本书较为系统全面地介绍了制造执行系统（MES）的有关背景、基础理论、关键技术与工程应用案例，包括MES的基本概念与内涵、MES体系结构与可重构平台技术、MES建模与系统集成技术、数据采集与数据处理技术、生产过程优化与仿真技术以及MES开发技术等，并分别介绍了MES在离散制造行业与流程制造行业的实际工程应用案例。本书可用作机械制造、工业工程、工业自动化等专业高年级大学生的参考教材，或者有关教学人员、科研人员及工程技术人员的辅助参考资料。

制造执行系统（MES）概念的提出已超过30年，作为数字化车间的使能器和智能制造的重要支撑技术之一，MES的意义与重要性已被国内外广泛认可，MES技术研发与应用均已取得长足进展。特别是近年来，随着智能制造的兴起，MES更是引起了工业界和学术界前所未有的关注，成为一个持续的热点。在此背景下，清华大学出版社在策划和组织编写智能制造系列教材时将《

制造执行系统技术及应用》作为模块教材纳入其框架，确实是一件很有意义的事情。

综观众多有关MES的文章和书籍，大致可以将它们分成三类： 第一类主要是从MES所依托的计算机辅助生产管理技术层面进行论述； 第二类主要是从MES的IT实现技术层面进行阐述； 第三类主要是从MES产品及应用实施层面进行介绍和说明。相对而言，综合介绍上述三个层面的MES书籍较少，特别是适合作为大学教材的更少。

MES是面向车间生产管理的实时信息系统。作为一类涉及面广的复杂技术与应用系统，宜从多个视角来综合认知MES，这样才可能比较完整地理解MES的内涵并窥探其全貌。结合多年从事MES教学、科研与实践的经验和体会，编者认为，宜从以下四个视角来认知MES： 一是业务视角，即从MES业务活动层面的生产管理角度来认知MES； 二是IT视角，即从MES实现层面的信息技术角度来认知MES； 三是数据视角，即从MES运行层面的数据应用技术角度来认知MES； 四是产品视角，即从MES产品层面的软件功能和应用实施角度来认知MES。

基于上述理念，编者在本书的结构安排与内容取舍上作了相应考虑。全书结构上分为三个层次： 一是MES基础概论； 二是MES关键技术； 三是MES产品与应用。全书共分八章，在内容取舍上，首先是兼顾到四个认知视角。业务视角方面，主要介绍MES涉及的生产管理活动（第１章）、生产建模技术（第３章）、生产调度优化技术（第４章）等； IT视角方面，主要介绍MES

软件架构（第２章）、可重构平台技术（第3章）等； 数据视角方面，主要介绍系统集成技术（第2章）、数据采集与生产监控技术（第５章亦属IT视角）等； 产品视角方面，主要介绍MES产品体系结构及应用案例（第６、７、８章）等。其次，鉴于MES与具体应用行业关联紧密且极具个性化特征，因此在关键

技术方面

主要介绍MES的共性技术。最后是在MES适用范围上兼顾到离散和流程两大制造行业，比如在MES基础理论、软件架构、

系统集成、数据采集、产品体系结构及应用实施等方面均力求能够兼容或兼顾到离散工业与流程工业。

MES涉及的内容十分广泛，但由于本模块教材篇幅上的限制，不可能面面俱到，甚至很多重要的关键技术，如物料管理与在制品跟踪技术、质量管控技术、智能调度技术、生产过程仿真技术、数据可视化技术等，在本书中也未能做深入介绍。读者如对这些内容感兴趣，可以参阅相关方面的书籍或资料。 此外，MES

技术也是随着IT技术的发展与时俱进。近年来很多新的IT技术的引入极大地影响和推动着MES技术的发展与应用，比如信息物理系统（CPS）、数字孪生、工业云、边缘计算、数据建模与数据驱动、大数据与智能决策等，这些内容虽在书中有所涉及，但并未作深入讨论。IT新技术的应用及其与MES的深度融合无疑将是新一代MES的发展方向。

感谢艾普工华科技（武汉）有限公司为本书提供的产品及案例素材。感谢我的

硕士毕业生金愿华为本书提供的有关资料和帮助，以及我的在读硕士研究生亓鹏在本书的格式编排和文字校对等方面所做的工作。感谢我的同事朱海平教授为本书提供的建议和帮助。还要特别感谢本书有关参考文献的作者们，他们为本书的编著提供了关键性素材。感谢清华大学出版社对本模块教材的支持，特别感谢刘杨编辑为本书的出版所付出的努力。

MES是一门内涵不断丰富且发展迅速的技术，鉴于编者对MES认识、理解和实践上的局限，特别是自身知识体系的局限，书中不妥甚至谬误之处在所难免，敬请读者批评指正。

编者2021年4月

第1章MES概论

1.1MES的形成与发展

1.1.1MES的由来

1.1.2MES的简要发展历程

1.2MES的基本概念与内涵

1.2.1MES的定义及其解析

1.2.2MES模型及功能详解

1.2.3MES与其他信息系统的关系

1.2.4认知MES的4个视角

1.3MES涉及的生产管控活动

1.3.1生产运行管理

1.3.2库存运行管理

1.3.3质量运行管理

1.3.4维护运行管理

1.3.5MES典型应用场景

1.4MES的应用与发展趋势

1.4.1MES的应用现状

1.4.2MES与数字化车间

1.4.3MES的发展趋势

第2章MES系统架构与系统集成技术

2.1MES系统架构

2.1.1基于改进C/S结构的MES 3层系统架构

2.1.2基于B/S结构的MES分布式系统架构

2.1.3基于SOA的MES系统架构

2.1.4MES微服务架构

2.2MES系统集成技术

2.2.1MES系统集成需求

2.2.2MES系统集成方式

2.2.3数据集成平台

第3章MES生产建模与可重构平台技术

3.1MES生产模型与平台运行机制

3.2基于事件驱动的MES生产过程建模

3.2.1生产过程事件模型

3.2.2生产过程执行模型

3.2.3建模实例

3.3MES可重构平台技术

3.3.1MES重构要素

3.3.2可重构MES体系结构

3.3.3MES配置平台

3.3.4基于配置平台的可重构MES应用系统

第4章MES生产调度优化技术

4.1车间生产调度概述

4.2流水车间调度问题

4.2.1Johnson启发式算法

4.2.2CDS启发式算法

4.2.3NEH启发式算法

4.3作业车间调度问题

4.3.1一般作业车间调度问题

4.3.2柔性作业车间调度问题

4.4车间动态调度问题

4.4.1滚动调度工件窗口

4.4.2滚动再调度机制

第5章MES数据采集与生产监控技术

5.1车间制造信息及其采集方式

5.2MES数据采集技术

5.2.1条码技术

5.2.2RFID技术

5.2.3OPC技术

5.3MES生产监控系统

5.3.1MES生产监控系统架构

5.3.2MES生产监控系统网络技术

5.4车间物联网技术及其应用

5.4.1物联网技术简介

5.4.2基于车间物联网的MES生产监控系统

第6章MES产品与应用实施

6.1MES产品概述

6.2MES产品体系结构

6.2.1离散工业与流程工业行业差异

6.2.2离散型与流程型MES功能差异分析

6.2.3离散型与流程型MES产品体系结构

6.3MES实现策略与平台选型

6.3.1MES实现策略

6.3.2MES平台选型

6.4MES项目实施方法

6.4.1MES立项分析

6.4.2MES项目的实施步骤

6.4.3MES实施的常见误区

第7章离散型MES应用案例

7.1艾普工华UniMaxMES介绍

7.1.1功能架构

7.1.2Mestar基础平台

7.1.3产品特点

7.2UniMaxMES机械行业应用案例

7.2.1案例车间背景

7.2.2总体需求分析与系统架构设计

7.2.3工厂建模

7.2.4生产计划与调度

7.2.5生产执行与现场管理

7.2.6系统集成

第8章流程型MES应用案例

8.1Honeywell MES解决方案介绍

8.1.1数据管理平台

8.1.2Web应用服务平台

8.1.3核心功能模块

8.2Honeywell MES石化行业应用案例

8.2.1案例背景

8.2.2总体解决思路与MES体系结构

8.2.3主要功能模块的应用

8.2.4实施效果

参考文献

附录文中部分缩略语中英文释义

目前市场相关图书较少，并且市面上的此类图书都不够系统全面，缺少一种比较全面系统介绍MES基础理论、关键技术与工程应用并适合用作本科教材的出版物。随着数字化车间与智能制造技术的发展与应用成为制造业的必然发展趋势，国内很多高校的机械制造、自动化等相关专业纷纷开设本课程，本教材能够帮助读者系统全面地掌握制造执行系统（MES）的有关背景、基础理论、关键技术与工程应用案例。

饶运清，华中科技大学机械科学与工程学院教授，博士生导师。长期从事智能优化与数字化车间方面的教学、科研与应用开发工作，先后承担过一批包括国家973课题、863重点项目、国家重点研发计划等在内的重要课题，在国内外学术期刊和国际会议上发表论文200余篇，出版专著2部。获国家发明专利10项，计算机软件著作权20余项。有关数字化车间及生产工艺过程优化方面的研究成果获国家科技进步二等奖等奖励，并获得实际应用。