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    作者簡介：

    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(dān)任過山東省科學(xué)院新技術(shù)開發(fā)總公司副總經(jīng)理，山東省計(jì)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/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，山東省自動(dòng)化學(xué)會(huì)第六屆理事會(huì)秘書長等職務(wù)。

    近年來，先后組織承擔(dān)過山東省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目“智能卡技術(shù)及應(yīng)用研究”；

    山東省科技項(xiàng)目“IC卡讀寫器應(yīng)用系統(tǒng)研究與開發(fā)”；“CPU-IC卡金融應(yīng)用模式的研究”“基于的嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)過程控制和智能儀表中的應(yīng)用研究”等科研項(xiàng)目的研究工作；

    先后負(fù)責(zé)由山東省石油總公司，山東省建設(shè)銀行，山東省科學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的“嵌入式智能卡加油站極其金融結(jié)算信息化管理系統(tǒng)”；由華夏銀行，濟(jì)南市自來水公司，山東省科學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的“智能卡水表及城市公共收費(fèi)管理系統(tǒng)”；以及由濟(jì)南煉油廠，天津煉化集團(tuán)，山東省科學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的“煉化企業(yè)智能卡信息管理系統(tǒng)”等應(yīng)用項(xiàng)目的研究和開發(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“弱磁場低溫超導(dǎo)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(nèi)外學(xué)術(shù)交流活動(dòng)等。

    先后主持承擔(dān)了山東省科協(xié)2008年度學(xué)術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目“城市軌道公共交通發(fā)展戰(zhàn)略”；

    山東省科協(xié)2009年度學(xué)術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目“太陽能熱利用技術(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(bào)告”的編撰工作等。

    [摘 要] 我國制造業(yè)正處于轉(zhuǎn)型和提升階段，其鮮明特征包括：由產(chǎn)能型轉(zhuǎn)向敏捷型的競爭方式轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)集群模式、企業(yè)目標(biāo)價(jià)值體現(xiàn)由產(chǎn)品到核心制造能力的轉(zhuǎn)變。作為當(dāng)前和今后制造業(yè)企業(yè)信息化自動(dòng)化建設(shè)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，MES的發(fā)展必須適應(yīng)這一變化，在集成基礎(chǔ)上更應(yīng)突出其智能型和可重構(gòu)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：基于產(chǎn)銷一體化的敏捷制造MES（AMES）、基于設(shè)計(jì)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(tǒng)（CMCS）。

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

    1 引言

    全球經(jīng)濟(jì)和國際市場的變化，為我國的制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了機(jī)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(fèi)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(shè)計(jì)等。除了產(chǎn)業(yè)方向、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整外，另有三個(gè)明顯特征：

    (1) 向先進(jìn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，既是轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容、又是轉(zhuǎn)型的主要手段，既包括先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用改造、更包括先進(jìn)制造模式的提升。
    (2) 面向區(qū)域經(jīng)濟(jì)化的產(chǎn)業(yè)聚集。產(chǎn)業(yè)集群更強(qiáng)調(diào)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(biāo)的轉(zhuǎn)移。由面向穩(wěn)定市場的產(chǎn)能型向適應(yīng)多樣變化市場的敏捷型，由產(chǎn)品體現(xiàn)到核心制造能力體現(xiàn)。

    向先進(jìn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，促進(jìn)了企業(yè)競爭力內(nèi)容和價(jià)值目標(biāo)的改變。相應(yīng)地，這對于制造業(yè)企業(yè)信息自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，無論是其框架構(gòu)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，本文重點(diǎn)圍繞適應(yīng)于制造模式變化的MES提升進(jìn)行研究。

               

                                   圖1 主體研究路線

   2  MES適應(yīng)于制造業(yè)轉(zhuǎn)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(tǒng)的重點(diǎn)和當(dāng)前熱點(diǎn)

    區(qū)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(jì)劃目標(biāo)和企業(yè)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，車間管理是企業(yè)管理的焦點(diǎn)。

    伴隨著制造業(yè)信息化技術(shù)的應(yīng)用，特別是以ERP為代表的上層管理應(yīng)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(jì)劃之后，開始回歸到對車間管理活動(dòng)的關(guān)心；另一方面，由于上層應(yīng)用系統(tǒng)中對車間問題和制造執(zhí)行過程的弱化，缺少全面及時(shí)的執(zhí)行過程及現(xiàn)場設(shè)備支撐和支持，使得計(jì)劃的執(zhí)行效果和計(jì)劃的進(jìn)一步優(yōu)化受到制約；更為重要的是，車間現(xiàn)場作為整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)物流和信息流的交匯點(diǎn)，其管理除了具有多部門和多系統(tǒng)的集成性、數(shù)據(jù)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(fù)雜的自我調(diào)整能力和靈活適應(yīng)能力，因而，難以由其他的系統(tǒng)功能代替。

    早期的制造資源計(jì)劃MRPII因其囊括了包括制造執(zhí)行的車間現(xiàn)場管理在內(nèi)的制造企業(yè)當(dāng)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(dāng)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(yīng)用的集成能力上，已難以滿足當(dāng)前的需求；另一方面，由于市場不再具備當(dāng)時(shí)相對平穩(wěn)的特點(diǎn)，MRPII復(fù)雜的計(jì)劃過程、僵硬的提前期等致命缺陷，難以彌補(bǔ)計(jì)劃與執(zhí)行的間隙，而不適于當(dāng)前的市場環(huán)境。

    企業(yè)資源計(jì)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)功能和過程的集線器，并迅速擴(kuò)張為包括非制造企業(yè)在內(nèi)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，后期集成了客戶關(guān)系管理CRM、供應(yīng)鏈管理SCM、先進(jìn)計(jì)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(xiàng)軟件功能，但因沒有顧及其最基本的生產(chǎn)管理功能（特別是生產(chǎn)現(xiàn)場管理功能）的擴(kuò)展，在制造業(yè)中的應(yīng)用效果不近理想。

    目前，以MESA提出的“計(jì)劃—執(zhí)行—控制”三層結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，以ERP為主體形成上層的各種企業(yè)級資源計(jì)劃和決策分析應(yīng)用，以MES為主體、并結(jié)合CAD/CAM等形成圍繞產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程管理的中間層應(yīng)用，以產(chǎn)線、裝置、設(shè)備等不同層面的監(jiān)測與控制作為下層的自動(dòng)化應(yīng)用，并通過先進(jìn)的軟件架構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的整體框架。這一框架的發(fā)展，呈現(xiàn)出了“二頭優(yōu)先、中間落后”現(xiàn)狀，MES已成為近年來的應(yīng)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(yīng)用間的信息集線器，從上層接收中長期計(jì)劃，向上層提交作業(yè)實(shí)績等生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，向下層發(fā)布生產(chǎn)指令及控制參數(shù)、接收匯集下層數(shù)據(jù)采集和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，要求較高的實(shí)時(shí)性。

    在功能上，區(qū)別于單純的車間管理系統(tǒng)，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)。拋開其面向不同過程和工藝的行業(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(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護(hù)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(shù)據(jù)采集。計(jì)劃、調(diào)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(biāo)，MES在核心功能的配置及其邏輯、系統(tǒng)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)技術(shù)等方面都有明顯的不同。在國際上，MES已從專用功能系統(tǒng)發(fā)展到了數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用的集成系統(tǒng)（I-MES），并逐步向在系統(tǒng)、接口、業(yè)務(wù)上可重構(gòu)的智能MES發(fā)展。

    面向MES的可重構(gòu)和智能性，除了在支撐技術(shù)上采用構(gòu)件技術(shù)、Agent技術(shù)、服務(wù)技術(shù)等提升系統(tǒng)架構(gòu)外，更應(yīng)結(jié)合我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的特征，對MES進(jìn)行核心功能的提升，才能更好地適應(yīng)并促進(jìn)這一轉(zhuǎn)型。

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

    (1) 面向市場的快速變化和分類需求，突出制造執(zhí)行過程的敏捷響應(yīng)能力，適應(yīng)于企業(yè)敏捷制造、精益制造等先進(jìn)制造模式的應(yīng)用；
    (2) 面向產(chǎn)業(yè)聚集趨勢，突出制造執(zhí)行過程的協(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(xiàn)由產(chǎn)品向核心能力的轉(zhuǎn)變，拓展企業(yè)核心制造能力系統(tǒng)，促進(jìn)轉(zhuǎn)變并增強(qiáng)企業(yè)的核心競爭力。

                           

                       圖2 適應(yīng)于市場環(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(qiáng)調(diào)生產(chǎn)執(zhí)行過程的敏捷響應(yīng)能力

    3.1敏捷制造和精益制造應(yīng)對市場多樣性和變化性

    目前制造業(yè)正從規(guī)模經(jīng)濟(jì)向品種經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需求日趨主體化、個(gè)性化和多樣化，產(chǎn)品壽命周期越來越短、品種不斷增加，客戶對交貨期的要求、對產(chǎn)品和服務(wù)的期望越來越高。商務(wù)環(huán)境的變化速度超過了傳統(tǒng)企業(yè)跟蹤調(diào)整的能力，要求企業(yè)生產(chǎn)管理模式反應(yīng)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(yīng)變”，提高企業(yè)的應(yīng)變能力。通過快速配置各種資源，有效和協(xié)調(diào)地響應(yīng)用戶需求。敏捷制造的實(shí)現(xiàn)，一是強(qiáng)調(diào)“競爭－合作”，采用靈活多變的動(dòng)態(tài)組織結(jié)構(gòu)，如動(dòng)態(tài)聯(lián)盟；二是不斷提高企業(yè)自身能力，實(shí)現(xiàn)對技術(shù)、管理和人員的全面協(xié)調(diào)集成。

    精益制造亦即“按需的無庫存生產(chǎn)”，核心就是企業(yè)在為顧客提供滿意和及時(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(jié)存在的問題。

    區(qū)別于大批量生產(chǎn)模式下以生產(chǎn)規(guī)模與效率作為競爭優(yōu)勢、以庫存調(diào)節(jié)滿足市場需求，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)量和最低的成本來迅速靈活地響應(yīng)需求，從而贏得競爭。同時(shí)，二者的實(shí)現(xiàn)，除了強(qiáng)化產(chǎn)供銷的協(xié)同外，更依賴于制造執(zhí)行過程的快速響應(yīng)。

    3.2AMES的核心功能

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

                         

    MES向AMES提升，一是通過功能調(diào)整和接口強(qiáng)化，拓展并集成與制造環(huán)節(jié)直接相關(guān)的部分經(jīng)營管理、產(chǎn)線控制等功能，貫穿于客戶訂單確認(rèn)后到客戶產(chǎn)品交付前的、從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、作業(yè)計(jì)劃、工藝路線以及質(zhì)量控制方案等作業(yè)前管理，到作業(yè)執(zhí)行過程中的跟蹤與調(diào)度，質(zhì)量跟蹤與評價(jià)、倉庫與生產(chǎn)物流管理，以及設(shè)備、能源等制造資源的監(jiān)控和管理，形成以MES為中心的制造企業(yè)信息化系統(tǒng)；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(xì)化作業(yè)粒度，充實(shí)相應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)、調(diào)度模型，體現(xiàn)系統(tǒng)的綜合應(yīng)變能力。

    以產(chǎn)線柔性和排產(chǎn)優(yōu)化為主要手段的AMES在離散性行業(yè)已開始應(yīng)用。而對于較早應(yīng)用MES的流程類行業(yè)，本文以鋼鐵行業(yè)為例，結(jié)合濟(jì)鋼集團(tuán)的產(chǎn)銷一體化系統(tǒng)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(xiàn)。

    如圖3所示，MES向AMES發(fā)展主要表現(xiàn)在：一是功能范圍上的拓展，包括集成銷售管理部分功能的產(chǎn)銷一體，始于工藝設(shè)計(jì)的全程質(zhì)量監(jiān)測與控制；二是功能深度上的提升，包括作業(yè)計(jì)劃生成的多目標(biāo)優(yōu)化、作業(yè)過程調(diào)度的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)以及設(shè)計(jì)智能化。

    （1）以產(chǎn)銷一體化的集成框架為基礎(chǔ)，并通過訂單基元同步和細(xì)化作業(yè)粒度，提高敏捷響應(yīng)的靈敏度

    產(chǎn)銷一體化系統(tǒng)本身就是對傳統(tǒng)MES的拓展和改進(jìn)。通過功能擴(kuò)展和接口增強(qiáng)，全面集成銷售、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、質(zhì)量等環(huán)節(jié)。

    以訂單為核心對象，貫穿于從作業(yè)計(jì)劃的形成、作業(yè)計(jì)劃的執(zhí)行、作業(yè)實(shí)績的處理，實(shí)現(xiàn)了訂單狀態(tài)的全程跟蹤；并根據(jù)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(xiàn)了銷售單元與爐次、軋次等作業(yè)單元間的協(xié)調(diào)，并通過作業(yè)粒度的細(xì)化，減少異常業(yè)務(wù)損失，提高響應(yīng)靈敏度。

    結(jié)合訂單的整個(gè)執(zhí)行過程，采用PDCA的質(zhì)量管理模型，分別將質(zhì)量規(guī)劃、實(shí)施、檢查和處理四個(gè)階段貫徹到工藝設(shè)計(jì)、作業(yè)優(yōu)化、作業(yè)執(zhí)行過程中，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量管理控制的全程化。

    （2）通過基于訂單要素的多目標(biāo)與基于權(quán)重學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，滿足作業(yè)計(jì)劃的敏捷性

    采用以訂單基元為對象的優(yōu)化處理，并根據(jù)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(biāo)，采用訂單質(zhì)量滿足、成本預(yù)期控制、產(chǎn)線負(fù)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)線分段中的物流連續(xù)性等自然約束條件，產(chǎn)生詳細(xì)的工序執(zhí)行設(shè)備分配和工序間時(shí)間調(diào)整方案。
整個(gè)優(yōu)化過程采用分步、循環(huán)的結(jié)構(gòu)，采用目標(biāo)控制閾值和優(yōu)化目標(biāo)加權(quán)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)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(jì)劃的整體求優(yōu)。

    （3）強(qiáng)化作業(yè)過程的調(diào)度和作業(yè)執(zhí)行過程中的質(zhì)量控制

    作業(yè)執(zhí)行過程管理保證作業(yè)計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)MES對執(zhí)行過程的跟蹤監(jiān)測基礎(chǔ)上，AMES突出了作業(yè)調(diào)度和質(zhì)量控制二個(gè)功能。

    作業(yè)計(jì)劃下達(dá)后，設(shè)備、原材料、能源等資源狀況的變化，設(shè)備能力、質(zhì)量控制帶來的實(shí)績調(diào)整，以及市場因素帶來的新的特殊計(jì)劃，都需要MES具有動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)度能力。自適應(yīng)性來自系統(tǒng)對變化因素的詳細(xì)分類和不同分類的替代策略，如庫存替代、工藝替代、質(zhì)量替代、設(shè)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(jiān)測基礎(chǔ)上，及時(shí)捕捉作業(yè)粒度和節(jié)拍，替代或插補(bǔ)作業(yè)指示，動(dòng)態(tài)保持各計(jì)劃的相對順序基本不變，并在一個(gè)計(jì)劃周期結(jié)束前反饋未執(zhí)行的計(jì)劃。基于多策略模型的復(fù)雜控制是動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

    對應(yīng)于作業(yè)執(zhí)行過程，質(zhì)量管理采用面向工藝過程的過程式質(zhì)量控制。質(zhì)量全程檢測的集成是基礎(chǔ)，對照各工序質(zhì)量特性標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量判定是核心。同時(shí)，對于質(zhì)量結(jié)果的應(yīng)用，除了基于質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)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(jù)質(zhì)量判定結(jié)果，對工藝參數(shù)、作業(yè)實(shí)績進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)前饋式質(zhì)量控制，提高作業(yè)計(jì)劃的完成度。

    （4）質(zhì)量與工藝設(shè)計(jì)一體化、自動(dòng)化

    質(zhì)量設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)密不可分。特別是對于物料性能連續(xù)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程的控制參數(shù)所決定。質(zhì)量設(shè)計(jì)的結(jié)果作為作業(yè)執(zhí)行過程中的質(zhì)量指示。

    訂單質(zhì)量設(shè)計(jì)的內(nèi)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(xì)分為材料成分子集、外觀尺寸子集、機(jī)械性能子集、制造規(guī)范子集等，前三者來自于客戶的訂單要求，后者來源于質(zhì)量設(shè)計(jì)、用于質(zhì)量的過程控制。

    為保證質(zhì)量設(shè)計(jì)與作業(yè)計(jì)劃間的緊密結(jié)合、動(dòng)態(tài)交互，并有助于作業(yè)執(zhí)行調(diào)度中的替代策略實(shí)現(xiàn)，質(zhì)量設(shè)計(jì)的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化是前提。系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)訂單匹配基礎(chǔ)上，增加了基于質(zhì)量-工藝標(biāo)準(zhǔn)匹配知識庫的標(biāo)準(zhǔn)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)績偏離度計(jì)算模型的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)案例學(xué)習(xí)等法。

    4 面向產(chǎn)業(yè)聚集，MES強(qiáng)調(diào)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(nèi)制造資源的高效利用和敏捷響應(yīng)外，先進(jìn)制造還強(qiáng)調(diào)企業(yè)間的資源協(xié)調(diào)，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表現(xiàn)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)，通過細(xì)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(dǎo)的區(qū)域特色競爭優(yōu)勢。產(chǎn)業(yè)聚集模式中：

    (1) 強(qiáng)調(diào)企業(yè)間的合作關(guān)系。先進(jìn)制造模式的理念是共贏、利益共享，有競爭、更要合作（即2W+2C）。這不僅表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)間的合作依賴，還表現(xiàn)在競爭性企業(yè)間的合作。從而帶來了設(shè)計(jì)制造的分布式、并行性、虛擬化以及制造過程的自組織性。

    (2) 企業(yè)依靠其核心能力生存。區(qū)別于分散的產(chǎn)業(yè)鏈合作，由于淡化了在原料和客戶方面的地域優(yōu)勢作用，企業(yè)的核心能力成為其參與聚集區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈合作的主體內(nèi)因。從而放棄大而全的結(jié)構(gòu)化競爭優(yōu)勢，而轉(zhuǎn)向企業(yè)獨(dú)有的、主動(dòng)而又持久的核心競爭力，企業(yè)目標(biāo)價(jià)值體現(xiàn)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，物流半徑的減小；另一方面，通過產(chǎn)、學(xué)、研、政、金等的結(jié)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(yīng)充分利用這些平臺，專注于內(nèi)在的核心能力提升。

                         

                    圖4 山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)分層結(jié)構(gòu)模型

    山東省著力打造的半島制造業(yè)基地和正在規(guī)劃建設(shè)的半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)，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(qū)包括了化工、海化、機(jī)械制造、海洋裝備、鋼鐵、以及汽車、家電等行業(yè)，同時(shí)包括了城鎮(zhèn)組群、現(xiàn)代物流等配套規(guī)劃建設(shè)。本文通過對半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展模式的跟蹤研究，提出了經(jīng)濟(jì)區(qū)的分層結(jié)構(gòu)模型（如圖4），合理劃分了城鎮(zhèn)組群、人才與教育、基礎(chǔ)建設(shè)等以政府為主導(dǎo)的社會(huì)化功能層，高效物流、現(xiàn)代金融服務(wù)、信息與商務(wù)平臺、創(chuàng)新平臺等現(xiàn)代服務(wù)業(yè)功能層，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈及聚集區(qū)核心能力的形成層。并以提升核心制造能力和內(nèi)地服務(wù)帶動(dòng)能力為目標(biāo)，形成區(qū)域發(fā)展模式。

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

    面向上述制造模式的變化，除了在MES架構(gòu)上采用分布式、基于服務(wù)等來提高系統(tǒng)平臺的可重構(gòu)性外，在其功能上，基于AMES在提升企業(yè)敏捷響應(yīng)能力之上，應(yīng)加強(qiáng)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(gòu)能力、面向企業(yè)核心制造能力提高制造過程的智能性和敏捷響應(yīng)的主動(dòng)性。建立在數(shù)字化技術(shù)之上的虛擬、仿真、預(yù)測等技術(shù)是關(guān)鍵支撐。

    （1）協(xié)同制造執(zhí)行系統(tǒng)

    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(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程和制造過程的并行化。與基于產(chǎn)品的模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)的集成能力和協(xié)商交互能力的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)所不同，協(xié)同制造更關(guān)注于資源和能力的動(dòng)態(tài)性、過程調(diào)度的實(shí)時(shí)性。

    協(xié)同制造執(zhí)行系統(tǒng)CMES(collaborative manufacturing execution systems)是在MES層對分散控制系統(tǒng)和分布執(zhí)行系統(tǒng)的集成。不同于停留于企業(yè)層的簡單外協(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(zhí)行過程；不僅強(qiáng)調(diào)資源的整合，更強(qiáng)調(diào)過程的重構(gòu)。

    分布制造執(zhí)行系統(tǒng)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(nèi)容主要包括：本地制造資源滿足服務(wù)申請的整合優(yōu)化、制造實(shí)績的監(jiān)測、調(diào)度目標(biāo)的修改服務(wù)等，同時(shí)，服務(wù)申請方的作業(yè)計(jì)劃與作業(yè)調(diào)度應(yīng)針對不同的異地MES給與不同的優(yōu)化閾值。基于過程仿真（工藝質(zhì)量實(shí)現(xiàn)與作業(yè)執(zhí)行過程）的虛擬技術(shù)是保證CMES有效運(yùn)行手段之一。

    （2）強(qiáng)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(shè)備與產(chǎn)能的動(dòng)態(tài)整合與重構(gòu)，無論是生產(chǎn)物流的半徑還是其管理都不再局限于單一企業(yè)內(nèi)，以及生產(chǎn)物流的社會(huì)化。區(qū)別于貿(mào)易范圍下的社會(huì)化物流，生產(chǎn)物流的效率和準(zhǔn)時(shí)率直接影響著生產(chǎn)過程節(jié)拍時(shí)間和成本，影響著制造過程的敏捷響應(yīng)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(yīng)強(qiáng)化MES中的物流管理功能。既包括將物流的靜態(tài)規(guī)劃納入MES作業(yè)計(jì)劃管理、并依據(jù)物流時(shí)間閾度合理規(guī)劃安全的中轉(zhuǎn)庫存，也包括將物流執(zhí)行過程的跟蹤監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)度納入MES作業(yè)執(zhí)行管理、并增加相應(yīng)的執(zhí)行替代策略。

    同時(shí)，區(qū)別于傳統(tǒng)的社會(huì)化商貿(mào)物流管理，準(zhǔn)時(shí)性和系統(tǒng)信息交互實(shí)時(shí)性是生產(chǎn)物流管理的優(yōu)先目標(biāo)，也是MES與物流管理系統(tǒng)集成的依據(jù)。

    （3）基于數(shù)字技術(shù)的智能制造執(zhí)行系統(tǒng)

    制造系統(tǒng)的應(yīng)變能力最終依賴于制造單元環(huán)境和制造執(zhí)行過程的智能性，亦即只能制造。對于MES，智能性既是可重構(gòu)能力的支撐，也是可重構(gòu)發(fā)展的目標(biāo)。

    智能MES在保證以交貨期為目標(biāo)的敏捷性基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)制造過程應(yīng)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(diào)度算法實(shí)現(xiàn)上的可擴(kuò)充性和智能性外，建立在產(chǎn)線柔性和全能單元基礎(chǔ)上的MES，是離散、裝配類行業(yè)的主要方向；流程行業(yè)的智能MES則應(yīng)基于過程仿真和復(fù)雜控制制造。

    數(shù)字化技術(shù)是智能MES的關(guān)鍵技術(shù)。除了底層控制過程的模型數(shù)字化外，工藝質(zhì)量設(shè)計(jì)的虛擬與仿真、作業(yè)過程的虛擬與仿真、制造資源有效性的主動(dòng)預(yù)測等是主要的應(yīng)用形式。

    （4）集成核心制造能力管理

    現(xiàn)代企業(yè)間的競爭已由具體的優(yōu)勢產(chǎn)品、市場占有與經(jīng)營策略、資源優(yōu)化與高效利用、機(jī)會(huì)之爭轉(zhuǎn)向能力競爭。適應(yīng)于核心能力的競爭，企業(yè)由多角化戰(zhàn)略開始在確立和培養(yǎng)核心能力基礎(chǔ)上“回歸主業(yè)”。企業(yè)核心能力作為用戶價(jià)值的來源、持續(xù)優(yōu)于競爭對手并難以模仿和替代的獨(dú)特風(fēng)格與效用、新產(chǎn)品衍生和新業(yè)務(wù)擴(kuò)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。作為制造類企業(yè)核心活動(dòng)的制造過程，是企業(yè)核心能力部署和應(yīng)用的關(guān)鍵。通常定義企業(yè)的核心制造能力為企業(yè)核心能力在制造過程中的應(yīng)用表現(xiàn)，是制造活動(dòng)體現(xiàn)用戶價(jià)值、快速響應(yīng)市場、并能夠長久保持競爭優(yōu)勢的能力綜合。

    產(chǎn)業(yè)聚集下產(chǎn)業(yè)鏈的細(xì)化與優(yōu)化，更是依賴于制造類企業(yè)的核心制造能力。圍繞核心制造能力的選擇應(yīng)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(yīng)用及提升又主要表現(xiàn)在用戶價(jià)值的體現(xiàn)、制造過程的快速響應(yīng)二個(gè)角度。前者保證設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品優(yōu)勢性能及其可衍生性的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)在于工藝設(shè)計(jì)平臺與仿真模型、質(zhì)量控制手段與質(zhì)量管理過程；后者面向主動(dòng)型AMES的構(gòu)建，重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)和作業(yè)計(jì)劃形成過程的快速流程與工具手段、在基于實(shí)績實(shí)況的作業(yè)過程調(diào)度基礎(chǔ)上增加調(diào)度的預(yù)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(tǒng)（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(xiàn)。

    5 結(jié)論

    本文概括了我國制造業(yè)向先進(jìn)制造轉(zhuǎn)型面臨的由規(guī)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(yīng)于這一制造模式轉(zhuǎn)變而應(yīng)進(jìn)行提升的方向進(jìn)行了研究。在遵從MES整體向可重構(gòu)、智能發(fā)展的趨勢基礎(chǔ)上，分別給出了敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)、協(xié)同制造執(zhí)行系統(tǒng)、智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的三個(gè)提升層次，最終應(yīng)滿足企業(yè)由產(chǎn)品競爭到核心制造能力競爭的轉(zhuǎn)型。詳細(xì)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)中制造業(yè)企業(yè)的信息化自動(dòng)化建設(shè)。

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