1 MES系统的研究现状
随着MES应用系统在工业企业越来越广泛的推广，工业企业发现MES能够提高计划的实时性和灵活性，改善生产线的运行效率。同时，美国先进制造研究机构AMR调查发现：现有的企业生产管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件，以SCADA.HMI为代表的生产过程监控软件和以支持企业全面集成的MES软件群组成。根据调查结果，提出了三层的企业集成模型(如图1)。MES可以对来自MRPII/ERP软件的生产管理信息细化、分解，将操作指令传递给底层控制：可以实时监控底层设备的运行状态，采集设备、仪表的状态数据，经过分析与处理，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起，并将生产状况及时反馈给计划层。进入二十一世纪，现代集成制造系统通过追踪生产信息流来实现对企业的全面控制和管理，它的系统结构已经逐步摆脱了完全按照物理层次划分并配置系统的传统模式，向着更加简单合理的综合模式发展，如图2所示。
图1 企业管理系统三层集成模型
图2 CIMS系统结构的发展趋势图
虽然MES的发展历史较短，但它能有效地实现以时间为关键的制造思想，因而在发达国家推广的非常迅速，并给工厂带来了巨大的经济效益，对国外的管理界也产生了深远的影响。
从国内看，CIMS、MES、ERP等概念进入我国都比较早，但只以DCS为代表的底层自动化和以ERP为代表的管理系统普及速度较快。虽然在观念上已经开始转变，有一些公司在加快开发中国式的MES产品或应用国外的MES产品，而且势头较好，但我国工业企业的信息孤岛和缺损环链现象比国外更为突出，对MES层的认识相对落后。国内学者对车间层、单元层的研究大都着重于控制模型的研究，很少从应用出发来研究和开发面向制造过程的集成化管理和控制软件。因此，加强对MES的研究和推广应用，探索MES的发展道路，对于提高我国企业的管理水平，增强制造业的竞争实力具有重要的意义。
2 企业MES系统功能架构
企业MES为一系列管理功能，而非一套软件系统，它完全可以是各种生产管理的功能软件集合。主要的MES功能模块(如图3)包括：1)资源配置与状态跟踪；2)工序大于细节调度；3)生产计划和调度；4)文档控制；5)数据采集和获取；6)人力资源管理：7)质量管理；8)过程管理：9)维护管理：10)产品跟踪与记录；11)性能分析。
图3 MES系统功能架构
3 MES系统设计
企业信息系统一般采用C/S(Client/Server)和B/S(Brewer/Server)两种架构模式。因为受到生产现场的条件约束，CIS模式的使用需要较高的系统硬件配置和相对大的成本，并且相比较与B/S，C/S具有较大的维护工作量，复杂而又繁琐的系统升级，以及相对高的系统开发与维护成本，基于此，系统选用了B/S体系结构，其主要开发工具是C#与.NET，后台数据库使用SQL Server。开发完成的系统及数据库安装在WEB服务器，通过IIS发布到互联网上，生产车间和上层管理人员在办公室通过企业内部网络浏览器向WEB服务器发出请求，WEB服务器上的IIS服务再根据用户请求，执行相应的操作，并将结果生成HTML文件发送到客户端(如图4)。
图4 Web应用程序响应客户端请求过程图
3.1 硬件环境 按照某研究所规定的数据传输与处理的需求，及数据处理量的要求结合企业实际数据处理量、现有的硬件资源和部门特点，为企业设计的系统硬件结构(如图5)。系统部署在管理大楼的系统服务器上。管理大楼中的终端用户能够经过中心交换机和前置交换级的级联，继而实现对系统服务器的访问(如图5)。
图5 MES系统硬件结构图
系统通过采集与反馈每个生产单元的数据，构成覆盖全部门的开放式以太网络，旨在实现闭环管理的需求。系统主要围绕数据库服务器，对实施数据进行比照与存取，从而形成不同的统计分析报表，达到监视和控制生产信息已经管理生产流程的目的，提供规范的网际网络浏览查询与资料索取。
3.2 软件结构 在开发时，系统使用基于.NET的B/S软件架构，整个系统为了达到数据格式统一化、软件功能模块以及模块接口标准化，采用数据访问层、WEB表现层以及业务逻辑层三层体系架构。
数据访问层的任务是处理后台数据库和系统间的交互，数据访问模块与业务数据结构成本层。前者对数据库的详细操作进行封装，接受业务处理模块的数据访问请求，同时把操作结果通过业务数据的方式返还给业务处理模块；WEB表现层做为系统功能的显示界面，并且是给予系统和用户交互接口。该层由安全认证模块以及页面显示模块组成。前者的任务是认证用户的身份以及访问权限，避免用户越界工作，而后者由ASPX或者HTML页面构成，其职责为对于用户的请求和输入数据进行接收。整个WEB表现层使用XML描述，在程序运行的过程中进行解析，便于将来修改；业务逻辑赠的控制机制将有限状态自动机引入，以此对业务流的流动执行进行控制，取得了对业务的顺序性以及逻辑性德控制的良好效果。其为制造业执行系统的主要构成部分，具体达到订并执行产品的生产计划、跟踪和处理产品数据(如图6)。
图6 MES系统的软件构架图
3.3 数据访问 数据库SQL Server2000容纳来了系统里所有的数据，在对数据库进行访问与操作时，使用适用于多层应用程序的ADO.NET，在当前信息系统应用程序中，是最常见的体系结构。相比于传统的ADO数据访问形式，ADO.NET同其的根本区别在于ADO采用OLEDB接口，同时以COM技术为基础，ADO.NET具备自身的接口，以Microsoft公司的.NET体系架构为基础。构成ADO.NET的类型有两类：为.NET数据提供对象以及用户对象。当中，提供对象的任务是将一些现实操作，例如数据从数据源的读取与写入完成等，在存储介质读到数据之后，然后通过用户对象进行数据的访问与操作。Data Adapter、Connection以及Command Builderden等等均可作为提供对象；而Data Relation、DataSet以及Datallow等等是用户对象。
3.4 报表设计 Crystal Reports能够及时地创建拥有专业外观以及演示文稿质量的复杂的交互式报表，其特点有：方便的操作、较强的功能以及相对稳定的性能。系统的数据库应用程序与Crystal Reports报表处理功能相整合，这样一来，实现了用户的需要，同时应用程序节省了开发时间。Crystal报表专家在Visual Studio.Net IDE里，能够依据实际需求快速方便地设计报表。利用Crystal Reports Designer设计报表，第一，应明确报表的数据源，借助于报表设计选项卡，设置报表里应显示的数据，同时把报表保存成报表文件：第二，在页面要显示报表的位置增加Crystal Report Viewer控件；第三，如果要显示报表，应利用程序代码把控件和需要显示的报表进行绑定。使用Crystal Reports不仅使系统报表设计的流程简化，同时利用其所给予的其它功能，有利于满足页面导航和报表打印等一些需要。
3.5 权限设计 用户表由设定系统的管理员进行维护，各用户的用户名和密码均在用户表中设定，用户在登录的时候必须提供合法有效的帐号，以此保证系统的安全性。并且由系统管理员对用户担任的角色进行分配，每个角色都有不一样的作用，系统能按照用户担任的角色自行加载用户拥有的菜单，菜单意味着不一样的功能权限，进而实现控制权限。
4 结论
MES管理系统一方面能够健全企业的信息化建设；另一方面可以使车间的生产效率得到提高，降低原料与能源量消耗，同时减少产品库存量，加强产能。然而，我国对于开发与应用MES还处在起步阶段，选择和研发适当的MES开发工具，并与我国企业的MES软件产品相适应，满足企业信息系统的紧密集成目的，继而提出我国企业MES的实施标准和技术规范，其重要意义不仅在于我国企业信息化水平的提高，更在于同国际先进企业竞争力的增强。
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本文标题：制造执行管理系统(MES)的应用探析
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