流程型企业ERP/MES/PCS的三层结构

1.1 ERP/MES/PCS的三层结构

　　20世纪80年代后期，全球市场竞争日趋激烈，流程型企业通过实施MRPⅡ/ERP来提高管理水平提升企业的竞争力。然而，企业上层的生产计划管理(ERP)受市场影响越来越大，计划的适应性问题日渐显露出来，与底层的过程控制系统(PCS)之间脱节的矛盾也日益突出。如何有效利用上层的ERP与下层的PCS之间的数据，提高计划、调度的实时性和灵活性，已成为企业关心的问题。

　　以MRPⅡ/ERP为代表的管理信息系统，以及以PLC、DCS为代表的自动化技术，在流程型行业已经大规模应用。尽管这两类系统的推广取得了一定效果，但却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无法进行良好的双向信息流交互，企业就难以实时反应。为解决这个问题，美国先进制造研究机构(AMR)提出了“制造执行系统MES”的概念，MES是位于上层的计划管理系统与底层的过程控制系统之间的面向车间层的管理信息系统。

　　最下层的控制系统聚焦于生产过程的设备，以秒(s)为单位监控生产设备的运行状况。控制整个生产过程。中间层的制造执行系统着眼于整个生产过程管理，考虑生产过程的整体平衡，注重生产过程的运行管理，注重产品和批次，以分(min)小时(h)为单位跟踪产品的制造过程。最上层的经营计划系统以产品的生产和销售为处理对象，聚焦于定货、交货期、成本和顾客的关系等，以月、周、日为单位。

　　在流程工业现代集成制造系统中，MES起着将从生产过程控制中产生的信息、从生产过程管理中产生的信息和从经营管理活动中产生的信息进行转换、加工、传递的作用，是生产过程控制与管理信息集成的重要桥梁和纽带。

　　1.2 ERP/MES/PCS间的数据传递

　　MES的主要功能包括：生产调度、资源分配、工时管理、文档控制、数据采集、WIP跟踪、质量管理、设备管理等，是连接ERP与PCS的桥梁。一方面，MES为ERP系统提供及时、准备的数据和信息，另一方面，通过PCS的底层数据采集与分析，为优化、控制生产线的运行提供依据和保证，以适应企业对实时化的要求。

　　从ERP→MES→PCS的信息传递：ERP经过MRP运算后，需要将产品的生产需求、BOM、企业生产资源、工作日历、加工指令、库存状态等信息加工处理后，将工序和生产调度、零件清单、生产分析报告、物料短缺信息、生产优化运行参数等传递给PCS层，PCS层根据获得的数据进行相应的操作。

　　从ERP→MES→PCS的信息传递：PCS接受到MES下达的工作指令完成相应工作，在PCS层工作的同时将底层信息实时反馈给MES，这些信息包括：工序进展信息、设备运行参数、物料使用状态、工件装夹时间、实际工作时间、产品完成数量、废品数量、作业状态、任务状态以及设备状态等，MES层对信息作进一步处理后，将工作订单状态、资源状态、工时信息、物料消耗情况、实际的生产工艺、WIP信息、废品信息、实际的库存状态、人员分配信息等反馈给ERP系统。

　　信息流在三层系统中的传递、反馈保证了信息的实时性，使企业实现生产实时计划与调度、动态成本管理成为可能。

　　1.3 ERP/MES/PCS的信息集成

　　ERP/MES/PCS中，系统开发平台、数据库可能是异构的，在三层中要实现信息共享与集成，必须实现跨平台。采用W3C制定的XML可以实现跨平台，XML文件是文本文件，使异构系统中的数据信息统一进行定义、组织和表示成为可能，目前主要的关系数据库都具备读取和生成XML数据的能力，在各行业XML得到了普遍的支持。

　　在ERP/MES/PCS三层结构中，ERP与MES的信息的交互、共享均通过XML实现。底层控制系统与MES的通讯采用OPC(OLEforProcessControl)标准。OPC采用Client/Server的通信模式，OPC定义了一套应用于支持过程数据访问、报警、事件、过程历史数据访问等功能的COM接口，OPC服务器一方面负责与现场设备的通信，另一方面将获取的数据通过标准的OPC接口(OPCServer对外接口的一致性)供调用方调用。制造执行系统与底层控制系统的通信模式见图所示。