工业自动化控制系统集成MES的发展历程

MES的发展历程

如果说控制系统和仪表共同构建了工业制造的自动化基础，那么生产应该如何调度以达成更高的效率就是下一个重要问题。

1980 / 产生雏形

自1980年代开始，为了解决各控制系统的信息孤岛问题，回答生产计划、物料、控制系统究竟应该如何联动，MES的雏形系统开始产生。

1990 / 提出概念

1990年，美国咨询调查公司AMR首次提出并使用了MES的概念，将企业的ERP和控制系统之间的面向制造执行过程的管理信息系统称为MES。

1997 / 明确定义

1997年，制造执行系统国际联合会（MESA）发布了MES白皮书，给出了MES的描述性定义：MES通过信息传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理；使用准确的实时数据，指导生产进程，响应计划调度指令，以及报告生产活动的状态和结果，并由此应对生产环境的变化，减少无附加值的活动，提高生产效率。

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MES的功能和外部环境

MES

功能

MESA同时还定义了11条MES的功能，分别是：

● 资源分配和状态

● 分配生产单元

● 质量管理

● 过程管理

● 产品追踪和谱系管理

● 维护管理

● 运营详细调度

● 人力管理

● 数据管理

● 文档管理

● 绩效分析

MES

外部使用环境

同时，MESA也明确了MES系统的外部使用环境，包括：

（1）供应链管理

（2）销售和服务管理

（3）企业ERP

（4）产品和过程工程

（5）控制系统

图1 MES外部环境和内部功能

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ISA生产调度框架

为了进一步解决MES和外部环境之间关系问题，国际自动化协会（International Society of Automation, ISA）提出了下面这个框架，并形成了ISA95和ISA88的标准体系。

图2 ISA的生产调度框架

ISA的框架自底向上可以分为：现场层，控制设备层，过程执行层，业务层。

●现场层，包括各种仪表和总线、工业以太网协议，参考的标准体系主要是IEC 61158；

●控制设备层，包括DCS/PLC等各种控制系统，参考的标准体系主要是IEC 61131和IEC 61499；

●过程执行层，包括MES系统、SCADA系统，参考的标准体系主要是ISA 88和IEC 61512；

●业务层，主要是ERP系统，参考的体系标准主要是ISA95和IEC 62264。

ISA95和IEC 62264参考了普渡大学的PERA企业参考体系模型，进一步定义了企业视角的控制系统分层模型。在此基础上，ISA95和IEC 62264提出了制造运行管理MOM的概念，将MES所包含的逻辑功能从软件实体中抽象出来，避免了在MES厂商视角对软件边界的争论，在逻辑上更加清晰的聚焦于层次模型中的第3层。另外，ISA95和IEC 62264采用了UML建模，描述了数据对象模型，作为工厂统一建模的元素和工具，解决了MES实施时的集成和数据共享的问题。

图 3 ISA95/IEC 62264/GBT 20720层次模型