制造执行系统及其工作流技术研究汽车连接器

制造执行系统及其工作流技术研究

制造执行系统及其工作流技术研究 2011年12月03日 来源： 21世纪的制造企业面临着日益激烈的国际竞争。许多企业通过实施MRPⅡ/ERP来加强管理，提高企业的T、Q、C、S、E，以赢得市场、赢得用户。然而上层生产计划管理受市场影响越来越大，ERP在计划和排产功能的局限性日益突显，对于生产现场管理的黑箱作业及复杂多变的市场竞争，它已无法满足需要。如何将黑箱作业透明化、提高计划的实时性和灵活性，已成为制造型企业当前亟待解决的问题。将计划与制造过程统一起来的制造执行系统（MES）日益成为企业信息化的关注重点。目前，国外MES软件的研究和开发取得了明显的进展，而我国在MES的理论研究以及实际应用方面还处于起步阶段，还没有自主开发的成熟的MES软件；另一方面，MES大都强调生产现场的即时数据采集、监督及控制，在开发时业务逻辑和业务流程绑定过予紧密，系统不够灵活。因此，有必要采用工作流技术，实现MES软件系统的业务逻辑和业务流程的松散耦合，以增强其过程的动态建模能力和系统配置的柔性。1 制造执行系统MES1.1 概述制造执行系统简介制造执行系统MES是20世纪90年代初美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）提出的支持企业信息模型集成的概念。AMR将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制系统之间的、面向车间层的管理信息系统”。制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association．MESA）在对MES的定义中强调了以下几点：①MES强调的是整个生产过程的优化，不是单一解决某个生产瓶颈；②MES必须提供实时收集生产过程数据的功能。并且能对实时事件做出及时处理；③MES需具备在计划层和控制层保持双向信息交互的能力，通过企业的连续信息流来实现企业乃至整个供应链的信息集成。一般地，将企业的生产运作管理流程抽象为三个层次，即计划层、执行层和控制层，MES将企业上层的生产计划系统与车问底层的设备控制系统联系起来，填补了两者之问的鸿沟，打通了工厂的信息通道。1.2 发展历程及关键问题MES的发展大概可以分为两个时期和三个阶段。（1）上世纪70年代末至上世纪90年代末——传统的MES（Traditional MES，T-MES）时期。该时期的MES大体上可以分为两大类，即前两个阶段：专用MES系统（Point MES）和集成MES系统（Integrated MES）。专用的MES能够为某一特定环境提供最好的性能，却常常难以与其他应用集成。集成的MES比专用的MES迈进了一大步，但其整个系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。为了解决T-MES的不足，可集成MES（Integratable MES，I-MES）逐渐成为人们研究的热点。（2）本世纪初——面向敏捷制造的可集成MES（Integratable MES，I-MES）时期。可集成MES通过将面向对象技术、消息机制和组件技术应用到系统开发中，是充分结合两类T-MES的优点而发展起来的。NIIIP届MART协会为整个MES应用领域提出了一个分布式对象和信息交换模型，代表了发展中MES的技术模型。它采用一个分布式对象框架，并通过引入智能代理（Agent）可以有效地实现分布式MES的协同工作，满足虚拟企业中MES应用的要求。从而实现敏捷制造模式对信息系统的要求，即系统的可重构、可重用和可扩展（3R）特性。构建敏捷化的MES需要解决以下关键问题：设计面向对象的MES模型以支持应用集成；设计分布式MES对象网络以支持实时活动；设计MES工作流模型以支持各种控制策略，加强过程管理；设计基于知识的规则以支持管理基于MES的产品；集成CORBA／STEP以实现与PDM的无缝集成；设计MES智能代理以支持虚拟企业中MES应用。工作流技术具有强大的过程管理功能，因而通过在MES中引入工作流技术，可以充分的发挥MES的优势，使得车间业务流程更加顺畅，各种生产数据和任务更及时有效的呈现和更新，从而提高了车间工作效率。2 工作流技术在MES的应用2.1 概述工作流（work-flow）是工作项之间的传递或转移的动态过程，是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则，使文档、信息或者任务在不同的执行者之间进行传递与执行。工作流管理则是指支持业务流程及信息过程重组的技术，它通过工作流管理系统，完成工作流的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑推进工作流实例的执行。工作流技术作为一种能够有效地控制和协调复杂活动的执行、实现人与应用软件之间交互的技术手段，任何一个基于工作流技术的管理信息系统中，都必须具备两个要素，就是工作流模型和工作流引擎，其中工作流模型负责描述企业业务过程，而工作流引擎则完成业务过程的实例化使其真正成为可以运行的系统。2.2 工作流技术在MES的应用2.2.1 过程建模MES在对车间实施管理和控制时，其业务过程可以分解成活动，每个活动实现某种特定功能，人工活动可以由工作流执行者完成，如生产调度中一个作业需由操作员完成，自动活动可由相应的软件组件来实现，并根据模型的对应关系把这些软件组件插入到工作流管理系统中，运行时由工作流引擎调用。这些业务过程的分解可以建立在与工作流管理系统相同标准之上。朱云龙、于海斌提出了将动态生产环境信息、生产计划有机地集成在一起的生产过程链运行模式，建立了基于工作流技术的元生产活动控制模型。张正文嚷出了基于工作流的生产调度系统体系结构，俞鹏超、谭欧在传统关系数据库基础上，建立适用于关键业务开发的工作流模型，包括组织模型和业务模型，并通过工作流引擎驱动MES业务流程，实现MES过程的动态建模和功能配置。2.2.2 调度策略MES的核心功能是制造资源和工作订单管理，调度是贯穿MES核心功能的主线。传统的调度建模手段如规划方程、非连接图、和Petri网模型等在其应用中都存在一定的局限性。针对传统调度建模方法的不足，林慧苹等提出了一种全新的、基于工作流技术的调度模型WTSM（workflow based scheduling model），并建立了相应的调度系统和算法。周万坤，朱剑英采用工作流技术来描述复杂的作业车间调度问题，提出了基于时问和事件触发的动态任务调度模式。3 展 望将工作流技术引入MES开发，设计基于关系结构的工作流模型和工作流引擎，通过将过程建立和运行时的功能分开，降低了业务逻辑和业务过程的耦合，提高系统的可重构性。且业务信息与处理该信息的系统功能自动捆绑，提高了工作效率和整个生产过程的优化。另一方面，MES作为一种面向生产过程的管理系统，必将会与先进的管理思想所融合，比如JIT。丁伯慧、齐二石比较指出了两者的异同，工作流技术强大的过程管理功能为两者的结合提供了技术上的可行性和可操作性。(end)

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