0 引 言

    随着市场竞争的不断加剧和用户的个性化需求不断提高，使得制造型企业必须从T、Q、C、S、E（清洁生产）、K（自主创新）出发，建立网络化制造模式，实现敏捷化，才能快速响应市场，获取最大利润，从而立于不败之地。企业信息化是制造型企业实现敏捷制造的必经之路，我国的部分企业已经进行了信息化建设。目前，以MRPⅡ、ERP、PDM为代表的管理信息系统，以及以数控加工、DNC单元和FMS为代表的自动化技术，在制造型企业中已经得到了大规模的应用。但是虽然这两类系统的应用取得了一定效果，但是在信息化过程中往往忽略了两者之间的有效配合，导致企业上层计划缺乏有效的实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。计划层与车间执行层之间无法进行良好的双向信息流交互，企业就难以对市场需求做出实时的反应，实现敏捷化制造就无从谈起。

    制造型企业的敏捷化生产不仅是指管理系统上的敏捷化，同时也包括生产上的敏捷化，生产上的敏捷化除了实现FMS、Web_CNC等系统外，更重要的是对整个车间制造过程的优化和控制，也就是要实现位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的制造执行系统（MES）。要真正地实现企业敏捷化，就必须实现管理敏捷化与生产敏捷化的集成。因此制造执行系统（MES）与企业信息系统（EIS）的集成也就显得尤为重要了。

    制造执行系统（MES）能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当企业有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。

    简而言之，MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一解决某个生产瓶颈；MES必须提供实时收集生产过程数据的功能，并做出相应的分析和处理；MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现与企业信息系统的集成。

1 MES与EIS的集成框架

    MES与EIS集成的总体思想是从企业的战略高度出发，将MES与EIS中必要的、有用的信息以合适的方法集成起来，其目的是实现企业计划层与车间执行层的双向信息流交互，通过连续信息流来实现企业信息全集成，在正确的时间、从正确的地点将全面、正确的信息送给正确的人或设备。

    如图1所示，无论是EIS还是MES的用户都是通过Web浏览器与系统中的信息进行交互的，但是信息的交互程度是有一定的限制的，EIS用户并不能使用MES中的全部信息，只能使用MES中与EIS相关的信息，同样MES用户也不能使用EIS中的全部信息，只能使用EIS中与MES相关的信息。

图1 MES与EIS的集成框架

   如图1所示，在EIS与MES之间存在一个共享信息区，此区域中关于EIS的信息可被MES使用，同时，此区域中关于MES的信息也可被EIS使用。

2 MES与EIS的集成体系结构

    从图1可以看出，MES与EIS的集成是一种典型的三层结构。这里将Web服务分为三种：（1）EIS服务，主要完成企业信息系统方面的一些应用服务，如ERP中的定单查询，PDM中的产品结构配置等等。（2）EIS与MES交互服务，主要完成EIS与MES进行交互的一些应用服务，如：从EIS系统中查看某台机床最近的加工情况（一段时间内加工的产品种类与数量、机床的使用效率等），当前的工作状态（加工状态还是停机状态）等等；也可从MES中查看EIS中的一些信息，如查看ERP中订单生产计划，PDM中刀具参数表、NC程序、工艺信息等，并也可向EIS提供一些车间的实时信息，如数控加工中心的状态数据，故障的报警信号等。（3）MES服务，完成与车间管理控制紧密相关的一些应用服务，如：机床的在线监测、故障诊断以及加工任务的分配与竞争等等。相应地，可以设置三种数据库，分别为EIS数据库、EIS与MES的共享数据库、MES数据库。EIS与MES的交互服务可以与上述三种数据库交换数据，如图2。

图2 MES与EIS的集成体系结构

3 MES与EIS的集成信息

    图3为MES与EIS的关系模型。可以看出，MES主要和EIS中的质量控制、物流控制、车间控制以及ERP/PDM系统有着直接的联系。

图3 MES与EIS的关系模型

    企业资源计划（ERP）系统需要MES 提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据；供应链管理（SCM）系统从MES中获取当前的订单状态、当前的生产能力以及企业中生产换班的相互约束关系；客户关系管理（CRM）的成功报价与准时交货，则取决于MES所提供的有关生产的实时数据；产品数据管理（PDM）中的产品设计信息，可以基于MES的产品产出和生产质量数据进行优化。另一方面，MES也要从其它管理系统中获取相关的数据以保证MES自身正常运行。MES中进行生产调度的数据来自ERP的计划数据；MES中生产活动的时间安排需要依据供应链（SCM）系统之中的主计划和调度控制；PDM则为MES提供实际生产的工艺文件和各种配方及操作参数。

    质量控制的目的是使产品质量得到保证，由于信息共享，EIS可以从MES获取生产现场的数据，从而可以根据质量特性值，使用控制图了解过去、分析现状并预测未来的质量状况，同时可以及时地将相关的质量信息（如质量标准、加工信息、加工工艺信息等）传送给MES，以便进行合理的调整，保证产品质量。

    物流控制主要是对MES的物料消耗以及MES对物料的需求进行动态的监控，以便对物料的供应进行动态合理的安排。MES可以将每台设备的工作时间，各段时间消耗的原材料数量，原材料种类等信息传送给EIS，EIS便可以对某一时间内，各种原材料消耗的数量有着精确的动态统计，从而有利于制定出合理的物料采购计划，降低库存量，减少了资金占用。通过对各设备工作时间与使用效率的统计，还有助于企业决策者对企业生产能力有比较清晰的了解，便于制定经营决策计划。

    车间控制中的生产调度、生产进度控制、生产作业控制以及在制品管理无不与MES发生联系。由于EIS与MES的信息进行了集成，EIS能对企业中各种设备的状态信息（包括：被分配的加工任务、已完成的加工任务、设备的使用率等）有着实时的、准确的掌握，这样EIS就知道哪些设备的生产能力已经饱和、哪些设备的生产能力还未充分发挥，便可进行合理的生产调度和任务分配，并将生产调度与任务分配信息传送给MES；EIS根据从MES获取的信息，可以对产品各零件加工情况进行跟踪，便可了解产品生产进度，从而可以根据需要进行合理的调节实现生产进度控制，并将调节信息传送给MES；同样从MES获取的相关信息也有助于实现生产作业控制以及在制品的管理等。

4 集成中的关键问题

    4.1 MES与EIS信息集成内容

    在MES与EIS的集成中，确定合理合适的需要集成的信息，在集成过程中是非常重要的。比如，在MES中，设备的使用率、设备完成加工任务的情况，实际生产中消耗的各种材料、能源等（可根据设备实际运行时间进行确定）；EIS中的生产调度与任务分配情况等，这些信息都需要集成起来。根据设备的使用率、设备完成加工任务的情况，EIS可进行合理的生产调度与任务分配；根据实际生产中消耗的各种材料、能源等，EIS可进行精确的动态成本核算。而有些信息，如，EIS中的库存信息，MES中的故障诊断信等，则不需要进行集成。总而言之，信息集成的内容需要根据企业的现实情况和需求，通过详细调研、讨论、分析进行确定。

    4.2 MES与EIS信息集成接口

    在MES与EIS的集成接口中，数据接口是最为重要的一部分，也就是MES与EIS交换信息的方法。一种是将MES与EIS相关联共享的信息，分别从MES数据库和EIS数据库中提取出来，存放于一个新的关联共享数据库中，这样不同的服务要求就从不同的数据库中提取信息，其缺点是存在数据冗余，同一信息同时存在于多个数据库中，占用较大的空间，数据更新时，需要同时对多个数据库的信息进行更新；一种是关联信息不需要从MES数据库和EIS数据库中提取出来，另存于新的关联数据库中，而是仍然存放在MES数据库和EIS数据库中，当有关联服务时，分别从MES数据库和EIS数据库提取信息，再将提取的信息组合在一起，供关联服务使用，这样数据冗余度降低，但是对数据库的操作相对复杂一些，处理过程也较长。具体采用哪一种方式，应根据实际情况进行确定，若关联服务的信息量较大，则应采用第一种方式，因为随着硬盘容量的不断加大，存储空间已经不是问题，这样也避免了同时对多个数据库的频繁操作；若关联服务的信息量较小且操作不是很复杂的情况下，则应采用第二种方式。

    4.3 信息集成对MES 与EIS 的要求

    MES与EIS都应具有适用性、开放性、可扩展性、能跨平台操作等特性，这样才能实现真正的信息共享和相互间的无缝集成，同时也有利于进行二次开发。因为EIS中的软件（ERP、PDM、SCM、CRM、OA等）大部分都是购买市场上现有的软件，因此在软件选型时要特别考虑软件是否具有上述特性。MES是一个新的概念，目前国内还没有自主开发的很成熟且得到广泛应用的MES 软件，即使有所谓的车间层控制SFC（Shop Floor Control），也多数是收集相关资料再通过批处理方式录入而已，其功能十分有限。因此在进行自主开发软件时更应注意软件的开放性，可扩展性、跨平台操作等特性。

5 实现技术

    MES与EIS的集成过程中，主要涉及的技术有：数据库技术、网络技术、跨平台和互操作技术等。数据库可使用SQLServer或ORACLE，网络编程和互操作，可在Microsoft. Net平台上，基于XML标准用C #或VBScript等语言进行开发。Microsoft. Net体系结构中，XML作为一种应用间无缝接合的手段，用于多种应用之间的数据采集和合并，也用于不同应用之间的互操作和协同工作。

6 结束语

    对于制造型企业而言，只有EIS并不能真正实现企业的敏捷化，而实现了MES与EIS的集成必然会使企业的敏捷化程度大大提高。本文从多方面对MES与EIS的集成进行了研究，提出了集成的体系结构，对集成中的关键问题和实现技术进行了分析。本文提出的信息集成方案已应用于某制造型企业的信息化建设中，且已通过企业的验收。