作者簡(jiǎn)介：

    王起功，男，研究員，主要從事信息自動(dòng)化技術(shù)研究。

    1985年研究生畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)并獲取碩士學(xué)位后工作于山東省科學(xué)院，先后擔任過(guò)山東省科學(xué)院新技術(shù)開(kāi)發(fā)總公司副總經(jīng)理，山東省計算中心副主任/副研究員，山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所所長(cháng)/研究員，山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所總工程師以及山東省自動(dòng)化學(xué)會(huì )第五屆常務(wù)副理事長(cháng)，山東省自動(dòng)化學(xué)會(huì )第六屆理事會(huì )秘書(shū)長(cháng)等職務(wù)。

    近年來(lái)，先后組織承擔過(guò)山東省重大科技攻關(guān)項目“智能卡技術(shù)及應用研究”；

    山東省科技項目“IC卡讀寫(xiě)器應用系統研究與開(kāi)發(fā)”；“CPU-IC卡金融應用模式的研究”“基于的嵌入式系統在工業(yè)過(guò)程控制和智能儀表中的應用研究”等科研項目的研究工作；

    先后負責由山東省石油總公司，山東省建設銀行，山東省科學(xué)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“嵌入式智能卡加油站極其金融結算信息化管理系統”；由華夏銀行，濟南市自來(lái)水公司，山東省科學(xué)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“智能卡水表及城市公共收費管理系統”；以及由濟南煉油廠(chǎng)，天津煉化集團，山東省科學(xué)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“煉化企業(yè)智能卡信息管理系統”等應用項目的研究和開(kāi)發(fā)。

    在國際合作和交流方面，組織參與了與烏克蘭國家科學(xué)院控制論研究所，德國國家研究中心關(guān)于“弱磁場(chǎng)低溫超導量子干擾技術(shù)在心臟疾病檢測技術(shù)“的研究和交流以及國內外學(xué)術(shù)交流活動(dòng)等。

    先后主持承擔了山東省科協(xié)2008年度學(xué)術(shù)重點(diǎn)項目“城市軌道公共交通發(fā)展戰略”；

    山東省科協(xié)2009年度學(xué)術(shù)重點(diǎn)項目“太陽(yáng)能熱利用技術(shù)的提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向”的研究和參與了“2007-2008山東省科學(xué)發(fā)展報告”的編撰工作等。

    [摘 要] 我國制造業(yè)正處于轉型和提升階段，其鮮明特征包括：由產(chǎn)能型轉向敏捷型的競爭方式轉變、產(chǎn)業(yè)集群模式、企業(yè)目標價(jià)值體現由產(chǎn)品到核心制造能力的轉變。作為當前和今后制造業(yè)企業(yè)信息化自動(dòng)化建設的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，MES的發(fā)展必須適應這一變化，在集成基礎上更應突出其智能型和可重構能力。本文重點(diǎn)提出并研究了MES的三個(gè)層次的提升路線(xiàn)：基于產(chǎn)銷(xiāo)一體化的敏捷制造MES（AMES）、基于設計制造一體化的協(xié)同MES（CMES）、面向智能制造的核心制造能力系統（CMCS）。

    [關(guān)鍵詞] 制造執行系統；敏捷制造；協(xié)同制造；核心制造能力系統

    1 引言

    全球經(jīng)濟和國際市場(chǎng)的變化，為我國的制造業(yè)轉型發(fā)展提供了機遇。如：從勞動(dòng)密集型的加工基地到中高端制造基地；在大力發(fā)展消費品制造業(yè)的同時(shí)，加大裝備制造業(yè)的發(fā)展；努力降低能源消耗；加大產(chǎn)品創(chuàng )新設計等。除了產(chǎn)業(yè)方向、產(chǎn)業(yè)結構的調整外，另有三個(gè)明顯特征：

    (1) 向先進(jìn)制造業(yè)的轉型，既是轉型的重要內容、又是轉型的主要手段，既包括先進(jìn)制造技術(shù)的應用改造、更包括先進(jìn)制造模式的提升。
    (2) 面向區域經(jīng)濟化的產(chǎn)業(yè)聚集。產(chǎn)業(yè)集群更強調企業(yè)間的合作和產(chǎn)業(yè)鏈的和諧。
    (3) 企業(yè)競爭方式和價(jià)值目標的轉移。由面向穩定市場(chǎng)的產(chǎn)能型向適應多樣變化市場(chǎng)的敏捷型，由產(chǎn)品體現到核心制造能力體現。

    向先進(jìn)制造業(yè)的轉型發(fā)展，促進(jìn)了企業(yè)競爭力內容和價(jià)值目標的改變。相應地，這對于制造業(yè)企業(yè)信息自動(dòng)化技術(shù)的應用，無(wú)論是其框架構成、還是核心功能與關(guān)鍵邏輯，都有直接的影響。按照圖1所示的研究路線(xiàn)，本文重點(diǎn)圍繞適應于制造模式變化的MES提升進(jìn)行研究。

               

                                   圖1 主體研究路線(xiàn)

   2  MES適應于制造業(yè)轉型的整體發(fā)展趨勢

    2.1 MES是制造企業(yè)信息化自動(dòng)化系統的重點(diǎn)和當前熱點(diǎn)

    區別于服務(wù)業(yè)，制造活動(dòng)是制造企業(yè)的核心活動(dòng)。作為制造活動(dòng)的實(shí)體單位、計劃目標和企業(yè)價(jià)值的實(shí)現環(huán)節，車(chē)間管理是企業(yè)管理的焦點(diǎn)。

    伴隨著(zhù)制造業(yè)信息化技術(shù)的應用，特別是以ERP為代表的上層管理應用的推廣實(shí)施，一方面，企業(yè)在解決了合理投入/產(chǎn)出計劃之后，開(kāi)始回歸到對車(chē)間管理活動(dòng)的關(guān)心；另一方面，由于上層應用系統中對車(chē)間問(wèn)題和制造執行過(guò)程的弱化，缺少全面及時(shí)的執行過(guò)程及現場(chǎng)設備支撐和支持，使得計劃的執行效果和計劃的進(jìn)一步優(yōu)化受到制約；更為重要的是，車(chē)間現場(chǎng)作為整個(gè)生產(chǎn)系統物流和信息流的交匯點(diǎn)，其管理除了具有多部門(mén)和多系統的集成性、數據交互處理量大且實(shí)時(shí)性高等特點(diǎn)外，更因其涉及到的資源的變化性而需要復雜的自我調整能力和靈活適應能力，因而，難以由其他的系統功能代替。

    早期的制造資源計劃M(mǎn)RPII因其囊括了包括制造執行的車(chē)間現場(chǎng)管理在內的制造企業(yè)當時(shí)的所有功能，而在制造業(yè)得到了有效推廣。但一方面，因受當時(shí)的技術(shù)水平和管理需求所限而在管理時(shí)間粒度、信息實(shí)時(shí)性、上下層應用的集成能力上，已難以滿(mǎn)足當前的需求；另一方面，由于市場(chǎng)不再具備當時(shí)相對平穩的特點(diǎn)，MRPII復雜的計劃過(guò)程、僵硬的提前期等致命缺陷，難以彌補計劃與執行的間隙，而不適于當前的市場(chǎng)環(huán)境。

    企業(yè)資源計劃ERP源于制造企業(yè)MRP和MRPII，定位于企業(yè)信息集成框架、企業(yè)功能和過(guò)程的集線(xiàn)器，并迅速擴張為包括非制造企業(yè)在內的各行各業(yè)的通用解決方案。盡管為擺脫其在功能上面面俱到卻不深入的局面，后期集成了客戶(hù)關(guān)系管理CRM、供應鏈管理SCM、先進(jìn)計劃與排程APS、電子商務(wù)EB、商務(wù)智能BI等許多優(yōu)秀的單項軟件功能，但因沒(méi)有顧及其最基本的生產(chǎn)管理功能（特別是生產(chǎn)現場(chǎng)管理功能）的擴展，在制造業(yè)中的應用效果不近理想。

    目前，以MESA提出的“計劃—執行—控制”三層結構模型為基礎，以ERP為主體形成上層的各種企業(yè)級資源計劃和決策分析應用，以MES為主體、并結合CAD/CAM等形成圍繞產(chǎn)品設計制造過(guò)程管理的中間層應用，以產(chǎn)線(xiàn)、裝置、設備等不同層面的監測與控制作為下層的自動(dòng)化應用，并通過(guò)先進(jìn)的軟件架構技術(shù)，實(shí)現層間的信息集成和功能集成，已成為制造業(yè)企業(yè)信息自動(dòng)化系統的整體框架。這一框架的發(fā)展，呈現出了“二頭優(yōu)先、中間落后”現狀，MES已成為近年來(lái)的應用和發(fā)展熱點(diǎn)。

    2. 2 MES及其發(fā)展趨勢

    面向AMR集成，MES作為上下層應用間的信息集線(xiàn)器，從上層接收中長(cháng)期計劃，向上層提交作業(yè)實(shí)績(jì)等生產(chǎn)運行數據，向下層發(fā)布生產(chǎn)指令及控制參數、接收匯集下層數據采集和設備運行狀態(tài)等，要求較高的實(shí)時(shí)性。

    在功能上，區別于單純的車(chē)間管理系統，而是面向包括制造作業(yè)和控制(MO&C)間的整個(gè)企業(yè)制造活動(dòng)。拋開(kāi)其面向不同過(guò)程和工藝的行業(yè)性，普遍采用基于 11個(gè)功能模塊的“龜甲”功能模型。這些基本模塊包括：工序詳細調度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過(guò)程管理、人力資源管理、維護管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數據采集。計劃、調度是核心，優(yōu)化是關(guān)鍵。

    除了流程生產(chǎn)、離散生產(chǎn)、混合生產(chǎn)等帶來(lái)的MES具體功能配置的差異外，面向不同的制造模式和管理目標，MES在核心功能的配置及其邏輯、系統的架構實(shí)現技術(shù)等方面都有明顯的不同。在國際上，MES已從專(zhuān)用功能系統發(fā)展到了數據、網(wǎng)絡(luò )、應用的集成系統（I-MES），并逐步向在系統、接口、業(yè)務(wù)上可重構的智能MES發(fā)展。

    面向MES的可重構和智能性，除了在支撐技術(shù)上采用構件技術(shù)、Agent技術(shù)、服務(wù)技術(shù)等提升系統架構外，更應結合我國制造業(yè)轉型的特征，對MES進(jìn)行核心功能的提升，才能更好地適應并促進(jìn)這一轉型。

    如圖2所示，MES的整體發(fā)展趨勢是：功能拓展與系統集成、模塊和支持業(yè)務(wù)的可重構能力加強、核心功能與系統的智能性提高。本文面向市場(chǎng)環(huán)境變化帶來(lái)的由規模生產(chǎn)到品種生產(chǎn)的制造模式變化、產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化帶來(lái)的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟與產(chǎn)業(yè)聚集的產(chǎn)業(yè)模式轉型趨勢，把MES在核心功能與實(shí)現目標上的提升方向分為以下三個(gè)層面：

    (1) 面向市場(chǎng)的快速變化和分類(lèi)需求，突出制造執行過(guò)程的敏捷響應能力，適應于企業(yè)敏捷制造、精益制造等先進(jìn)制造模式的應用；
    (2) 面向產(chǎn)業(yè)聚集趨勢，突出制造執行過(guò)程的協(xié)同能力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈和諧、提升企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中的競爭優(yōu)勢；
    (3) 面向企業(yè)核心價(jià)值體現由產(chǎn)品向核心能力的轉變，拓展企業(yè)核心制造能力系統，促進(jìn)轉變并增強企業(yè)的核心競爭力。

                           

                       圖2 適應于市場(chǎng)環(huán)境與產(chǎn)業(yè)模式變化的MES發(fā)展趨勢與提升方向

    3 面向敏捷和精益制造，MES強調生產(chǎn)執行過(guò)程的敏捷響應能力

    3.1敏捷制造和精益制造應對市場(chǎng)多樣性和變化性

    目前制造業(yè)正從規模經(jīng)濟向品種經(jīng)濟發(fā)展，需求日趨主體化、個(gè)性化和多樣化，產(chǎn)品壽命周期越來(lái)越短、品種不斷增加，客戶(hù)對交貨期的要求、對產(chǎn)品和服務(wù)的期望越來(lái)越高。商務(wù)環(huán)境的變化速度超過(guò)了傳統企業(yè)跟蹤調整的能力，要求企業(yè)生產(chǎn)管理模式反應速度快、成本低、質(zhì)量高、產(chǎn)品更新速度快，亦即具有“敏捷性”。

    敏捷制造思想旨在“以變應變”，提高企業(yè)的應變能力。通過(guò)快速配置各種資源，有效和協(xié)調地響應用戶(hù)需求。敏捷制造的實(shí)現，一是強調“競爭－合作”，采用靈活多變的動(dòng)態(tài)組織結構，如動(dòng)態(tài)聯(lián)盟；二是不斷提高企業(yè)自身能力，實(shí)現對技術(shù)、管理和人員的全面協(xié)調集成。

    精益制造亦即“按需的無(wú)庫存生產(chǎn)”，核心就是企業(yè)在為顧客提供滿(mǎn)意和及時(shí)的產(chǎn)品與服務(wù)的同時(shí)，把生產(chǎn)資源效能最大化。精益制造以敏捷制造為前提，通過(guò)不斷減少在制品庫存，暴露和改善企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中各環(huán)節存在的問(wèn)題。

    區別于大批量生產(chǎn)模式下以生產(chǎn)規模與效率作為競爭優(yōu)勢、以庫存調節滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，作為先進(jìn)制造模式，敏捷制造和精益制造都十分重視客戶(hù)的個(gè)性化需求、重視全面質(zhì)量管理，追求以最快的速度、最好的質(zhì)量和最低的成本來(lái)迅速靈活地響應需求，從而贏(yíng)得競爭。同時(shí)，二者的實(shí)現，除了強化產(chǎn)供銷(xiāo)的協(xié)同外，更依賴(lài)于制造執行過(guò)程的快速響應。

    3.2AMES的核心功能

    AMES即敏捷響應的制造執行系統（Manufacturing Execution System with Agile Respones）或敏捷制造模式下的制造執行系統（Manufacturing Execution System in Agile Manufacturing Mode）。

                         

    MES向AMES提升，一是通過(guò)功能調整和接口強化，拓展并集成與制造環(huán)節直接相關(guān)的部分經(jīng)營(yíng)管理、產(chǎn)線(xiàn)控制等功能，貫穿于客戶(hù)訂單確認后到客戶(hù)產(chǎn)品交付前的、從產(chǎn)品設計、作業(yè)計劃、工藝路線(xiàn)以及質(zhì)量控制方案等作業(yè)前管理，到作業(yè)執行過(guò)程中的跟蹤與調度，質(zhì)量跟蹤與評價(jià)、倉庫與生產(chǎn)物流管理，以及設備、能源等制造資源的監控和管理，形成以MES為中心的制造企業(yè)信息化系統；二是面向新的管理模式，對MES的核心功能模塊進(jìn)行改造，細化作業(yè)粒度，充實(shí)相應的優(yōu)化目標、調度模型，體現系統的綜合應變能力。

    以產(chǎn)線(xiàn)柔性和排產(chǎn)優(yōu)化為主要手段的AMES在離散性行業(yè)已開(kāi)始應用。而對于較早應用MES的流程類(lèi)行業(yè)，本文以鋼鐵行業(yè)為例，結合濟鋼集團的產(chǎn)銷(xiāo)一體化系統改造，進(jìn)行了研究，給出了其典型特征和核心功能的實(shí)現。

    如圖3所示，MES向AMES發(fā)展主要表現在：一是功能范圍上的拓展，包括集成銷(xiāo)售管理部分功能的產(chǎn)銷(xiāo)一體，始于工藝設計的全程質(zhì)量監測與控制；二是功能深度上的提升，包括作業(yè)計劃生成的多目標優(yōu)化、作業(yè)過(guò)程調度的動(dòng)態(tài)自適應以及設計智能化。

    （1）以產(chǎn)銷(xiāo)一體化的集成框架為基礎，并通過(guò)訂單基元同步和細化作業(yè)粒度，提高敏捷響應的靈敏度

    產(chǎn)銷(xiāo)一體化系統本身就是對傳統MES的拓展和改進(jìn)。通過(guò)功能擴展和接口增強，全面集成銷(xiāo)售、設計、生產(chǎn)、質(zhì)量等環(huán)節。

    以訂單為核心對象，貫穿于從作業(yè)計劃的形成、作業(yè)計劃的執行、作業(yè)實(shí)績(jì)的處理，實(shí)現了訂單狀態(tài)的全程跟蹤；并根據流程和批次行業(yè)的特點(diǎn)，借助于訂單基元的建立，實(shí)現了銷(xiāo)售單元與爐次、軋次等作業(yè)單元間的協(xié)調，并通過(guò)作業(yè)粒度的細化，減少異常業(yè)務(wù)損失，提高響應靈敏度。

    結合訂單的整個(gè)執行過(guò)程，采用PDCA的質(zhì)量管理模型，分別將質(zhì)量規劃、實(shí)施、檢查和處理四個(gè)階段貫徹到工藝設計、作業(yè)優(yōu)化、作業(yè)執行過(guò)程中，實(shí)現了質(zhì)量管理控制的全程化。

    （2）通過(guò)基于訂單要素的多目標與基于權重學(xué)習的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，滿(mǎn)足作業(yè)計劃的敏捷性

    采用以訂單基元為對象的優(yōu)化處理，并根據訂單的產(chǎn)品質(zhì)量屬性、價(jià)格屬性、交貨期量屬性等形成多個(gè)優(yōu)化目標，采用訂單質(zhì)量滿(mǎn)足、成本預期控制、產(chǎn)線(xiàn)負荷相對平衡、交貨期量完成率最高、產(chǎn)能最大的優(yōu)化策略，并考慮產(chǎn)線(xiàn)分段中的物流連續性等自然約束條件，產(chǎn)生詳細的工序執行設備分配和工序間時(shí)間調整方案。
整個(gè)優(yōu)化過(guò)程采用分步、循環(huán)的結構，采用目標控制閾值和優(yōu)化目標加權實(shí)現多目標的綜合，采用動(dòng)態(tài)方式形成不同優(yōu)化對象間的優(yōu)先級排序。

    基于訂單基元的分解合并、基于訂單交貨期量完成率的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級排序，有利于多訂單的作業(yè)混排，保證作業(yè)計劃的整體求優(yōu)。

    （3）強化作業(yè)過(guò)程的調度和作業(yè)執行過(guò)程中的質(zhì)量控制

    作業(yè)執行過(guò)程管理保證作業(yè)計劃的實(shí)現。在傳統MES對執行過(guò)程的跟蹤監測基礎上，AMES突出了作業(yè)調度和質(zhì)量控制二個(gè)功能。

    作業(yè)計劃下達后，設備、原材料、能源等資源狀況的變化，設備能力、質(zhì)量控制帶來(lái)的實(shí)績(jì)調整，以及市場(chǎng)因素帶來(lái)的新的特殊計劃，都需要MES具有動(dòng)態(tài)自適應調度能力。自適應性來(lái)自系統對變化因素的詳細分類(lèi)和不同分類(lèi)的替代策略，如庫存替代、工藝替代、質(zhì)量替代、設備替代以及產(chǎn)能平衡等；其動(dòng)態(tài)性建立對環(huán)境狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測基礎上，及時(shí)捕捉作業(yè)粒度和節拍，替代或插補作業(yè)指示，動(dòng)態(tài)保持各計劃的相對順序基本不變，并在一個(gè)計劃周期結束前反饋未執行的計劃?；诙嗖呗阅Ｐ偷膹碗s控制是動(dòng)態(tài)自適應調度實(shí)現的關(guān)鍵。

    對應于作業(yè)執行過(guò)程，質(zhì)量管理采用面向工藝過(guò)程的過(guò)程式質(zhì)量控制。質(zhì)量全程檢測的集成是基礎，對照各工序質(zhì)量特性標準自動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量判定是核心。同時(shí)，對于質(zhì)量結果的應用，除了基于質(zhì)量統計分析基礎上的敏感影響因素挖掘以及工藝能力評價(jià)外，及時(shí)依據質(zhì)量判定結果，對工藝參數、作業(yè)實(shí)績(jì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，從而實(shí)現前饋式質(zhì)量控制，提高作業(yè)計劃的完成度。

    （4）質(zhì)量與工藝設計一體化、自動(dòng)化

    質(zhì)量設計與工藝設計密不可分。特別是對于物料性能連續變化、裝置自動(dòng)化程度相對較高的流程行業(yè)而言，最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求更直接由各工藝過(guò)程的控制參數所決定。質(zhì)量設計的結果作為作業(yè)執行過(guò)程中的質(zhì)量指示。

    訂單質(zhì)量設計的內容直接與訂單產(chǎn)品相關(guān)。特定于鋼鐵行業(yè)，訂單的質(zhì)量屬性可細分為材料成分子集、外觀(guān)尺寸子集、機械性能子集、制造規范子集等，前三者來(lái)自于客戶(hù)的訂單要求，后者來(lái)源于質(zhì)量設計、用于質(zhì)量的過(guò)程控制。

    為保證質(zhì)量設計與作業(yè)計劃間的緊密結合、動(dòng)態(tài)交互，并有助于作業(yè)執行調度中的替代策略實(shí)現，質(zhì)量設計的自動(dòng)化、標準化、智能化是前提。系統在標準訂單匹配基礎上，增加了基于質(zhì)量-工藝標準匹配知識庫的標準訂單質(zhì)量屬性匹配、基于質(zhì)量屬性相似度和質(zhì)量實(shí)績(jì)偏離度計算模型的非標準設計案例學(xué)習等法。

    4 面向產(chǎn)業(yè)聚集，MES強調協(xié)同、智能以及核心制造能力

    4.1產(chǎn)業(yè)聚集與企業(yè)制造模式的變化

    除了企業(yè)內制造資源的高效利用和敏捷響應外，先進(jìn)制造還強調企業(yè)間的資源協(xié)調，產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟、分散制造、社會(huì )化制造等制造管理模式。產(chǎn)業(yè)聚集正是這一變化的宏觀(guān)表現形式之一，集群化正成為我國制造業(yè)發(fā)展的新趨勢。

    集群面向特定的行業(yè)，通過(guò)細化和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈分工，高效整合企業(yè)間的資源，形成以龍頭企業(yè)為主導的區域特色競爭優(yōu)勢。產(chǎn)業(yè)聚集模式中：

    (1) 強調企業(yè)間的合作關(guān)系。先進(jìn)制造模式的理念是共贏(yíng)、利益共享，有競爭、更要合作（即2W+2C）。這不僅表現在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)間的合作依賴(lài)，還表現在競爭性企業(yè)間的合作。從而帶來(lái)了設計制造的分布式、并行性、虛擬化以及制造過(guò)程的自組織性。

    (2) 企業(yè)依靠其核心能力生存。區別于分散的產(chǎn)業(yè)鏈合作，由于淡化了在原料和客戶(hù)方面的地域優(yōu)勢作用，企業(yè)的核心能力成為其參與聚集區產(chǎn)業(yè)鏈合作的主體內因。從而放棄大而全的結構化競爭優(yōu)勢，而轉向企業(yè)獨有的、主動(dòng)而又持久的核心競爭力，企業(yè)目標價(jià)值體現明顯改變。

    (3) 產(chǎn)業(yè)聚集促進(jìn)了動(dòng)態(tài)聯(lián)盟協(xié)同和產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化的有效性。一方面，因企業(yè)間地理空間上的集中，物流半徑的減??；另一方面，通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研、政、金等的結合，為企業(yè)提供了良好的外部環(huán)境和服務(wù)平臺。企業(yè)應充分利用這些平臺，專(zhuān)注于內在的核心能力提升。

                         

                    圖4 山東半島藍色經(jīng)濟區分層結構模型

    山東省著(zhù)力打造的半島制造業(yè)基地和正在規劃建設的半島藍色經(jīng)濟區，充分迎合了產(chǎn)業(yè)聚集這一發(fā)展趨勢，涉及到的先進(jìn)制造業(yè)聚集區包括了化工、?；?、機械制造、海洋裝備、鋼鐵、以及汽車(chē)、家電等行業(yè)，同時(shí)包括了城鎮組群、現代物流等配套規劃建設。本文通過(guò)對半島藍色經(jīng)濟區的發(fā)展模式的跟蹤研究，提出了經(jīng)濟區的分層結構模型（如圖4），合理劃分了城鎮組群、人才與教育、基礎建設等以政府為主導的社會(huì )化功能層，高效物流、現代金融服務(wù)、信息與商務(wù)平臺、創(chuàng )新平臺等現代服務(wù)業(yè)功能層，主導產(chǎn)業(yè)鏈及聚集區核心能力的形成層。并以提升核心制造能力和內地服務(wù)帶動(dòng)能力為目標，形成區域發(fā)展模式。

    4.2適應于產(chǎn)業(yè)聚集和企業(yè)價(jià)值體現變化的MES提升

    面向上述制造模式的變化，除了在MES架構上采用分布式、基于服務(wù)等來(lái)提高系統平臺的可重構性外，在其功能上，基于A(yíng)MES在提升企業(yè)敏捷響應能力之上，應加強企業(yè)間的制造協(xié)同和生產(chǎn)物流的社會(huì )化管理提高產(chǎn)業(yè)鏈層次上的重構能力、面向企業(yè)核心制造能力提高制造過(guò)程的智能性和敏捷響應的主動(dòng)性。建立在數字化技術(shù)之上的虛擬、仿真、預測等技術(shù)是關(guān)鍵支撐。

    （1）協(xié)同制造執行系統

    協(xié)同面向動(dòng)態(tài)聯(lián)盟下的企業(yè)間資源整合，同時(shí)強調產(chǎn)品設計過(guò)程和制造過(guò)程的并行化。與基于產(chǎn)品的模塊化與標準化、系統的集成能力和協(xié)商交互能力的產(chǎn)品協(xié)同設計所不同，協(xié)同制造更關(guān)注于資源和能力的動(dòng)態(tài)性、過(guò)程調度的實(shí)時(shí)性。

    協(xié)同制造執行系統CMES(collaborative manufacturing execution systems)是在MES層對分散控制系統和分布執行系統的集成。不同于停留于企業(yè)層的簡(jiǎn)單外協(xié)委托加工管理，而是貫穿于協(xié)作企業(yè)間整個(gè)制造執行過(guò)程；不僅強調資源的整合，更強調過(guò)程的重構。

    分布制造執行系統之間，可采用面向服務(wù)的集成，由上游MES為下游MES提供服務(wù)、并由下游MES對上進(jìn)行跟蹤。服務(wù)內容主要包括：本地制造資源滿(mǎn)足服務(wù)申請的整合優(yōu)化、制造實(shí)績(jì)的監測、調度目標的修改服務(wù)等，同時(shí)，服務(wù)申請方的作業(yè)計劃與作業(yè)調度應針對不同的異地MES給與不同的優(yōu)化閾值?；谶^(guò)程仿真（工藝質(zhì)量實(shí)現與作業(yè)執行過(guò)程）的虛擬技術(shù)是保證CMES有效運行手段之一。

    （2）強化社會(huì )化的生產(chǎn)物流管理

    產(chǎn)業(yè)聚集模式下的協(xié)同制造，建立在跨企業(yè)的設備與產(chǎn)能的動(dòng)態(tài)整合與重構，無(wú)論是生產(chǎn)物流的半徑還是其管理都不再局限于單一企業(yè)內，以及生產(chǎn)物流的社會(huì )化。區別于貿易范圍下的社會(huì )化物流，生產(chǎn)物流的效率和準時(shí)率直接影響著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程節拍時(shí)間和成本，影響著(zhù)制造過(guò)程的敏捷響應能力，尤其是離散型和裝配型的行業(yè)。

    圍繞社會(huì )化的生產(chǎn)物流的低成本和高效率,應強化MES中的物流管理功能。既包括將物流的靜態(tài)規劃納入MES作業(yè)計劃管理、并依據物流時(shí)間閾度合理規劃安全的中轉庫存，也包括將物流執行過(guò)程的跟蹤監控和動(dòng)態(tài)調度納入MES作業(yè)執行管理、并增加相應的執行替代策略。

    同時(shí)，區別于傳統的社會(huì )化商貿物流管理，準時(shí)性和系統信息交互實(shí)時(shí)性是生產(chǎn)物流管理的優(yōu)先目標，也是MES與物流管理系統集成的依據。

    （3）基于數字技術(shù)的智能制造執行系統

    制造系統的應變能力最終依賴(lài)于制造單元環(huán)境和制造執行過(guò)程的智能性，亦即只能制造。對于MES，智能性既是可重構能力的支撐，也是可重構發(fā)展的目標。

    智能MES在保證以交貨期為目標的敏捷性基礎上，更強調制造過(guò)程應對新的產(chǎn)品需求、迎合新的管理模式的能力。除了在優(yōu)化算法和調度算法實(shí)現上的可擴充性和智能性外，建立在產(chǎn)線(xiàn)柔性和全能單元基礎上的MES，是離散、裝配類(lèi)行業(yè)的主要方向；流程行業(yè)的智能MES則應基于過(guò)程仿真和復雜控制制造。

    數字化技術(shù)是智能MES的關(guān)鍵技術(shù)。除了底層控制過(guò)程的模型數字化外，工藝質(zhì)量設計的虛擬與仿真、作業(yè)過(guò)程的虛擬與仿真、制造資源有效性的主動(dòng)預測等是主要的應用形式。

    （4）集成核心制造能力管理

    現代企業(yè)間的競爭已由具體的優(yōu)勢產(chǎn)品、市場(chǎng)占有與經(jīng)營(yíng)策略、資源優(yōu)化與高效利用、機會(huì )之爭轉向能力競爭。適應于核心能力的競爭，企業(yè)由多角化戰略開(kāi)始在確立和培養核心能力基礎上“回歸主業(yè)”。企業(yè)核心能力作為用戶(hù)價(jià)值的來(lái)源、持續優(yōu)于競爭對手并難以模仿和替代的獨特風(fēng)格與效用、新產(chǎn)品衍生和新業(yè)務(wù)擴展的延展性，是企業(yè)取得和維持競爭優(yōu)勢的最關(guān)鍵因素。

    核心能力來(lái)源于企業(yè)的綜合積累，包括知識、資源、技術(shù)技能和管理技能。作為制造類(lèi)企業(yè)核心活動(dòng)的制造過(guò)程，是企業(yè)核心能力部署和應用的關(guān)鍵。通常定義企業(yè)的核心制造能力為企業(yè)核心能力在制造過(guò)程中的應用表現，是制造活動(dòng)體現用戶(hù)價(jià)值、快速響應市場(chǎng)、并能夠長(cháng)久保持競爭優(yōu)勢的能力綜合。

    產(chǎn)業(yè)聚集下產(chǎn)業(yè)鏈的細化與優(yōu)化，更是依賴(lài)于制造類(lèi)企業(yè)的核心制造能力。圍繞核心制造能力的選擇應用及提升、核心制造能力的管理，是二個(gè)重要的方面。

                                  

                          圖5 CMC與MES和ERP

    核心制造能力的選擇應用及提升又主要表現在用戶(hù)價(jià)值的體現、制造過(guò)程的快速響應二個(gè)角度。前者保證設計要求的產(chǎn)品優(yōu)勢性能及其可衍生性的實(shí)現，重點(diǎn)在于工藝設計平臺與仿真模型、質(zhì)量控制手段與質(zhì)量管理過(guò)程；后者面向主動(dòng)型AMES的構建，重點(diǎn)在于設計和作業(yè)計劃形成過(guò)程的快速流程與工具手段、在基于實(shí)績(jì)實(shí)況的作業(yè)過(guò)程調度基礎上增加調度的預測性和智能性、適于產(chǎn)業(yè)聚集下外部平臺的集成。

    能力和資源都是高于過(guò)程的企業(yè)級管理對象，核心制造能力的管理面向產(chǎn)業(yè)聚集下跨企業(yè)的生產(chǎn)組織中的能力集成。因而，核心制造能力管理系統（CMC）位于企業(yè)層（如圖5所示）。其功能主要包括能力需求、能力評價(jià)、能力優(yōu)化、能力控制、能力集成、能力實(shí)現。

    5 結論

    本文概括了我國制造業(yè)向先進(jìn)制造轉型面臨的由規模生產(chǎn)向品種生產(chǎn)、虛擬企業(yè)與產(chǎn)業(yè)聚集二大特點(diǎn)，圍繞MES適應于這一制造模式轉變而應進(jìn)行提升的方向進(jìn)行了研究。在遵從MES整體向可重構、智能發(fā)展的趨勢基礎上，分別給出了敏捷制造執行系統、協(xié)同制造執行系統、智能制造執行系統的三個(gè)提升層次，最終應滿(mǎn)足企業(yè)由產(chǎn)品競爭到核心制造能力競爭的轉型。詳細的技術(shù)實(shí)現有待于進(jìn)一步研究。該研究有助于我省半島制造業(yè)基地和半島藍色經(jīng)濟區中制造業(yè)企業(yè)的信息化自動(dòng)化建設。

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