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，美國先進制造研究機構(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)。根據(jù)流程型企業(yè)的特點，結(jié)合過程控制技術(shù)與管理技術(shù)，流程型企業(yè)erp/mes/pcs三層結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)見圖1所示。

    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)備的運行狀況?？刂普麄€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)化運行參數(shù)等傳遞給pcs層，pcs層根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的操作。

    從erp→mes→pcs的信息傳遞：pcs接受到mes下達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：工序進展信息、設(shè)備運行參數(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（ole for process control）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（opc server對外接口的一致性）供調(diào)用方調(diào)用。制造執(zhí)行系統(tǒng)與底層控制系統(tǒng)的通信模式見圖所示。