前言
流程型生產(chǎn)企業(yè)是指被加工對象不間斷地通過生產(chǎn)設(shè)備，石化、冶金、電力、輕工、制藥、環(huán)保等在國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位的行業(yè)，基本的生產(chǎn)特征是通過一系列的加工裝置使原材料進(jìn)行規(guī)定的化學(xué)反應(yīng)或物理變化，最終得到滿意的產(chǎn)品。流程工業(yè)在全球500強(qiáng)行業(yè)中大約70余家，占15%，其營業(yè)收入占總收入的16.5%(據(jù)財富雜志1999年數(shù)據(jù))。我國流程企業(yè)年產(chǎn)值占全國企業(yè)年總產(chǎn)值的66%(據(jù)中國經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒1999年數(shù)據(jù))，流程工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響國家的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。
流程型企業(yè)大多是重要的能源和原材料工業(yè)，產(chǎn)品品種穩(wěn)定，生產(chǎn)量大，工藝大多固定，一般是按庫存生產(chǎn)模式。連續(xù)工業(yè)的生產(chǎn)一般都伴隨著化學(xué)變化，通常是在高溫高壓等惡劣條件下進(jìn)行的，其生產(chǎn)長年不間斷，停產(chǎn)常常會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，企業(yè)的自動化目標(biāo)是如何有效地監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程，使生產(chǎn)過程處于最佳狀態(tài)，節(jié)省原材料，降低能耗與其它消耗，提高產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)品率，提高設(shè)備的壽命等。流程型企業(yè)普遍采用DCS、PLC等控制系統(tǒng)，自動化程度較高。
1.流程型企業(yè)ERP/MES/PCS的三層結(jié)構(gòu)
1.1 ERP/MES/PCS的三層結(jié)構(gòu)
20世紀(jì)80年代后期，全球市場競爭日趨激烈，流程型企業(yè)通過實施MRPⅡ/ERP來提高管理水平提升企業(yè)的競爭力。然而，企業(yè)上層的生產(chǎn)計劃管理(ERP)受市場影響越來越大，計劃的適應(yīng)性問題日漸顯露出來，與底層的過程控制系統(tǒng)(PCS)之間脫節(jié)的矛盾也日益突出。如何有效利用上層的ERP與下層的PCS之間的數(shù)據(jù)，提高計劃、調(diào)度的實時性和靈活性，已成為企業(yè)關(guān)心的問題。
以MRPⅡ/ERP為代表的管理信息系統(tǒng)，以及以PLC、DCS為代表的自動化技術(shù)，在流程型行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。盡管這兩類系統(tǒng)的推廣取得了一定效果，但卻忽略了兩者之間的有效配合，導(dǎo)致企業(yè)上層計劃缺乏有效的實時信息支持、下層控制環(huán)節(jié)缺乏優(yōu)化的調(diào)度與協(xié)調(diào)。計劃層與車間執(zhí)行層無法進(jìn)行良好的雙向信息流交互，企業(yè)就難以實時反應(yīng)。為解決這個問題，美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)(AMR)提出了“制造執(zhí)行系統(tǒng)MES”的概念，MES是位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的過程控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。
最下層的控制系統(tǒng)聚焦于生產(chǎn)過程的設(shè)備，以秒(s)為單位監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況。控制整個生產(chǎn)過程。中間層的制造執(zhí)行系統(tǒng)著眼于整個生產(chǎn)過程管理，考慮生產(chǎn)過程的整體平衡，注重生產(chǎn)過程的運(yùn)行管理，注重產(chǎn)品和批次，以分(min)小時(h)為單位跟蹤產(chǎn)品的制造過程。最上層的經(jīng)營計劃系統(tǒng)以產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售為處理對象，聚焦于定貨、交貨期、成本和顧客的關(guān)系等，以月、周、日為單位。
在流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中，MES起著將從生產(chǎn)過程控制中產(chǎn)生的信息、從生產(chǎn)過程管理中產(chǎn)生的信息和從經(jīng)營管理活動中產(chǎn)生的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、加工、傳遞的作用，是生產(chǎn)過程控制與管理信息集成的重要橋梁和紐帶。
1.2 ERP/MES/PCS間的數(shù)據(jù)傳遞
MES的主要功能包括：生產(chǎn)調(diào)度、資源分配、工時管理、文檔控制、數(shù)據(jù)采集、WIP跟蹤、質(zhì)量管理、設(shè)備管理等，是連接ERP與PCS的橋梁。一方面，MES為ERP系統(tǒng)提供及時、準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)和信息，另一方面，通過PCS的底層數(shù)據(jù)采集與分析，為優(yōu)化、控制生產(chǎn)線的運(yùn)行提供依據(jù)和保證，以適應(yīng)企業(yè)對實時化的要求。
從ERP→MES→PCS的信息傳遞：ERP經(jīng)過MRP運(yùn)算后，需要將產(chǎn)品的生產(chǎn)需求、BOM、企業(yè)生產(chǎn)資源、工作日歷、加工指令、庫存狀態(tài)等信息加工處理后，將工序和生產(chǎn)調(diào)度、零件清單、生產(chǎn)分析報告、物料短缺信息、生產(chǎn)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)等傳遞給PCS層，PCS層根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
從ERP→MES→PCS的信息傳遞：PCS接受到MES下達(dá)的工作指令完成相應(yīng)工作，在PCS層工作的同時將底層信息實時反饋給MES，這些信息包括：工序進(jìn)展信息、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、物料使用狀態(tài)、工件裝夾時間、實際工作時間、產(chǎn)品完成數(shù)量、廢品數(shù)量、作業(yè)狀態(tài)、任務(wù)狀態(tài)以及設(shè)備狀態(tài)等，MES層對信息作進(jìn)一步處理后，將工作訂單狀態(tài)、資源狀態(tài)、工時信息、物料消耗情況、實際的生產(chǎn)工藝、WIP信息、廢品信息、實際的庫存狀態(tài)、人員分配信息等反饋給ERP系統(tǒng)。
信息流在三層系統(tǒng)中的傳遞、反饋保證了信息的實時性，使企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)實時計劃與調(diào)度、動態(tài)成本管理成為可能。
1.3 ERP/MES/PCS的信息集成
ERP/MES/PCS中，系統(tǒng)開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)庫可能是異構(gòu)的，在三層中要實現(xiàn)信息共享與集成，必須實現(xiàn)跨平臺。采用W3C制定的XML可以實現(xiàn)跨平臺，XML文件是文本文件，使異構(gòu)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一進(jìn)行定義、組織和表示成為可能，目前主要的關(guān)系數(shù)據(jù)庫都具備讀取和生成XML數(shù)據(jù)的能力，在各行業(yè)XML得到了普遍的支持。
在ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)中，ERP與MES的信息的交互、共享均通過XML實現(xiàn)。底層控制系統(tǒng)與MES的通訊采用OPC(OLEforProcessControl)標(biāo)準(zhǔn)。OPC采用Client/Server的通信模式，OPC定義了一套應(yīng)用于支持過程數(shù)據(jù)訪問、報警、事件、過程歷史數(shù)據(jù)訪問等功能的COM接口，OPC服務(wù)器一方面負(fù)責(zé)與現(xiàn)場設(shè)備的通信，另一方面將獲取的數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口(OPCServer對外接口的一致性)供調(diào)用方調(diào)用。
2.流程型企業(yè)SCM/ERP/MES/PCS集成框架
對于不斷變化的市場需求和不斷變化的全球競爭環(huán)境，過去那種以生產(chǎn)為核心的企業(yè)經(jīng)營管理模式不再適應(yīng)當(dāng)前形勢，必須從整體上考慮企業(yè)運(yùn)作，把原料供應(yīng)、運(yùn)輸、倉儲、生產(chǎn)制造、產(chǎn)品運(yùn)輸、銷售，客戶及客戶需求作為一個整體來對待，通過供應(yīng)鏈的管理和優(yōu)化，實現(xiàn)降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)柔性、改善客戶服務(wù)等競爭優(yōu)勢。
在整個供應(yīng)鏈上，企業(yè)的收益不僅取決于企業(yè)內(nèi)部流程的加速運(yùn)轉(zhuǎn)和自動化，還取決于企業(yè)將這種效率傳遞給由它的供應(yīng)商和客戶組成的整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)的能力。供應(yīng)鏈上的各節(jié)點(diǎn)企業(yè)通過協(xié)作經(jīng)營和協(xié)調(diào)運(yùn)作，將各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的分散計劃納入整個供應(yīng)鏈的計劃中，大大增強(qiáng)該供應(yīng)鏈在大市場環(huán)境中的整體優(yōu)勢，同時也使各企業(yè)之間均實現(xiàn)以最小的個別成本和轉(zhuǎn)換成本來獲得成本優(yōu)勢。有效的供應(yīng)鏈管理能夠使上下游企業(yè)可最大限度地減少庫存，使所有上游企業(yè)的產(chǎn)品能夠準(zhǔn)確。及時地到達(dá)下游企業(yè)，這樣既加快了供應(yīng)鏈上的物流速度，又減少了各企業(yè)的庫存量和資金占用。通過這種整體供應(yīng)鏈管理的優(yōu)化作用，實現(xiàn)了整個價值鏈的增值。
通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用電子商務(wù)將上、下游企業(yè)組成整個產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的供應(yīng)鏈，實現(xiàn)了供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)間的無縫聯(lián)結(jié)，組成一個動態(tài)的、全球網(wǎng)絡(luò)化的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，通過這種整體供應(yīng)鏈管理的優(yōu)化作用，實現(xiàn)了整個價值鏈的增值，真正提升企業(yè)的核心競爭力。通過電子商務(wù)系統(tǒng)可以使企業(yè)與供應(yīng)商、經(jīng)銷商、顧客緊密聯(lián)系起來，將經(jīng)銷商每天的經(jīng)營情況，包括訂單、計劃、匯票等及時，準(zhǔn)確地匯總到企業(yè)的數(shù)據(jù)庫中，同時通過電子商務(wù)系統(tǒng)供應(yīng)商、代理商可以了解訂貨、發(fā)貨情況，通過企業(yè)的相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫可以查詢企業(yè)的產(chǎn)品的生產(chǎn)銷售和庫存等情況。
在供應(yīng)鏈中實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部獨(dú)立的信息系統(tǒng)之間的信息交換，需要解決以下問題：異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的相互訪問、不同體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件之間的數(shù)據(jù)交換、不同的企業(yè)采用不同的通訊協(xié)議等。
Web服務(wù)是近年發(fā)展起來的新一代Web技術(shù)，V服務(wù)是一種過程和一組協(xié)議集，通過SOAP、WSDL、UDDI3個組件，Web服務(wù)按照服務(wù)提供者、服務(wù)注冊者、服務(wù)使用者的三角關(guān)系開始運(yùn)作。服務(wù)提供者把能提供的服務(wù)向第三方代理機(jī)構(gòu)登記注冊，服務(wù)中介者把供給者的服務(wù)項目制成名錄(Directory)，服務(wù)使用者需要服務(wù)時，先搜尋注冊目錄，找到合適的供應(yīng)者，然后通過SOAP標(biāo)準(zhǔn)直接與供給者聯(lián)系，信息以WSDL的XML格式傳輸。
Web服務(wù)能夠很好地解決企業(yè)間信息集成問題，與傳統(tǒng)的Web應(yīng)用方式比較，Web服務(wù)是松耦合，可靈活實現(xiàn)跨廠商、跨平臺、跨語言。基于Web服務(wù)的SCM/ERP/MES/PCS信息集成框架。
在供應(yīng)鏈中，制造商、供應(yīng)商、經(jīng)銷商、顧客之間可以為經(jīng)過授權(quán)的合作伙伴提供實時的信息，如庫存、價格信息、訂單執(zhí)行情況等。如果經(jīng)銷商要查詢訂單的執(zhí)行情況，經(jīng)銷商需要通過UDDI注冊服務(wù)器查詢所有服務(wù)的WSDL描述，并將得到的WSDL描述生成SOAP請求消息，綁定服務(wù)提供者，SOAP請求被作為一條HTTPPOST請求發(fā)出，交由Web服務(wù)器處理。Web服務(wù)器分析HTTP信息并找到SOAP路由器的名稱，然后將請求消息傳遞到指定的SOAP路由器。SOAP路由器分析HTTP頭找出某個Web服務(wù)適配器的位置，通過Web服務(wù)適配器依次將該請求傳送到ERP/MES/PCS系統(tǒng)，底層控制系統(tǒng)將產(chǎn)品完成情況實時反饋給上層的ERP系統(tǒng)，ERP系統(tǒng)將結(jié)果返回給Web服務(wù)適配器。適配器將得到的結(jié)果通過SOAP消息，返回給SOAP路由器。最終服務(wù)請求者(經(jīng)銷商)收到包含執(zhí)行結(jié)果的SOAP數(shù)據(jù)包，利用XML解析器對XML數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，取出所需的數(shù)據(jù)。
3.結(jié)束語
流程型行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱性產(chǎn)業(yè)，流程企業(yè)如何將先進(jìn)的工藝制造技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)以及先進(jìn)的過程控制技術(shù)相結(jié)合，如何將企業(yè)的經(jīng)營管理、生產(chǎn)過程控制、運(yùn)行與管理作為一個有機(jī)整體進(jìn)行管理與控制，以實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行與優(yōu)化管理，是流程型企業(yè)迫切需要解決的問題。
流程企業(yè)SCM/ERP/MES/PCS集成系統(tǒng)的實施，不僅可實現(xiàn)企業(yè)的綜合自動化，而且促使企業(yè)管理從以職能為中心向以過程為中心轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)扁平化的管理模式，使企業(yè)能適應(yīng)多變的市場，實現(xiàn)敏捷制造和一體化過程控制的要求；使流程企業(yè)的生產(chǎn)過程處于最佳狀態(tài)，節(jié)省原材料，降低能耗與其它消耗，提高產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)品率，提高設(shè)備的壽命與利用率。
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