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　　在以ERP（Enterprise Resource Planning，企業資源計劃）為代表的企業信息化深入發展中，許多企業特別是商業企業受益匪淺。然而眾多的制造企業卻沒有那么幸運，甚至遭遇不同程度的失敗。這一現象并非我國獨有，在工業發達國家也是如此。美國ARC公司調查結果顯示，53％的客戶反映ERP在企業生產中存在以下問題：重復投入、高成本、信息冗余、“信息孤島”、各系統的信息無法相互理解。仔細分析這些現象的原因，可以發現：以ERP為代表的企業管理信息系統缺乏車間生產現場實時數據的支持，從車間底層到企業上層信息是脫節的；部分企業甚至沒有生產現場的信息，即使有其信息也是滯后或失真的；并且上下層系統的信息數據結構不同，描述方法不一致，各系統之間數據無法相互理解，不適應企業信息系統集成的需要。應此需要將信息化工程向生產車間推進，實現企業管控系統集成，制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）的實施為解決這一問題提供了可能。

1  MES簡介

　　MES在1990年由AMR（Advanced Manufacturing Research）組織提出并使用，是將制造業管理系統（例如MRPⅡ/ERP/SCM等）和控制系統（例如DCS、SCADA、PLC等）集成在一起的中間層，是位于管理層與控制層之間的執行系統。MES是一個特定集合的總稱，包括一些特定功能的集合以及實現這些特定功能的產品。MES也不是一個特定行業的概念，而且應用于各種制造業的重要信息系統。MES的任務是把管理系統的指令傳達到生產現場，并將生產現場的信息及時收集、上傳和處理，是上下兩層之間信息的傳遞系統。

　　根據標準化、功能組件化、模塊化的原則，MESA（Manufacturing Execution System Association International，制造執行系統國際聯盟組織）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]：

    (1) 生產資源分配與監控；

    (2) 作業計劃和排產；

    (3) 工藝規格標準管理；

    (4) 數據采集；

    (5) 作業員工管理；

    (6) 產品質量管理；

    (7) 過程管理；

    (8) 設備維護；

    (9) 績效分析；

    (10) 生產單元調度；

    (11) 產品跟蹤。

    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 Solution）。

    MES是一個龐大的系統，在實施過程中難度大，成本高，成功率低，沒有成熟的基本理論支持，主要表現在：沒有統一的管控系統集成技術術語、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、設備供應商、系統集成商三者間的需求交流困難，不同的硬件、軟件系統集成困難，集成后的維護困難。針對這些問題，還需要在MESA功能模型的基礎上，研究和開發相應的MES應用技術標準，用于描述和標準化這類軟件系統。

2  OAGIS標準

　　OAGIS是由OAG（Open Applications Group）為企業信息系統集成而提出的商務語言標準。OAG是一個由企業應用軟件開發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定義了一系列業務對象及應用場景，滿足OAGIS標準的企業應用系統之間可以方便地實現集成和互操作，提高了軟件的即插即用能力。OAGIS是世界上應用最多的商務語言標準，它也包含了MES與ERP、 PDM等系統之間集成的相關標準。因此在MES系統的開發中可以遵守OAGIS標準，以提高制造業信息系統的集成能力。

　　OAGIS基于XML語言，它的基本思想是將企業信息系統之間的集成看作系統之間業務對象文檔（XML文檔）的傳遞，例如裝飾布生產企業CAD系統與MES系統之間傳遞的產品設計單。OAGIS對業務對象作出了規定，業務對象文檔中封裝了系統之間傳遞的數據以及對數據的處理要求，其數據結構由應用區和數據區組成。應用區包含系統發送業務對象文檔所需要的信息，如創建業務對象文檔系統的標示符、邏輯位置、創建時間、身份認證等信息；數據區包含業務處理所需的數據以及對數據的處理要求。OAGIS針對各種集成場景共定義了近200種業務對象文檔，并提供了一種擴展機制，用戶可根據需要對業務對象文檔的內容進行擴展[2,3]。

　　OAGIS定義了一系列業務對象集成場景，集成場景是對企業信息系統進行集成的一個參照模型，每個集成場景都描述了集成的目標，參與集成的系統以及系統之間交換的信息。以下是幾個MES與ERP等企業管理信息系統集成的部分場景。

(1)  ERP與車間計劃集成場景。該場景是ERP系統、車間級生產計劃制定系統、生產過程管理系統、車間級生產能力分析系統之間的集成場景。在該場景中，生產能力分析模塊根據ERP系統下達的生產指令進行生產能力分析，車間級生產計劃制定系統根據生產指令和生產能力分析結果，制定生產計劃并發往生產過程管理系統。

(2)  設計變化集成場景。該場景是PDM、ERP和MES之間的集成場景，PDM中的產品數據發生變化時，ERP和MES中的產品數據也進行相應調整。

(3)  工藝數據同步集成場景。在該場景中，制造工藝數據發生變化時，MES中的數也相應更新。

(4)  生產同步集成場景。對MES以及其它系統中的生產指令數據進行同步和更新。

(5)  在制品統計集成場景。對ERP、MES以及其它系統中的在制品數量進行確認。

(6)  人力資源集成場景。在該場景中，ERP系統中的人力資源管理模塊從MES中獲取工人的工作時間和工作日程安排等信息，MES從人力資源管理模塊獲取工人的個人信息。

(7)  設備維護集成場景。在設備維護模塊與其它模塊之間傳遞設備維護信息。

3  S95標準

3.1  S95標準概述

　　應用OAGIS可以實現MES與上層管理信息系統的集成，但并不能用于MES與車間底層控制系統之間的集成，而S95標準的目標就是實現MES與上層管理信息系統、下層車間控制系統之間的集成。S95是ISA（美國儀器、系統、自動化協會）制定的“企業―控制系統集成"標準的簡稱。包括以下六個部分：模型和術語、對象模型屬性、制造業務管理活動模型、制造業務管理對象模型和屬性、商務到制造的事務處理、制造業務管理的事務處理。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，第六部分尚處于構思階段。S95的最大貢獻在于統一了管控系統集成的術語、信息對象模型及其數據結構、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、應用機構和開發機構各占約1/3。在應用機構和開發機構名單中，大部分是國際上著名的制造業、過程業和自動控制系統公司代表，如DoPont，HP，IBM，ABB，Siemens，Honeywell，SAP，Rockwell，Emerson，Invensys，GE，UC，Microsoft，Nestle，Shell，Yokogawa等等，具有相當的代表性和權威性。特別是國際上眾多的自動化控制系統公司參加了S95工作組，說明了當前控制界對企業信息化和系統集成的關注程度。

3.2  S95標準的基礎

　　S95以美國普度大學的企業參考結構（PERA）為基礎，將企業功能結構分為五層，即：第4層的商業計劃和后勤系統，第3層的制造操作和控制系統，第2、1、0層的控制系統，S95主要是解決第4層與第3層的接口和第3層中的制造業務活動，它包括對信息系統任務、制造任務、人的任務以及這三者之間相互關系的建模。S95采用了普度大學CIM 數據流模型，以PERA中的功能模型作為研究起點。

　　ISA在1988年為批量生產制定了術語、模型和數據結構標準，即S88標準。S95標準參考了S88標準中的物理結構模型和產品定義、生產能力、生產計劃、生產能力四種信息流。將物理結構模型分級為：企業、地點、區域、生產線/設備單元（或過程單元/零部件，或生產單位）。其中企業、地點級對應第4層的活動范圍，區域、生產設備對應第3層的活動范圍。

　　S95標準中的第三部分，即制造業務管理活動模型，是MESA的制造功能模型的進一步發展。

3.3  S95標準中的信息流和對象模型

　　S95將企業和控制系統所需交換的31種信息流歸為4類：產品定義信息，描述如何制造一個產品；生產能力信息，說明需要的和可獲得的生產資源的容量和能力；生產計劃信息，說明何時何地生產何物以及需要何種資源；生產性能信息，說明生產了什么，消耗了什么資源，也包括了所有商業系統所需要的生產產品的反饋信息。

　　S95采用UML（Unified Modeling Language）建立了4類9大對象模型，分別是：資源信息中的人員模型、設備模型、材料模型、過程段模型；能力信息中的生產能力模型、過程段能力模型；產品定義信息的產品定義模型；生產信息中的生產調度模型和實績模型[4,5]。

　　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：定義管理、資源管理、詳細計劃、調度、執行、數據收集、分析與追蹤，以及這些活動模型之間的數據流。這些活動模型主要用于生產控制、設備維護、質量保證、庫存管理等業務管理。從原材料、能源和信息到產品的轉換過程中，這些活動對成本、數量、安全和時間等參數進行協調、指導和追蹤。圖1是生產控制業務的管理活動模型[6,7]。

　　S95的第五部分定義了從商務到制造的信息交換，包括請求/應答式和發布/訂閱式兩種數據傳輸模型；確定了數據傳輸模型中的信息內容，如圖2所示；定義了各名詞對象與動詞的對應關系[8]。