MES的发展现状和未来趋势

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图2-13当前MSE技术模型由于T-MES的特点决定了T-MES具有下列缺点：通用性差。由于没有一定的技术规范来指导，针对不同行业的MES在功能上基本无法借鉴和使用，因而使得系统的开发周期长、投资大，限制了MES市场的快速发展。

1.MES的发展和技术现状

MES软件经过十几年的发展已经取得一定的成果，传统的MES（Traditional MES，TMES）基本从零星车间级应用发展起来，并逐渐向具有一定集成能力的复杂大系统发展。T-MES可以分为两大类：专用的MES系统（Point MES）和集成的MES系统（Integrated MES）。专用的MES是指为解决某个特定领域问题如车间维护、生产调度或SCADA等开发的自成一体的应用系统。集成的MES则是针对特定行业如航空、装配、半导体、食品等行业而设计，在功能上实现了与上层事务处理和底层实时控制系统的集成，但此类系统是针对特定的行业，缺少通用性和广泛的集成能力。例如，前面提到的美国Consilium公司的Work stream（MES I）和FAB300（MES Ⅱ）是面向半导体和电子行业，美国Honeywell公司的POMS MES是面向制药行业。

由于企业可能会从不同的软件供应商购买适合自己的MES模块，或将现有系统（Legacy system）集成为MES功能的一部分，其结果导致许多MES系统实际上是一个大杂烩。每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制。又因为MES系统的应用常常是要满足关键任务的要求，系统就很难随技术的更新而进行升级。目前，为了实现与外部系统的集成，往往采用API技术、OLAP技术和相应的通信机制，这些技术在某种意义上说，也是MES功能的核心部分。其中，外部应用系统的调用和插入使用API的方式；应用电子数据交换（Electronic　Data　Interchange，EDI）技术实现MES和外部环境进行数据交换。当前MES广泛采用的技术模型如图2-13所示。

pagenumber_ebook=60,pagenumber_book=53

图2-13　当前MSE技术模型

由于T-MES的特点决定了T-MES具有下列缺点：

（1）通用性差。目前市场上的-TMES系统，无论其功能多么复杂，均是针对特定行业、特定领域的问题开发的。由于没有一定的技术规范来指导，针对不同行业的MES在功能上基本无法借鉴和使用，因而使得系统的开发周期长、投资大，限制了MES市场的快速发展。

（2）可集成性弱。从技术发展角度和用户需求来看，软件结构本身应能与其他应用系统集成，做到相辅相成，相得益彰。这样不仅提高企业的遗产系统的生命周期，降低对信息系统的投入，同时，也为用户选择较为合适的各种软件提供了更大的空间。目前，某些具有集成功能的MES虽能实现与上层事务处理和下层控制系统的集成，但也仅仅局限于某个特定的系统或功能范围内，使得用户在选择MES产品时受到很大的制约，限制了MES软件产品的推广。

（3）缺乏互操作性。互操作性是衡量系统敏捷性的一个重要标志。企业采用的数据库、操作系统是异构的，在分布式生产环境下，需要从不同的MES系统中裁剪不同的功能，以满足某个特定任务的需要，实现互操作。目前-TMES基本上没有此类功能。

（4）重构能力差。重构能力是指系统具有随业务过程的变化进行功能配置和动态改变的能力。不同的行业、不同的企业其生产组织模式不尽相同，信息系统必须具有可重构能力，即根据不同的需求搭建相应的系统。

（5）敏捷性差。敏捷性是所有先进制造模式的核心。在生产中表现为对市场的快速响应和对实际生产环境的应变能力，在信息系统中表现为系统的可重构（Reconfigration）、可重用（Reuse）和可扩展（Reextensibility）（3R特性）。对于T-MES，由于系统结构本身特点和采用的开发技术，一个微小的过程改变，系统就会无所适从，甚至不能正常运转。

2.MES的发展和技术趋势

针对T-MES的缺点，AMRC研究小组在分析信息技术的发展和MES应用前景的基础上提出了面向敏捷制造的可集成的MES（Integratable　MES，I-MES），它将构件技术应用到MES的系统开发中，是两类T-MES系统的结合。从表现形式上看，具有专用的MES系统的特点，即I-MES中的部分功能作为可重用组件单独销售，同时，又具有集成的MES的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，I-MES还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和遗产系统的保护，以及即插即用等功能。

可集成MES通过将面向对象技术、消息机制和构件技术应用到系统开发中，充分结合两类T-MES的优点而发展起来的。通过采用高效的软件基础框架既大大增强了系统的集成性和适应性，又能满足关键事务的处理。NIIIP/SMART（National Industrial Information Infrastructure Protocols，Solutions for Manufacturing Execution System）协会为整个MES应用领域提出了一个基于分布式对象的信息交换模型，如图2-14所示，该模型代表了MES软件的技术发展趋势。

pagenumber_ebook=61,pagenumber_book=54

图2-14　未来MES的软件技术模型

从图2-14的模型中可看出，在面向对象的应用中，每个对象都使用自身具有的功能和方法来操作数据，分别完成系统的各种功能。而其他功能如工作流管理、产品数据管理、知识管理等都从功能逻辑中分离出来。通过对象请求代理（ORB）（如CORBA，COM/DCOM，Java Bean）可使不同软件商的对象相互交换信息和进行互操作。NIIIP/SMART所描述的MES技术模型非常适合未来MES的商业应用特征，一个分布式对象框架可以让各种数据和功能逻辑在使用时变得更加紧密。而且，通过使用小巧简练的对象，可使系统模型在不破坏相互关系的情况下方便地进行客户化定义。这些特征使实施的MES费用较低同时又具有良好的适应性和柔性。随着计算机技术的发展，越来越多的MES、ERP、控制系统、产品数据管理、SCM和CRM都是以构件对象的方式来编写代码的。只要它们遵守统一的ORB，不管它们是哪个开发商提供的，都可以进行无缝地集成。现有的应用系统只要按正确的方法进行封装也同样能实现系统的即插即用。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、可重用和可扩展特性。

显然建立制造业信息系统的体系结构是问题的关键，也是最基础的事情。体系结构的好坏直接关系到整个系统的敏捷性能。目前比较有影响的有基于CORBA的NIIIP/SMART体系结构和基于COM/DCOM的Windows DNA体系结构。两者各有优势，前者在跨平台及实时任务处理上具有优势，后者则有着广泛的应用基础。无论采用哪种体系结构，MES都需要解决以下关键问题：

（1）设计面向对象的MES模型以支持应用集成。

（2）设计分布式MES对象以支持实时活动。

（3）设计MES工作流管理模型以支持各种控制策略，加强过程管理。

（4）设计基于知识的规则以支持和管理MES系统。

（5）集成COBRA（或COM/DCOM，JavaBean）S/TEP以实现与PDM的无缝集成。

（6）设计MES智能代理以支持虚拟企业中MES应用。

3.国内外MES的发展情况和软件介绍

MES在国外尤其是美国和日本得到了广泛而深入的研究和应用。MES国际联合会分别于1993年和1996年对实施MES系统的企业进行了两次问卷调查，主要调查实施MES给企业带来的好处，调查结果表明，MES缩短制造周期45%左右，降低在制品25%或更多，缩短生产提前期35%左右，等等。正是由于MES在车间生产管理中的特殊作用，MES软件产品得到了长足的发展，1995年AMR的统计调查报告显示：MES软件在1993年的市场份额达到1.5亿美元，在1994—1995年MES软件的市场份额以每年30%的速度增长，并预计在随后的十年里MES软件的市场份额将会以每年30%或更高的速度增长。正是由于MES在车间生产管理中的特殊作用，国际上著名的软件厂商和企业界纷纷响应并加入MES国际联合会，并推出自己的MES产品，例如，国际上著名的ERP软件供应商SAP公司在其产品SAP-R/3系统中整合了MES功能。

国内研究MES理论只是从四五年前开始的，其研究深度和广度落后于欧美西方国家，MES在企业中的应用也只是从两三年前开始的。国内外在MES的研究和应用上的差距可以通过2001年度全球企业管理应用软件厂商百强排名中看出，在全球百强企业管理应用软件厂商中，从事于MES软件开发的厂商占了23席，接近1/4的比例，由此可见MES在车间生产管理中的重要性及MES软件产品所蕴含的巨大商业价值，同时在这23个席位中并无一家国内企业；国内不多的MES软件多数处于刚刚起步阶段，而且一般是科研院校或者研究机构并不完善的实验性产品。

无论是国外的还是国内的MES软件，都是业界应用较为广泛的MES软件产品，但是从这些软件的宣传资料和应用情况来看，这些软件产品或多或少存在以下不足之处：在软件体系结构上大多采用当前的MES技术模型，没有体现构件化MES软件的体系结构，因此也难以实现集成化的MES；在产品基础数据管理上，这些软件还停留在基本的BOM管理上面，不能实现BOM数据的转换，因此难以实现科学的产品基础数据管理；在物料管理上面，由于没有科学地解决物料工艺状态的描述问题，很难实现精确的物料管理和物料跟踪，同时也影响生产计划的编制和执行；在外协生产管理方面，这些软件几乎没有关注过，因此无法实现对车间外协产品的制造执行过程评价、决策和管理。总之，这些MES软件在软件的实用性、集成性、重构性、重用性和扩展性等方面具有较大的弱点。

MES的发展现状和未来趋势

相关推荐