制造企业信息化系统研究综述

[摘 要] 本文从以下几个方面综述了制造企业信息化系统的研究:制造企业信息化系统的发展､系统的体系结构研究､系统的集成问题､人工智能技术在其中的应用,最后讨论了Petri网在制造企业信息化系统中的应用研究情况｡

[关键词] 企业信息化系统;体系结构;人工智能;Petri网

[中图分类号]F270.7;TP391[文献标识码]A[文章编号]1673-0194(2008)13-0062-05

0 前 言

当前我国企业,特别是制造企业主要面临产品创新､结构调整､产业升级､持续发展等一系列重大问题,为了解决这些问题,必须大力推进企业信息化[1]｡制造业信息化通过产品数字化建模､数字样机､优化仿真分析等技术手段和工具软件以及它们之间的集成,建立面向产品研制的数字化集成环境,改变传统的产品设计､优化､分析､仿真以及数据管理等方法,实现产品设计数据､技术状态､工程变更及研制过程的集成管理和状态控制,提高产品的研制创新能力,缩短设计周期,降低研制成本;通过信息技术实现供应链中不同企业间的资源共享､业务协同和功能互操作,提高企业间的信息､资金､物流的流动率,增强企业间的业务协同能力,从而提高产业链的整体竞争力｡

实现制造企业信息化,CIMS(计算机集成制造系统/现代集成制造系统)是其最核心的部分[2,3]｡按照约瑟夫·哈林顿提出的CIM哲理,企业的多个生产环节是不可分割的,整个制造过程实质上是信息采集､传递和加工处理的过程｡按照CIM哲理构成的企业生产与管理的自动化系统即第一代的CIMS(Computer Integrated ManufacturingSystem——计算机集成制造系统)｡CIMS是从机械制造行业中发展起来的,它包括市场研究､新产品开发､计算机辅助设计(CAD)､工艺工装设计(CAPP)､编制生产计划､原材料供应管理､计算机辅助制造(生产流水线与数控机床)等｡对于流程工业企业的CIMS,又称其为CIPS(ComputerIntegratedProducingSystem)｡从20世纪80年代中期开始,CIMS被看作是制造业的未来而受到普遍重视｡

现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing System,CIMS) 是计算机集成制造系统新的发展[2],将信息技术､现代管理技术和制造技术相结合,按系统技术的理论与方法应用于企业产品全生命周期(从市场需求分析到最终报废处理)的各个阶段,通过信息集成､过程优化及资源优化,实现物流､信息流､价值流的集成和优化运行,达到人､经营和技术三要素的集成｡以提高企业新产品开发的T(时间)､Q(质量)､C(成本)､S(服务)､E( 环境)水平,从而提高企业的市场应变能力和竞争能力｡

企业信息化涉及的另一个概念是ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源计划系统),是由美国Gartner Group公司于1990年提出的,指MRPⅡ(企业制造资源计划)下一代的制造业系统和资源计划软件｡ERP涉及面很广,包含了企业的所有资源,CIMS的内容有很多部分和ERP系统重叠,但它更多强调的是制造业企业内部的生产过程｡总的来说,ERP在原有功能的基础上,使MRPⅡ向内､外两个方向延伸,向内主张以精益生产方式改造企业生产管理系统,向外则增加战略决策功能和供需链管理功能[4]｡

我国在1987年将CIMS列入“863”高技术发展计划,1992年底在清华大学建立了国家CIMS工程研究中心,一些研究成果和经验已在国内的成都飞机工业公司､兰州炼油化工总厂等多家工厂中得到推广[5]｡ “十一五”发展规划纲要中明确提出要实施“中小企业成长工程”,推进中小企业信息化建设､缩小数字鸿沟是中小企业成长工程的重要内容｡2006年6月,中小企业信息化推进工程座谈会在京召开｡2006年9月,全国制造业信息化科技工作会议的胜利召开,标志着“十一五”制造业信息化科技工程正式启动｡

1 信息化系统的体系结构

企业信息化早期主要集中在机械制造行业,随后走向各个行业｡不同行业由于其生产经营特点和发展背景各不相同,在功能和信息需求上也大不一样,尽管有着相同的哲理,却在内容与核心上存在着相当大的差异｡一般来说,由于经验的局限性,设计成果难以全面反映企业的各方面要求,且设计结果是一家企业的特有成果,对其他企业只有有限程度的参考价值,因此企业迫切需要一种从系统设计到实施的､具有较高规范程度和参考价值的参考结构,以及利用此参考结构较快､较优地规划､设计和实施信息化系统的方法､工具及集成基础结构｡

美国先进制造研究机构(AMR)通过对大量企业的调查发现:完善的企业生产管理系统,普遍由以下3种软件构成:以ERP､MRPII为代表的企业管理软件;以SCADA(数据采集与监视)､HMI(Human Machine Interface)为代表的生产过程监控软件;以及实现操作过程自动化､支持企业全面集成的MES(Manufacturing Execution System)软件｡根据调查结果,AMR于1992年提出了三层的企业集成模型[6],如图1所示｡

(1)计划层:也是决策层使用的管理工具,主要应用系统是ERP(企业资源计划)､CRM(客户关系管理)､SCM(供应链管理)､BPM(企业绩效管理)等｡

(2)执行层:企业中层使用的工具,如MES(制造执行系统);制造执行系统MES在计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁｡

(3)控制层:一线操作人员使用的,以SCADA(数据采集与监视)､HMI(Human Machine Interface)为代表的生产过程监控软件｡

据美国ARC公司调查,采用基于三层结构的MES可明显提高生产质量､劳动生产率和产品产量｡

除AMR三层企业集成模型之外,目前国际上也提出了其他几种企业信息化系统体系结构 [3,7,8],基本上可分为以下几类:

(1)面向系统生命周期的体系结构｡制造系统的生命周期包括需求分析与定义､系统设计､系统实施和系统运行4个阶段｡随着企业经营环境､经营目标或产品等的改变,在上一代制造系统生命周期尚未结束时就要开始新一代的系统生命周期｡CIM-OSA体系结构[9]和普杜(Purdue)体系结构就是这类结构的典型代表｡

(2)面向系统功能构成和控制结构的体系结构｡这类体系的特点是面向控制结构,把复杂分系统纵向分解为分层控制,减少全局控制和开发难度｡以美国国家标准技术研究院(NBS)的五层递阶控制结构和国际标准化组织(ISO)的六层递阶控制结构为典范｡

(3)面向系统集成平台的体系结构｡如美国DEC公司体系结构,IBM公司体系结构｡

(4)其他类型体系结构｡除以上几种影响比较大的体系结构外,国内外研究人员也从不同的视角提出了一些其他的体系结构,比较有代表性的有分布式C/S结构的体系结构[10]､面向中小企业的体系结构[11]､面向对象的体系结构[12]､基于知识的企业CIMS体系结构[13]､基于供应链的体系结构[14]､面向工作流的体系结构[15-17]等｡

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