网络化制造执行系统体系.docx

1、网络化制造执行系统体系河北科技大学硕士研究生学位论文开题报告课 题 名 称：网络化制造执行系统体系及作业计划制定的研究研究生姓 名：朱金达导 师 姓 名：宋海生所在院、系：机械电子工程学院学科、专业：机械制造及其自动化河北科技大学研究生学院 2005年12月14日说 明一、硕士研究生开题报告各项内容，要客观实际，逐条认真填写。表达要明确、严谨，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。二、硕士研究生开题报告评议组由教授或具有硕士研究生指导教师资格的副教授组成，评议组成员一般不得少于五人。每个评议组成员应有一位组长。每个评议组可另有一位记录员，记录员应具有讲师以上（含讲师）职称

2、，并应熟悉相应专业。三、开题报告应对评议组成员所提出的问题及研究生的回答给出具体、准确的记录。开题报告结束后，由评议组成员综合评议意见，写出具体评议结论。并由专业负责人审核签字后，报研究生学院备案。四、本报告中，研究生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述部分应不少于5000字。第二页以后各栏空格不够时，可另行加页。五、根据论文工作的最终研究结果，研究生所提交学位论文的题目可以在本开题报告的基础上有适当改动。六、本开题报告一式三份，学生个人和导师留一份，学科留一份，交研究生学院学位办一份备案（除签字部分外必须按A4纸打印），研究生学院不负责查询。姓名性别年龄入学时间开题时间朱金达男252004

3、.092005-12-14课题来源教育部科学技术研究项目“网络化制造环境下的制造执行系统研究”。报告时间2005-12-14开题报告评议组成员姓名职称姓名职称岳彦芳教授杨铁男教授崔洪斌教授宋海生教授刘恩福教授方忆湘教授杨松林教授评议组对课题及报告的评议：评议组组长： 年 月 日专业负责人意见： 专业负责人： 年 月 日一、立论依据（所选课题的科学意义和应用前景，国内外研究现状分析，主要参考文献目录）：1. 科学意义和应用前景随着Internet、电子商务、供应链和全球化市场等的发展，现代制造技术和系统的研究已超越企业的范畴。制造的全球化、敏捷化、网络化、虚拟化、智能化和绿色化是现代制造业发展的

4、趋势，而制造全球化、敏捷化和虚拟化均离不开制造网络化的支撑环境，制造网络化又能促进制造智能化和制造绿色化，因此，可以说制造网络化是现代制造业发展的主要趋势。网络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑战，实施的以快速响应市场需求和提高企业竞争力为主要目标的一种先进制造模式。按照这种新的制造哲理运作的经济实体称为网络联盟企业。网络联盟企业是通过互联网连接的、多个机构组成的一个组织，具有协作和联盟关系，能共享知识和资源，并能协同提供一种产品或服务。这种协作和联盟可最大限度地发挥各自的优势，通过向顾客提供综合解决方案，在更好满足顾客全面需要的同时，去实现每个联盟伙伴自己的目标。网络化制造的概念是在

5、经过对国外制造业发展过程的深入分析，对变革的不可抗拒和推动力的深刻理解，以及对内地和香港企业的调查研究的基础上提出的。与国外的制造企业相比，我国制造企业存在着地域分布广、企业分布的不同区域经济发展与基础设施不均衡等特点。在此情况下实施网络化制造的意义更加明显，更加适合我国国情。在我国实施网络化制造有以下意义：发挥现有制造资源和生产能力的潜力。优势互补，联合起来开发新产品和新过程。用虚拟手段进行产业结构调整和资产重组。通过合作，提高市场的快速响应能力。生产过程作为制造企业业务过程的重要环节，其管理及相应信息系统的敏捷性在很大程度上影响着整个企业的敏捷性。制造执行系统 (Manufacturing

6、 Execution SystemMES)作为生产管理的有效工具，它接收上层计划系统的任务信息和下层控制系统的反馈信息，保证了计划系统和控制系统的双向通信，提供了企业制造过程的实时管理，有效的弥补了企业上层计划系统在生产管理方面的限制和不足，填补了上层计划系统和下层自动化设备之间的断层，使整个企业的生产计划管理形成闭环系统，是制造企业实施敏捷制造战略的有效技术手段。美国先进制造机构AMR将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间的管理信息系统”，它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物资、客户需求等）的当前状态。一个企业的制造车间，是物流与

7、信息流的交汇点，企业的经济效益最终就是在这里被物化出来。随着市场经济的完善，车间在制造企业中逐步向分厂制过渡，导致其角色也由传统的企业成本中心向利润中心转化，更强化了车间的作用。因此，位于车间起着执行功能的制造执行系统MES具有十分重要的作用,它起到了信息集线器（Information Hub）的作用，相当于一个通讯工具为其它应用系统提供生产现场的实时数据。车间的实时信息的掌握与反馈是制造执行系统对上层计划系统正常运行的保证，车间的生产管理是制造执行系统的根本任务，而对底层控制的支持则是制造执行系统的特色。制造执行系统的目的在于为制造单元提供各种不同任务的支持，收集与任务相关的信息，存储于一共

8、同的数据库中，使不同的任务在数据库信息的基础上得到协调。制造执行系统具有如下功能模块（图1）。（1）工序详细调度（2）资源分配和状态管理（3）生产单元分配（4）现场数据采集（5）过程管理（6）质量管理（7）人力资源管理（8）维护管理（9）文档控制（10）产品跟踪（11）性能分析传统的MES是针对企业内部的，从作业计划、资源管理到生产过程中的数据采集和产品跟踪，它面向的都是一个特定的、规范化的环境。而在网络化制造环境中，MES却面临着以下挑战：首先，在复杂产品的生产过程中，参与生产的各个单位在地理位置上是分布的；其次，生产中用到的数据存储在不同的地方，通过网络（internet/intranet

9、/extranet）进行访问；另外，企业有大量的信息化孤岛的应用，新的系统要求与遗留系统较好的集成；最后企业的生产管理模式处于不断改善的过程中，是动态变化的。因此，缺少通用性、可重构性和广泛的集成能力的传统MES，在网络化制造环境中不能很好的发挥作用。研究网络化MES就是要使MES在网络化制造的环境中能够实现资源的共享、信息的交互、知识的处理、异构数据格式的转换、信息孤岛之间的集成，从而满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力。新的竞争环境、新的企业特征、面临的新挑战要求制造企业要经常调整和重组，使得企业之间形成网络联盟，本课题恰恰是要研究在这些组成的联盟中如何实施生产运作，对网络化MES

10、的研究具有以下意义：（1）丰富了网络化制造环境下动态联盟企业的体系结构，并为之提供了相关的技术、方法和应用工具。（2）为网络化制造环境下的任务分配提供一种理论模型。（3）构建和运行网络化制造模式下的成员间的资源优势互补和资源优化配置，集成了分散的制造能力，有利于快速响应市场的机遇。（4）扩大了联盟企业中任务冲突的解决范围，有利于适应市场的快速变化。该课题的研究不仅丰富了网络化制造的理论，而且为制造企业的模式和运作机制提供了理论模型和技术支持。2. 国内外研究现状网络化制造是在Internet 技术得到广泛应用的情况下出现的一种先进制造模式，其概念的形成和初步应用是在20世纪90年代中期。在随后

11、的几年中，网络化制造技术得到了迅速发展，其应用也取得了显著的成果。世界各国和各大公司纷纷实施了面向网络化制造的研究计划，其研究和应用成果进一步促进了网络化制造技术的普及和深化。美国麻省理工学院在总结战后日本制造工业的经验基础上发表了“改变了世界的机器”的著名研究报告， 提出了以改革生产管理为中心的精益生产体系。随后，美国里海大学在研究了美国制造工业的现状和潜力后，发表了“21世纪制造企业发展战略”的报告，提出了敏捷制造和虚拟企业的新概念，借助美国信息技术的优势, 夺回制造工业的世界领先地位，产生了巨大的反响。 1993年，美国麻省理工学院和里海大学在空军的资助下，继续对敏捷制造的哲理进一步深入

12、研究， 建立了敏捷制造论坛。1994年，美国能源部制定了一个“实现敏捷制造的技术”的计划。1995年美国国防部和自然科学基金会资助10个面向美国工业的研究单位共同制定了以敏捷制造和虚拟企业为核心内容的“下一代的制造”计划。1996年美国通用电气公司研究开发部发表了“计算机辅助制造网 CAMnet”的结构和应用，它通过英特网提供多种制造支撑服务，如产品设计的可制造性、加工过程的仿真及产品的试验等。以信息化带动工业化，实现社会生产力的跨跃式发展是党的十六大确定的新战略，这给推进制造业信息化的工作提供出一个非常大的空间。网络化制造虽我国制造业信息化工程的重要内容和组成部分之一，通过网络化制造整合社会

13、资源、发挥区域优势互补、盘活社会存量，建立区域互动设计制造平台，推动我们区域制造业和区域经济的发展。信息技术正在推动制造工业的变革，酝酿着一场生产模式的革命。而作为这场革命的一个关键因素，MES的发展情况又是怎样的呢？日本的MES起步较早、成果较多、应用较广，而且与中国的管理理念相近。日本的CIO杂志等3个机构对490家企业，其中制造业166家的信息部门、计划经营部门负责人进行了IT投资方向的调查，划分为l6个应用领域，从市场规模指数和关注程度上看，2O世纪9O年代中期在日本以MES为代表的生产管理系统的实施已经占据重要的位置。国外流程工业的MES属于企业管理应用软件的范围，起源于离散工业，又

14、扩展到流程工业。从国外的发展趋势看，已经形成了一批MES软件产品和解决方案，出现了一批以MES为核心产品的工业企业管理应用软件公司，而且企业信息技术应用的焦点已经由ERP转向MES，然而MES的标准化仍有大量工作要做。20世纪90年代初期，中国就开始对MES以及ERP跟踪研究、宣传和试点，而且曾经提出了“管控一体化”，“人、才、物、产、供、销”等颇具中国特色的概念，只是总结、归纳、宣传、坚持，但提升的不够，发展势头不快。据称，中国最早的MES是20世纪80年代宝钢建设初期从SIEMENS公司引进的。中国工业信息化基本上是沿着西方工业国家的轨迹前进。708O年代以工厂自动化为主，8090年代以管

15、理信息化为主。进入21世纪初，仍然以提升工厂自动化水平为主。但是，人们对MES的概念、MES在企业信息化的地位已不陌生，并开始形成共识。几乎绝大多数大学和工业自动化研究单位，甚至于国家、省、市级政府主管部门都开始跟踪和研究MES，具体表现为开设MES课程，培养MES研究生，成立工程技术研究、先进制造技术、制造业信息化工程等相关研究中心和实验室，开设MES网站、论坛和专栏，筹办、主办MES国际研讨会，将MES纳人国家、省、市科技发展规划，成立MES公司和事业部，开发MES产品，借助国内外产品实施MES工程等等。首先，国内在MES系统体系架构、功能等方面的研究取得了一定进展。从技术层面看，基本掌握

16、了流程行业MES体系架构、功能、平台的技术开发，并形成系统平台。其次，围绕国内生产管理的国情，开发适合国内企业应用的MES，研究开发单位和应用企业已经在向这个方向努力。第三，MES系统在工程界、企业中已经得到应用，并且见到了应用成效。目前，对于MES理论上的研究已经比较成熟，国内一些流程领域如石油、石化、化工、烟草等对于制造执行系统的应用也已经初见成效。但对于网络化环境下网络联盟企业中MES的理论研究特别是具体实施的情况涉及的并不多，关于网络化制造，理论上大多停留在组建联盟企业上的研究，具体到如何运行任务或作业计划，如何在车间执行一项具体任务的研究比较少。3. 参考文献1 刘飞.制造自动化的广

17、义内涵、研究现状和发展趋势.机械工程学报,1999,35(1).2 张永弟.基于的多智能体异地协同制造体系结构的研究.河北科技大学硕士论文.2005:29-42.3 曾小青,高 阳.虚拟企业的协同生产计划系统模型研究.南华大学学报,2005,11(6):40-43.4 张曙.分散网络化制造.北京:机械工业出版社,1999.5 宋海生，王家海，张曙.网络联盟企业中基于WEB的制造执行系统.制造业自动化，2001,23(2):20-23. 6 李斌,师汉民,胡春华,吴波,杨叔子.基于Agent分布式网络化制造模式的研究.中国机械工程,1999,10(12):1358-1362.7 乔兵,朱剑英.多

18、Agent智能制造系统研究综述.南京航空航天大学学报, 2001,33(1):1-7.8 范玉顺,刘 飞,祁国宁等.网络化制造系统及其应用实践.北京:机械工业出版社,2003. 9 于海斌,朱云龙.协同制造e时代的制造策略与解决方案.北京:清华大学出版社,2004.10 王家海,张曙.网络联盟企业中制造单元的作业计划与调度,组和机床与自动化加工技术,2000(4):14-15.11 孙林夫.面向网络化制造的协同设计技术.计算机集成制造系统,2005,11(1):1-6. 12 张 辉,程涛,胡于进,李成刚,刘黎明.虚拟制造组织中的任务分配问题.中国制造业信息化,2003,32(7): 90-9

19、4.13 黄爱华,叶 飞.虚拟企业的任务分配与协调技术.华南理工大学学报,2002,30(5):1-4.14 杨 浩,朱剑英.基于多Agent的分布式制造执行系统的建模.中国机械工程, 2004,15(11):973-977.15 Cao Yuanda,Jiang Nutao.A Blackboard-Based Multi-Agent Cooperative Expert System Tool.Journal of Beijing Institute of Technology.1998,Vol.7,No.416 张志檩.国内外制造执行系统的应用和发展.数字化工,2004(12):13-1

20、6.17 高志军，颜国正，丁国清.基于网络的多Agent 协作环境下的任务分配.计算机工程, 2005,31(10):19-21.18 Singh J，Lew S C，GayR PrefaceIn：Proceedings of the 5th Into*national Conferen -ce on Computer Integrated Manufacturing，Singapore： Gintic，M arch，2000：19 戴毅茹,严隽薇.虚拟企业网络化建模及其支持工具的实现.制造业自动化, 2005,27(3):22-25.20 唐绍欣,吕 强.虚拟企业的结构、特征与规范.山东工商

21、学院学报,2005,19(1):54-57.21 Halit EIen，Chun Che FungA Virtual Instrumentation of Electric Drive Systemfor Automation and Testing J EE，2000：1500-150522 Marcin AStegawski，Roll SchaumannA New Vmual Experimenting Environment for Undergraduate Laboratories with Application in Research and ManufacturingJIEEE

22、 Transactions on Instrumentation and Measurement，1998，47(6)：1503150623 Guichu wVirtual Instruments and Their Application in ExperimentsJProcofICEM I：1086109224 MAHER M L , RUTHERFORD J H. A model for synchronous collaborative design using CAD and database management J .Rrsearch in Engineering Design

23、 ,1997 ,9 (7) :95 - 98.25 Nwana , H. , D. Ndumu , L. Lee. ZEUS: A Tool - Kit for Building Distributed Multi - Agent SystemsJ . Applied Arti2 ficial Intelligence. 1999 , (1) :129 - 186.26 Jennings NR , Sycara K, Wooldrige M. A roadmap of agent research and development J . Autonomous Agents and Multi-

24、 Agent Systems. 1998 ,(1) :275306.27 ZENG Xiao - qing , GAO Yang. Collaborative Planning in Virtual Enterprise A .Proceedings of 2003 International Conference on Management Science & Engineering C .Georgia , USA. 2003. 903 - 907.28 Petersen S A , D ivitini M , M atsk in M. A n agent2based app roach

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26、Systems Promotion Group，Ianufacturing Science Technology Center， Specifications of the OpenMES Framework Version 10，200031 Dennis Brandl & Peter Owen， Manufacturing Operations M anagement，University of Cambridge，institute for Manufacturing32 ISAdS95O1，EnterpriseControl System Integration，Part 1：M od

27、els and Terminology，199933 Marsha WoodburyNational information infrastructure：Agenda for actionhttp:/wwwcpsrorgprograrrdniFniihtml，1998二、研究内容，预期目标或成果（具体说明课题研究内容，要重点解决的关键问题和本课题所要达到的目标或要取得的成果）：1.研究内容（1）网络化MES的功能模型MES汇集了车间中用以管理和优化、从下订单到产成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件，它控制和利用实时准确的制造信息来指导、响应并报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程

28、提供有关生产活动的任务评价信息。与传统的MES所具有的11个功能模型相比，网络化MES主要考虑的是上游任务的分配和协调调度、成员MES之间的横向信息沟通、突发冲突的解决方案等等。（2）网络化MES的运行结构运行模式图2网络化环境下MES运行模式单元MES都以B/S模式通过Internet连接到服务器上，来获取需要的各种信息，并且单元MES之间是相互联系的，可以在虚拟空间中方便地实现信息的表达和交流。（图2）层次结构图3网络化环境下MES层次结构从根据市场需求做出决策到车间的生产加工，需要经过联盟决策层、成员响应层、成员执行层、车间控制层这四个层次。（图3）（3）网络化MES的信息共享和集成集成

29、框架单元MES的信息共享（4）网络化环境下单元间的任务分配和作业计划的制定任务分配模型作业计划制定（5）任务分配和作业计划原型系统的开发原型系统的分析与设计原型系统模块的分析和设计程序实现2.关键问题（1）建立网络化制造环境下制造执行系统的运行模式。（2）网络化制造环境下各单元间的任务分配和作业计划的制定。3.预计完成的目标在网络化制造过程中，支持分布在异地的不同制造单元为完成共同的任务而协同工作，实现网络联盟企业中制造资源的共享、信息的交互、任务的分配与调度。三、拟采用的研究方法、技术路线、试验方案、可行性分析及研究进度安排：1.研究方法采用理论和实践相结合的研究方法，通过对网络化制造模式和

30、虚拟企业任务分配等相关理论的学习，研究网络化制造环境中制造执行系统的运作模式；在此基础上，结合实际情况，设计开发一个原型系统。2.技术路线本课题先是通过与传统MES功能模块的比较，对网络化制造环境下MES的运行模式进行分析研究，解决网络化环境下制造执行系统如何在上游进行任务的分配和协调以及单元MES信息的交互与共享。然后，结合现有条件开发一个原型系统。3.可行性分析（1）技术支持现在，大多数企业已经利用成熟的Web技术建立了Intranet系统，将企业内部的各种数据、信息和文档置于Web数据库和服务器上，便于企业员工和客户之间的共享与交流，同时也将Intranet系统和外面的Internet世

31、界连接，建立起对外信息发布窗口。这为网络化环境下制造执行系统的研究提供了基本的可行性条件。（2）经济支持本课题只需要利用现有的计算机和网络环境就可以进行实验性研究，不需要前期购置大量的设备和投入大量的资金，所以在经济上也可行。（3）理论保证前期对制造执行系统、网络化制造和虚拟企业的任务分配等进行了研究，并对ASP、JSP和JAVA技术进行了学习，而且在先进制造领域进行了大量的研究工作，取得了一定成果。这些知识的学习为课题的顺利进行提供了理论保证。4.进度安排步骤时间内容12005.92005.12查找资料学习，阅读硕博论文，撰写开题报告准备开题22006.12006.2网络化制造环境下MES的功能模型的研究32006.32006.4网络化制造环境下MES运作模式的研究42006.52006.6单元MES的信息共享和任务调度52006.72006.9原型系统的开发62006.102006.12撰写毕业论文