MES系统复杂信息解决策略

　　为充分合理地开发利用车间制造信息资源，适应敏捷制造模式的需求，制造执行系统(Manufacturing Execution System，mes)的概念近10年来逐步形成并得到迅速发展。它是一种有效的车间信息管理系统，能够优化车间生产，响应不断变化的经营环境。同时，作为联系计划层MRPII/ERP和底层设备控制系统(Device Control System，DCS)之间的桥梁，MES系统中存在不同特性的各种信息。一直以来，人们都认为MES有效运行关键要掌握有关生产过程中任务状态、进展情况等方面的详细信息，以及实现过程信息的透明化。当然，这一点固然重要，但详细的信息本身不能解决出现的复杂问题，还需要合适的复杂信息处理机制和智能的信息处理和决策方法。 　　在复杂性信息环境下，MES的信息处理策略对MES的各功能模块信息处理方法具有指导意义，也直接关系着作为实时车间信息系统的MES的敏捷程度。因此，深入研究MES复杂信息处理策略具有十分重要的意义。本文在分析MES中复杂信息的不确定特征及其对MES的影响的基础上，提出4种通用的MES复杂信息处理策略，以期为MES的设计和运行提供一定的指导。 1 MES中的复杂信息及其影响 　　由于制造系统和制造活动的复杂性、变化和不确定、系统集成的因素和人的主观认识能力等原因，MES中的信息是相当复杂的。从它自身的功能而言，MES是在计划与生产之间起信息枢纽作用的一个实时信息系统，它对生产计划任务进一步处理，一直具体到设备和操作者所接收的操作指令，告诉车间的各种资源(人、设备、物料、客户需求等)如何生产，来改进车间运作的表现，同时，它将车间现场生产过程中的变化迅速地向上反馈，以便及时做出调整，图1显示了这些信息的基本内容。MES与CIMS的6层企业模型相比，无疑简化了企业的管理层次，但也使面向车间层的MES作为信息枢纽的作用突现出来，这样，信息密集的MES无疑会增加MES中信息的复杂程度。

　　另外，供应链和需求链管理的运作模式也要求获得有关产品的实时信息，尤其是其在制造过程中的有关情况，生产车间的生产计划、实际生产的条件和生产容量等信息需要与整个链相结合。MES具有双向的信息交流机制，在企业内部和整个产品供应和需求链提供这些有关生产行为的关键信息，并实现其定制的生产目标。从更为宏观的角度来看，MES与销售和服务管理(Sales & Service Management)、供应链管理(Supply Chain Management)、企业资源管理(Enterprise Resource Management)、产品/过程工程(Product/Process Engineering)、加工控制等都有紧密的联系，如图2所示。

　　MES的这种制造过程核心地位也使其突现成为一个信息枢纽。具体而言，ERP系统需要MES提供成本、制造周期、生产状态和预计产出时间等实际生产数据；供应链从MES中取得生产订单的实际状态、企业当前的实际生产能力情况以及企业中生产换班的相互约束关系；销售和客户服务模块也需要MES的生产实际情况来实现成功报价和准时交货；产品过程工程需要利用MES的产品产出和质量数据来进行优化；控制模块则需实时获取MES中的生产配方或操作指导等技术资料。反过来，MES也要从其他的系统中获取到自身需要的数据，以保证MES在工厂中的正常运行。例如，ERP的计划数据、供应链系统的外来物料的采购和供应时间信息、销售和客户服务模块的产品配置和报价信息；产品/过程工程系统的生产指导文件和各种配方及操作参数、控制模块的实时生产状态数据等。因此，MES作为“实时的信息通道”，为了实现与其他系统的信息交互，其内部需转换和处理的信息更多、更复杂。 　　当然，MES中的信息复杂不仅是信息量大所造成的，更重要的是因为MES中充满了各种变化和不确定因素。制造车间中的各要素以及它们之间的联系常随着外部的动态变化和由变化引起的不确定而相应地改变。例如，在不同时期车间采用可变的制造资源、工序及工序之间逻辑关系、物流(工件、刀具、工装夹具等)路径、服务规则等。另外，MES还会因为内外的变化而进行重构和自我调整，也会使系统变得复杂。这些反映在信息上，都会造成信息在结构、内容、过程等方面的不确定和复杂。 　　从结构上来看，信息的复杂来自组织结构、控制模式和信息结构。车间局部和全局信息的组织方式、内外部信息的结构、信息的表达、载体、层次等方面的不同等都是造成信息复杂的原因。例如，决策者对当前决策状态可能只具有局部的知识，造成决策信息的不完全等状况。再如，复杂信息在表达上可以包括模糊信息、粗糙信息、不对称信息等。 　　从信息的内容而言，MES中复杂信息的类型就更多了，例如： (1) 与工件相关的信息，例如工件随机到达、工件加工时间不确定、交货期变化、动态优先级和订单变化； (2) 与机器相关的信息，例如机器损坏、负载有限、机器阻塞和死锁、生产能力冲突等； (3) 与工序相关的信息，工序延误、质量问题和产量不稳定； (4) 其他各种不确定信息，如操作人员不在场、原材料延期到达、原材料有缺陷、动态加工路线等。 　　在过程方面，由于难于掌握和控制信息的运动规律，信息的复杂伴随着系统运行的整个过程而产生。车间某些决策需要的信息、信息之间的可能依赖关系、信息的实际流向和传播方式等都可能是不确定的。例如，信息的传播可能是局限于局部的；也可能是分布的，同时对系统的其他部分产生影响；还可能是传播的，从一个局部以扩散的方式传播。 　　正是这些复杂信息的存在，使MES的产生成为一种必然。但同时，复杂信息是一把双刃剑，在给制造车间带来机会和挑战的同时，还可能会给其运行带来负面影响。复杂信息会对系统优化造成一定的影响如果缺乏复杂信息处理方法以及车间信息集成和共享机制，可能会使生产各环节衔接协调，按时完成任务的可能性降低，不能保证产品质量和交货期，难以控制生产成本，从而影响生产过程总体优化效果，最终用户的满意度会受到影响。复杂信息还会影响车间的稳定性，由于生产过程中存在着许多不确定因素，例如加工时间的变化、产品需求量的变化、交货期的改变及设备故障等，这些生产过程的变化对约束造成一定的影响，使模型中的信息变得不确定，有时即使通过部分软约束的松弛吸收小的变化也会对原有静态调度造成大的改变。再有，系统的行为也会受到影响，MES为了提高车间控制的效率和鲁棒性等性能，不可避免地采用分布式的决策和控制，因此，部分分布决策单元之间可能会由于信息具有局部性且缺乏对系统全局状态的认识而出现冲突的、不完全的、不确定的、延迟的等特性的信息。如果它们在这种对系统的状态只具有延迟的和不完全的知识的情况下进行行动选择等决策时，系统的动力学特征将十分复杂，就会产生非线性振荡和混沌现象。同时，复杂信息会对管理目标产生一些负面影响，当不可预测的事件发生时，车间需要采取一定的应对措施，如改变原来的生产计划、适当增加库存、与顾客协商变更产品的交货期等，这些都对企业的管理目标造成一定的影响。因此，在正确认识复杂信息的基础上，有必要进一步探讨MES复杂信息处理策略。