1 引言

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）技術(shù)的發(fā)展，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為信息技術(shù)和制造技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物應(yīng)運(yùn)而生，為制造系統(tǒng)提供了一個(gè)協(xié)同運(yùn)作的平臺(tái)。美國(guó)Honeywell的Business FLEX? PKS?是一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)，它提供了過(guò)程知識(shí)解決方案，讓流程行業(yè)工廠能將公司目標(biāo)更加高效在生產(chǎn)層得到執(zhí)行。這一解決方案把供應(yīng)鏈規(guī)劃、業(yè)務(wù)與生產(chǎn)自動(dòng)化統(tǒng)一起來(lái)，將公司的業(yè)務(wù)目標(biāo)轉(zhuǎn)換為具體的操作目標(biāo)。然后，將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的生產(chǎn)數(shù)據(jù)反饋到業(yè)務(wù)規(guī)劃層，形成業(yè)務(wù)閉環(huán)回路。其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在資源的異構(gòu)性和多樣性以及活動(dòng)的復(fù)雜性。隨著B(niǎo)usiness FLEX? PKS?在各個(gè)領(lǐng)域的的運(yùn)用和擴(kuò)展，其系統(tǒng)可靠性?xún)?yōu)越性越來(lái)越被實(shí)踐所證實(shí)。在MES系統(tǒng)的運(yùn)用過(guò)程中，通常許多MES系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題更多是關(guān)注與網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的連通性，而缺乏對(duì)系統(tǒng)內(nèi)資源的工作狀態(tài)按照“試驗(yàn)—分析—改進(jìn)”這一技術(shù)途徑進(jìn)行監(jiān)控和管理，但PKS?卻能很好地解決這一問(wèn)題，它保障系統(tǒng)內(nèi)的各種資源，乃至整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地、持續(xù)地、高效地提供服務(wù)。本文對(duì)Honeywell的PKS?的MES系統(tǒng)可靠性工程進(jìn)行集成化管理研究，并對(duì)相關(guān)技術(shù)和理論進(jìn)行論述。

2 MES背景和意義

    從20 世紀(jì)60 年代初計(jì)算機(jī)系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，人工的管理方式開(kāi)始逐漸被計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)代替，發(fā)展了物料需求計(jì)劃系統(tǒng)(Material Requirements Planning，MRP)、車(chē)間報(bào)表管理系統(tǒng)、采購(gòu)系統(tǒng)等，于是發(fā)展成為MRP Ⅱ。隨著配置資源計(jì)劃系統(tǒng)(Distribution Resource Planning，DRP) 出現(xiàn)，單一功能的制造過(guò)程管理系統(tǒng)(如質(zhì)量管理系統(tǒng)) 也相繼出現(xiàn)。到20世紀(jì)80 年代末90年代初，MRPⅡ逐漸演變?yōu)槠髽I(yè)資源計(jì)劃(EntERPrise Resource Planning，ERP)，DRP 演變?yōu)楣��?yīng)鏈管理(Supply Chain Management，SCM)，而車(chē)間層應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)化制造管理系統(tǒng)開(kāi)始演變成集成的MES。1990年11月，美國(guó)先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì)(Advanced Manufacturing Research，AMR) 首次正式提出制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的概念，將物料需求計(jì)劃系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的制造過(guò)程執(zhí)行層定義為MES。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制也逐漸代替了人工控制，產(chǎn)生了過(guò)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA)。隨后SCADA、ERP 和MES 相互滲透。由于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）能把企業(yè)有關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本等相關(guān)的綜合生產(chǎn)指標(biāo)目標(biāo)值轉(zhuǎn)化為制造過(guò)程的作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工藝標(biāo)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生合適的控制指令和生產(chǎn)指令，驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制系統(tǒng)使生產(chǎn)線(xiàn)在正確的時(shí)間完成正確的動(dòng)作，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，從而也使實(shí)際的生產(chǎn)指標(biāo)處于綜合生產(chǎn)指標(biāo)的目標(biāo)值范圍內(nèi)。1995年美日、西歐等國(guó)已有100多家煉油、化工企業(yè)在實(shí)施了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS）計(jì)劃，推動(dòng)了流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，并經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，已逐步形成合理的體系結(jié)構(gòu)即為ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)。其中將位于計(jì)劃層和控制層中間位置的執(zhí)行層叫做MES，MES作為生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)與上層ERP等業(yè)務(wù)系統(tǒng)和底層DCS等生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)一起構(gòu)成企業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng)，它把業(yè)務(wù)計(jì)劃的指令傳達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)；將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息及時(shí)收集、上傳和處理。MES不單是面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)，而是作為上、下兩個(gè)層次之間雙方信息的傳遞系統(tǒng)，是連結(jié)現(xiàn)場(chǎng)層和經(jīng)營(yíng)層，改善生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效益的前沿系統(tǒng)。

    1992年的制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)(Manufacturing Execution Systems Association，MESA)后改名為制造企業(yè)解決方案協(xié)會(huì)(Manufacturing Enterprise Solution Association)，為了在更多的行業(yè)和企業(yè)推廣MES，標(biāo)準(zhǔn)化MES 研究得到廣泛的重視，如：ISA ( International Federation of the National Standardizing Associations) 發(fā)布的ISA95 系列標(biāo)準(zhǔn)，提出了MES 標(biāo)準(zhǔn)模型和術(shù)語(yǔ)、對(duì)象模型屬性、制造信息活動(dòng)模型、制造操作對(duì)象模型。于1997年9月發(fā)表的白皮書(shū)（MESA White Paper No.6，1997）給出了MES 定義：MES系統(tǒng)在產(chǎn)品從工單發(fā)出到成品產(chǎn)出的過(guò)程中，扮演生產(chǎn)活動(dòng)最佳化的信息傳遞者。當(dāng)事件發(fā)生變異時(shí)，借著實(shí)時(shí)正確的信息、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)規(guī)范、原始工作情況、資料反應(yīng)及回饋，做出快速的響應(yīng)以減少無(wú)附加價(jià)值之生產(chǎn)活動(dòng)，提升工廠生產(chǎn)制程的效率。MES改善生產(chǎn)條件及準(zhǔn)時(shí)出貨、庫(kù)存周轉(zhuǎn)、生產(chǎn)毛利及現(xiàn)金流量效益，MES并且也在企業(yè)與供應(yīng)鏈之間提供一個(gè)雙向的生產(chǎn)信息流。

    2.1 MES系統(tǒng)可靠性的研究意義

    現(xiàn)代制造系統(tǒng)是由現(xiàn)代制造設(shè)備和具有現(xiàn)代素質(zhì)的人在現(xiàn)代管理思想與現(xiàn)代制造技術(shù)和信息技術(shù)的集成下而形成的有機(jī)整體，它是一種動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的復(fù)雜制造系統(tǒng)。它既要產(chǎn)出更高質(zhì)量和可靠性的產(chǎn)品，又要具有更快的市場(chǎng)響應(yīng)速度。這就對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求，使得系統(tǒng)能以可預(yù)知的和可控制的能力來(lái)響應(yīng)市場(chǎng)的需求。因此，對(duì)于制造系統(tǒng)的可靠性研究已日益引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的重視。

    從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，一些學(xué)者逐步引入可靠性分析方法。Buszsott J.A.和Shanthinkumer J.G. 對(duì)CIMS生產(chǎn)線(xiàn)的可靠性進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中加工單元的指數(shù)分布假設(shè)，建立了系統(tǒng)的可靠性分析模型；J.Li和S.M.Meerkov對(duì)于由機(jī)器不可靠引起的連續(xù)制造生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率降低的問(wèn)題，采用伯努力統(tǒng)計(jì)的方法確定機(jī)器的可靠性；A.Zimmermann etc將Petri網(wǎng)作為對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行建模、性能評(píng)價(jià)和最優(yōu)化的方法和計(jì)算工具；J.Driscoll 和H.Keytack 對(duì)流水線(xiàn)非故障停機(jī)模型、工作站最優(yōu)化操作等提出綜合考慮經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)的流水線(xiàn)平衡模型；J. Loman 運(yùn)用仿真的方法對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行可靠性建模與分析。國(guó)內(nèi)的李泉林等對(duì)具有相型壽命的Clarke型CIMS生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了研究；宋本基和Lu Wei運(yùn)用Petri網(wǎng)對(duì)裝配線(xiàn)這樣的復(fù)雜離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（DEDS）進(jìn)行系統(tǒng)分析；張濤等將Petri網(wǎng)應(yīng)用于系統(tǒng)可靠性分析中，采用Petri網(wǎng)模型可以更清晰方便地進(jìn)行制造系統(tǒng)的可靠性建模。

    目前對(duì)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的可靠性理論與方法還不成熟。主要有兩方面原因，一是制造系統(tǒng)多是大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為組成系統(tǒng)的單元和子系統(tǒng)數(shù)量多且相互關(guān)系復(fù)雜。系統(tǒng)和產(chǎn)品的可靠性受到人、機(jī)器設(shè)備、材料、工藝方法、測(cè)量、環(huán)境和生產(chǎn)管理等眾多因素的影響。研究MES系統(tǒng)的可靠性涉及到復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性理論與方法。二是制造系統(tǒng)具有重要的生產(chǎn)或服務(wù)功能，不但具有可修復(fù)性，還要具有很強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)性，即要具有很快的市場(chǎng)響應(yīng)速度。以實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這樣，研究MES系統(tǒng)的可靠性還涉及到現(xiàn)代生產(chǎn)管理思想和技術(shù)。因此，就要求研究探討考慮多因素的面向復(fù)雜制造系統(tǒng)可靠性建模與分析方法，尋求提高系統(tǒng)可靠性和適應(yīng)性的新途徑和新方法，以達(dá)到提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和生產(chǎn)效率的目的。

    2.2 制造執(zhí)行系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究

    一些學(xué)者采用模糊可靠性理論對(duì)制造系統(tǒng)可靠性進(jìn)行研究，取得到了不斷的進(jìn)展。例如，K.A.Dhingra 采用模糊數(shù)學(xué)對(duì)多目標(biāo)約束的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性?xún)?yōu)化進(jìn)行了研究；徐勇等利用Markov鏈和模糊狀態(tài)的可靠性理論對(duì)可修表決系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了研究；朱妍、闞樹(shù)林將模糊可靠性分析方法應(yīng)用于系統(tǒng)可靠性分析；金星等運(yùn)用Bayes方法對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行可靠度評(píng)定；王磊等建立了同時(shí)考慮隨機(jī)參數(shù)區(qū)間模糊性和失效準(zhǔn)則模糊性的結(jié)構(gòu)模糊可靠性分析模型。這些研究都突破了常規(guī)可靠性理論的某些局限，在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的理論與方法研究方面都取得了可喜進(jìn)展。

    非齊次泊松過(guò)程Won-homogeneous Poisson process，簡(jiǎn)稱(chēng)為NHPP)類(lèi)軟件系統(tǒng)可靠性增長(zhǎng)模型是軟件系統(tǒng)可靠性增長(zhǎng)模型中重要的一類(lèi)，并且已經(jīng)成為軟件系統(tǒng)可靠性工程實(shí)踐中非常重要的工具，是管理和提高軟件可靠性過(guò)程中最有吸引力的一類(lèi)模型。迄今為止，基于傳統(tǒng)的NHPP過(guò)程的模型依然是評(píng)價(jià)軟件可靠性最適合的、最簡(jiǎn)單的模型之一。由于軟件系統(tǒng)可靠性模型的研究仍處在較初級(jí)的階段，至今沒(méi)有一個(gè)完善、系統(tǒng)、科學(xué)的分類(lèi)法。不少學(xué)者對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行做一些分類(lèi)研究，提出了多種分類(lèi)方法。常見(jiàn)的分類(lèi)方法有隨機(jī)過(guò)程類(lèi)模型和非隨機(jī)過(guò)程類(lèi)模型。隨機(jī)性分類(lèi)法。隨機(jī)過(guò)程模型為宏觀模型，主要代表有馬爾可夫模型(以J-M模型為代表)、NHPF模型(以Goel-Okumot模型為代表) 、Musa執(zhí)行時(shí)間模型；非隨機(jī)過(guò)程類(lèi)模型其他許多模型為微觀模型，主要代表有：運(yùn)用Bayes估計(jì)的Baysiar型(以L(fǎng)-V模型為代表)、Seeding模型、基干輸入域的模型和其它方法(如非參數(shù)分析，結(jié)構(gòu)化模型，Cox比例風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)模型，時(shí)間序列分析方法等)。

    上述研究雖然分別在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的理論與方法研究方面都取得了成果，由于制造執(zhí)行系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得上述可靠性分析方法在對(duì)制造執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)用研究分析時(shí)尚未取得成果。但Honeywell高技術(shù)解決方案充分考慮到系統(tǒng)的可靠性，如Honeywell高技術(shù)解決方案中SAND軟件是一套用來(lái)降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本和銷(xiāo)售成本的供應(yīng)鏈優(yōu)化工具。SAND是一套針對(duì)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)或競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境發(fā)生大的變化時(shí)，對(duì)其影響進(jìn)行評(píng)價(jià)的實(shí)用工具。SAND使用線(xiàn)性規(guī)劃(LP) 技術(shù)，它作為整數(shù)規(guī)劃的補(bǔ)充，用來(lái)解決短期和長(zhǎng)期戰(zhàn)略計(jì)劃問(wèn)題。從戰(zhàn)略層上面來(lái)看， SAND可對(duì)工業(yè)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行非常有效的評(píng)估。例如，SAND可以用來(lái)評(píng)估煉油廠是否會(huì)倒閉、是否需要建新的管道或?qū)﹂L(zhǎng)期供需增長(zhǎng)情景作出預(yù)測(cè)。從戰(zhàn)術(shù)層面上，SAND可以用來(lái)評(píng)估銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)；特別可以用來(lái)確定哪些碼頭應(yīng)該保留，哪些碼頭要廢棄。從操作層面上講，SAND可以用來(lái)將產(chǎn)品（或原料）從每個(gè)供應(yīng)商分發(fā)到每個(gè)需求地點(diǎn)。這樣，有利于SAND對(duì)現(xiàn)貨買(mǎi)進(jìn)和銷(xiāo)售機(jī)會(huì)進(jìn)行評(píng)估、評(píng)估和履行交易合同以及確定多生產(chǎn)哪種產(chǎn)品會(huì)帶來(lái)最大的利潤(rùn)。

3 以復(fù)雜可修的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）為對(duì)象，探討基于Honeywell的Business FLEX? PKS?系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)響應(yīng)速度的可靠性增長(zhǎng)

    研究MES必然會(huì)涉及到生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度集成優(yōu)化模型，這是一個(gè)多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題的研究，如何能達(dá)到既解決多個(gè)目標(biāo)的問(wèn)題，又要考慮產(chǎn)值利潤(rùn)、產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備利用效率等。Business FLEX? PKS?系統(tǒng)的先進(jìn)計(jì)劃及調(diào)度優(yōu)化(Advanced Planning and Scheduling) 解決方案套件很好地將公司生產(chǎn)目標(biāo)和生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，然后再把優(yōu)化后的計(jì)劃轉(zhuǎn)化成為生產(chǎn)調(diào)度方案，并建立具體操作目標(biāo)，以滿(mǎn)足此調(diào)度方案。工廠由此可以進(jìn)行更好的進(jìn)料選擇、得到更高的生產(chǎn)率和利潤(rùn)、采取更可行的調(diào)度方案，使產(chǎn)量達(dá)到最大化。因此，這種統(tǒng)籌兼顧多個(gè)目標(biāo)，選擇一個(gè)相對(duì)在某個(gè)時(shí)期比較合理的方案是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，這個(gè)規(guī)劃模型應(yīng)致力于尋求某個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。不僅給出了可行的計(jì)劃和調(diào)度解，而且能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求和變化。Production Scheduler可帶來(lái)重大的財(cái)務(wù)和操作上的收益， 使企業(yè)具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。主要從以下幾方面使工廠受益：（1）優(yōu)化調(diào)度決策：Production Scheduler在調(diào)度過(guò)程中，采用優(yōu)化的調(diào)度方案，改善決策過(guò)程。它可以產(chǎn)生多個(gè)優(yōu)化的調(diào)度方案，并給調(diào)度人員提供正確的信息，讓他們選擇最佳的一個(gè)調(diào)度方案。Production Scheduler運(yùn)算速度快，操作方便，使調(diào)度人員有更多的時(shí)間分析和選擇最佳的方案（2）Production Scheduler盡量不改變代理約束的值。通過(guò)增強(qiáng)工廠操作員的信心，使操作人員操作時(shí)敢于接近代理約束值。（3）Production Scheduler支持針對(duì)優(yōu)化的計(jì)劃和調(diào)度的制定的最佳操作程序，發(fā)貨和工廠生產(chǎn)之間的有效工作流調(diào)度可極大地減少大風(fēng)險(xiǎn)的決策。它允許進(jìn)行有效原油計(jì)劃和調(diào)度過(guò)程中，培養(yǎng)多個(gè)業(yè)務(wù)熟練的調(diào)度人員，這樣可以減少對(duì)一兩個(gè)關(guān)鍵人員的依賴(lài)。

    Business FLEX? PKS?系統(tǒng)的先進(jìn)計(jì)劃及調(diào)度優(yōu)化(Advanced Planning and Scheduling) 解決方案（如圖1所示）使生產(chǎn)計(jì)劃與公司目標(biāo)相結(jié)合，將計(jì)劃變成生產(chǎn)調(diào)度指令以及為滿(mǎn)足調(diào)度要求而設(shè)定的操作指標(biāo)。它提供原料的優(yōu)化選取、最佳產(chǎn)量和利潤(rùn)以及切實(shí)可行的調(diào)度計(jì)劃，使得公司利潤(rùn)達(dá)到最大化。在滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的前提下，解決方案能夠優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃、優(yōu)化供應(yīng)和配給、優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)劃、優(yōu)化調(diào)合和優(yōu)化其它生產(chǎn)要求的性能。解決方案采用線(xiàn)性規(guī)劃(LP)工具和針對(duì)流程企業(yè)實(shí)際設(shè)備的數(shù)學(xué)模型。LP技術(shù)特別適合解決流程企業(yè)復(fù)雜的資源配置優(yōu)化問(wèn)題，例如在制定煉油廠的計(jì)劃時(shí)，充分考慮到對(duì)現(xiàn)有資源的多種使用方案。例如在煉油廠先進(jìn)計(jì)劃及調(diào)度優(yōu)化解決方案的應(yīng)用模塊主要包括： SAND（銷(xiāo)售分銷(xiāo)計(jì)劃）：優(yōu)化原材料的供應(yīng)和產(chǎn)品的分銷(xiāo)，降低運(yùn)輸成本。ASSAY2（原油分析）：通過(guò)分析原油組分，提高原油交易決策的能力。RPMS（煉油和石化建模系統(tǒng)）：對(duì)原油和原材料進(jìn)行評(píng)估和選擇；優(yōu)化操作計(jì)劃；評(píng)估加工設(shè)備的投資；對(duì)供應(yīng)與銷(xiāo)售進(jìn)行建模；競(jìng)爭(zhēng)分析和市場(chǎng)評(píng)估。Production Scheduler（生產(chǎn)調(diào)度）為煉油廠、化工廠提供生產(chǎn)調(diào)度和優(yōu)化。Production Analyst（生產(chǎn)分析）：把實(shí)際生產(chǎn)情況與計(jì)劃指標(biāo)進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生偏差的原因，提高生產(chǎn)效率。BLEND（離線(xiàn)調(diào)合調(diào)度）：幫助調(diào)合調(diào)度人員確定一個(gè)優(yōu)化配方和多時(shí)段的調(diào)合調(diào)度計(jì)劃。

圖1 先進(jìn)計(jì)劃及調(diào)度優(yōu)化模型解決方案

    3.1 PRMS模塊

    作為完整的流程工業(yè)應(yīng)用軟件套件的核心模塊，主要用于制定操作計(jì)劃、原油分析、操作調(diào)度、產(chǎn)品調(diào)合、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)及性能監(jiān)控。它是Honeywell先進(jìn)解決方案中Business Flex解決方案里的先進(jìn)計(jì)劃與調(diào)度部分的應(yīng)用程序。它基于windows95或windows NT環(huán)境下，并可在多種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行，包括客戶(hù)/服務(wù)器架構(gòu)和工作站。RPMS帶有一個(gè)強(qiáng)大的基于MS-EXCEL的報(bào)表工廠，它允許用戶(hù)利用MS-EXCEL訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表；利用模板創(chuàng)建自己的報(bào)表；利用先進(jìn)解決方案所提供的專(zhuān)門(mén)的函數(shù)在MS-EXCEL生成復(fù)雜的報(bào)表。并可在多種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行，包括客戶(hù)/服務(wù)器架構(gòu)和工作站。

    RPMS帶有一個(gè)強(qiáng)大的基于MS-EXCEL的報(bào)表工廠，它允許用戶(hù)利用MS-EXCEL訪(fǎng)問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表；利用模板創(chuàng)建自己的報(bào)表；利用先進(jìn)解決方案所提供的專(zhuān)門(mén)的函數(shù)在MS-EXCEL生成復(fù)雜的報(bào)表。通過(guò)有效地制定計(jì)劃，全面考慮影響工廠運(yùn)營(yíng)的各種因素，幫助石化和煉油企業(yè)獲取最大的利潤(rùn)，以滿(mǎn)足能源工業(yè)中實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求。迄今為止，RPMS在全世界的100多個(gè)煉油和石化工廠得到了應(yīng)用，它主要用于解決以下的問(wèn)題：對(duì)原油和原材料進(jìn)行選擇和評(píng)估、優(yōu)化操作計(jì)劃、評(píng)估加工設(shè)備的投資、對(duì)多個(gè)工廠、多種運(yùn)輸方式、多個(gè)終端市場(chǎng)的供應(yīng)與銷(xiāo)售進(jìn)行建模、評(píng)價(jià)加工和交易合同、評(píng)估新技術(shù)、競(jìng)爭(zhēng)分析和市場(chǎng)評(píng)估。

    3.2 Production Scheduler（生產(chǎn)調(diào)度）模塊

    Honeywell的Production Scheduler解決方案是專(zhuān)門(mén)為這些企業(yè)設(shè)計(jì)，用于滿(mǎn)足各種復(fù)雜的需求的應(yīng)用。這個(gè)解決方案采用先進(jìn)的技術(shù)，協(xié)助改進(jìn)調(diào)合調(diào)度計(jì)劃、制定更有效的生產(chǎn)目標(biāo)、提高企業(yè)的盈利能力，從而使企業(yè)獲得并保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。由于當(dāng)今面臨的挑戰(zhàn)是日益增加的客戶(hù)需求。生產(chǎn)調(diào)度人員面臨著一系列有臨界時(shí)間的問(wèn)題如：附加的發(fā)貨、不斷變化的客戶(hù)需求、復(fù)雜的產(chǎn)品規(guī)格要求、生產(chǎn)操作問(wèn)題及波動(dòng)的設(shè)備生產(chǎn)能力問(wèn)題等。要考慮這些甚至更多的因素，生產(chǎn)調(diào)度人員必須時(shí)刻關(guān)注工廠產(chǎn)品的移動(dòng)和和操作狀態(tài)，必須在正確的時(shí)間獲得正確的信息。Hon eywell的針對(duì)生產(chǎn)調(diào)度的先進(jìn)解決方案給企業(yè)帶來(lái)了一個(gè)新一代的調(diào)度解決方案。它幫助調(diào)度人員確定優(yōu)化的調(diào)度方案，并與操作和移動(dòng)自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接。Honeywell的Production Scheduler基于獨(dú)特的、專(zhuān)用的優(yōu)化技術(shù)，用于優(yōu)化處理和調(diào)合，實(shí)現(xiàn)前端的平穩(wěn)操作。它充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的具體化要求，具備預(yù)測(cè)原料生產(chǎn)單元的產(chǎn)率和特性的能力，充分利用現(xiàn)有的容器，使產(chǎn)率和特性盡量接近生產(chǎn)目標(biāo)。它通過(guò)提高工廠的盈利能力、降低加工的成本、降低購(gòu)買(mǎi)化工原料的費(fèi)用、更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)原油的操作、減少進(jìn)料和質(zhì)量、更好地分析調(diào)度問(wèn)題、減少庫(kù)存、充分利用生產(chǎn)能力，提高產(chǎn)量、提高工廠的產(chǎn)率、提高整個(gè)供應(yīng)鏈的計(jì)劃和庫(kù)存的可見(jiàn)度。Production Scheduler的主要功能：（1）滾動(dòng)更新。自動(dòng)更新庫(kù)存、組分、質(zhì)量、單元性能及正在進(jìn)行的操作的信息；（2）確定一組操作。允許調(diào)度人員確定要完成工廠合同任務(wù)（原材料的接收和單元進(jìn)料等）所采取的操作，以及與計(jì)劃的操作相關(guān)的信息（如配方、操作模式等）；（3）評(píng)估操作計(jì)劃對(duì)工廠的影響。通過(guò)仿真模擬確定所計(jì)劃的操作對(duì)工廠的影響，協(xié)助調(diào)度人員查看工廠的狀態(tài)，包括庫(kù)存、質(zhì)量及設(shè)備的使用情況；（4）估計(jì)未來(lái)的情況，傳達(dá)最終的調(diào)度結(jié)果。把最終的調(diào)度計(jì)劃和操作指令傳達(dá)給操作人員，協(xié)調(diào)由于操作條件的變化而引起的時(shí)間調(diào)配變化，確保每個(gè)人都在為一個(gè)共同的目標(biāo)努力。（5）推動(dòng)相互協(xié)作。與市場(chǎng)人員、操作人員、計(jì)劃人員及其它的調(diào)度人員共享調(diào)度信息，加強(qiáng)相互間協(xié)作，改善調(diào)度決策，提高操作質(zhì)量；（6）比較實(shí)際與計(jì)劃的性能。在計(jì)劃的范圍內(nèi)，把實(shí)際的生產(chǎn)情況與計(jì)劃的生產(chǎn)情況作比較，包括利用工具軟件查看和分析計(jì)劃與已完成的操作之間的歷史偏差；（7）發(fā)布一致的信息。給計(jì)劃人員、調(diào)度人員、操作人員及工廠的管理人員提供整體的調(diào)度信息，保證各層次的人員作用一致、準(zhǔn)確人信息。

4 基于MES系統(tǒng)下產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量持續(xù)改善的可靠性增長(zhǎng)等關(guān)鍵技術(shù)的研究

    研究PKS 過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)的可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)就是通過(guò)分析該系統(tǒng)的“卓越的優(yōu)化功能” ——“發(fā)現(xiàn)故障、分析和糾正故障”，以及對(duì)糾正措施的有效性而進(jìn)行驗(yàn)證，一般稱(chēng)為“試驗(yàn)——分析——改進(jìn)” 以提高產(chǎn)品可靠性水平的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)自身的可靠性增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)外的研究如Z.Jel inski與P.B.Moranda在他們的“軟件可靠性研究”論文中提出了第一個(gè)實(shí)用的軟件可靠性增長(zhǎng)模型；針對(duì)柔性制造系統(tǒng)和CIMS進(jìn)行可靠性分析，具有代表性的有美國(guó)K.Miriyala和N.Viswanadham建立的PSG（Process-spanning graph）模型，及我國(guó)中科院疏松桂等建立的Markov模型。德國(guó)a.zimmermann等提出用Petri網(wǎng)對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。以往的復(fù)雜系統(tǒng)可靠性研究綜合方向，它所討論的單元，僅為I型單元（是完全繼承或很少改進(jìn)的單元，可稱(chēng)為繼承型單元，簡(jiǎn)稱(chēng)為I型單元）。這實(shí)際上假定系統(tǒng)中的所有單元在研制中均沒(méi)有可靠性增長(zhǎng)；或者對(duì)研制中的可靠性增長(zhǎng)信息，作“大鍋飯”式的處理，即當(dāng)作沒(méi)有可靠性增長(zhǎng)；或者僅僅利用各單元在研制定型后的信息。這樣將丟失，浪費(fèi)II型單元的試驗(yàn)信息（II型單元是新研制的或進(jìn)行了重大改進(jìn)的單元，可稱(chēng)為增長(zhǎng)型單元），筆者認(rèn)為Business FLEX? PKS?系統(tǒng)是一種具有增長(zhǎng)型單元（II型），是可靠性增長(zhǎng)的優(yōu)化模型。

    Business FLEX? PKS?系統(tǒng)十分注重將質(zhì)量持續(xù)可靠性增長(zhǎng)的思路結(jié)合在一起，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各組成單元潛在的各種故障模式及對(duì)系統(tǒng)功能的影響，與產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行分析，提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的一種設(shè)計(jì)方法（如圖2所示）。它對(duì)各種可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析，以便在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上消除這些風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑦@些風(fēng)險(xiǎn)減小到可接受的水平。它是一種歸納分析的方法，是一個(gè)“事前的行為”，而不是“事后的行為”。為達(dá)到最佳效益，必須將產(chǎn)品的故障模式納入產(chǎn)品制造過(guò)程之前進(jìn)行。作為應(yīng)用工程主要通過(guò)實(shí)踐將設(shè)備的特性客觀反映出來(lái)，運(yùn)用系統(tǒng)工具找到持續(xù)改善的最佳結(jié)果。

圖2 產(chǎn)品質(zhì)量操作管理解決方案

    制造執(zhí)行系統(tǒng)可靠性定義：嚴(yán)格來(lái)講，系統(tǒng)可靠性應(yīng)包括一下三方面的內(nèi)容：(1) 系統(tǒng)工作可靠性R1( Operational Reliability of System )。它是系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的可靠性，是一種綜合性的可靠性指標(biāo)。(2)系統(tǒng)固有可靠性R2( Inherent Reliability of System )。它是系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中就己確立了的一種可靠性，它和系統(tǒng)所選用的語(yǔ)言、軟件設(shè)計(jì)分析、數(shù)據(jù)的可靠性、設(shè)計(jì)方案、軟件結(jié)構(gòu)、硬件結(jié)構(gòu)、軟件測(cè)試、預(yù)防錯(cuò)誤以及制造工藝、材料等有密切關(guān)系，是系統(tǒng)的內(nèi)在可靠性，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)，固有可靠性便已確立。(3)系統(tǒng)使用可靠性R3(Use Reliability of System )。它要使系統(tǒng)在滿(mǎn)足規(guī)定的可靠性指標(biāo)，完成預(yù)定功能的前提下，使系統(tǒng)的技術(shù)性能、模塊功能指標(biāo)、制造質(zhì)量和成本及系統(tǒng)效率等取得協(xié)調(diào)并達(dá)到最優(yōu)化的結(jié)果，或者技術(shù)、性能、質(zhì)量、時(shí)間、成本和其他要求的約束下，實(shí)現(xiàn)可靠性增長(zhǎng)。三種可靠性不是互不相關(guān)的，它們之間存在有一定的關(guān)系，這種關(guān)系可以用數(shù)學(xué)公式表述如下：R1≈R2R3。

    制造執(zhí)行系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)（如圖3所示），其可靠性評(píng)價(jià)中將整個(gè)系統(tǒng)分成了四個(gè)層次：系統(tǒng)層、分系統(tǒng)層、子系統(tǒng)及組件層，組成MES系統(tǒng)的子系統(tǒng)具有一定的獨(dú)立性，又互相連接組成有機(jī)的整體，對(duì)MES系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，首先要考慮各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性。由此，遵循系統(tǒng)可靠性的傳統(tǒng)定義，筆者將制造執(zhí)行系統(tǒng)可靠性定義為：在其整個(gè)運(yùn)行的過(guò)程中，在各種制約性因素(即各種影響制造執(zhí)行系統(tǒng)高效可靠運(yùn)行的因素)的影響下，能夠持續(xù)完成規(guī)定功能的能力。換句話(huà)說(shuō)，可靠性可以用來(lái)衡量制造執(zhí)行系統(tǒng)在完全提供其功能時(shí)的成功程度。另外，不管系統(tǒng)中有沒(méi)有問(wèn)題或故障，只要它不影響正常功能的執(zhí)行和完成，就認(rèn)為系統(tǒng)是“可靠”的，因此制造執(zhí)行系統(tǒng)是一個(gè)多態(tài)系統(tǒng)，也是可降級(jí)的復(fù)雜系統(tǒng)。

    從系統(tǒng)可靠性的角度看，制造執(zhí)行系統(tǒng)是一個(gè)的分布式信息系統(tǒng)，屬于大型復(fù)雜系統(tǒng)。復(fù)雜大系統(tǒng)可靠性模型的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下兒個(gè)方面：（1）系統(tǒng)規(guī)模龐大，通常由多級(jí)子系統(tǒng)構(gòu)成，各級(jí)子系統(tǒng)又包含眾多的基本設(shè)備單元，且各單元的壽命分布類(lèi)型各異，如指數(shù)分布、二項(xiàng)式型、等等。（2）系統(tǒng)整體邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由基本單元按照多種邏輯關(guān)系而構(gòu)成，典型的如串聯(lián)、并聯(lián)、串并混聯(lián)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，并往往呈現(xiàn)多類(lèi)結(jié)構(gòu)相互嵌套狀態(tài)。（3）相關(guān)性的存在。復(fù)雜大系統(tǒng)在不同的任務(wù)階段，一般由不同的子系統(tǒng)、功能單元來(lái)組合完成，因此其可靠性邏輯結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著任務(wù)時(shí)間段的改變而變化，造成功能模塊間的相關(guān)性問(wèn)題。這種相關(guān)性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是單元共用相關(guān)性，即同一任務(wù)時(shí)段內(nèi)，部分單元在不同功能模塊中共用，表現(xiàn)為相應(yīng)方框在可靠性框圖中重復(fù)出現(xiàn)；另一種是時(shí)段延續(xù)相關(guān)性，即對(duì)于多階段任務(wù)，各單元由于開(kāi)始參與工作的時(shí)刻不同、工作時(shí)間長(zhǎng)短不同以及連續(xù)或斷續(xù)出現(xiàn)在各任務(wù)階段中，呈現(xiàn)出不同時(shí)段間的相關(guān)性，表現(xiàn)為部分單元重復(fù)出現(xiàn)在可靠性框圖中不同時(shí)段的模塊內(nèi)。

圖3 Honeywell MES 系統(tǒng)架構(gòu)

    山東肥城阿斯德化工有限公司采用美國(guó)Honeywell公司開(kāi)發(fā)的PKS 過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)取得了較好成效。首先，該系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行集中監(jiān)視和分散控制，各工段所需要的準(zhǔn)確計(jì)量管理，能耗、產(chǎn)量、質(zhì)量管理能夠在微機(jī)上反映出來(lái)，使裝置生產(chǎn)管理水平得到相應(yīng)提高，實(shí)現(xiàn)全流程工藝自動(dòng)化，保證工藝裝置的安全高效、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，提高了生產(chǎn)操作水平及產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量；其次，各工段有準(zhǔn)確的歷史記錄曲線(xiàn)，能夠進(jìn)行比較長(zhǎng)期的事故分析，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高生產(chǎn)管理的有效性。同時(shí)各工段設(shè)置報(bào)警、連鎖，建立報(bào)警、連鎖模板數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)ρb置報(bào)警、安全進(jìn)行更好的監(jiān)控和管理，保證了操作員能及時(shí)有效的處理報(bào)警，保證整套裝置的安全運(yùn)行。第三，系統(tǒng)的可靠性及安全性選用自控系統(tǒng)要能夠?qū)ρb置報(bào)警、安全進(jìn)行更好的監(jiān)控和管理，保證操作員能及時(shí)有效的處理報(bào)警，保證整套裝置的安全運(yùn)行，縮短裝置事故的恢復(fù)時(shí)間，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。該系統(tǒng)提高了裝置產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和能耗，提高了設(shè)備資產(chǎn)利用率，保證工藝裝置的安全高效、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，改善生產(chǎn)操作水平，優(yōu)化工藝條件，找到最佳的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的可靠性增長(zhǎng)。

5 結(jié)論

    本文對(duì)Honeywe l l的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)解決方案Business.FLEX? PKS?系統(tǒng)可靠性增長(zhǎng)管理的研究，不僅研究了該系統(tǒng)內(nèi)各種資源的可靠性管理問(wèn)題，也進(jìn)一步明確了其系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、持續(xù)性提供幫助，通過(guò)采用科學(xué)的可靠性增長(zhǎng)管理的理念，可以消除制造執(zhí)行系統(tǒng)的可靠性隱患，是提高可靠性水平的有效手段，對(duì)于保障企業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益提供了可靠的依據(jù)。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1（據(jù)Honeywell Business FLEX? PKS?財(cái)務(wù)收益統(tǒng)計(jì)）。

表1

    通過(guò)對(duì)Honeywell解決方案Business.FLEX? PKS?系統(tǒng)可靠性工程的分析，可以得到如下結(jié)論：

    (1)可靠性增長(zhǎng)管理技術(shù)是包括過(guò)程管理、規(guī)劃管理和風(fēng)險(xiǎn)決策分析的統(tǒng)一體�？煽啃栽鲩L(zhǎng)管理技術(shù)在制造執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)用，還只局限于可靠性增長(zhǎng)評(píng)估的內(nèi)容，今后將逐漸融入系統(tǒng)的可靠性增長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析、規(guī)劃技術(shù)和決策技術(shù)的內(nèi)容。

    (2)可靠性增長(zhǎng)管理技術(shù)逐漸由定性管理發(fā)展為定量管理一方面由于MES系統(tǒng)試驗(yàn)費(fèi)用昂貴、子樣小增加了定量可靠性增長(zhǎng)管理的難度，雖然定量方法的研究和和應(yīng)用中還存在很多困難和阻力，但基本上已逐漸實(shí)行定量化的可靠性增長(zhǎng)管理，定量的可靠性增長(zhǎng)過(guò)程控制與管理、可靠性增長(zhǎng)評(píng)估方法已在產(chǎn)品中得到實(shí)際應(yīng)用。另一方面，制造執(zhí)行系統(tǒng)具有重要的生產(chǎn)或服務(wù)功能，不但具有可修復(fù)性，還要具有很強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)性，即要具有很快的市場(chǎng)響應(yīng)速度，以實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，就要求研究探討考慮多因素的既面向流程型制造執(zhí)行系統(tǒng)功能的架構(gòu)，又面向可靠性建模與分析方法，尋求提高系統(tǒng)可靠性和適應(yīng)性的新途徑和新方法，以達(dá)到提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和生產(chǎn)效率的目的。

    (3)對(duì)可靠性增長(zhǎng)信息的管理已逐漸受到重視可靠性增長(zhǎng)信息是進(jìn)行定量可靠性過(guò)程控制與管理、可靠性增長(zhǎng)規(guī)劃和分析決策的基礎(chǔ)。由于MES的子樣小，相信在可靠性增長(zhǎng)管理中對(duì)數(shù)據(jù)和信息的管理和利用逐漸受到重視。

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本文標(biāo)題：基于霍尼韋爾的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES可靠性增長(zhǎng)工程相關(guān)理論及技術(shù)研究

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