1 引 言

    隨著(zhù)計算機技術(shù)、生產(chǎn)制造執行系統（MES）技術(shù)的發(fā)展，制造執行系統（MES）作為信息技術(shù)和制造技術(shù)結合的產(chǎn)物應運而生，為制造系統提供了一個(gè)協(xié)同運作的平臺。美國Honeywell的Business FLEX® PKS™是一個(gè)制造執行系統，它提供了過(guò)程知識解決方案，讓流程行業(yè)工廠(chǎng)能將公司目標更加高效在生產(chǎn)層得到執行。這一解決方案把供應鏈規劃、業(yè)務(wù)與生產(chǎn)自動(dòng)化統一起來(lái)，將公司的業(yè)務(wù)目標轉換為具體的操作目標。然后，將經(jīng)過(guò)驗證的生產(chǎn)數據反饋到業(yè)務(wù)規劃層，形成業(yè)務(wù)閉環(huán)回路。其復雜性主要體現在資源的異構性和多樣性以及活動(dòng)的復雜性。隨著(zhù)Business FLEX® PKS™在各個(gè)領(lǐng)域的的運用和擴展，其系統可靠性?xún)?yōu)越性越來(lái)越被實(shí)踐所證實(shí)。在MES系統的運用過(guò)程中，通常許多MES系統的可靠性問(wèn)題更多是關(guān)注與網(wǎng)絡(luò )和系統的連通性，而缺乏對系統內資源的工作狀態(tài)按照“試驗一分析一改進(jìn)”這一技術(shù)途徑進(jìn)行監控和管理,但PKS™卻能很好地解決這一問(wèn)題，它保障系統內的各種資源，乃至整個(gè)系統能夠穩定地、持續地、高效地提供服務(wù)，本文對Honeywell的PKS™的MES系統可靠性工程進(jìn)行集成化管理研究，并對相關(guān)技術(shù)和理論進(jìn)行論述。

    2 MES背景和意義

    作者簡(jiǎn)介: 黃至輝(出生年1964.1－)性別男,畢業(yè)學(xué)校上海大學(xué) 博士, 職稱(chēng)：高級經(jīng)濟師；現從事MES咨詢(xún)和研究。工作單位：冠翔電子有限公司（福州），上海大學(xué)機電工程與自動(dòng)化學(xué)院。電話(huà)13328216089.email:hzhlyj@tom.com
從20 世紀60 年代初計算機系統問(wèn)世以來(lái),人工的管理方式開(kāi)始逐漸被計算機管理系統代替,發(fā)展了物料需求計劃系統(Material Requirements Planning ,MRP)、車(chē)間報表管理系統、采購系統等, 于是發(fā)展成為MRP Ⅱ。隨著(zhù)配置資源計劃系統(Distribution Resource Planning ,DRP) 出現了, 單一功能的制造過(guò)程管理系統(如質(zhì)量管理系統) 也相繼出現。到20世紀80 年代末90 年代初, MRPⅡ逐漸演變?yōu)槠髽I(yè)資源計劃(Enterprise Resource Planning ,ERP) ,DRP 演變?yōu)楣湽芾?Supply Chain Management ,SCM) ,而車(chē)間層應用的專(zhuān)業(yè)化制造管理系統開(kāi)始演變成集成的MES【1】 。1990年11月，美國先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì )(Advanced Manufacturing Research ,AMR) 首次正式提出制造執行系統MES的概念, 將物料需求計劃系統與控制系統之間的制造過(guò)程執行層定義為MES【2】 。 與此同時(shí), 計算機控制也逐漸代替了人工控制, 產(chǎn)生了過(guò)程監控和數據采集系統( Supervisory Control and Data Acquisition ,SCADA) 。隨后SCADA、ERP 和MES 相互滲透。由于制造執行系統（MES）能把企業(yè)有關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本等相關(guān)的綜合生產(chǎn)指標目標值轉化為制造過(guò)程的作業(yè)計劃、作業(yè)標準和工藝標準, 從而產(chǎn)生合適的控制指令和生產(chǎn)指令, 驅動(dòng)設備控制系統使生產(chǎn)線(xiàn)在正確的時(shí)間完成正確的動(dòng)作, 生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品, 從而也使實(shí)際的生產(chǎn)指標處于綜合生產(chǎn)指標的目標值范圍內。1995年美日、西歐等國已有100多家煉油、化工企業(yè)在實(shí)施了計算機集成制造系統CIMS）計劃，推動(dòng)了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統在實(shí)際生產(chǎn)中的應用，并經(jīng)過(guò)實(shí)際應用的考驗，已逐步形成合理的體系結構即為ERP/MES/PCS三層結構。其中將位于計劃層和控制層中間位置的執行層叫做MES，MES作為生產(chǎn)執行系統與上層ERP等業(yè)務(wù)系統和底層DCS等生產(chǎn)設備控制系統一起構成企業(yè)的神經(jīng)系統，它把業(yè)務(wù)計劃的指令傳達到生產(chǎn)現場(chǎng)；將生產(chǎn)現場(chǎng)的信息及時(shí)收集、上傳和處理。MES不單是面向生產(chǎn)現場(chǎng)的系統，而是作為上、下兩個(gè)層次之間雙方信息的傳遞系統，是連結現場(chǎng)層和經(jīng)營(yíng)層，改善生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效益的前沿系統。 

    1992年的制造執行系統協(xié)會(huì )(Manufacturing Execution Systems Association ,MESA)后改名為制造企業(yè)解決方案協(xié)會(huì )(Manufacturing Enterprise Solution Association)，為了在更多的行業(yè)和企業(yè)推廣MES , 標準化MES 研究得到廣泛的重視,如: ISA ( International Federation of the National Standardizing Associations) 發(fā)布的ISA95 系列標準, 提出了MES 標準模型和術(shù)語(yǔ)、對象模型屬性、制造信息活動(dòng)模型、制造操作對象模型【3，4，5】。于1997 年9 月發(fā)表的白皮書(shū)（MESA White Paper No.6，1997）給出了MES 定義: MES系統在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品產(chǎn)出的過(guò)程中，扮演生產(chǎn)活動(dòng)最佳化的信息傳遞者。當事件發(fā)生變異時(shí)，借著(zhù)實(shí)時(shí)正確的信息、生產(chǎn)執行系統規范、原始工作情況、資料反應及回饋，做出快速的響應以減少無(wú)附加價(jià)值之生產(chǎn)活動(dòng)，提升工廠(chǎng)生產(chǎn)制程的效率。MES改善生產(chǎn)條件及準時(shí)出貨、庫存周轉、生產(chǎn)毛利及現金流量效益，MES并且也在企業(yè)與供應鏈之間提供一個(gè)雙向的生產(chǎn)信息流。 

    2.1 MES系統可靠性的研究意義

    現代制造系統是由現代制造設備和具有現代素質(zhì)的人在現代管理思想與現代制造技術(shù)和信息技術(shù)的集成下而形成的有機整體，它是一種動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的復雜制造系統。它既要產(chǎn)出更高質(zhì)量和可靠性的產(chǎn)品，又要具有更快的市場(chǎng)響應速度。這就對整個(gè)制造系統的可靠性提出了更高的要求，使得系統能以可預知的和可控制的能力來(lái)響應市場(chǎng)的需求。因此，對于制造系統的可靠性研究已日益引起國內外學(xué)者和企業(yè)的重視。

    從20世紀80年代初開(kāi)始，一些學(xué)者逐步引入可靠性分析方法。Buszsott J.A.和Shanthinkumer J.G. 對CIMS生產(chǎn)線(xiàn)的可靠性進(jìn)行了研究【6】，通過(guò)對系統中加工單元的指數分布假設，建立了系統的可靠性分析模型；J.Li和S.M.Meerkov對于由機器不可靠引起的連續制造生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率降低的問(wèn)題，采用伯努力統計的方法確定機器的可靠性【7】；A.Zimmermann etc將Petri網(wǎng)作為對制造系統進(jìn)行建模、性能評價(jià)和最優(yōu)化的方法和計算工具【8】；J.Driscoll 和H.Keytack 對流水線(xiàn)非故障停機模型、工作站最優(yōu)化操作等提出綜合考慮經(jīng)濟、質(zhì)量和技術(shù)指標的流水線(xiàn)平衡模型【9，10】；J. Loman 運用仿真的方法對大型復雜系統進(jìn)行可靠性建模與分析【11】。國內的李泉林等對具有相型壽命的Clarke型CIMS生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了研究【12】；宋本基和Lu Wei運用 Petri網(wǎng)對裝配線(xiàn)這樣的復雜離散事件動(dòng)態(tài)系統（DEDS）進(jìn)行系統分析【13，14】；張濤等將Petri網(wǎng)應用于系統可靠性分析中【15】，采用Petri網(wǎng)模型可以更清晰方便地進(jìn)行制造系統的可靠性建模。

    目前對制造執行系統（MES）的可靠性理論與方法還不成熟。主要有兩方面原因，一是制造系統多是大規模的復雜系統，其結構特點(diǎn)為組成系統的單元和子系統數量多且相互關(guān)系復雜。系統和產(chǎn)品的可靠性受到人、機器設備、材料、工藝方法、測量、環(huán)境和生產(chǎn)管理等眾多因素的影響。研究MES系統的可靠性涉及到復雜系統的可靠性理論與方法。二是制造系統具有重要的生產(chǎn)或服務(wù)功能，不但具有可修復性，還要具有很強的市場(chǎng)適應性，即要具有很快的市場(chǎng)響應速度。以實(shí)現其經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。這樣，研究MES系統的可靠性還涉及到現代生產(chǎn)管理思想和技術(shù)。因此，就要求研究探討考慮多因素的面向復雜制造系統可靠性建模與分析方法，尋求提高系統可靠性和適應性的新途徑和新方法，以達到提高系統的運行可靠性和生產(chǎn)效率的目的。 

    2.2制造執行系統的可靠性評價(jià)指標體系研究 

    一些學(xué)者采用模糊可靠性理論對制造系統可靠性進(jìn)行研究，取得到了不斷的進(jìn)展。例如，K.A.Dhingra 采用模糊數學(xué)對多目標約束的串聯(lián)系統可靠性?xún)?yōu)化進(jìn)行了研究【16】；徐勇等利用Markov鏈和模糊狀態(tài)的可靠性理論對可修表決系統的可靠性進(jìn)行了研究【17】；朱妍、闞樹(shù)林將模糊可靠性分析方法應用于系統可靠性分析【18】 ；金星等運用Bayes方法對大型復雜系統進(jìn)行可靠度評定【19】；王磊等【20】建立了同時(shí)考慮隨機參數區間模糊性和失效準則模糊性的結構模糊可靠性分析模型。這些研究都突破了常規可靠性理論的某些局限，在復雜系統可靠性的理論與方法研究方面都取得了可喜進(jìn)展。
 
    非齊次泊松過(guò)程Won-homogeneous Poisson process，簡(jiǎn)稱(chēng)為NHPP)類(lèi)軟件系統可靠性增長(cháng)模型是軟件系統可靠性增長(cháng)模型中重要的一類(lèi)，并且已經(jīng)成為軟件系統可靠性工程實(shí)踐中非常重要的工具【21】，是管理和提高軟件可靠性過(guò)程中最有吸引力的一類(lèi)模型【22】。迄今為止，基于傳統的NHPP過(guò)程的模型依然是評價(jià)軟件可靠性最適合的、最簡(jiǎn)單的模型之一【23】。由于軟件系統可靠性模型的研究仍處在較初級的階段，至今沒(méi)有一個(gè)完善、系統、科學(xué)的分類(lèi)法。不少學(xué)者對這一問(wèn)題進(jìn)行做一些分類(lèi)研究，提出了多種分類(lèi)方法。常見(jiàn)的分類(lèi)方法有隨機過(guò)程類(lèi)模型和非隨機過(guò)程類(lèi)模型。隨機性分類(lèi)法【24，25，26】。隨機過(guò)程模型為宏觀(guān)模型，主要代表有馬爾可夫模型(以J-M模型為代表)、NHPF模型(以Goel-Okumot模型為代表) 、Musa執行時(shí)間模型；非隨機過(guò)程類(lèi)模型其他許多模型為微觀(guān)模型，主要代表有：運用Bayes估計的Baysiar型 (以L(fǎng)-V模型為代表)、Seeding模型、基干輸入域的模型和其它方法(如非參數分析,結構化模型,Cox比例風(fēng)險函數模型,時(shí)間序列分析方法等)。 

    上述研究雖然分別在復雜系統可靠性的理論與方法研究方面都取得了成果，由于制造執行系統的復雜性，使得上述可靠性分析方法在對制造執行系統運用研究分析時(shí)尚未取得成果。但Honeywell高技術(shù)解決方案充分考慮到系統的可靠性，如Honeywell高技術(shù)解決方案中SAND軟件是一套用來(lái)降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本和銷(xiāo)售成本的供應鏈優(yōu)化工具。SAND是一套針對供應鏈結構或競爭環(huán)境發(fā)生大的變化時(shí)，對其影響進(jìn)行評價(jià)的實(shí)用工具。SAND使用線(xiàn)性規劃 (LP) 技術(shù)，它作為整數規劃的補充，用來(lái)解決短期和長(cháng)期戰略計劃問(wèn)題。從戰略層上面來(lái)看， SAND可對工業(yè)結構變化進(jìn)行非常有效的評估。例如，SAND可以用來(lái)評估煉油廠(chǎng)是否會(huì )倒閉、是否需要建新的管道或對長(cháng)期供需增長(cháng)情景作出預測。從戰術(shù)層面上，SAND可以用來(lái)評估銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò )的結構；特別可以用來(lái)確定哪些碼頭應該保留，哪些碼頭要廢棄。從操作層面上講，SAND可以用來(lái)將產(chǎn)品（或原料）從每個(gè)供應商分發(fā)到每個(gè)需求地點(diǎn)。這樣，有利于SAND對現貨買(mǎi)進(jìn)和銷(xiāo)售機會(huì )進(jìn)行評估、評估和履行交易合同以及確定多生產(chǎn)哪種產(chǎn)品會(huì )帶來(lái)最大的利潤。 

    3 以復雜可修的制造執行系統（MES）為對象，探討基于Honeywell的Business FLEX® PKS™系統實(shí)現企業(yè)對市場(chǎng)響應速度的可靠性增長(cháng)

    研究MES必然會(huì )涉及到生產(chǎn)計劃與調度集成優(yōu)化模型，這是一個(gè)多目標規劃問(wèn)題的研究，如何能達到既解決多個(gè)目標的問(wèn)題，又要考慮產(chǎn)值利潤、產(chǎn)品質(zhì)量和設備利用效率等。Honeywell的Business FLEX® PKS™系統的先進(jìn)計劃及調度優(yōu)化 (Advanced Planning and Scheduling) 解決方案套件很好地將公司生產(chǎn)目標和生產(chǎn)計劃進(jìn)行優(yōu)化，然后再把優(yōu)化后的計劃轉化成為生產(chǎn)調度方案，并建立具體操作目標，以滿(mǎn)足此調度方案。工廠(chǎng)由此可以進(jìn)行更好的進(jìn)料選擇、得到更高的產(chǎn)率和利潤、采取更可行的調度方案，使產(chǎn)量達到最大化。因此，這種統籌兼顧多個(gè)目標，選擇一個(gè)相對在某個(gè)時(shí)期比較合理的方案一個(gè)非常復雜的問(wèn)題，這個(gè)規劃模型應致力于尋求某個(gè)目標函數的最優(yōu)解。不僅給出了可行的計劃和調度解，而且能夠快速響應市場(chǎng)需求和變化。 

    Production Scheduler可帶來(lái)重大的財務(wù)和操作上的收益，使企業(yè)具有競爭優(yōu)勢。主要從以下幾方面使工廠(chǎng)受益：（1）優(yōu)化調度決策：Production Scheduler在調度過(guò)程中，采用優(yōu)化的調度方案，改善決策過(guò)程。它可以產(chǎn)生多個(gè)優(yōu)化的調度方案，并給調度人員提供正確的信息，讓他們選擇最佳的一個(gè)調度方案。Production Scheduler運算速度快，操作方便，使調度人員有更多的時(shí)間分析和選擇最佳的方案 （2）Production Scheduler盡量不改變代理約束的值。通過(guò)增強工廠(chǎng)操作員的信心，使操作人員操作時(shí)敢于接近代理約束值。（3）Production Scheduler支持針對優(yōu)化的計劃和調度的制定的最佳操作程序，發(fā)貨和工廠(chǎng)生產(chǎn)之間的有效工作流調度可極大地減少大風(fēng)險的決策。它允許進(jìn)行有效原油計劃和調度過(guò)程中，培養多個(gè)業(yè)務(wù)熟練的調度人員，這樣可以減少對一兩個(gè)關(guān)鍵人員的依賴(lài)。

    美國Honeywell的Business FLEX® PKS™系統的先進(jìn)計劃及調度優(yōu)化 (Advanced Planning and Scheduling) 解決方案（如圖1所示）使生產(chǎn)計劃與公司目標相結合，將計劃變成生產(chǎn)調度指令以及為滿(mǎn)足調度要求而設定的操作指標。它提供原料的優(yōu)化選取、最佳產(chǎn)量和利潤以及切實(shí)可行的調度計劃，使得公司利潤達到最大化。在滿(mǎn)足經(jīng)濟指標的前提下，解決方案能夠優(yōu)化生產(chǎn)計劃、優(yōu)化供應和配給、優(yōu)化生產(chǎn)規劃、優(yōu)化調合和優(yōu)化其它生產(chǎn)要求的性能。解決方案采用線(xiàn)性規劃(LP)工具和針對流程企業(yè)實(shí)際設備的數學(xué)模型。LP技術(shù)特別適合解決流程企業(yè)復雜的資源配置優(yōu)化問(wèn)題，例如在制定煉油廠(chǎng)的計劃時(shí)，充分考慮到對現有資源的多種使用方案。例如在煉油廠(chǎng)先進(jìn)計劃及調度優(yōu)化解決方案的應用模塊主要包括： SAND（銷(xiāo)售分銷(xiāo)計劃）：優(yōu)化原材料的供應和產(chǎn)品的分銷(xiāo)，降低運輸成本。 ASSAY2（原油分析）：通過(guò)分析原油組分，提高原油交易決策的能力。 RPMS（煉油和石化建模系統）：對原油和原材料進(jìn)行評估和選擇；優(yōu)化操作計劃；評估加工設備的投資；對供應與銷(xiāo)售進(jìn)行建模；競爭分析和市場(chǎng)評估。Production Scheduler（生產(chǎn)調度）為煉油廠(chǎng)、化工廠(chǎng)提供生產(chǎn)調度和優(yōu)化。Production Analyst（生產(chǎn)分析）：把實(shí)際生產(chǎn)情況與計劃指標進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生偏差的原因，提高生產(chǎn)效率。 BLEND（離線(xiàn)調合調度）：幫助調合調度人員確定一個(gè)優(yōu)化配方和多時(shí)段的調合調度計劃

                     

                    圖1 先進(jìn)計劃及調度優(yōu)化模型解決方案

    3.1 PRMS模塊
 
    作為完整的流程工業(yè)應用軟件套件的核心模塊，主要用于制定操作計劃、原油分析、操作調度、產(chǎn)品調合、產(chǎn)量統計及性能監控。它是Honeywell先進(jìn)解決方案中Business Flex解決方案里的先進(jìn)計劃與調度部分的應用程序。它基于windows95或windows NT環(huán)境下，并可在多種計算機平臺上運行，包括客戶(hù)/服務(wù)器架構和工作站。RPMS帶有一個(gè)強大的基于MS-EXCEL的報表工廠(chǎng)，它允許用戶(hù)利用MS-EXCEL訪(fǎng)問(wèn)標準的報表；利用模板創(chuàng )建自己的報表；利用先進(jìn)解決方案所提供的專(zhuān)門(mén)的函數在MS-EXCEL生成復雜的報表。并可在多種計算機平臺上運行，包括客戶(hù)/服務(wù)器架構和工作站。RPMS帶有一個(gè)強大的基于MS-EXCEL的報表工廠(chǎng)，它允許用戶(hù)利用MS-EXCEL訪(fǎng)問(wèn)標準的報表；利用模板創(chuàng )建自己的報表；利用先進(jìn)解決方案所提供的專(zhuān)門(mén)的函數在MS-EXCEL生成復雜的報表。通過(guò)有效地制定計劃，全面考慮影響工廠(chǎng)運營(yíng)的各種因素，幫助石化和煉油企業(yè)獲取最大的利潤，以滿(mǎn)足能源工業(yè)中實(shí)時(shí)應用的要求。迄今為止，RPMS在全世界的100多個(gè)煉油和石化工廠(chǎng)得到了應用，它主要用于解決以下的問(wèn)題：對原油和原材料進(jìn)行選擇和評估、優(yōu)化操作計劃 、評估加工設備的投資 、對多個(gè)工廠(chǎng)、多種運輸方式、多個(gè)終端市場(chǎng)的供應與銷(xiāo)售進(jìn)行建模 、評價(jià)加工和交易合同 、評估新技術(shù) 、競爭分析和市場(chǎng)評估。 

    3.2 Production Scheduler（生產(chǎn)調度）模塊

    Honeywell的Production Scheduler解決方案是專(zhuān)門(mén)為這些企業(yè)設計，用于滿(mǎn)足各種復雜的需求的應用。這個(gè)解決方案采用先進(jìn)的技術(shù)，協(xié)助改進(jìn)調合調度計劃、制定更有效的生產(chǎn)目標、提高企業(yè)的盈利能力，從而使企業(yè)獲得并保持競爭優(yōu)勢。由于當今面臨的挑戰是日益增加的客戶(hù)需求。生產(chǎn)調度人員面臨著(zhù)一系列有臨界時(shí)間的問(wèn)題如：附加的發(fā)貨、不斷變化的客戶(hù)需求、復雜的產(chǎn)品規格要求、生產(chǎn)操作問(wèn)題及波動(dòng)的設備生產(chǎn)能力問(wèn)題等。要考慮這些甚至更多的因素，生產(chǎn)調度人員必須時(shí)刻關(guān)注工廠(chǎng)產(chǎn)品的移動(dòng)和和操作狀態(tài)，必須在正確的時(shí)間獲得正確的信息。Honeywell的針對生產(chǎn)調度的先進(jìn)解決方案給企業(yè)帶來(lái)了一個(gè)新一代的調度解決方案。它幫助調度人員確定優(yōu)化的調度方案，并與操作和移動(dòng)自動(dòng)系統進(jìn)行無(wú)縫連接。Honeywell的 Production Scheduler基于獨特的、專(zhuān)用的優(yōu)化技術(shù)，用于優(yōu)化處理和調合，實(shí)現前端的平穩操作。它充分考慮現場(chǎng)的具體化要求，具備預測原料生產(chǎn)單元的產(chǎn)率和特性的能力，充分利用現有的容器，使產(chǎn)率和特性盡量接近生產(chǎn)目標。它通過(guò)提高工廠(chǎng)的盈利能力、降低加工的成本 、降低購買(mǎi)化工原料的費用、更準確地預測原油的操作 、減少進(jìn)料和質(zhì)量 、更好地分析調度問(wèn)題 、減少庫存 、充分利用生產(chǎn)能力，提高產(chǎn)量 、提高工廠(chǎng)的產(chǎn)率、提高整個(gè)供應鏈的計劃和庫存的可見(jiàn)度。   

    Production Scheduler的主要功能：（1）滾動(dòng)更新。自動(dòng)更新庫存、組分、質(zhì)量、單元性能及正在進(jìn)行的操作的信息；（2）確定一組操作。允許調度人員確定要完成工廠(chǎng)合同任務(wù)（原材料的接收和單元進(jìn)料等）所采取的操作，以及與計劃的操作相關(guān)的信息（如配方、操作模式等）；（3）評估操作計劃對工廠(chǎng)的影響。通過(guò)仿真模擬確定所計劃的操作對工廠(chǎng)的影響，協(xié)助調度人員查看工廠(chǎng)的狀態(tài)，包括庫存、質(zhì)量及設備的使用情況；（4）估計未來(lái)的情況 ，傳達最終的調度結果。把最終的調度計劃和操作指令傳達給操作人員，協(xié)調由于操作條件的變化而引起的時(shí)間調配變化，確保每個(gè)人都在為一個(gè)共同的目標努力。（5）推動(dòng)相互協(xié)作。 與市場(chǎng)人員、操作人員、計劃人員及其它的調度人員共享調度信息，加強相互間協(xié)作，改善調度決策，提高操作質(zhì)量 ；（6）比較實(shí)際與計劃的性能。在計劃的范圍內，把實(shí)際的生產(chǎn)情況與計劃的生產(chǎn)情況作比較，包括利用工具軟件查看和分析計劃與已完成的操作之間的歷史偏差；（7）發(fā)布一致的信息。給計劃人員、調度人員、操作人員及工廠(chǎng)的管理人員提供整體的調度信息，保證各層次的人員作用一致、準確人信息。 

    4 基于MES系統下產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量持續改善的可靠性增長(cháng)等關(guān)鍵技術(shù)的研究

    我們研究PKS 過(guò)程知識系統的可靠性增長(cháng)試驗就是通過(guò)分析該系統的“卓越的優(yōu)化功能” ——“發(fā)現故障、分析和糾正故障”，以及對糾正措施的有效性而進(jìn)行驗證，一般稱(chēng)為“試驗——分析——改進(jìn)” 以提高產(chǎn)品可靠性水平的過(guò)程，實(shí)現了企業(yè)自身的可靠性增長(cháng)。國內外的研究如Z.Jelinski與P.B.Moranda在他們的“軟件可靠性研究”論文中提出了第一個(gè)實(shí)用的軟件可靠性增長(cháng)模型 ；針對柔性制造系統和CIMS進(jìn)行可靠性分析，具有代表性的有美國K.Miriyala和N.Viswanadham建立的PSG（Process-spanning graph）模型，及我國中科院疏松桂等建立的Markov模型。德國a.zimmermann等提出用Petri網(wǎng)對制造系統進(jìn)行優(yōu)化。以往的復雜系統可靠性研究綜合方向，它所討論的單元，僅為I型單元（是完全繼承或很少改進(jìn)的單元，可稱(chēng)為繼承型單元，簡(jiǎn)稱(chēng)為I型單元 ）。這實(shí)際上假定系統中的所有單元在研制中均沒(méi)有可靠性增長(cháng);或者對研制中的可靠性增長(cháng)信息，作“大鍋飯”式的處理，即當作沒(méi)有可靠性增長(cháng);或者僅僅利用各單元在研制定型后的信息。這樣將丟失，浪費II型單元的試驗信息（II型單元是新研制的或進(jìn)行了重大改進(jìn)的單元，可稱(chēng)為增長(cháng)型單元 ）【27】，我們認為Honeywell的Business FLEX® PKS™系統 是一種具有增長(cháng)型單元（II型），是可靠性增長(cháng)的優(yōu)化模型。

    Honeywell的Business FLEX® PKS™系統十分注重將質(zhì)量持續可靠性增長(cháng)的思路結合在一起，在系統設計過(guò)程中，通過(guò)對系統各組成單元潛在的各種故障模式及對系統功能的影響，與產(chǎn)生后果的嚴重程度進(jìn)行分析，提出可能采取的預防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的一種設計方法（如圖2所示）。它對各種可能的風(fēng)險進(jìn)行評價(jià)、分析，以便在現有技術(shù)的基礎上消除這些風(fēng)險或將這些風(fēng)險減小到可接受的水平。它是一種歸納分析的方法，是一個(gè)“事前的行為”，而不是“事后的行為”。為達到最佳效益，必須將產(chǎn)品的故障模式納入產(chǎn)品制造過(guò)程之前進(jìn)行。作為應用工程主要通過(guò)實(shí)踐將設備的特性客觀(guān)反映出來(lái)，運用系統工具找到持續改善的最佳結果。

                   

                      圖2 產(chǎn)品質(zhì)量操作管理解決方案

    制造執行系統可靠性定義: 嚴格來(lái)講，系統可靠性應包括一下三方面的內容: (1) 系統工作可靠性R1( Operational Reliability of System )。它是系統在運行時(shí)的可靠性，是一種綜合性的可靠性指標。(2)系統固有可靠性R2( Inherent Reliability of System )。它是系統在生產(chǎn)過(guò)程中就己確立了的一種可靠性，它和系統所選用的語(yǔ)言、軟件設計分析、數據的可靠性、設計方案、軟件結構、硬件結構、軟件測試、預防錯誤以及制造工藝、材料等有密切關(guān)系，是系統的內在可靠性，當系統產(chǎn)生時(shí)，固有可靠性便已確立。(3)系統使用可靠性R3(Use Reliability of System )。它要使系統在滿(mǎn)足規定的可靠性指標，完成預定功能的前提下，使系統的技術(shù)性能、模塊功能指標、制造質(zhì)量和成本及系統效率等取得協(xié)調并達到最優(yōu)化的結果，或者技術(shù)、性能、質(zhì)量、時(shí)間、成本和其他要求的約束下，實(shí)現可靠性增長(cháng)。三種可靠性不是互不相關(guān)的，它們之間存在有一定的關(guān)系，這種關(guān)系可以用數學(xué)公式表述如下:      R1≈R2R3。                 
   
    制造執行系統是個(gè)復雜的系統（如圖3所示），其可靠性評價(jià)中將整個(gè)系統分成了四個(gè)層次：系統層、分系統層、子系統及組件層，組成MES系統的子系統具有一定的獨立性，又互相連接組成有機的整體，對MES系統的評價(jià)，首先要考慮各個(gè)子系統的可靠性。由此，遵循系統可靠性的傳統定義，我們將制造執行系統可靠性定義為:在其整個(gè)運行的過(guò)程中，在各種制約性因素(即各種影響制造執行系統高效可靠運行的因素)的影響下，能夠持續完成規定功能的能力。換句話(huà)說(shuō)，可靠性可以用來(lái)衡量制造執行系統在完全提供其功能時(shí)的成功程度。另外，不管系統中有沒(méi)有問(wèn)題或故障，只要它不影響正常功能的執行和完成，就認為系統是“可靠”的，因此制造執行系統是一個(gè)多態(tài)系統，也是可降級的復雜系統。

    從系統可靠性的角度看，制造執行系統是一個(gè)的分布式信息系統，屬于大型復雜系統。復雜大系統可靠性模型的復雜性主要體現在以下兒個(gè)方面: （1）系統規模龐大，通常由多級子系統構成，各級子系統又包含眾多的基本設備單元，且各單元的壽命分布類(lèi)型各異，如指數分布、二項式型、等等。（2）系統整體邏輯結構復雜，由基本單元按照多種邏輯關(guān)系而構成，典型的如串聯(lián)、并聯(lián)、串并混聯(lián)以及網(wǎng)絡(luò )結構等，并往往呈現多類(lèi)結構相互嵌套狀態(tài)。（3）相關(guān)性的存在。復雜大系統在不同的任務(wù)階段，一般由不同的子系統、功能 單元來(lái)組合完成，因此其可靠性邏輯結構也會(huì )隨著(zhù)任務(wù)時(shí)間段的改變而變化，造成功能模塊間的相關(guān)性問(wèn)題。這種相關(guān)性主要表現在兩個(gè)方面，一是單元共用相關(guān)性，即同一任務(wù)時(shí)段內，部分單元在不同功能模塊中共用，表現為相應方框在可靠性框圖中重復出現;另一種是時(shí)段延續相關(guān)性，即對于多階段任務(wù)，各單元由于開(kāi)始參與工作的時(shí)刻不同、工作時(shí)間長(cháng)短不同以及 連續或斷續出現在各任務(wù)階段中，呈現出不同時(shí)段間的相關(guān)性，表現為部分單元重復出現在可靠性框圖中不同時(shí)段的模塊內。 

                    

                         圖3 Honeywell MES 系統架構

    山東肥城阿斯德化工有限公司采用美國霍尼韋爾公司開(kāi)發(fā)的PKS 過(guò)程知識系統取得了較好成效。首先，該系統可以對生產(chǎn)裝置進(jìn)行集中監視和分散控制，各工段所需要的準確計量管理，能耗、產(chǎn)量、質(zhì)量管理能夠在微機上反映出來(lái)，使裝置生產(chǎn)管理水平得到相應提高，實(shí)現全流程工藝自動(dòng)化，保證工藝裝置的安全高效、穩定、長(cháng)周期運行，提高了生產(chǎn)操作水平及產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量；其次，各工段有準確的歷史記錄曲線(xiàn)，能夠進(jìn)行比較長(cháng)期的事故分析，可根據歷史數據進(jìn)行分析，對重要設備進(jìn)行建模，實(shí)現優(yōu)化控制，能夠及時(shí)發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高生產(chǎn)管理的有效性。同時(shí)各工段設置報警、連鎖，建立報警、連鎖模板數據庫，能夠對裝置報警、安全進(jìn)行更好的監控和管理，保證了操作員能及時(shí)有效的處理報警，保證整套裝置的安全運行。第三，系統的可靠性及安全性選用自控系統要能夠對裝置報警、安全進(jìn)行更好的監控和管理，保證操作員能及時(shí)有效的處理報警，保證整套裝置的安全運行，縮短裝置事故的恢復時(shí)間，提高整個(gè)系統的可靠性和安全性。該系統提高了裝置產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和能耗，提高了設備資產(chǎn)利用率，保證工藝裝置的安全高效、穩定、長(cháng)周期運行，改善生產(chǎn)操作水平，優(yōu)化工藝條件，找到最佳的工藝參數，實(shí)現經(jīng)濟效益的可靠性增長(cháng)【28,29,30】。

    5 結論 

    本文對Honeywell的生產(chǎn)執行系統解決方案Business.FLEX® PKS™系統可靠性增長(cháng)管理的研究，不僅研究了該系統內各種資源的可靠性管理問(wèn)題，也讓我們進(jìn)一步明確了其系統的穩定性、可靠性、持續性提供幫助，通過(guò)采用科學(xué)的可靠性增長(cháng)管理的理念，可以消除制造執行系統的可靠性隱患，是提高可靠性水平的有效手段，對于保障企業(yè)的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益提供了可靠的依據。有數據表明（據Honeywell Business FLEX® PKS™財務(wù)收益統計）： 

                  
 
    通過(guò)對Honeywell解決方案Business.FLEX® PKS™系統可靠性工程的分析，可以得到如下結論: 

     (1)可靠性增長(cháng)管理技術(shù)是包括過(guò)程管理、規劃管理和風(fēng)險決策分析的統一體?？煽啃栽鲩L(cháng)管理技術(shù)在制造執行系統的運用，還只局限于可靠性增長(cháng)評估的內容，今后將逐漸融入系統的可靠性增長(cháng)風(fēng)險分析、規劃技術(shù)和決策技術(shù)的內容。 

    (2)可靠性增長(cháng)管理技術(shù)逐漸由定性管理發(fā)展為定量管理
    一方面由于MES系統試驗費用昂貴、子樣小增加了定量可靠性增長(cháng)管理的難度，雖然定量方法的研究和和應用中還存在很多困難和阻力，但基本上已逐漸實(shí)行定量化的可靠性增長(cháng)管理，定量的可靠性增長(cháng)過(guò)程控制與管理、可靠性增長(cháng)評估方法已在產(chǎn)品中得到實(shí)際應用。另一方面，制造執行系統具有重要的生產(chǎn)或服務(wù)功能，不但具有可修復性，還要具有很強的市場(chǎng)適應性，即要具有很快的市場(chǎng)響應速度，以實(shí)現其經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。因此，就要求研究探討考慮多因素的既面向流程型制造執行系統功能的架構，又面向可靠性建模與分析方法，尋求提高系統可靠性和適應性的新途徑和新方法，以達到提高系統的運行可靠性和生產(chǎn)效率的目的。

    (3)對可靠性增長(cháng)信息的管理已逐漸受到重視
    可靠性增長(cháng)信息是進(jìn)行定量可靠性過(guò)程控制與管理、可靠性增長(cháng)規劃和分析決策的基礎。由于MES的子樣小，相信在可靠性增長(cháng)管理中對數據和信息的管理和利用逐漸受到重視。