一、文献综述
- 国内外研究现状
制造执行系统最初是由 AMR 公司(Advanced Manufacturing Research)于 1990 年提出，将之定义为介于企业顶层的计划管理系统和下层的工业控制系统之间的用于生产车间的信息系统，为用户提供生产资源（如物料、人员、设备等）的状态管理和生产计划的执行跟踪。AMR 于 1992 年进一步提出了企业信息化的三层架构模型，如图 1 所示，MES 系统在企业信息化模型中起着沟通上下的桥梁作用。MES系统接收计划层的分配的生产任务，对任务进行分解，调度生产资源，进行计划排产，同时对生产进度进行实施跟踪，将生产过程中控制层单元反馈的信息汇总处理后反馈给计划层进行生产计划的动态调整。
图 1
在MES系统的标准化过程中，国际制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA)也做出了显著的贡献，提出了MES的功能组件、集成模型、以及协同MES体系结构（c-MES）等理论。 如今，对 MES 系统的研究从传统制造执行系统（Traditional MES，T-MES）转变为了可集成制造执行系统（Integrated MES，I-MES）。相比于T-MES的定制化开发、解决单一问题，I-MES采用模块化组件，其中每个功能模块即是一个专用的解决方案，同时可以集成为一套更大的MES 产品。I-MES的目标是MES的可重构性，可配置性,可集成性和可扩展性。
经过多年时间的研究，国外已经形成一套认可度比较高的理论和标准，这套理论和标准涵盖MES的定义阐释、功能定位、对象数据模型，甚至还包括了实施方法论模型；形成了一些专业的MES研究机构，定期发表有关MES的最新研究成果；开发出了成熟的MES软件产品，大大促进了MES的实施与应用。
在国内，MES的研究和国外相比起步比较晚，MES的发展和应用状况要远落后于国外，很多的研究还仅停滞在MES的内涵和MES相关的单一技术，如：生产排程。但是近几年，国家高度重视 MES 的发展，将MES作为重点发展项目，并相继出台了很多的扶持政策和办法。MES在国内获得有力的政策持后，得到了飞速的发展，很快就成功的应用于钢铁、石化和选矿等行业，同时在离散制造业也开始了MES的初步研究，并且开发了很多适用于离散制造企业的MES产品，获得了显著的研究成果和经济效益。
- 研究主要成果
随着 MES 研究热潮的到来，众多高校和科研机构也加入 MES 理论与应用研究的行列，取得了一定的研究成果，其中具有影响力的有高飞，王晓佳等将下料优化与企业私有云有效的进行相结合，为企业底层资源构建云数据中心，并对系统实现的关键 技术进行了创新，包括资源分布式的虚拟化计算、模型方法库的扩展性等。李西，王俊佳提出了基于RFID的智能MES的总体构架方案，将RFID技术应用到 MES的数据采集模块中，并应用质量统计分析技术和调度遗传算法提高了MES的智能性。陈少平, 陈卓宁等构了一种工时信息管理模型，通过将企业车间工时细划分为定额工时、制造工时、实作工时三部分,并结合企业车间的实际生产过程，实现了三者之间的集成与应用。王骏,饶成明等提出了一种有较强可重构性的生产流管理方法,有效的解决MES中工艺管理与车间生产执行过程的集成问题。戚宝运, 许自力等讨论了基于数字化车间概念的车间MES的架与实现形式,并构建了以MES为核心的数字化车间系统集成体系。李亚杰, 何卫平等提出一种基于可重构流程模型和组件技术的流程实施方法，并定义了组件模型,使流程模型能以组件的形式封装和部署。段彬, 史海波分析MES中用户权限重要性的基础上，提出了可对用户权限进行配置的权限控制方法，并给出了其在MES系统中的实现方法。邓汝春等设计了基于精益供应链的 MES，涵盖从原材料采购，到车间依据生产计划加工，再到最终成为成品入库的生产全过程，实现了企业生产全过程的信息化和自动化管理。中国科学院大学的罗企等提出了基于移动网络而应用开发的车间管理系统，通过Android移动终端系统，结合信息推送、并发采集等相关技术，对车间生产进行实时远程监控管理，以达到优化管理模式和提高生产效率及质量等目的。长安大学的鲍晓霞等结合EPR与MES 系统的特点，设计开发了工程机械液压管件生产管理信息系统中的车间管理子系统。实现了车间信息与其他子系统信息的集成共享，实现了对车间生产过程的管控，优化了整个车间生产制造过程。沈阳理工大学的陈永平等通过研究国内外不同车间管理系统间的集成，深入分析了生产过程中通过系统集成对业务流程的优化问题，解决了系统之间数据的交流及共享。中国科学院大学的樊明申等通过对机械零件车间流程进行梳理和优化，结合MES 相关理论，设计并实现了具备生产数据可以实时采集、生产计划能够实时跟踪、工序良品率可以实施反馈等特点的车间生产管理系统。广州数控的谢军华等将数控技术、信息化技术及现代管理技术相结合，进行信息通信管理以及动作时序控制，设计并实现了智能化车间生产管理系统，进而提升制造业企业的业务流程效率和竞争力。河北联合大学的孟丽丽等针对企业车间管控的功能需求，分析了在集成环境下车间控制系统与车间管理系统的信息流程，设计开发了基于网络环境的企业车间管控系统，实现了车间数据信息的集成与共享。南京工程学院的朱柏青等分析了锻造企业综合车间的业务需求和流程，采用了人工和智能结合的分配任务方式，研发了具有综合车间进度反馈、智能派工等功能的综合车间管理系统。
从MES的发展情况来看，国外已经产生了一批以MES为核心产品的专业软件公司，他们的 MES 软件产品和解决方案在国外很多领域 MES 已经广泛的应用，给实施 MES 的企业带来了巨大的利润，其中具有代表性的公司有：美国ASPEN Tech公司，它提出了企业运营管理理念，即把ERP、MES和DCS三层系统有效整合，设计、管理和运营制造供应链相关业务的企业级集成解决方案。EMERSON 公司：它提出了以投人产出效率和利润等为目标，集成设计和构建标准化、扩展性、灵活性、简易性高的技术平台，追求集成系统的可用性、安全性、可靠性等。GE FanMc 公司：将“六西格玛”方法和通用在制造领域的专业经验结合，通过生产过程的控制和优化，数据的采集和分析将数据转化成用户需要的信息，实现实时操作，确保计划高效执行。
另外国外很多学者在 MES 的理论方面的研究也取得卓越的成果，其中具有代表性的有：Valckenaers P等设计了一种能够预测未来行为并主动采取措施的制造执行系统，它通过急停预测的制造产品的工作量以及交货时间和路线，进行协调和控制来确保计划顺利执行。Blanc P等设计一种基于 HMS的松散耦合通信和协同的网络组织结构，来解决快速反应、可重构和进化能力的问题。Cohen H I等提出一种通过将网页服务器和制造执行系统网络以及数字网络连接来进行远程访问批次状态信息的制造执行系统。Fukazawa S等提出一种远程监视和控制生产设备的方法，它将 MES、网络服务器、无线设备三者进行连接，无线装置通过代码转换代理到 Web 服务器，在通过服务器将它们发送到 MES 控制的生产设备传递控制命令。Simatilde;o J M等提出一种基于大规模定制生产的元模型概念，它以规则、产品自身驱动的H-MES以及其应用设计和仿真工具为导向。Hwang Y D对MES与六西格玛结合方法进行了整合，避免了数据采集的额外时间和成本，改善了工艺性能和能力，生产周期，轧吞吐量产量，实现了六西格玛方法快速，精确地实施。Valckenaers P等讨论了一种遵循给定时间计划表的制造执行系统并描绘了MES 的设计，它在执行任务时以自主的方式，补充缺少的工序，替换不可行任务，处理辅助任务等。Park H G等针对 MES 监测的不同性、复杂性问题，提出了一个面向对象的模拟实习方法，并给出了测试 CIM系统软件的面向对象仿真框架，为单一软件或解决方案不能解决制造层所有需求的问题，提供了一个替代目前的方法。Camarinha-Matos L M提出了一种新的制造业和服务业合作途径，即基于通信技术，计算机网络和物流的最新进展的虚拟企业模式，该模式具有灵活的设计和开发环境，支持分布式业务流程、架构配置和多层次协调。Koch M T等提出了商务智能（BI）系统与 MES 系统集成概念，并基于两个案例研究与在线调查，构建了 MES 和BI系统的集成框架。Roloacute;n M等提出了分布式制造执行系统，以弥补生产计划和控制之间的断层，并构建了自主 MES 系统的生成仿真模型，实现了对多产品动态批处理过程出现的行为的评估。RY Zhong等提出了一种基于 RFID 的实时制造执行系统（RT-MES），RFID 设备用来跟踪和追溯生产对象并实时采集生产数据，使生产计划更加准确、高效地执行。GK Hao等提出一个模型驱动工程的方法，从生命周期和更高的抽象角度去实现可重构，引入“可重构资产”的概念并设计了它的元模型。
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