在以ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）為代表的企業(yè)信息化深進發(fā)展中，很多企業(yè)特別是貿(mào)易企業(yè)受益匪淺。然而眾多的制造企業(yè)卻沒有那么圭運，甚至遭遇不同程度的失敗。這一現(xiàn)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(diào)查結(jié)果顯示，53%的客戶反映ERP在企業(yè)生產(chǎn)中存在以下題目：重復(fù)投進、高本錢、信息冗余、“信息孤島”、各系統(tǒng)的信息無法相互理解。仔細分析這些現(xiàn)象的原因，可以發(fā)現(xiàn)：以ERP為代表的企業(yè)治理信息系統(tǒng)缺乏車間生產(chǎn)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的支持，從車問底層到企業(yè)上層信息是脫節(jié)旅部分企業(yè)甚至沒有生產(chǎn)現(xiàn)場的信息，即使有其信息也是滯后或失真的；并且上下層系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，描述方法小一致，各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無法相互理解，不適應(yīng)企業(yè)信息系統(tǒng)集成的需要。應(yīng)此需要將信息化工程向生產(chǎn)車間推進，實現(xiàn)企業(yè)管控系統(tǒng)集成，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）的實施為解決這一題目提供了可能。
1 MES簡介
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(tǒng)（例如MRPⅡ/ERP/SCM等）和控制系統(tǒng)（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(zhí)行系統(tǒng)。MES是一個特定集合的總稱包括些特定功能的集合以及實現(xiàn)這些特定功能的產(chǎn)品。MES也不是一個特定行業(yè)的概念，而且應(yīng)用于各種制造業(yè)的重要信息系統(tǒng)。MES的任務(wù)是把治理系統(tǒng)的指令傳達到生產(chǎn)現(xiàn)場，并將生產(chǎn)現(xiàn)場的信息及時收集、上傳和處理，是上下兩層之間信息的傳遞系統(tǒng)。
根據(jù)標準化、功能組件化、模塊化的原則，MESA（Manufacturing Execution System Association International，制造執(zhí)行系統(tǒng)國際同盟組織）于1997年提出了著名的MES功能組件和集成模型。該模型主要為11個功能模塊：（1）生產(chǎn)資源分配與監(jiān)控；（2）作業(yè)計劃和排產(chǎn)；（3）上藝規(guī)格標準治理；（4）數(shù)據(jù)采集；（5）作業(yè)員工治理；（6）產(chǎn)品質(zhì)量治理；（7）過程治理；（8）
設(shè)備維護；（9）績效分析；（10）生產(chǎn)單元調(diào)度；（11）產(chǎn)品跟蹤。AMR組織把遵照這11個功能模塊的整體解決方案稱為MESⅡ（Manufacturing Execution Scrlution）。
MES是一個龐大的系統(tǒng)，在實施過程中難度大，本錢高，成功率低，沒有成熟的基木理論支持，主要表現(xiàn)在：沒有同一的管控系統(tǒng)集成技術(shù)術(shù)語、信息對象模型、活動對象模型和信息流的基本使用方法，用戶、設(shè)各供給商、系統(tǒng)集成商三者間的需求交流困難，不同的硬件、
軟件系統(tǒng)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(chǔ)上，研究和開發(fā)相應(yīng)的MES應(yīng)用技術(shù)標準，用于描述和標準化這類
軟件系統(tǒng)。
2 OAGIS標準
OAGIS是由OAG（Open Applications Group）為企業(yè)信息系統(tǒng)集成而提出的商務(wù)語言標準：OAG是一個由企業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)商和用戶所組成的開放式非盈利性組織，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(yīng)用場景，滿足OAGIS標準的企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間可以方便地實現(xiàn)集成和互操縱，進步了軟件的即插即用能力。OAGIS是世界上應(yīng)用最多的商務(wù)語言標準，它也包含了MES與ERP、PDM等系統(tǒng)之間集成的相關(guān)標準。因此在MES系統(tǒng)的開發(fā)中可以遵守OAGIS標準，以進步制造業(yè)信息系統(tǒng)的集成能力。
OAGIS基于XML語言，它的基本思想是將企業(yè)信息系統(tǒng)之間的集成看作系統(tǒng)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(tǒng)與MES系統(tǒng)之間傳遞的產(chǎn)品設(shè)計單。OAGIS對業(yè)務(wù)對象作出了規(guī)定，業(yè)務(wù)對象文檔巾封裝了系統(tǒng)之間傳遞的數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的處理要求，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由應(yīng)用區(qū)和數(shù)據(jù)X_組成。應(yīng)用X,包含系統(tǒng)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(tǒng)的標示符、邏輯位置、創(chuàng)建時間、
身份認證等信息；數(shù)據(jù)區(qū)包含業(yè)務(wù)處理所需的數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的處理要求。OAGIS針對各種集成場景共定義了近200種業(yè)務(wù)對象文檔，并提供了一種擴展機制，用戶可根據(jù)需要對業(yè)務(wù)對象文檔的內(nèi)容進行擴展。
OAGIS定義了一系列業(yè)務(wù)對象集成場景，集成場景是對企業(yè)信息系統(tǒng)進行集成的一個參照模型，海個集成場景都描述了集成的目標，參與集成的系統(tǒng)以及系統(tǒng)之間交換的信息以下是幾個MES與ERP等企業(yè)治理信息系統(tǒng)集成的部分場景。
（1）ERP與車間計劃集成場景。該場景是ERP系統(tǒng)、車間級生產(chǎn)計劃制定系統(tǒng)、生產(chǎn)過程治理系統(tǒng)、車間級生產(chǎn)能力分析系統(tǒng)之間的集成場景。在該場景中，生產(chǎn)能力分析模塊根據(jù)ERP系統(tǒng)下達的生產(chǎn)指令進行生產(chǎn)能力分析，車間級生產(chǎn)計劃制定系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)指令和生產(chǎn)能力分析結(jié)果，制定生產(chǎn)計劃并發(fā)往生產(chǎn)過程治理系統(tǒng)。
（2）設(shè)計變化集成場景。該場景是PDM、ERP和MES之間的集成場景，PDM中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，ERP和MES中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)也進行相應(yīng)調(diào)整。
（3）工藝數(shù)據(jù)同步集成場景。在該場景中，制造工藝數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，MES中的數(shù)也相應(yīng)更新。
（4）生產(chǎn)同步集成場景。對MES以及其它系統(tǒng)中的生產(chǎn)指令數(shù)據(jù)進行同步和更新。
（5）在制品統(tǒng)計集成場景。對ERP、MES以及其它系統(tǒng)中的在制品數(shù)目進行確認
（6）人力資源集成場景。在該場景中，ERP系統(tǒng)中的人力資源治理模塊從MES中獲取工人的工作時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人信息
（7）設(shè)備維護集成場景。在設(shè)備維護模塊與其它模塊之間傳遞設(shè)備維護信息。
3 S95標準
3.1 S95標準概述
應(yīng)用OAGIS可以實現(xiàn)MES與上層治理信息系統(tǒng)的集成，但并不能用于MES與車間底層控制系統(tǒng)之間的集成，而S95標準的目標就是實現(xiàn)MES與上層治理信息系統(tǒng)、下層車間控制系統(tǒng)之間的集成。S95是ISA（美國儀器、系統(tǒng)、自動化協(xié)會）制定的“企業(yè)－控制系統(tǒng)集成”標準的簡稱。包括以下六個部分：模型和術(shù)語、對象模型屬性、制造業(yè)務(wù)治理活動模型、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/國際標準化組織）標準，第三、四、五部分正在制定過程中，第六部分尚處于構(gòu)思階段。S95的最大貢獻在于同一了管控系統(tǒng)集成的術(shù)語、信息對象模型及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、活動對象模型。
參加S95起草和討論的工作組成員共有190人，其中獨立專家、應(yīng)用機構(gòu)和開發(fā)機構(gòu)各占約1/3。在應(yīng)用機構(gòu)和開發(fā)機構(gòu)名單中，大部分是國際土著名的制造業(yè)、過程業(yè)和自動控制系統(tǒng)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?shù)拇硇院蜋?quán)威性。特別是國際上眾多的自動化控制系統(tǒng)公司參加了S95工作組，說明了當前控制界對企業(yè)信息化和系統(tǒng)集成的關(guān)注程度。
3.2 S95標準的基礎(chǔ)
S95以美國普度大學的企業(yè)參考結(jié)構(gòu)（PERA）為基礎(chǔ)，將企業(yè)功能結(jié)構(gòu)分為五層，即：第4層的貿(mào)易計劃和后勤系統(tǒng)，第3層的制造操縱和控制系統(tǒng)，第2、1、0層的控制系統(tǒng)，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，它包括對信息系統(tǒng)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CIM數(shù)據(jù)流模型，以PERA中的功能模型作為研究出發(fā)點。
ISA在1988年為批量生產(chǎn)制定了術(shù)語、模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標準，即S88標準。S95標準參考了S88標準中的物理結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型分級為：企業(yè)、地點、區(qū)域、生產(chǎn)線/設(shè)備單元（或過程單元/零部件，或生產(chǎn)單位）。其中企業(yè)、地點級對應(yīng)第4層的活動范圍，區(qū)域、生產(chǎn)設(shè)備對應(yīng)第3層的活動范圍。
S95標準中的第二部分，即制造業(yè)務(wù)治理活動模型，是MESA的制造功能模型的進一步發(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(tǒng)所需交換的31種信息流回為4類：產(chǎn)品定義信息，描述如何制造一個產(chǎn)品；生產(chǎn)能力信息，說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，說明何時何地生產(chǎn)何物以及需要何種資源；生產(chǎn)性能信息，說明生產(chǎn)了什么，消耗了什么資源，也包括了所有貿(mào)易系統(tǒng)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9大對象模型，分別是：資源信息中的職員模型、設(shè)備模型、材料模型、過程段模型；能力信息巾的生產(chǎn)能力模型、過程段能力模型；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(diào)度模型和實績模型。
S95的第三、四部分定義了制造車間（第3層）中的8類活動模型：定義治理、資源治理、具體計劃、調(diào)度、執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集、分析與追蹤，以及這些活動模型之間的數(shù)據(jù)流。這些活動模型主要用于生產(chǎn)控制、設(shè)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(zhuǎn)換過程中，這些活動對本錢、數(shù)目、安全和時間等參數(shù)進行協(xié)調(diào)、指導(dǎo)和追蹤。圖1是生產(chǎn)控制業(yè)務(wù)的治理活動模型。
圖1 生產(chǎn)業(yè)務(wù)治理活動模型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(yīng)答式和發(fā)布/訂閱式兩種數(shù)據(jù)傳輸模型；確定了數(shù)據(jù)傳輸模型中的信息內(nèi)容，如圖2所示；定義了各名詞對象與動詞的對應(yīng)關(guān)系。
圖2 典型的交換數(shù)據(jù)設(shè)置3.4 S95標準的應(yīng)用
目前S95標準面臨的困難是它必須滿足多種制造企業(yè)管控系統(tǒng)集成的需要，它必須是一個可用于食品產(chǎn)業(yè)、化學產(chǎn)業(yè)，以及電子產(chǎn)業(yè)等不同類型的產(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(xù)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(yīng)用工具的開發(fā)尚處于起步階段。World Batch Forum（WBF）應(yīng)用XML為流程企業(yè)開發(fā)了基于S95標準的Business To Manufacturing Markup Language（B2MML）。
西門子公司遵照S95標準，為MES的實施開發(fā)了核心產(chǎn)品——SIMATIC IT Production Suite。由于該產(chǎn)品符合S95標準，從根本卜能滿足企業(yè)治理控制系統(tǒng)集成的需要，又由于它能夠動態(tài)組織以滿足企業(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提供可以滿足業(yè)務(wù)墓本需要的功能組件，預(yù)置了大量只要經(jīng)過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(shè)計的（例如訂單治理、物料治理等）。SIMATIC IT Framework是一個建模環(huán)境，可以在圖形化的環(huán)境中對企業(yè)業(yè)務(wù)流程進行建模，將制造系統(tǒng)的功能進行細化；通過圖形方式將小同的SIMATIC IT Components功能組合在一起來定義執(zhí)行邏輯，根據(jù)物理對象（實際的裝置和設(shè)備）和邏輯對象（軟件包及應(yīng)用程序）來創(chuàng)建工廠模型。對生產(chǎn)執(zhí)行邏輯的顯式定義，以及對工廠模型中不同對象之間相互作用的定義，需要根據(jù)實際的生產(chǎn)作業(yè)來確定。SIMATIC IT Production Suite提供了第二方組件和已有應(yīng)用程序集成的功能，用戶不需要進行復(fù)雜的技術(shù)封裝就可以拿來使用，并按照SIM ATIC IT Framework中定義的邏輯進行協(xié)調(diào)和調(diào)用。
通用電氣公司所開發(fā)的MES應(yīng)用工具GE Proficy，從架構(gòu)設(shè)計到應(yīng)用模塊均參照S95標準。其主要模塊（包括質(zhì)量、生產(chǎn)、設(shè)備總體效率、消耗跟蹤和生產(chǎn)統(tǒng)計）均與S95標準一致。Proficy的各個模塊中貫串了生產(chǎn)計劃、設(shè)備、生產(chǎn)過程、資源等S95對象模型，通過各種標準的事件實現(xiàn)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(xiàn)。在與ERP系統(tǒng)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廠家，如與SAP的連接，以前的做祛是各應(yīng)用程序編寫各自的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
為了進一步規(guī)范MES，很多團體、政府機構(gòu)、組織也正在參與研究和制定制造執(zhí)行系統(tǒng)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在為化學產(chǎn)業(yè)開發(fā)數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)庫信息集成；ISO開發(fā)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)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（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(jié)構(gòu)標準；半導(dǎo)體制造技術(shù)協(xié)會（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)活動模型（Activity Models）；霍尼韋爾公司的工廠信息化的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)Uniformance（一個用于生產(chǎn)治理的同一的信息化數(shù)據(jù)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?qū)ο?、平臺、功能模塊、計算機網(wǎng)絡(luò)、CORBA等。
5 結(jié) 語
上述各標準都倡導(dǎo)MES功能和接口的標準化，以及系統(tǒng)的集成和互操縱性。但是人多針對一種特定的產(chǎn)業(yè)門類或類似的幾種產(chǎn)業(yè)門類，或是針對管控系統(tǒng)集成中的不同應(yīng)用層次，創(chuàng)門各有優(yōu)缺點和適用性。為了發(fā)揮各自上風，減少各組織之間的重復(fù)工作和沖突，切實推進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、WBF、OAG、OMAC（Open Modular Architecture Control Group，開放模型體系控制組）和MIMOSA（制造企業(yè)運行和維護開放信息標準協(xié)會）等著名的制造業(yè)標準組織正在同盟組成虛擬的OpenO&M（Open for Operations and Maintenance）組織，來領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)發(fā)展制造業(yè)信息系統(tǒng)的技術(shù)標準。
相對來說，S95是最全面、最基本、影響最廠泛的制造執(zhí)行系統(tǒng)的技術(shù)標準。應(yīng)此遵照S95標準，結(jié)合我國制造企業(yè)生產(chǎn)車間的特點，深進研究車間生產(chǎn)控制中各具休活動對象，用UML建立活動對象模型（例如生產(chǎn)調(diào)度治理），將活動對象下的常用功能模塊開發(fā)為組件，開發(fā)二層架構(gòu)（瀏覽器、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）下的管控系統(tǒng)集成框架和平臺，推動我國制造業(yè)信息化向上向下得到延伸。(end)
