MES系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

MES系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院SCMERP（供需鏈管理/Internet）MRP/MRPIIDRPCRM電子商務(wù)（B2B）（B2B、B2C）信息化管理系統(tǒng)——范圍維修點客戶客戶客戶客戶客戶客戶客戶客戶零售商服務(wù)點代銷點代銷點零售商批發(fā)商代理商辦事處服務(wù)銷售部制造部供應(yīng)部主體企業(yè)(盟主)聯(lián)盟企業(yè)聯(lián)盟企業(yè)聯(lián)盟企業(yè)虛擬企業(yè)(動態(tài)聯(lián)盟)供應(yīng)商供應(yīng)商供應(yīng)商供應(yīng)商供應(yīng)商MESDCSzhangjie@信息化系統(tǒng)——組成ERP企業(yè)資源計劃DCS分布式控制PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理DRP分銷資源管理APS高級排產(chǎn)OLAP在線聯(lián)機分析CRM客戶關(guān)系管理SCM供應(yīng)鏈管理Power配電自動化Materiel物流自動化Driver傳動控制Advanced先進控制Lab-analysis實驗室自動化Batch批控制過程數(shù)據(jù)采集工序詳細調(diào)度資源分配和狀態(tài)管理產(chǎn)品跟蹤和清單管理質(zhì)量和實驗室管理過程性能分析設(shè)備維護管理企業(yè)經(jīng)營管理系統(tǒng)企業(yè)經(jīng)營管理系統(tǒng)自動化系統(tǒng)制造執(zhí)行系統(tǒng)zhangjie@一個典型的MES系統(tǒng)架構(gòu)目錄什么是組件？

MES組件分類基于組件的MES系統(tǒng)架構(gòu)MES業(yè)務(wù)組件開發(fā)基于組件的MES系統(tǒng)配置組件模型標準基于組件開發(fā)MES的優(yōu)點基于工作流技術(shù)的MES建模與開發(fā)什么是組件也叫構(gòu)件、控件等。簡而言之，組件就是對象。組件是對數(shù)據(jù)和方法的封裝?；诮M件的軟件開發(fā)流程MES組件分類標準組件：標準組件是MES底層核心功能的集合，它提供整個MES系統(tǒng)的運行環(huán)境，為上層實現(xiàn)MES具體功能的組件服務(wù)。這些組件包括：工作流組件、查詢組件、搜索組件、視圖組件、消息組件、分類組件、系統(tǒng)集成插件等。通用組件：通用組件則是跨行業(yè)的，實現(xiàn)大多MES系統(tǒng)所包含的功能。如優(yōu)化計算、誤差分析、故障診斷、數(shù)據(jù)可視化界面、報表、日期管理、事件管理等。行業(yè)組件：行業(yè)組件是針對特定行業(yè)中的典型需求，實現(xiàn)其相應(yīng)具備的功能。如生產(chǎn)過程模型、業(yè)務(wù)模型、設(shè)備監(jiān)測、設(shè)備維護、物料平衡、生產(chǎn)計劃調(diào)度、生產(chǎn)績效分析、動態(tài)成本分析等。專業(yè)組件：專業(yè)組件是根據(jù)特定類型的MES系統(tǒng)的特殊要求，提供定制化功能的組件，如生產(chǎn)過程動態(tài)仿真、物料跟蹤等?；诮M件的MES系統(tǒng)架構(gòu)總線層數(shù)據(jù)庫/網(wǎng)絡(luò)J2EE/.NETXML

框架層訂單管理構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度構(gòu)件其它構(gòu)件系統(tǒng)管理構(gòu)件設(shè)備管理構(gòu)件物料管理構(gòu)件人力資源構(gòu)件組件層

…工具集

工具集應(yīng)用層應(yīng)用系統(tǒng)MES業(yè)務(wù)組件開發(fā)

基于組件的MES開發(fā)過程及各個階段的活動如右圖所示，主要可以分為四大步驟：MES需求分析與系統(tǒng)設(shè)計MES業(yè)務(wù)組件提取及適配MES業(yè)務(wù)組件裝配MES軟件測試（1）MES需求分析與系統(tǒng)設(shè)計此階段與傳統(tǒng)的瀑布型軟件開發(fā)模式需求分析與系統(tǒng)設(shè)計相似，都是對MES用戶的需求進行分析，歸納出用戶對MES軟件的功能需求，然后從系統(tǒng)的高度上對MES軟件的各個組成部分進行設(shè)計。在MES需求分析與系統(tǒng)設(shè)計階段，可以從MES領(lǐng)域組件庫中提取到相似的分析級與設(shè)計級的MES組件，復(fù)用組件內(nèi)的知識，可以提高MES軟件的分析與設(shè)計效率。根據(jù)MES軟件的各部分功能劃分，確定可以從領(lǐng)域組件庫中提取的領(lǐng)域組件和需要重新開發(fā)的專用組件。（2）MES業(yè)務(wù)組件提取及適配在這個階段，首先根據(jù)相應(yīng)的組件提取方法從MES業(yè)務(wù)（領(lǐng)域）組件庫中提取出所需的各類業(yè)務(wù)組件，包括二進制代碼組件、源代碼組件和可配置組件。然后對提取出的源代碼組件進行修改并編譯，對可配置組件進行配置適配，最后形成可部署的組件。（3）MES組件裝配這個階段將在軟件體系框架（如J2EE）基礎(chǔ)上，把各個組件裝配到一起，形成MES軟件系統(tǒng)。不同層次的可部署組件會有不同的裝配方式，例如，采用XML語言作為組件裝配的接口描述語言。在進行MES業(yè)務(wù)組件裝配之前，首先需要確定合適的軟件體系架構(gòu)和裝配技術(shù)。例如，采用SUN公司的J2EE體系結(jié)構(gòu)，并用XML語言作為MES領(lǐng)域組件裝配的接口描述語言，以實現(xiàn)組件之間的無縫連接，形成分布式、跨平臺、基于Web的MES軟件。（4）MES軟件測試對通過裝配形成的MES軟件進行各項性能測試，包括數(shù)據(jù)、功能、穩(wěn)定性、安全性、集成性等指標?；诮M件的MES系統(tǒng)配置MES系統(tǒng)的可配置主要通過組件的定義或復(fù)用、組件庫的建立和和按照生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程組裝MES系統(tǒng)三個過程。（1）組件定義或復(fù)用對于一個組件，其描述可以分為兩個部分：組件功能的說明和組件功能的實現(xiàn)部分。任何可重用的軟件組件都必須有特征說明（主要是描述組件的類型信息）和規(guī)則說明（主要是描述組件的動態(tài)行為），分別用來描述可重用組件的靜態(tài)特征和動態(tài)語義。另外，在描述可重用組件的信息中還應(yīng)該包括組件的對外接口信息。同時為大量開發(fā)MES的組件組件、建立可重用組件庫做準備，必須制定好MES組件的開發(fā)規(guī)范。（2）組件庫的建立為使MES開發(fā)人員能夠?qū)ES用戶的需求做出快速響應(yīng)，創(chuàng)建滿足用戶要求的組件，有必要開發(fā)可重用MES組件庫管理平臺。組件庫管理平臺主要用來儲存和管理可復(fù)用的組件，提供的主要功能包括儲存、增加、刪除、修改、檢索和統(tǒng)計等。此外，為了便于管理員和用戶考察組件的復(fù)用情況，還應(yīng)該提供組件復(fù)用記錄和用戶意見反饋功能。（3）組件組裝組件的組裝也是組件復(fù)用中一個非常關(guān)鍵的步驟。因為基于組件的開發(fā)、通過組件組裝得到最終的應(yīng)用系統(tǒng)，其穩(wěn)定性、可靠性等方面，磨合是否出漏洞，直接關(guān)系到應(yīng)用系統(tǒng)能否正常運行。在進行組件組裝時可以采用編寫不同的膠合元件、剪裁、包裝等組裝策略。以排產(chǎn)和調(diào)度為例：根據(jù)生產(chǎn)詳細排產(chǎn)和調(diào)度活動特征，把它分解定義為多個組件，設(shè)置在組件庫中，用戶可以根據(jù)自己的生產(chǎn)模式和業(yè)務(wù)流程選用對應(yīng)的排產(chǎn)和調(diào)度組件進行組裝，來構(gòu)成企業(yè)MES系統(tǒng)中所需的排產(chǎn)和調(diào)度功能模塊。當生產(chǎn)模式或業(yè)務(wù)流程發(fā)生變化時，只需修改原組件的對象屬性、事件、方法或重新定義新的組件來進行組裝，構(gòu)成企業(yè)生產(chǎn)模式或業(yè)務(wù)流程發(fā)生變更后的排產(chǎn)和調(diào)度功能模塊。通過這種方式，即滿足了用戶的不同需求，又簡化了生產(chǎn)計劃排產(chǎn)和調(diào)度建立過程。基于組件化的MES系統(tǒng)，通過組件可復(fù)用或重新定義、組件庫的建立和組裝，能夠建立適應(yīng)不同行業(yè)多種生產(chǎn)模式和業(yè)務(wù)流程的MES系統(tǒng)，它具有良好的柔性和可適應(yīng)性。組件模型標準

組件模型用于描述組件及其裝配關(guān)系，沒有標準的組件模型，就沒有真正的即插即用組件。目前業(yè)界存在三種主流的組件模型標準，都是要解決分布環(huán)境下組件的集成和互操作問題：COM系列（ComponentObjectModel）

：COM/DCOM/COM+EJB（EnterpriseJavaBean）CORBA組件模型(CCM—CORBAComponentModel）COM系列：Microsoft的COM組件對象模型系列，即COM/DCOM/COM+，是關(guān)于對象交互作用的一個二進制標準，強調(diào)多個接口的類型而不強調(diào)繼承，因此在互操作及功能擴展方面更為靈活；但其弱點是跨平臺性能太差，只局限于Windows平臺。EJB:EJB是由Sun公司推出的，是開發(fā)和配置基于組件的分布式商務(wù)應(yīng)用的組件結(jié)構(gòu)。EJB提供了遠程訪問、安全、事務(wù)等多種分布式對象計算的服務(wù)。這些應(yīng)用程序只需編寫一次，即可在支持EJB規(guī)范的任何服務(wù)器平臺上配置。目前支持EJB標準的J2EE平臺在實踐中獲得廣泛的應(yīng)用。CCM:OMG于1991年末提出的CORBA（CommonObjectRequestBrokerArchitecture）規(guī)范，是對象管理體系結(jié)構(gòu)（OMA）參考模型的實現(xiàn)方案之一。CORBA2.x之前的CORBA標準，本質(zhì)上仍然是分布式對象標準，直到CORBA3.0提出CORBA組件模型（CORBAComponentModel，CMM），才誕生了真正意義的組件標準。CCM出現(xiàn)較晚，但它能夠博取眾家之長，汲取了EJB模型（容器管理、HOME管理）及DCOM/COM＋組件模型（多接口）的優(yōu)點，被稱之為未來組件模型的典范。三種組件模型標準比較CCMvsEJB：CCM具有語言無關(guān)性，而EJB僅限于Java語言；CCM提供的功能部件及規(guī)范較EJB更完備，CMM組件模型的開放性較EJB好；但CCM的支撐平臺的成熟性比EJB差。CCMvsCOM：CCM的優(yōu)勢在于它的平臺無關(guān)性，而COM系列局限于WINDOWS平臺。以CCM規(guī)范為基礎(chǔ)開發(fā)的服務(wù)器端組件框架，具有良好的可移植性和重用性。但是由于CCM是一種組件模型規(guī)范，必須首先有開發(fā)商開發(fā)才能使用，況且CCM技術(shù)規(guī)范出爐不久，其支撐平臺后勁不足。不同標準的組件間的集成組件技術(shù)發(fā)展的趨勢是朝著集成化的方向發(fā)展的。無論是OMG組織還是Sun公司，都希望在技術(shù)上能夠相互融合。實際上，在CCM中也定義了對EJB規(guī)范的支持，使得CORBA和EJB之間可以很好地集成。利用EJB技術(shù)較成熟、且有產(chǎn)品支持的特點，開發(fā)人員可以選擇EJB作為其服務(wù)端規(guī)范，同時保留CORBA客戶端的語言和平臺無關(guān)性。CORBA和EJB的集成有兩種方案：橋接技術(shù)和基于IIOP的遠程方法調(diào)用（RMI）?；诮M件開發(fā)MES的優(yōu)點可配置性可重用性可擴展性可集成性（1）可配置性基于組件的MES軟件，是在MES領(lǐng)域框架的基礎(chǔ)上，通過裝配通用組件和領(lǐng)域組件所形成的軟件系統(tǒng)。各個組件之間通過接口進行交互，避免了采用傳統(tǒng)軟件開發(fā)方式開發(fā)的緊密耦合系統(tǒng)所具有的難以部署與配置的缺點?；诮M件的MES在用戶需求發(fā)生變化、需要進行局部調(diào)整的時候，可以只改變其中的某個或某些組件，而不必修改整個軟件系統(tǒng)。因此，基于組件的MES軟件具有良好的可配置性。（2）可重用性不同企業(yè)在規(guī)模、管理模式、經(jīng)營策略等方面會存在差異，因此對MES的功能需求也有所不同，若軟件不進行修改，整體復(fù)用的可能性比較小。而傳統(tǒng)的軟件開發(fā)模式開發(fā)出的軟件是緊耦合的，難以復(fù)用其中的部分功能，當需求發(fā)生變化時，必須重新進行需求分析、功能分解、設(shè)計和開發(fā)，造成軟件系統(tǒng)可復(fù)用性差。而基于組件的MES可以實現(xiàn)多種級別的復(fù)用，包括代碼級、二進制級、領(lǐng)域分析、設(shè)計和測試等級別的復(fù)用。這種多層次和多級別的軟件組件復(fù)用，可以極大的提高MES的軟件開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本和改善軟件質(zhì)量。（3）可擴展性制造企業(yè)在激烈的市場競爭中，需要不斷提高管理水平，調(diào)整和改善業(yè)務(wù)處理流程，來提高企業(yè)的市場競爭力。這必然要求企業(yè)的信息系統(tǒng)能夠及時地進行改進和擴展，以滿足不斷變化的市場環(huán)境。傳統(tǒng)MES在結(jié)構(gòu)上是緊耦合的，當用戶需求發(fā)生變化而導(dǎo)致系統(tǒng)功能需要做出調(diào)整的時候，需要對整個MES重新進行功能建模和分析，劃分功能模塊，修改的工作量非常大。而基于組件的MES構(gòu)建在統(tǒng)一的領(lǐng)域框架的基礎(chǔ)上，并且組件具有更好的模塊性，組件之間是松散耦合的，通過接口進行交互。這些特點決定了基于組件的MES具有很好的可擴展性，當用戶需求發(fā)生改變，需要對軟件系統(tǒng)的某個功能進行調(diào)整的時候，只需要修改相應(yīng)的組件，保證該組件和其他組件的接口不變，就可以保證系統(tǒng)的正常運行。（4）可集成性除了MES，企業(yè)還有很多其他的信息系統(tǒng)，如ERP、CAD、CAPP、CRM等，為了最大限度發(fā)揮各個信息系統(tǒng)的作用，需要把它們集成到一起，實現(xiàn)無縫集成，這就要求各個信息系統(tǒng)應(yīng)該具有很好的集成性。傳統(tǒng)的MES由于內(nèi)部是緊耦合，而且為其他系統(tǒng)提供的接口比較少，在與其他系統(tǒng)集成的時候，往往需要重新定制集成接口，所以軟件系統(tǒng)的集成性比較差。而基于組件的MES軟件，可以從數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層三個層次提供相應(yīng)的集成接口，從而具有更好的集成性?；诠ぷ髁骷夹g(shù)的MES建模與開發(fā)工作流技術(shù)是一種能夠有效的控制和協(xié)調(diào)復(fù)雜活動的執(zhí)行、實現(xiàn)人與應(yīng)用軟件之間交互的技術(shù)手段。采用工作流技術(shù)，可以把MES業(yè)務(wù)邏輯從具體的業(yè)務(wù)實現(xiàn)中分離出來。它可以在不修改具體功能模塊實現(xiàn)方法（硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、編程語言、應(yīng)用開發(fā)工具、用戶界面）的情況下，通過修改（重新定義）過程模型來完成系統(tǒng)功能的改變或系統(tǒng)性能的改進。通過工作流技術(shù)，可以有效地把企業(yè)各種資源（人、信息、應(yīng)用工具和業(yè)務(wù)流程）合理組織在一起，提高軟件的重用率，發(fā)揮系統(tǒng)最大效能。基于工作流的MES系統(tǒng)，可以通過流程的再定義，靈活地將應(yīng)用系統(tǒng)的功能連接在一起，快速完成企業(yè)系統(tǒng)的搭建?；诠ぷ髁鞯腗ES開發(fā)方法基于工作流的MES開發(fā)方法是：把MES業(yè)務(wù)過程邏輯從具體業(yè)務(wù)實現(xiàn)中分離出來，抽取出原子級的企業(yè)業(yè)務(wù)活動，并用組件來實現(xiàn)這些原子活動，以業(yè)務(wù)流程模型驅(qū)動這些活動的運行，從而實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)和軟件實現(xiàn)的全面集成。結(jié)合工作流管理技術(shù)和組件技術(shù)，右圖表示一個多層MES體系結(jié)構(gòu)，使企業(yè)可以在一個統(tǒng)一的集成框架下實現(xiàn)組件化MES的開發(fā)、實施和運行。（1）工作流平臺層實現(xiàn)業(yè)務(wù)過程與業(yè)務(wù)邏輯的分離，通過工作流建模工具分析和定義MES業(yè)務(wù)流程，將MES業(yè)務(wù)流程與相關(guān)的組件、用戶和數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)起來形成一個可實施的軟件系統(tǒng)，并利用工作流引擎實現(xiàn)對MES系統(tǒng)運行控制。工作流平臺實現(xiàn)整個體系中不同層次的集成，并可根據(jù)企業(yè)需求的變化和BPR的情況動態(tài)實行組件的組合，快速形成新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)對MES的動態(tài)建模。（2）業(yè)務(wù)組件層業(yè)務(wù)組件層部署MES軟件的業(yè)務(wù)邏輯組件，如零件信息組件、工藝信息組件、制造資源組件、在制品管理組件、設(shè)備監(jiān)控組件和計劃調(diào)度組件等。業(yè)務(wù)組件是數(shù)據(jù)庫層與表示客戶端層進行聯(lián)系處理的橋梁，它接收表示層和客戶端層的請求，提取數(shù)據(jù)庫層相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過組件自身的邏輯功能進行處理，然后把處理結(jié)果反饋給客戶端或存放到數(shù)據(jù)庫中。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，可以開發(fā)出許多業(yè)務(wù)組件。為提供組件的重用性，可將組件分為通用業(yè)務(wù)組件和行業(yè)專用組件。業(yè)務(wù)組件層是MES軟件功能實現(xiàn)的核心。（3）數(shù)據(jù)庫層數(shù)據(jù)庫層部署MES軟件需要的各類數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)類組件，如零件信息數(shù)據(jù)庫、制造資源數(shù)據(jù)庫、工藝信息數(shù)據(jù)庫和計劃/調(diào)度數(shù)據(jù)庫等。（4）中間層中間件層為MES軟件提供分布式計算環(huán)境，包括命名服務(wù)、事務(wù)管理、數(shù)據(jù)持久管理、網(wǎng)絡(luò)管理等；它還可屏蔽異構(gòu)的軟硬件環(huán)境對MES帶來的影響。基于工作流的MES開發(fā)過程實例：SIMATICITFrameworkSIMATICIT3rdParty

ComponentSimaticITProductionSuiteComponentsSimaticITOptionalComponentsSIMATICITComponentsSimaticITHistorianSimaticITUnilabSimaticITInterspecApplicationsSIMATICITFrameworkCustomer

SpecificLibraries&ConfigurationIndustrySuiteLibrariesSimaticITLibrariesMES標準產(chǎn)生的背景沒有通用的MES功能模型用戶很難交流需求(生產(chǎn)模式不同)即使集成也很難維持各廠商之間的集成非常困難ISA-95企業(yè)控制集成(EnterpriseControlIntegration)ISA-95－正在形成的MES標準

ISA-95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，其目的是建立企業(yè)級和制造級信息系統(tǒng)之間的集成規(guī)范。ISA-95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)管理活動模型、制造業(yè)務(wù)管理對象模型和屬性、商務(wù)到制造的事務(wù)處理、制造業(yè)務(wù)管理的事務(wù)處理。ISA-95的最大貢獻在于統(tǒng)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。ISA-95標準的6個部分時間標準號標準名稱主要內(nèi)容2000(2003)ISA-95.00.01(IEC/ISO62264-1)Part1:模型與術(shù)語詳細規(guī)定了業(yè)務(wù)經(jīng)營和后勤支持系統(tǒng)與生產(chǎn)運行系統(tǒng)之間的接口。2001(2004)ISA-95.00.02(IEC/ISO62264-2)Part2:對象模型與屬性對Part1所定義的內(nèi)容作出詳細的規(guī)定，并通過舉例和圖解進行進一步的解釋。ISA-95.00.03(已形成草案)Part3:制造運作管理行為模型定義了集成企業(yè)/控制系統(tǒng)所需的制造運作管理的行為模型和術(shù)語。ISA-95.00.04(正在制定)Part4:制造運作管理對象模型及屬性定義了支持Part3中制造運作管理活動的相關(guān)對象模型及其屬性。ISA-95.00.05(正在制定)Part5:B2M事務(wù)詳細說明B2M(BusinesstoManufacturing)事務(wù)。未來ISA-95.00.06Part6:制造運作管理事務(wù)詳細說明制造運作管理事務(wù)。ISA-95的應(yīng)用范圍Level4Level1Level2Level3業(yè)務(wù)計劃與后勤支持系統(tǒng)制造運作管理離散控制批量控制流程控制過程設(shè)備自動化功能MES功能ISA-95Parts1,2,5和B2MMLISA-95Parts3,4其它ISO標準其它IEC,OPC&OMAC接口標準IEC&ISA批量控制和其它標準ERP功能MES功能模型(ISA-95)

采購(5.0)生產(chǎn)調(diào)度(2.0)物料和能量控制(4.0)產(chǎn)品庫存控制(7.0)產(chǎn)品成本核算(8.0)質(zhì)量保證(6.0)產(chǎn)品發(fā)運管理(9.0)訂單處理(1.0)生產(chǎn)控制(3.0)維護管理(10.0)研發(fā)與工程市場營銷與銷售過程支持工程(3.1)運作控制(3.2)運作規(guī)劃(3.3)國際上MES主流供應(yīng)商紛紛采用ISA-95標準如：SIMATICIT的功能和系統(tǒng)架構(gòu)建立在ISA-95標準之上。采用ISA-95標準的部分MES廠商SAPSiemensEmersonRockwellAspentechABBHoneywellGeneralElectricInvensysLighthammerCorpJacobsEngineeringFluorEnterprises,IncFlexwareInnovation,Inc.GTIIndustrieNoordwestbv

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