面向制造2.0的新一代制造执行系统分析和展望
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇面向制造2.0的新一代制造执行系统分析和展望范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
2008年，美国先进制造技术研究所(AMR.Advanced Manufacture Research)了名为《SOA in ManufacturingGuidebook》白皮书，书中分析了在制造领域应用SOA的必要性，提出了制造2.0(Mfg2.Manufacturing2.0)的概念：以服务和协作为基础，来实现对传感器和工控设备为主体的制造网络的动态集成，支持精益制造和六西格玛管理。
制造2.0的概念对制造领域原有的IT架构形成了巨大的冲击，MES作为制造领域重要的IT应用也受到了很大触动。国际制造执行系统联合会(MESA，Manufacture Execution SystemAssociation)也于2009年将《SOA inManufacturing Guidebook》接受为白皮书，并于2010年了白皮书《DataArchitecture for MOM：The Manufacturing Master Data Approach》对制造2.0中的一些关键问题进行了详细的解答。
为什么要提出制造2.0
AMR将传统的IVIES／ERP架构在制造企业的应用称为制造1.0，认为制造1.0存在很多问题：非柔性的MES构架无法满足多工厂的应甩非柔性的ERP业务过程不适合详细的制造运作；为了支持精益和六西格玛，企业的业务需要经常性的进行重构，而ERP和MES都难以支持经常性的重构：ERP和MES都有着个性化的数据模型，在面对不同类型的制造时，ERP和MES都在功能上有不足之处；MES的(部署)对工程技能的要求越来越高；MES(部署)的复杂度，以及IT人员在硬件自动化技术方面的技术瓶颈，使得很难合理评估制造软件的投资。
如图1所示，AMR描述了现代制造正在从传统的制造1.0向制造2.0过渡的趋势：从静态的内部协同制造，到动态的单级／多级协同；从单工厂模式，到多工厂及合同制造模式。制造2.0正在发展成为：依靠SOA支撑的，面向多制造类型的，基于需求驱动的，面向多企业协同和多供应商服务的，界面以用户为中心的，可由用户自己简便配置的，基于移动设备、RFID、智能传感器和无线网络的新型制造。制造2.0采用集中的产品数据管理和过程开发模型，使得能够适应市场对新产品快速研制的要求。
AMR为我们描绘了一种全新的制造模式。如图2所示，为了支持这种全新的制造模式，AMR认为需要一个基于事件驱动、供应链网络协同的平台，平台基于SOA理念搭建，平台内需要包括运作过程管理、运作事件／活动监听、运作智能。
制造2.0的基本原理
AMR将制造运作管理在SOA方面的特殊需求称为制造2.0，图3是AMR给出的制造视角的SOA全景，包含了业务运营的事件或活动监测、业务运营的过程管理、业务运营的智能优化。
图3中的制造运作管理代表了工厂MES和SCADA。图4是制造2.0的基本框架图，提供了制造2.0的SOA详细元素和关系，使得制造运作能够以SOA的方式在制造领域实现。
制造2.0认为需要从企业服务总线(ESB)中分离出制造服务总线(MSB)，用于支撑制造领域(以MES为代表)以服务为基础的组件式应用程序的通信。从ESB中分离出MSB是因为运作应用中高频率的执行，大量的参数加载，以及近乎实时的要求。MSB是被缩小到一个工厂，还是被缩小到工厂内的一个区域，主要取决于执行的数据量和工厂运作对工作流响应的要求。
除了MSB外，制造2.0有一项关键内容需要进行解释：制造领域的主数据管理(mMDM，Manufacture MDM)不同于企业级业务过程在ESB上的主数据管理(MDM)。mMDM服务于制造运作管理的应用，包括工单派发、工艺执行、报警等，与企业级生产计划管理和供应链管理所用的MDM相比，mMDM拥有着更多的对象、属性和生产规则。
MDM的行业差异性较小，而mMDM的行业差距性较大，mMDM的形式和作用取决于垂直工业、产品和市场集、生产的类型和复杂度、供应链类型等多个方面。比如：mMDM在生命科学、自动化、航空、电子等制造领域存在较大的差别。
新一代MES面临的挑战
1、硬件和网络技术的发展
AMR于2008年对美国制造现场的需求进行了调查，调查显示：在制造现场应用RFID、无线网络以及各类便携式设备的需求日渐显现，传统的MES面临着巨大的挑战。
硬件和网络技术的发展加速了制造2.0时代的到来，制造2.0要求MES与RFID、加工设备、测量设备、便携器具和便携终端集成，建立匹配的工业控制网络环境，并逐步由有线环境发展到无线环境。
传统的MES只是起到了沟通企业层与设备层信息的作用，数据和指令的传递很多都依赖于手工或半自动化。而在制造2.0环境下，MES则需要在高度集成的工业控制网络环境中工作，实现对设备、工艺、物料及其加工和检测过程的高度管控。
2、强烈的P2B协同需求
实现P2B(Plant Floor to Business)的协同，P2B协同的关键在于两点：
第一点是信息交换标准。这里说的标准是一个标准体系，即不单是Level3(详见ISA95对企业层次的定义)的标准，而是覆盖了Level 0-4的标准，这方面的内容将在下节中做详细讨论；
第二点是可视化和智能化。制造2.0认为不仅要为企业层实现可视化(Portal)，还要为车间层在MES之上构建制造可视化，又称运作门户(MfgPortal)。可视化的背后是智能分析，除了已被众人熟知的商业智能(BI.BusinessIntelligence)外，制造2.0提出要在制造领域构建运作智能(OI.OperationIntelligence)。图4描绘了MfgPortal和OI在制造SOA中的位置。
3、贯彻精益制造和六西格玛
制造企业一直在随着技术和社会的发展而变化，只有精益是始终不变的目标。精益的作用不仅是很多每个企业所知道的降低库存和成本，精益其实是由组织和系统构成的柔性体，能够调整制造流程和供应链以适应快速变化的市场需求。其中所说的组织和系统也包括有MES，这也要求制造SOA体系下的IVIES有更大的柔性，能够被可定制化的流程所驱动――这种精益的诉求只有通过SOA才能够实现。
六西格玛背后蕴含着一种依据数据做决策的文化。六西格玛要求包括MES在内的制造领域应用能为其提供准确、值得信赖的数据。传统的点对点的集成模式常常导致数据的不一致性，这严重影响了六西格玛的效果。制造2.0的MSB和mMDM将极大提升制造数据的一致性和实时性，使得面向精益制造的
六西格玛应用更加成熟。
支撑新一代MES的关键技术
1、制造服务总线(MSB)
制造2.0要求建立独立用于制造现场的服务总线(MSB)，用于MES与工业控制网络环境的信息集成，以区别企业级的ESB和工业总线(如：1553B等)。图5给出了制造服务总线的体系图。
MSB在ESB的基础上增加了如下功能：构建时间工作台(生产工作台)，在生产线配置范围内，对过程事件和相关动作建模；在制造设备和ESB之间通信的服务访问设备；用于基础MES功能(如：在制品跟踪)的标准化的制造服务：支持应用制造集成标准(如：ISA95、OAGIS)。
生产工作台对于自定义和配置MSB是非常关键的。采用生产工作台，能够建立生产线配置，包括：生产线布局：支持生产线的业务过程触发业务过程的事件；连接生产线的站点和事件在事件触发的业务过程中，将事件中的数据和服务对应起来。
根据MSB的上述特点和要求，需要对制造2.0下的新一代MES提出如下要求MES将更强调面向业务活动的设计，且设计需要更加的原子化；提高了MES与自动化设备集成的实时性要求，很多MES的原子化功能将由生产线的实时事件触发；MES与外部的集成将被MSB简化，MES不需要关心外部的系统是如何解析它发出的信息，MSB提供了对ESB的信号、MES信号、设备信号的翻译和发送功能。
总体上看，MES逐渐成为一个被事件所驱动的业务功能集合，而非一个能够自我封闭的系统，从这个角度看，MES被分割和简化了。但是从广义上理解，我们又可以把这种由MSB组织，MES、ODS、LIMS及自动化设备控制参与的组合应用，称为一种新的MES，AMR将其称之为MES2.0。
2、制造主数据管理(mMDM)
制造2.0要求建立面向制造领域的主数据管理(mMDM)，图6描绘出了制造SOA架构下的mMDM，及其具体模型和元数据。
从图6中可以看出，由于新产品的进入，制造2.0应用的变化速度较快，除了要有mMDM应用外，还要求为mMDM提供专门的工具和服务：定义工作台、数据模型、数据同步服务、定义统治规则和策略、全局命名空间管理。
MDM并不等同于MES中的基础数据管理，它是站在一个更高的层次看待制造现场的公用数据问题。通常认为MDM包括6个成熟度(Level 0-5.0：没有实施任何主数据管理；1：提供列表；2：同等访问，即通过接口的方式；3：集中总线处理；4：业务规则和政策支持；5：企业数据集中，制造2.0要求Level 3-5的成熟度。
制造2.0模式下，MES既有与MDM集成的需要，也有与mMDM集成的需要。mMDM集成的需要是伴随着MSB的出现而产生的，MES对控制弱集成的模式下并不十分需要mMDM。与MDM不同，mMDM更强调基于实物模型(尤其是设备模型)的控制，这对新一代的MES也提出了特别的要求，MES的功能可以基于模型驱动，即将MES的业务逻辑封装在模型上，就如同PLC之于自动化设备，而这个模型可以是设备模型，可以是物流模型，或者两者的综合体。
制造领域的信息集成标准
制造领域的信息集成技术种类较多、涉及范围较广，其标准多为某个行业组织编写的，缺少综合性、通用性、体系性的标准。制造2.0对MES提出了更高的信息集成要求，迫切需要找到最适合制造SOA应用的信息集成技术实现方法。
图7是由MESA给出的制造信息集成标准总览，总体性的描述了覆盖制造企业第0-4层，乃至企业与企业之间的信息集成技术标准。
MESA并未对其中任何标准表达了倾向性意见，而是关注着各大企业和组织对这些标准的持续支持度，认为未来的标准将减少和集中，而ISA95则是目前认同最广的标准。从最近放出的ISA95 Part4、5草案(迄今只正式了ISA95的Part1-3)来看，MESA认为ISA95可能充分吸收OAGIS、B2MML、MIMOSA标准，尤其是与OAGIS的结合令人期待。
虽然有了支持制造业SOA的技术，但是大部分制造企业距离这一目标还很遥远。虽然SOA有着标准。但仍还有很多未涉及的地方，很难做到即插即用。
制造2.0及其新一代的MES都存在一个逐步演变的过程，而非一蹴而就。这里引用MESA的一句评价：与其说制造2.0是一种技术或标准，不如说制造2.0是一种新的理念。制造2.0是新一代MES的灵魂，随着各类软硬件水平的提升、技术标准体系的健全、商业化软件的发展，面向制造2.0的新一代MES终将驾临现代制造业。