1、MES专题报告车间制造执行系统车间制造执行系统(MESManufacturing Execution System)车间制造执行系统车间制造执行系统(MESManufacturing Execution System)邵新宇 教授邵新宇 教授邵新宇 教授邵新宇 教授MES专题报告基本概念基本概念基本概念基本概念国内外现状趋势及问题国内外现状趋势及问题国内外现状趋势及问题国内外现状趋势及问题我们的对策我们的对策我们的对策我们的对策实施方案实施方案实施方案实施方案应用系统开发应用系统开发应用系统开发应用系统开发效益评估效益评估效益评估效益评估内容提要内容提要MES专题报告MESMES是位于企业上层
2、生产计划和底是位于企业上层生产计划和底是位于企业上层生产计划和底是位于企业上层生产计划和底层工业控制之间，面向车间层的生产管层工业控制之间，面向车间层的生产管层工业控制之间，面向车间层的生产管层工业控制之间，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。理技术与实时信息系统。理技术与实时信息系统。理技术与实时信息系统。什么是MES?什么是MES?基本概念基本概念MES专题报告MESMES汇集了车间中用以管理和优化从下定单到产汇集了车间中用以管理和优化从下定单到产汇集了车间中用以管理和优化从下定单到产汇集了车间中用以管理和优化从下定单到产成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件成品的生产活动全过程的相
3、关硬件或软件组件成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件，它控它控它控它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。提供有关生产活动的任务评价信息。提供有关生产活动的任务评价信息。提供有关生产活动的任务
4、评价信息。MESA InternationalMESA InternationalMES的定义MES的定义基本概念基本概念MES专题报告?资源分配与状态（资源分配与状态（Resource Allocation and Status）?操作操作/细节调度（细节调度（Operations/Detail Scheduling）?分派生产单位（分派生产单位（Dispatching Production Units）?文档控制（文档控制（Document Control）?数据采集数据采集/获取（获取（Data Collection/Acquisition）?人力管理（人力管理（Labor Manage
5、ment）?质量管理（质量管理（Quality Management）?过程管理（过程管理（Process Management）?产品跟踪和谱系（产品跟踪和谱系（Product Tracking and Genealogy）?维护管理（维护管理（Maintenance Management）?性能分析（性能分析（Performance Analysis）MES的功能MES的功能基本概念基本概念MES专题报告MES填补了计划与控制之间的横沟MES填补了计划与控制之间的横沟基本概念基本概念MES专题报告MES填补了计划与控制之间的横沟MES填补了计划与控制之间的横沟基本概念基本概念MES专题报告
6、企业数据流中的MES企业数据流中的MES基本概念基本概念MES专题报告MRPII/ERP到MES的数据流MRPII/ERP到MES的数据流基本概念基本概念MES专题报告MES到控制层的数据流MES到控制层的数据流基本概念基本概念MES专题报告集成集成集成集成MES(MES(Integrated MES)Integrated MES)可集成的可集成的可集成的可集成的MES(MES(IntegratableIntegratable MES)MES)智能第二代智能第二代智能第二代智能第二代MESMES解决解决方案方案解决解决方案方案(MESII)MESII)敏捷化敏捷化敏捷化敏捷化MESMES国内国
7、内国内国内MESMES现状现状现状现状国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势MES专题报告集成集成集成集成MES(MES(Integrated MES)Integrated MES)可集成的可集成的可集成的可集成的MES(MES(IntegratableIntegratable MES)MES)智能第二代智能第二代智能第二代智能第二代MESMES解决解决方案方案解决解决方案方案(MESII)MESII)敏捷化敏捷化敏捷化敏捷化MESMES国内国内国内国内MESMES现状现状现状现状通过更精确的过程通过更精确的过程状态跟踪状态跟踪和更和更完整完整的的数据记录数据记录以以
8、获取获取更更多多的的数数据据来更来更方便地进行方便地进行生产管理，它生产管理，它通过通过分布在设备分布在设备中的中的智能智能来来保证保证车间生产的车间生产的自自动化。动化。国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势MES专题报告集成集成集成集成MES(MES(Integrated MES)Integrated MES)可集成的可集成的可集成的可集成的MES(MES(IntegratableIntegratable MES)MES)智能第二代智能第二代智能第二代智能第二代MESMES解决解决方案方案解决解决方案方案(MESII)MESII)敏捷化敏捷化敏捷化敏捷化MESME
9、S国内国内国内国内MESMES现状现状现状现状现现有有MESMES系统系统多多从软件从软件开开发的发的角度研究其敏捷性角度研究其敏捷性，缺乏对缺乏对车间车间真真实信息实信息环境环境、生产决策、生产决策机机制制及其及其信息信息运运动动规律规律的的深入研究深入研究，导，导致致MESMES运行敏捷性运行敏捷性和和智能智能性不足性不足，没没有从有从本质本质上上解解决决MESMES的的敏捷敏捷化化问题问题。国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势MES专题报告集成集成集成集成MES(MES(Integrated MES)Integrated MES)可集成的可集成的可集成的可集成
10、的MES(MES(IntegratableIntegratable MES)MES)智能第二代智能第二代智能第二代智能第二代MESMES解决解决方案方案解决解决方案方案(MESII)MESII)敏捷化敏捷化敏捷化敏捷化MESMES国内国内国内国内MESMES现状现状现状现状主要停留在主要停留在MESMES思想思想、内涵及体内涵及体系系结构研结构研究究上上；多；多从软件从软件建模建模和和开开发的发的角度研究角度研究MES结构敏捷性；结构敏捷性；应用系统应用系统开开发发一般局一般局限限于于MESMES单单一功能一功能。国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势国内外现状与趋势MES专题报告集
11、成化集成化集成化集成化MESMES（Integrated MESIntegrated MES）可可实实现现可可实实现现 MES MES 功能功能的应用集成，的应用集成，但开放性但开放性、模块模块化和化和功能功能的应用集成，的应用集成，但开放性但开放性、模块模块化和化和可重构性差可重构性差，缺乏柔性缺乏柔性，不易修改不易修改、扩充扩充，难难以以适适应应敏捷敏捷可重构性差可重构性差，缺乏柔性缺乏柔性，不易修改不易修改、扩充扩充，难难以以适适应应敏捷敏捷制造制造环境环境的的需需求求。制造制造环境环境的的需需求求。可可集成集成可可集成集成MESMES（Integrated MESIntegrated
12、MES）采采用用基基于于分布分布式式对对象象技术，技术，只只是从软件是从软件建模及开建模及开发的发的采采用用基基于于分布分布式式对对象象技术，技术，只只是从软件是从软件建模及开建模及开发的发的角度角度来来构构造造角度角度来来构构造造 MES MES 集成集成框架框架，缺乏缺乏从从整整个个制造车间制造车间及及生产生产集成集成框架框架，缺乏缺乏从从整整个个制造车间制造车间及及生产生产系统的系统的角度研究角度研究系统的系统的角度研究角度研究 MES MES 本本身身的的功能功能集成与信息集成，集成与信息集成，不能不能本本身身的的功能功能集成与信息集成，集成与信息集成，不能不能从从本质本质上上解解决决
13、从从本质本质上上解解决决MESMES的集成的集成问题问题。的集成的集成问题问题。?可集成性可集成性差差可集成性可集成性差差存在存在的问题（的问题（1）存在存在的问题的问题（1）MES专题报告MESMESMESMES中中存存在在着大量着大量决策，车间生产过程实决策，车间生产过程实质质上是上是完完中中存存在在着大量着大量决策，车间生产过程实决策，车间生产过程实质质上是上是完完成成一一系系列列决策的过程。决策的过程。成成一一系系列列决策的过程。决策的过程。MESMESMESMES中中所涉所涉及及的信息的信息及及决策过程决策过程中中所涉所涉及及的信息的信息及及决策过程决策过程非常复杂非常复杂，由由于于
14、缺乏智能机缺乏智能机制，制，现现有有非常复杂非常复杂，由由于于缺乏智能机缺乏智能机制，制，现现有有MESMESMESMES不能保证不能保证生产生产不能保证不能保证生产生产过程的过程的自适自适应、应、自自组组织织与与鲁棒鲁棒性性。智能性智能性的的缺乏缺乏直接直接过程的过程的自适自适应、应、自自组组织织与与鲁棒鲁棒性性。智能性智能性的的缺乏缺乏直接直接导导致致了了敏捷性不足敏捷性不足，具具体体现在体体现在导导致致了了敏捷性不足敏捷性不足，具具体体现在体体现在MESMESMESMES对对来来自自外部外部的的不可不可对对来来自自外部外部的的不可不可预测预测的的变变化化（如订如订单计划单计划变变更、更、
15、急急件件加加入入等等）和和内内部部预测预测的的变变化化（如订如订单计划单计划变变更、更、急急件件加加入入等等）和和内内部部扰扰动动（如如进进料阻塞料阻塞、设备设备故障等故障等）缺乏自适）缺乏自适应和应和快速快速扰扰动动（如如进进料阻塞料阻塞、设备设备故障等故障等）缺乏自适）缺乏自适应和应和快速快速反反应应能能力力。反反应应能能力力。?缺乏缺乏智能性和智能性和敏捷敏捷性性缺乏缺乏智能性和智能性和敏捷敏捷性性?可集成性可集成性差差可集成性可集成性差差存在存在的问题（的问题（2）存在存在的问题的问题（2）MES专题报告国国内内外外现现有的有的国国内内外外现现有的有的 MES MES MES MES
16、技术技术及及系统系统由由于于没没有有充分充分考虑考虑车间车间技术技术及及系统系统由由于于没没有有充分充分考虑考虑车间车间制造信息中制造信息中大量存大量存在在的的不不确定确定性性、不不精确精确性性、不完备性不完备性等等制造信息中制造信息中大量存大量存在在的的不不确定确定性性、不不精确精确性性、不完备性不完备性等等非常非常规规特点特点，缺乏在缺乏在这些非常这些非常规规信息信息条条件下的件下的科学科学决策决策方方非常非常规规特点特点，缺乏在缺乏在这些非常这些非常规规信息信息条条件下的件下的科学科学决策决策方方法法，而片而片面面地地去追求去追求车间信息的车间信息的数数量量或精确或精确性性，不不仅增加仅
17、增加法法，而片而片面面地地去追求去追求车间信息的车间信息的数数量量或精确或精确性性，不不仅增加仅增加了车间信息成了车间信息成本本，而且而且造成车间信息集成造成车间信息集成困困难难和决策和决策效率效率了车间信息成了车间信息成本本，而且而且造成车间信息集成造成车间信息集成困困难难和决策和决策效率效率不不高高，大大增加大大增加了了不不高高，大大增加大大增加了了MESMESMESMES的的开开发发及及使使用成用成本本。的的开开发发及及使使用成用成本本。?缺乏非常规信息条件下缺乏非常规信息条件下的的科学决科学决策方策方法法缺乏非常规信息条件下缺乏非常规信息条件下的的科学决科学决策方策方法法?可集成性可集
18、成性差差可集成性可集成性差差?缺乏缺乏智能性和智能性和敏捷敏捷性性缺乏缺乏智能性和智能性和敏捷敏捷性性存在存在的问题（的问题（3）存在存在的问题的问题（3）MES专题报告开开发发敏捷敏捷化化智能智能MES!MES!我们的对策我们的对策我们的对策我们的对策运运用软决策理用软决策理论论，找找到与车间到与车间生产实生产实际际更相更相符合符合的的新新的决策的决策理理论论与与方方法法，从，从根根本本上上解解决决MESMES的的运行敏捷性运行敏捷性。采采用用构构件件及分布及分布式式对对象象技术技术解解决决MES的的结构敏结构敏捷性捷性，开开发发具具有有可重构可重构能能力力的的敏捷敏捷化化MES应用应用系统
19、。系统。开开发发新新一一代代敏捷敏捷化、化、智能智能化、集化、集成化成化MESMES工工具型具型应用系统，应用系统，促促进进企企业车间生产管理业车间生产管理自自动化动化水平水平,产生产生可可量量化的化的经济效益经济效益。MES专题报告开开发发敏捷敏捷化化智能智能MES!MES!?MESMES运运行行敏捷敏捷性性运运行行敏捷敏捷性性我们的对策我们的对策我们的对策我们的对策运运用软决策理用软决策理论论，找找到与车间到与车间生产实生产实际际更相更相符合符合的的新新的决策的决策理理论论与与方方法法，从，从根根本本上上解解决决MESMES的的运行敏捷性运行敏捷性。采采用用构构件件及分布及分布式式对对象象
20、技术技术解解决决MES的的结构敏结构敏捷性捷性，开开发发具具有有可重构可重构能能力力的的敏捷敏捷化化MES应用应用系统。系统。开开发发新新一一代代敏捷敏捷化、化、智能智能化、集化、集成化成化MESMES工工具型具型应用系统，应用系统，促促进进企企业车间生产管理业车间生产管理自自动化动化水平水平,产生产生可可量量化的化的经济效益经济效益。MES专题报告开开发发敏捷敏捷化化智能智能MES!MES!?MESMES运运行行敏捷敏捷性性运运行行敏捷敏捷性性?MESMES结构敏捷结构敏捷性性结构敏捷结构敏捷性性我们的对策我们的对策我们的对策我们的对策运运用软决策理用软决策理论论，找找到与车间到与车间生产实
21、生产实际际更相更相符合符合的的新新的决策的决策理理论论与与方方法法，从，从根根本本上上解解决决MESMES的的运行敏捷性运行敏捷性。采采用用构构件件及分布及分布式式对对象象技术技术解解决决MES的的结构敏结构敏捷性捷性，开开发发具具有有可重构可重构能能力力的的敏捷敏捷化化MES应用应用系统。系统。开开发发新新一一代代敏捷敏捷化、化、智能智能化、集化、集成化成化MESMES工工具型具型应用系统，应用系统，促促进进企企业车间生产管理业车间生产管理自自动化动化水平水平,产生产生可可量量化的化的经济效益经济效益。MES专题报告开开发发敏捷敏捷化化智能智能MES!MES!?MESMES运运行行敏捷敏捷性
22、性运运行行敏捷敏捷性性?MESMES结构敏捷结构敏捷性性结构敏捷结构敏捷性性?工具型工具型应用系统应用系统工具型工具型应用系统应用系统我们的对策我们的对策我们的对策我们的对策运运用软决策理用软决策理论论，找找到与车间到与车间生产实生产实际际更相更相符合符合的的新新的决策的决策理理论论与与方方法法，从，从根根本本上上解解决决MESMES的的运行敏捷性运行敏捷性。采采用用构构件件及分布及分布式式对对象象技术技术解解决决MES的的结构敏结构敏捷性捷性，开开发发具具有有可重构可重构能能力力的的敏捷敏捷化化MES应用应用系统。系统。开开发发新新一一代代敏捷敏捷化、化、智能智能化、集化、集成化成化MESM
23、ES工工具型具型应用系统，应用系统，促促进进企企业车间生产管理业车间生产管理自自动化动化水平水平,产生产生可可量量化的化的经济效益经济效益。MES专题报告系统系统需求需求分析分析系统系统需求需求分析分析MESMES框架结构设计框架结构设计框架结构设计框架结构设计功功能能构件构件的的设计设计与实现与实现功功能能构件构件的的设计设计与实现与实现MESMES应用程应用程序序的的构建、测试构建、测试与与试运试运行行应用程应用程序序的的构建、测试构建、测试与与试运试运行行实施方案实施方案实施方案实施方案MES专题报告企业内部网络企业内部网企业内部网络络CORBA中间件CORBACORBA中间件中间件ME
24、SMES功能功能实实体体功能功能实实体体订订单单订订单单管理管理管理管理系统系统系统系统管理管理管理管理调调度度调调度度管理管理管理管理物料物料物料物料管理管理管理管理设备设备设备设备管理管理管理管理人力资源人力资源人力资源人力资源管理管理管理管理AgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgentAgent车间车间数据数据库库车间车间数据数据库库车间车间数据数据库库1.1.系统系统需求需求分析分析系统系统需求需求分析分析实施方案实施方案实施方案实施方案MRPII/MRPII/
25、ERPERPCAPPCAPPMES专题报告2.2.框架结构设计框架结构设计框架结构设计框架结构设计企业企业内内部网部网络络企业企业内内部网部网企业企业内内部网部网络络络络订订单单管理管理构构件件生产生产调调度度构构件件其其它它构构件件系统系统管理管理构构件件设备设备管理管理构构件件物料物料管理管理构构件件人力人力资源资源构构件件基基本对本对象服象服基基本对本对象服象服公公共共服服务程务程公公共共服服务程务程对对象象请请求代求代理理（对对象象请请求代求代理理（ORBORB）CORBACORBA层层层层应用应用应用应用层层层层MESMES框架框架框架框架层层层层构构件件构构件件层层层层应用应用应用
26、应用程程序序程程序序1 1实施方案实施方案实施方案实施方案MES专题报告3.3.功功能能构件构件的的设计设计与实现与实现功功能能构件构件的的设计设计与实现与实现?功能构件功能构件功能构件功能构件AgentAgent统一对象建模与结统一对象建模与结统一对象建模与结统一对象建模与结构设计构设计构设计构设计?基于基于基于基于CORBACORBA的的的的AgentAgent应用程序开发应用程序开发应用程序开发应用程序开发?编写调用具体服务功能的客户端代编写调用具体服务功能的客户端代编写调用具体服务功能的客户端代编写调用具体服务功能的客户端代码，编译链接产生客户程序码，编译链接产生客户程序码，编译链接产
27、生客户程序码，编译链接产生客户程序实施方案实施方案实施方案实施方案MES专题报告机械学院网络中心4.MES4.MES应用程应用程序序的的构建构建与与试运试运行行应用程应用程序序的的构建构建与与试运试运行行.20#机床中国教育科研网华中结点InternetInternet服务器系统管理（Agent）生产调度（Agent）资源管理（Agent）制造单元1Agent制造单元2AgentHubHubHubHubHubHub注：图中凡一端接入注：图中凡一端接入HubHub的网线均为的网线均为RJ45RJ45双双绞线，而另一端则接入计算机的网卡上；绞线，而另一端则接入计算机的网卡上；现场控制计算机串口线串
28、口线串口线HubHub15#机床12#机床10#机床机床20 Agent实施方案实施方案实施方案实施方案MES专题报告车间车间管理管理控制控制原原型型系统系统协作协作AgentAgent任务任务AgentAgent过程过程AgentAgent单单元元AgentAgent资源资源AgentAgent在在制品制品AgentAgent合合作伙伴作伙伴管理管理生产生产协作协作管理管理制定、制定、调调整整生产计划生产计划生产过程控制与生产过程控制与协协调调车间生产过程车间生产过程监监控控单单元元内内生产生产调调度度与与调调整整车间车间资源资源管理管理车间车间在在制品管理制品管理计划与计划与调调度度图形仿
29、图形仿真真单单元元内内生产控制与生产控制与协协调调车间生产车间生产文档文档管理管理产品产品质质量量跟踪跟踪管理管理软件模块划分应用系统开发应用系统开发应用系统开发应用系统开发MES专题报告系统系统配置配置CAD/CAPP/CAM系统ERPMES数据库服务器车间制造服务器(Web)Agent单元Agent资源重构Agent任务Ethernet 单元Agent 单元Agent 单元Agent 设备Agent 设备Agent普通机床DNCFMS/FMC机床混合NCNCEthernet应用系统开发应用系统开发MES专题报告系统系统配置配置CAD/CAPP/CAM系统ERPMES数据库服务器车间制造服务
30、器(Web)Agent单元Agent资源重构Agent任务Ethernet 单元Agent 单元Agent 单元Agent 设备Agent 设备Agent普通机床DNCFMS/FMC机床混合NCNCEthernet应用系统开发应用系统开发自动化设备单元MES专题报告系统系统配置配置CAD/CAPP/CAM系统ERPMES数据库服务器车间制造服务器(Web)Agent单元Agent资源重构Agent任务Ethernet 单元Agent 单元Agent 单元Agent 设备Agent 设备Agent普通机床DNCFMS/FMC机床混合NCNCEthernet应用系统开发应用系统开发普通设备单元ME
31、S专题报告系统系统配置配置CAD/CAPP/CAM系统ERPMES数据库服务器车间制造服务器(Web)Agent单元Agent资源重构Agent任务Ethernet 单元Agent 单元Agent 单元Agent 设备Agent 设备Agent普通机床DNCFMS/FMC机床混合NCNCEthernet应用系统开发应用系统开发混合设备单元MES专题报告系统系统基基本运行本运行流流程程1)访问主页，填写并提交定单客户协作管理Agent在制品管理Agent任务管理Agent2)接收定单3)任务分解，车间内子任务招标，形成生产计划，构造和管理单元管理Agent。单元管理Agent单元管理Agent生
32、产设备生产设备生产设备6)生产过程仿真过程管理Agent7)反馈异常信息8）管理设备，协调生产9)设备异常信息10)请求任务协作资源管理Agent4)资源使用计划5)资源信息反馈8）任务，资源状况12）过程信息13)现场资源信息14)资源管理信息13)14)15)16)15)在制品信息16)在制品管理信息11)请求任务协作18)信息反馈19)对外招标17)17)在制品查询结果MES专题报告系统系统基基本运行本运行流流程程1)访问主页，填写并提交定单客户协作管理Agent在制品管理Agent任务管理Agent2)接收定单3)任务分解，车间内子任务招标，形成生产计划，构造和管理单元管理Agent。
33、单元管理Agent单元管理Agent生产设备生产设备生产设备6)生产过程仿真过程管理Agent7)反馈异常信息8）管理设备，协调生产9)设备异常信息10)请求任务协作资源管理Agent4)资源使用计划5)资源信息反馈8）任务，资源状况12）过程信息13)现场资源信息14)资源管理信息13)14)15)16)15)在制品信息16)在制品管理信息11)请求任务协作18)信息反馈19)对外招标17)17)在制品查询结果负责本车间与外界的协作MES专题报告系统系统基基本运行本运行流流程程1)访问主页，填写并提交定单客户协作管理Agent在制品管理Agent任务管理Agent2)接收定单3)任务分解，车间内子任务招标，形成生产计划，构造和管理单元管理Agent。单元管理Agent单元管理Agent生产设备生产设备生产设备6)生产过程仿真过程管理Agent7)反馈异常信息8）管理设备，协调生产9)设备
