先进计划与调度（APS）的研究现状和发展趋势

图1 MES功能模型

    1.2 国内外研究动态

    国外有多家从事流程工业管控一体化软件开发的工程公司，Honeywell的MES方案和美国ASPEN Tech公司的MES方案较为突出。前者的核心是Business．FLEXPKS，由价值链管理、先进计划与调度、运行管理、油品调和及储运自动化和生产管理5个应用套件共30多个模块组成。另外还将其MES解决方案与多种应用套件和信息集成平台整合为协同生产管理解决方案（Unified Manufacturing Solutions）。后者是化学工业领域著名的流程模拟、先进控制和供应链管理优化软件公司，MES解决方案主要包括流程模拟、虚拟工厂模拟器、生产计划与优化等11个功能模块以及ASPENEnterpise Platform（AEP）集成平台。实现生产经营管理与生产过程控制的一体化。中国最早的MES是20世纪80年代宝钢建设初期从SIEMENS公司引进的。近年来，出现了一些相对成型、成熟和有规模、有影响的国产MES产品。例如北京和利时公司的流程行业生产管理系统HOLLIAS-MES（Manufacturing Execution System），浙大中控的ESP-suite-企业综合自动化整体解决方案。此外国内多家研究机构如东北大学自动化研究中心，浙江大学工业控制技术实验室以及华东理工大学对于MES的研究与开发取得了一定成果。在。十五”期间，国家863高技术计划先进制造与自动化技术领域在流程工业MES方面设立了技术攻关和示范应用项目，相继开发了钢铁企业MES、石化企业MES和选矿企业MES，并且成功应用于生产实际，取得显著效益。

2 先进计划与调度技术（APS）

    先进计划与调度是MES中特有的应用软件和集成技术之一。它是利用最优化方法对流程企业生产单元的每个生产方案进行详细分析计算，以指导原材料购买、生产操作等，并提供企业的年度、季度、月度乃至每周、每天生产计划，使之成为企业利润最大的生产方案。APS包含三大类任务：任务分配；任务和资源的协调；工作调度和控制。APS在提高企业经济效益方面的潜能是巨大的，它能及时响应客户要求，快速同步计划，提供精确的交货日期，减少在制品与成品库存，并发考虑供应链的所有约束，自动识别潜在瓶颈。提高资源利用率，从而改善企业的整体生产管理水平。

    2.1 计划调度系统的基本特征

    流程工业的生产计划调度系统是一个层次化的分布式系统，其上层是计划层，根据对企业生产发展、市场对产品需求和原料供应情况及预测，制定比较宏观的生产计划和生产调整方案。其下层是调度层，根据工艺切换、生产设备的运转、原料的供应及储运、公共资源的波动等情况，把计划阶段所确定的生产需求计划分解为详细调度计划，制定产品在处理设备上的加工顺序及相应的资源的短期分配方案，以优化某些经济的或系统的性能指标。流程工业的生产过程具有非线性、随机性、不确定性等多种特性，所以流程工业计划调度是一个混合型的决策问题。这种混合既包括同层混合，也包括递阶层次之间的混合。