实行信息化是制造业发展的必由之路，而制造信息系统的成功应用必须依赖良好的模型描述。传统的建模方法都存在不同的缺陷，究其原因，这些方法均没有体现系统的复杂性本质。采用复杂性科学方法对制造信息系统建模，可揭示其自组织演化的本质，从而对模型进行静态功能结构和动态运行特性进行分析，这是对制造企业生产运作流程优化、进行制造业信息系统建设规划的优化、实现生产过程的信息管理和监控一体化的前提。 本文在对前人和他人研究成果及相关理论进行总结的基础上，基于复杂性科学提出柔性耦合自动机的方法，建立了制造信息系统的模型体系，研究了系统单元的自作用和单元之间的互作用，以及系统的宏观相对稳定性与系统微观单元作用之间的关系。 在分析了制造信息系统复杂性本质的基础上，根据协同学和耗散结构理论，研究了该系统自组织发生的条件。为了说明系统的宏观相对稳定性与微观单元作用之间的关系，建立了宏观序参量对系统的伺服约束函数模型。在此基础上，研究了系统自组织演化的机制和过程，揭示了自组织演化的本质。 为了说明单元的自作用在系统自组织过程中的作用，本文建立了基于多Agent系统理论的制造信息系统模型框架，并建立了单元Agent的抽象模型。在此基础上，给出了每一单元Agent的计算结构和算法以及状态转移函数，研究了单元的自治性。系统的自组织同时要求单元满足一定的控制性能，为此建立了单元Agent的自动机模型，根据对单元描述的形式语言，应用R-W理论研究了单元的控制性能，并分别说明了这些性能在自组织过程中的作用。 为了说明单元之间的互作用在系统自组织过程中的作用，本文建立了基于双向输出有限自动机的接口模型，它具有选择交互对象、传递信息和实现状态映射的功能。同时建立了状态的映射耦合函数，即实现一个单元的状态变化，触发交互对象的事件发生，以便通过该单元的状态转移函数产生状态改变。为了实现系统的异质、异构单元交互过程中的语义集成，采用W3C推荐的OWL建立了单元的本体模型。 在传统地应用R-W理论研究单元的控制性能时，存在计算复杂、计算量大，且形式语言的物理意义不明确等问题。为此，作者提出了一种适用于制造信息系统单元的控制性能研究方法。该方法对信息单元的自然语言描述进行形式化，写出形式语言的文法，并对文法的产生式引入布尔矩阵约束，从而使得由该文法产生的信息单元自动机模型满足R-W理论中的控制性能要求。最后以我校工业培训中心为实验平台，对其信息系统进行建模仿真，通过仿真结果与实际系统的运行相对比，验证了本文构建模型的有效性。本文采用的建模方法能真实揭示系统自组织演化的本质，丰富了复杂性科学在工程领域应用的理论研究。在制造企业进行信息化建设时，本文构建的模型体系可用来对未来建造的信息系统进行分析、规划、优化和设计，可大大提高信息系统实施的速度和质量。本论文的研究在理论研究和实践应用方面均有较大意义。