隨著經濟全球化的不斷發展，企業間的競爭越發激烈。離散制造企業要想提高其競爭力就要實現敏捷制造和精益生產，如此才能在根據市場變化迅速地調節產品的種類和數量的同時不斷地減少不必要的浪費以降低成本。而制造執行系統作為企業信息化體系中控制系統與管理系統的銜接部分，是提高企業生產制造管理水平的重要工具，對企業實現敏捷制造和精益生產具有重要作用。
1 敏捷制造與精益生產
敏捷制造(AM)是指制造企業采用現代網絡信息技術手段，通過動態地、有效地協調整合各種生產要素，快速配置各種資源(包括技術、管理和人)，響應用戶需求，實現制造敏捷化的一種現代制造模式。其核心是制造業要在不斷變化、不可預測的經營環境中，著力提升企業市場應變能力和快速反應能力的一種戰略性舉措，是現代制造業發展的方向，更是制造業信息化的必然趨勢和本質要求。
精益生產(LP)是一種及時制造、消滅故障、消除一切浪費的生產管理方式，也是全員參與持續改善的一種管理狀態。它綜合了大量生產與單件生產方式的優點，力求在大量生產中實現多品種、高質量、低成本。它不但使制造工業獲得了飛速發展，同時也帶動其他領域乃至整個社會發生了深刻的變化。
精益生產和敏捷制造雖然分別代表了東西方管理模式的發展方向，但也有許多相同點。他們都強調利用市場知識和先進的現代化技術來為客戶提供所需的產品。由于敏捷制造適于處理動態變化的市場需求，而精益生產提供了均衡生產調度和降低系統運行成本的功能，因此將二者綜合集成應用到生產制造過程中，可以使制造企業利用現代化技術合理配置各種資源生產出滿足客戶需求的多品種、高質量、低成本的產品，從而增強其市場競爭優勢。
2 離散制造業實現LP和AM需要MES
制造業按其產品制造工藝過程特點總體上可概括為連續制造和離散制造。離散制造的產品往往由多個零件經過一系列并不連續的工序的加工最終裝配而成。對于離散制造、業來說，要實現精益生產和敏捷制造就要把重點放在生產車間上，借用先進的計算機網絡技術、數字通訊技術、企業建模技術等來提高企業現場的生產制造管理水平和過程管控能力，以便減少浪費、加快生產節拍、減少庫存和提高產品質量等。目前，離散制造業在進行敏捷制造和精益生產時普遍存在著物料浪費、交貨拖期、庫存資金被大量占壓、產品質量不穩定、有訂單但做不出來等許多問題。離散制造業要想解決以上問題就需要不斷提高其信息化水平，運用信息技術來實現精益生產和敏捷制造。
目前，離散制造業基本上都實現了ERP和車間內的現場控制系統(FCS)，但是ERP系統和FCS系統都具有各自的局限性，從而在企業范圍的信息化過程中暴露出上層計劃系統與底層控制系統之間的生產執行領域的空白，使得排產和調度過于依賴經驗，計劃的可行性和應變能力較差，生產執行過程不透明，管理者難以及時準確地獲取生產信息。因此，離散制造業急需運用制造執行系統(MES)來連接上層計劃系統與底層控制系統。
MES是美國管理界于20世紀90年代提出的新概念。MES是處于計劃層和車間層操作控制系統之間的執行層，在整個企業信息系統中起著承上啟下的作用。MES對生產過程進行實時監視、診斷和控制，完成生產單元整合和系統優化，在生產過程層進行物料平衡、制訂生產計劃、實時排程、優化調度，進而對生產過程物料、能量、質量、設備、資金，甚至人力資源統一進行監測、分析、控制和優化，實現了從訂單下達到產品完成整個生產過程的優化管理。
3 AM和LP下的MES應具備的功能
相對于連續制造業來說，離散制造業對MES的要求更高：數據采集系統更為復雜、對作業計劃調度管理的要求達到工序級別、采用以產品BOM為核心的生產模型等。根據精益生產和敏捷制造的特點并結合MES全球協會對MES功能模塊的劃分以及相關文獻，離散制造業的MES應具備以下幾個基本功能：
a．數據采集，即獲取產品生產加工過程中的各種數據和參數。為方便采集數據，在標識產品時盡量采用條碼或無線射頻技術。
b．工藝管理，即根據庫存管理提供的物料的規格、狀態、庫存情況和設備、人力的能力、狀態、利用情況，利用CAD和CAM進行工藝設計和編制，為車間、計劃部門提供工藝圖紙、技術參數等信息。
c．高級作業計劃調度。它接收ERP系統下達的生產計劃，并對計劃進行逐級分解，根據資源約束和均衡生產的要求，通過高效實用的車間作業計劃與調度算法合理安排生產過程中的各種資源。
d．過程控制。該功能監控生產過程、自動糾正生產中的錯誤并向用戶提供決策支持以提高生產效率。通過連續跟蹤生產操作流程，在被監視和被控制的機器上實現一些比較底層的操作；通過報警功能，使車間人員能夠及時察覺到出現了超出允許誤差的加工過程。
e．質量管理。質量管理作為MES在制造企業應用的重要部分，其核心思想是幫助企業建立PDCA式的閉環質量管理體系，固化當前的企業質量管理流程，提高質量計劃編制、質量檢驗、質量跟蹤分析、質量改進業務執行的效率。
f．設備管理。記錄生產設備的狀態數據，通過活動監控和指導保證設備的正常運轉。包括設備狀態監控、設備臺賬管理、設備維修管理和備品備件管理等。
g．人力資源管理。通過記錄員工在生產過程中的數據來評估工人的工作能力和核算勞動工時等，為員工激勵和培訓提供依據。
h．產品跟蹤。通過監視工件在任意時刻的位置和狀態來獲取每一個產品的歷史記錄，該記錄向用戶提供產品組及每個最終產品使用情況的可追溯性。
i．執行分析。該功能通過對過去記錄和預想結果的比較，提供以分為單位報告實際的作業運行結果。執行分析結果包含資源可用性、資源活用生產單元的周期、日程遵守及標準遵守的測試值，可以為管理者提供決策支持。
4 基于SOA的離散制造業MES架構
制造執行系統在離散制造業的整個信息集成系統中起承上啟下的作用。它的各個功能子系統既是獨立的，又是相互協同的。同時，它與其他系統的集成更依賴于企業信息化的整體架構。因此，離散制造業的制造執行系統的架構必須是一種模塊化的，能表現分布特性、開放性以及能夠與其他信息系統完美連接的集成框架。
SOA是一種建立、維護、管理IT系統和業務流程的方法。IBM對SOA做出了如下定義：它是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元(服務)通過服務之間定義良好的接口和協議聯系起來。接口采用完全中立的方式來定義，獨立于實現具體服務的硬件、操作系統和編程語言。在SOA架構下，以服務形式出現的業務邏輯可以被共享、重用和配置，這樣不同的信息系統之間或系統內部的應用集成就變得輕而易舉。因此，采用基于SOA的系統模式有利于面向精益生產和敏捷制造的離散制造業MES集成框架的實現。
筆者參考相關文獻，提出一種基于SOA的離散制造業MES架構。其中，企業服務總線(ESB)是企業服務運行的基礎平臺，負責對分散在整個企業以及企業外延的服務進行中央配置、部署和管理，為系統提供統一的服務調用接口。而服務質量控制、安全管理與監控則是通過特定工具、響應機制和標準來監視各層的運行，提供日志服務和身份驗證功能，保證服務的健壯性，確保服務質量。如圖1所示，整個制造執行系統架構從下向上依次分為5層。
圖1 基于SOA的離散制造業MES架構
a．數據層。數據層主要包括實時數據庫和關系數據庫，通過接口機采集來的實時數據存儲于實時數據庫中，而非采集數據則存儲于關系型數據庫中。它與ERP的數據庫系統通過開放接口進行數據交互，實現了與ERP的無縫連接。
b．組件層。組件層主要包括許多Agent組件。每個Agent組件都是一個基本功能實體，可以實現某項原子服務Agent組件之間可以通過通訊進行協商來實現服務層的某項服務。
c．服務層。服務層承上啟下，向下連接具體實現技術，向上連接業務流程。該層以Web服務平臺為基礎設施，包含封裝的各種Web服務(如工藝管理服務、質量管理服務和人力管理服務等)以及OWL-S/UDDI服務信息中心。它運用web Services將下層的Agent組件包裝成服務，并通過消息與業務層進行通信。
d．業務層。業務層以業務需求為導向，選擇合適的服務，利用工作流技術，組合形成業務服務流，直接支持企業業務過程的執行。本層包含BPM的管理工具、生產管理流程知識庫和BPEL引擎。根據表示層傳遞的消息，從生產管理業務流程本體庫中查詢并調用相應的業務流程模型，通過BPEL引擎的執行為服務層提供服務發現與組合的依據。
e．表示層。這一層是系統訪問的入口，針對不同的用戶提供不同的操作界面。UI是客戶端的用戶界面，負責從用戶方接收命令、請求和數據，傳遞給業務層處理，然后將結果呈現出來。UI控制邏輯負責處理UI和業務層之間的數據交互以及UI之間狀態流程的控制，同時提供簡單的數據驗證和格式化等功能。
5 應用分析
CG公司是一家工程機械制造企業，本文將以CG公司為例介紹基于SOA的離散制造業MES在離散制造企業的運用。
a．CG企業的信息化需求。
隨著經濟的不斷發展，CG企業的規模不斷擴大，為了提高企業自身的競爭力，CG企業的領導層決定進行企業信息化建設。企業已經應用了ERP和FCS，但效果不佳，未能達到企業信息化的目標。為了進一步提高企業現場的生產制造管理水平，實現資源的有效利用，企業決定使用MES。希望通過MES的使用實現資源的合理調度、生產車間的實時控制以及整個生產過程的有用數據的統計分析等。
b．MES系統實現方案。
MES作為制造業信息化建設的重要組成部分，除了能夠滿足公司業務需求之外，還必須具有很高的安全性和穩定性，綜合各方面需求以及企業自身的實力，CG企業選擇了C/S(客戶機朋艮務器)模式。客戶端主要用于基礎數據的錄入、更新和刪除等，通過調用應用服務器端的方法進行數據的查詢、統計等處理。應用服務器進行接口定義、通過方法實現相應的商業規則及功能，供客戶端調用。當要求進行業務調整時，只需更新應用服務器端，這樣就避免了逐個對客戶端進行更新，也便于集中對業務進行處理。
c．MES應用效果。
目前，CG公司的MES在企業內部局域網環境下已成功投入運行�？傮w來說，MES的主要功能基本滿足了企業對車間生產管理的要求�；赟AO的模式使得MES可以很好地完成其與ERP和FCS的集成，實現了數據準確、及時的傳輸。Agent組件的運用使得MES更加智能，對數據的采集和處理更加有效，對實時事件的反應和處理更加迅速。業務流程管理模塊的使用使得MES的操作流程與車間的業務管理流程相匹配，很大程度上提高了整個車間乃至企業的生產管理效率。
6 結束語
面對激烈的市場競爭，越來越多的企業認識到敏捷制造和精益生產的重要性。MES作為連接ERP和FCS的橋梁，能夠提高企業現場的生產制造管理水平和過程管控能力，從而實現企業的敏捷制造和精益生產。本文闡述了MES的基本功能，構建了基于SOA的MES架構并給出了實例分析，對其他離散型制造企業開發MES具有重要的參考價值。離散制造企業在開發MES時可以根據企業的實際情況增減相應的功能，并選用合適的編程語言進行MES的開發。
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本文標題：面向AM和LP的離散制造業MES研究
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