMATIC IT Production Suite。由于該產(chǎn)品符合S95標準，從根本卜能滿(mǎn)足企業(yè)治理控制系統集成的需要，又由于它能夠動(dòng)態(tài)組織以滿(mǎn)足企業(yè)變化的需求，因此它成為MES的主角。
SIMATIC IT Production Suite由SIMATIC IT Framework和SIMATIC IT Components組成SIMATIC IT Components提供可以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)墓本需要的功能組件，預置了大量只要經(jīng)過(guò)初始化就可以使用的對象，這些對象都是針對具體的制造題目而設計的（例如訂單治理、物料治理等）。SIMATIC IT Framework是一個(gè)建模環(huán)境，可以在圖形化的環(huán)境中對企業(yè)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模，將制造系統的功能進(jìn)行細化；通過(guò)圖形方式將小同的SIMATIC IT Components功能組合在一起來(lái)定義執行邏輯，根據物理對象（實(shí)際的裝置和設備）和邏輯對象（軟件包及應用程序）來(lái)創(chuàng )建工廠(chǎng)模型。對生產(chǎn)執行邏輯的顯式定義，以及對工廠(chǎng)模型中不同對象之間相互作用的定義，需要根據實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)來(lái)確定。SIMATIC IT Production Suite提供了第二方組件和已有應用程序集成的功能，用戶(hù)不需要進(jìn)行復雜的技術(shù)封裝就可以拿來(lái)使用，并按照SIM ATIC IT Framework中定義的邏輯進(jìn)行協(xié)調和調用。
通用電氣公司所開(kāi)發(fā)的MES應用工具GE Proficy，從架構設計到應用模塊均參照S95標準。其主要模塊（包括質(zhì)量、生產(chǎn)、設備總體效率、消耗跟蹤和生產(chǎn)統計）均與S95標準一致。Proficy的各個(gè)模塊中貫串了生產(chǎn)計劃、設備、生產(chǎn)過(guò)程、資源等S95對象模型，通過(guò)各種標準的事件實(shí)現S95的標準功能，S95中的各種對象、信息流和功能描述在Proficy中得到了同一和完整的體現。在與ERP系統的連接上，Proficy采取了S95標準的XML接口，從而直接連接符合標準的各大ERP廠(chǎng)家，如與SAP的連接，以前的做祛是各應用程序編寫(xiě)各自的SAP接口且需要SAP的認證，而Proficy的做法則是遵循S95標準與SAP相連，從而無(wú)需認證而達到比認證程序更為有效的連接功能和效率。
4 MES的其它標準
為了進(jìn)一步規范MES，很多團體、政府機構、組織也正在參與研究和制定制造執行系統的標準和模型。這些研究涉及制造、控制、治理等技術(shù)和分布式對象技術(shù)、集成技術(shù)、平臺技術(shù)、互操縱技術(shù)和即插即用等技術(shù)。這些工作主要包括：歐洲技術(shù)委員會(huì )CEN TC310WG1正在為制造業(yè)制訂高級信息集成解決方案；Aachen Information Systems在為化學(xué)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)數據庫和元數據庫信息集成；ISO開(kāi)發(fā)了生產(chǎn)數據交換標準STEP（Standard for Exchange of Product Data）；標準化組織OMG（Object Management Group）的制造分會(huì )（MfgDTF，Manufacturing Domain Task Force）發(fā)布了RFI（Reques for Information）文件；NIIIP-SMART（National Industrial Information Infrastructure Protocols-Solution for MES Adaptable Replicable Technology）信息結構標準；半導體制造技術(shù)協(xié)會(huì )（SEMATECH，Semiconductor Manufacturing Technology）發(fā)表了SEMATECHISEMI CIM平臺標準；NIST-SIMA（National Institute of Standard and Technology-System Integration of Manufacturing Applications）用IDEFO描述了通用業(yè)務(wù)活動(dòng)模型（Activity Models）；霍尼韋爾公司的工廠(chǎng)信息化的基礎結構Uniformance（一個(gè)用于生產(chǎn)治理的同一的信息化數據庫）；日木標準化與制造科技中心發(fā)布了Open MES，Open MES涉及面向對象、平臺、功能模塊、計算機網(wǎng)絡(luò )、CORBA等。
5 結 語(yǔ)
上述各標準都倡導MES功能和接口的標準化，以及系統的集成和互操縱性。但是人多針對一種特定的產(chǎn)業(yè)門(mén)類(lèi)或類(lèi)似的幾種產(chǎn)業(yè)門(mén)類(lèi)，或是針對管控系統集成中的不同應用層次，創(chuàng )門(mén)各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。為了發(fā)揮各自上風(fēng)，減少各組織之間的重復工作和沖突，切實(shí)推進(jìn)MES的更好發(fā)展，各組織的廣泛同盟和合作勢在必行。目前ISA. OPC基金會(huì )、WBF、OAG、OMAC（Open Modular Architecture Control Group，開(kāi)放模型體系控制組）和MIMOSA（制造企業(yè)運行和維護開(kāi)放信息標準協(xié)會(huì )）等著(zhù)名的制造業(yè)標準組織正在同盟組成虛擬的OpenO&M（Open for Operations and Maintenance）組織，來(lái)領(lǐng)導和協(xié)調發(fā)展制造業(yè)信息系統的技術(shù)標準。
相對來(lái)說(shuō)，S95是最全面、最基本、影響最廠(chǎng)泛的制造執行系統的技術(shù)標準。應此遵照S95標準，結合我國制造企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間的特點(diǎn)，深進(jìn)研究車(chē)間生產(chǎn)控制中各具休活動(dòng)對象，用UML建立活動(dòng)對象模型（例如生產(chǎn)調度治理），將活動(dòng)對象下的常用功能模塊開(kāi)發(fā)為組件，開(kāi)發(fā)二層架構（瀏覽器、Web服務(wù)器、數據庫服務(wù)器）下的管控系統集成框架和平臺，推動(dòng)我國制造業(yè)信息化向上向下得到延伸。(end)
