四大主題構(gòu)建工業(yè)4．0的核心業(yè)務(wù)并在其背景下，MES被重新定義

毫無疑問，我們眼下正處于一個(gè)舊IT走向新IT的變革時(shí)代，工業(yè)4.0的概念興起于德國(guó)，現(xiàn)在我們大家普遍認(rèn)為其是一次科技革命，或者說是一次新技術(shù)革命。工業(yè)4．0的目的是通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)提高德國(guó)的制造業(yè)水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人工智能的智能工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶以及合作伙伴。

無論產(chǎn)業(yè)界或者學(xué)術(shù)界如何解讀工業(yè)4．0，它的本質(zhì)都是數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括了智能產(chǎn)品的數(shù)據(jù)、企業(yè)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)鏈上的數(shù)據(jù)、企業(yè)外部數(shù)據(jù)等等。這些數(shù)據(jù)串起來工業(yè)4．0的生態(tài)圈。

1、四大主題構(gòu)建工業(yè)4．0的核心業(yè)務(wù)

未來10年，我們將步入工業(yè)4．0的時(shí)代，實(shí)現(xiàn)由“自動(dòng)化”向“智能化”的轉(zhuǎn)變。通過CPS（Cyber－Physical Systems）網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人、裝備和產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流，為消費(fèi)者定制“個(gè)性化”的商品，并且提供及時(shí)、高效的服務(wù)。

工業(yè)4．0的四個(gè)主題：智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流和智能服務(wù)。智能工廠側(cè)重點(diǎn)在于企業(yè)的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)以及制造過程，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；智能生產(chǎn)側(cè)重點(diǎn)在于企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、制造過程人機(jī)協(xié)同以及3D打印技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)過程中的協(xié)同應(yīng)用；而智能物流作為制造企業(yè)非常重要的資源節(jié)點(diǎn)，其側(cè)重點(diǎn)在于通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有的資源效率；智能服務(wù)作為制造企業(yè)的后端網(wǎng)絡(luò)，其側(cè)重點(diǎn)在于通過（服）務(wù)聯(lián)網(wǎng)結(jié)合智能產(chǎn)品為客戶提供更好的服務(wù)，發(fā)揮企業(yè)的最大價(jià)值。

1）智能工廠是傳統(tǒng)制造企業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的階段。它是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控率、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、即時(shí)正確的采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)進(jìn)度，并加上綠色制造的手段，構(gòu)建一個(gè)高效節(jié)能的、綠色環(huán)保的、環(huán)境舒適的人性化工廠。未來各個(gè)工廠將具備統(tǒng)一的機(jī)械、電器和通信標(biāo)準(zhǔn)。以物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，配備傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)和RFID通信技術(shù)的智能控制設(shè)備可以對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行智能化監(jiān)控。由此，智能工廠可以自主運(yùn)行，工廠之間的零部件與機(jī)器可以互相交流。

智能工廠是由軟件操控，進(jìn)行資源整合，發(fā)揮各環(huán)節(jié)的最大效率。智能工廠中的機(jī)器將全部由軟件控制，工人只需要操作計(jì)算機(jī)就可以完成生產(chǎn)，進(jìn)一步解放了工廠中的工人，整體看來，它就是一個(gè)擁有高度協(xié)同性的生產(chǎn)系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化管理、流程控制、能源監(jiān)控等等。收集及整合整個(gè)智能工廠的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)的分析整合，使其全產(chǎn)業(yè)鏈可視化，達(dá)到生產(chǎn)最優(yōu)化、流程最簡(jiǎn)化、效率最大化、成本最低化和質(zhì)量最優(yōu)化的目的。

2）智能生產(chǎn)是由用戶參與實(shí)現(xiàn)“定人定制”的過程。智能生產(chǎn)的車間可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制，對(duì)生產(chǎn)的柔性要求極高。鑒于此，生產(chǎn)環(huán)節(jié)要廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)、采用一體化的智能系統(tǒng)，智能化裝備在生產(chǎn)過程中大展拳腳。工廠的工人和管理者可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

一體化的智能系統(tǒng)是由智能裝備和人類專家組成的，在制造過程中進(jìn)行智能化的活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等，通過人與智能裝備的合力共事，去擴(kuò)大、延伸和部分取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。與傳統(tǒng)制造相比，智能生產(chǎn)具有自組織和超柔性、自律能力、自學(xué)習(xí)能力和自維護(hù)能力、人機(jī)一體化、虛擬現(xiàn)實(shí)等特性。

3）智能物流以客戶為中心，促進(jìn)資源優(yōu)化配置。根據(jù)客戶的需求變化，靈活調(diào)節(jié)運(yùn)輸方式，應(yīng)用條碼、RFID、傳感器、全球定位系統(tǒng)等先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過信息處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)輸過程的自動(dòng)化運(yùn)作和高效率優(yōu)化管理，從而促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和資源的優(yōu)化配置，方便人的生活。

4）智能服務(wù)促進(jìn)新的商業(yè)模式，促進(jìn)企業(yè)向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型。智能產(chǎn)品＋狀態(tài)感知控制＋大數(shù)據(jù)處理，將改變產(chǎn)品的現(xiàn)有銷售和使用模式。增加了在線租用、自動(dòng)配送和返還、優(yōu)化保養(yǎng)和設(shè)備自動(dòng)預(yù)警、自動(dòng)維修等智能服務(wù)新模式。

2、工業(yè)4.0背景下，MES被重新定義

從目前的市場(chǎng)熱度及反應(yīng)來看，大家對(duì)于工業(yè)4．0的認(rèn)識(shí)存在嚴(yán)重的重硬輕軟現(xiàn)象，無論是各種展會(huì)或者媒體宣傳的示范線，表象上都是生產(chǎn)裝備。我們可以把智能工廠比作一個(gè)人，工業(yè)軟件就是這個(gè)人的神經(jīng)系統(tǒng)。其中，在制造板塊，MES的作用尤為重要。

按照AMR所給予的定位：MES服務(wù)于工廠生產(chǎn)執(zhí)行層的信息系統(tǒng)，位于企業(yè)經(jīng)營(yíng)層的計(jì)劃系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。該定位將企業(yè)的運(yùn)作劃分為三個(gè)層次，分別是：計(jì)劃層、執(zhí)行層和控制層。其中：計(jì)劃層就是MRPⅡ或ERP等經(jīng)營(yíng)管理信息系統(tǒng)。控制層包括DCS、PLC、NC／CNC或SCADA中的一個(gè)系統(tǒng)或這幾種配置的組合，以及各種儀器設(shè)備等；介于兩者之間的是執(zhí)行層，MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）。

介于企業(yè)的“計(jì)劃層”和制造“設(shè)備層”之間，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行“再計(jì)劃”，“指令”生產(chǎn)設(shè)備“協(xié)同”或“同步“動(dòng)作，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行及時(shí)的響應(yīng)，使用當(dāng)前確的數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行及時(shí)調(diào)整、更改或干預(yù)等處理。

采用雙向直接的通訊，在整個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品供需鏈中，即向生產(chǎn)過程人員傳達(dá)企業(yè)的期望（計(jì)劃），又向有關(guān)的部門提供產(chǎn)品制造過程狀態(tài)的信息反饋。

既不同于類似于ERP的企業(yè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，也不同于企業(yè)的過程控制系統(tǒng)，使用MES的經(jīng)驗(yàn)表明，它既能提高按時(shí)交貨的能力，改善物料的流通性能，由能減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)。

在工業(yè)4．0背景下，推動(dòng)智能制造，構(gòu)建智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流和智能服務(wù)體系，我們需要對(duì)MES重新進(jìn)行定義，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行說明：

1）MES深度融入企業(yè)運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)

智能工廠中的機(jī)器將全部由軟件控制，工人只需要通過MES現(xiàn)場(chǎng)的操作計(jì)算機(jī)或者移動(dòng)終端就可以完成生產(chǎn)，MES結(jié)合企業(yè)運(yùn)營(yíng)的其他工業(yè)軟件構(gòu)建一個(gè)高度協(xié)同性的生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)的設(shè)計(jì)、采購、銷售、計(jì)劃、制造和運(yùn)維服務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)每一個(gè)與制造相關(guān)的指令能夠精確調(diào)度、發(fā)送、跟蹤和監(jiān)控該指令影響生產(chǎn)的過程，成為實(shí)現(xiàn)車間制程智能化的基本技術(shù)手段。MES收集及整合整個(gè)智能工廠的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過工業(yè)大數(shù)據(jù)的分析整合，使其全產(chǎn)業(yè)鏈可視化，達(dá)到生產(chǎn)最優(yōu)化、流程最簡(jiǎn)化、效率最大化、成本最低化和質(zhì)量最優(yōu)化的目的。

伴隨著制造企業(yè)的發(fā)展，未來制造企業(yè)勢(shì)必也是一個(gè)軟件公司，軟件系統(tǒng)的應(yīng)用也會(huì)越來越多， MES就會(huì)成為制造企業(yè)運(yùn)營(yíng)的基石。

重新定義的MES的位置與其他業(yè)務(wù)板塊同等重要，以網(wǎng)絡(luò)化和扁平化的形式對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行“再計(jì)劃”，“指令”生產(chǎn)設(shè)備“協(xié)同”或“同步“動(dòng)作，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行及時(shí)的響應(yīng)，使用當(dāng)前確的數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行及時(shí)調(diào)整、更改或干預(yù)等處理。

針對(duì)大規(guī)模定制的需求可以實(shí)現(xiàn)柔性排程和調(diào)度

采用多向直接的通訊，在整個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品供需鏈中，即向生產(chǎn)過程人員傳達(dá)企業(yè)的期望（計(jì)劃），又向有關(guān)的部門提供產(chǎn)品制造過程狀態(tài)的信息反饋，還要告知車間底層裝備之間加工的法則，彼此的加工狀態(tài)。

既不同于類似于ERP的企業(yè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，也不同于企業(yè)的過程控制系統(tǒng)，使用MES的經(jīng)驗(yàn)表明，它不再單純只針對(duì)制造過程進(jìn)行優(yōu)化，可以延伸至企業(yè)運(yùn)營(yíng)的其他的板塊，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率，降低單元的產(chǎn)品的制造成本，提高產(chǎn)品的不良率和能源利用率。

2）MES的業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍更加深入

傳統(tǒng)MES的作用就是實(shí)現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。并通過對(duì)信息的傳遞和處理，對(duì)訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程優(yōu)化管理。MESA歸納了MES的十一個(gè)主要功能模塊，包括工序詳細(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元分配、過程管理、人力資源管理、維護(hù)管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集等模塊。通過MES這些模塊的有效協(xié)作，可以起到溝通企業(yè)計(jì)劃層和控制層，憑借信息技術(shù)提供精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并最終達(dá)到優(yōu)化管理活動(dòng)和生產(chǎn)活動(dòng)的目的。而在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，各不同行業(yè)企業(yè)可以根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)和企業(yè)實(shí)際，開發(fā)適合自身情況的多種功能模塊。

從MES的定義也可以看出，提供精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是一個(gè)優(yōu)秀的MES的優(yōu)勢(shì)所在。MES對(duì)數(shù)據(jù)提供的實(shí)時(shí)性要明顯高于ERP，如果說控制層提供的實(shí)時(shí)時(shí)間系數(shù)為1，那么，MES的時(shí)間系數(shù)為10，ERP的時(shí)間系數(shù)為100。但是，重新定義的MES的核心優(yōu)勢(shì)不僅僅在于提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而且需要對(duì)實(shí)時(shí)指令進(jìn)行準(zhǔn)備的自學(xué)習(xí)和柔性調(diào)度，也就意味著MES的時(shí)間系數(shù)也變成了1。

基于中國(guó)制造企業(yè)的特定現(xiàn)狀，我們整理了適合中國(guó)制造業(yè)的8大MES應(yīng)用模塊，1大核心支持平臺(tái)和客戶化定制平臺(tái)：

序號(hào)模塊名稱模塊描述備注

1生產(chǎn)計(jì)劃管理A．支持中國(guó)制造企業(yè)的ERP不同的應(yīng)用情況：a）根據(jù)制造企業(yè)的ERP應(yīng)用情況，基于ERP中的主生產(chǎn)計(jì)劃，在MES中基于生產(chǎn)資源進(jìn)行工單排程，轉(zhuǎn)化為車間的生產(chǎn)任務(wù)。b）直接應(yīng)用ERP系統(tǒng)中的生產(chǎn)工單，在MES系統(tǒng)中進(jìn)行排序，確定最終的生產(chǎn)任務(wù)。B．根據(jù)工單排程結(jié)果形成可執(zhí)行工單，對(duì)可執(zhí)行工單進(jìn)行任務(wù)派工，生成派工單。下發(fā)至車間制造終端、智能裝備。

2生產(chǎn)執(zhí)行過程管控A．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集B．在制工單監(jiān)控C．智能裝備與人之間的指令調(diào)度D．智能裝備與智能產(chǎn)品之間的參數(shù)協(xié)同E．生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3制造現(xiàn)場(chǎng)管理A．異常閉環(huán)管控（制造業(yè)務(wù)、智能裝備）B．精益可視化看板C．產(chǎn)品制造與工藝數(shù)據(jù)協(xié)同化管控D．智能產(chǎn)品身份識(shí)別

4物流調(diào)度A．結(jié)合供應(yīng)商的制造進(jìn)度、配送進(jìn)度調(diào)度生產(chǎn)任務(wù)B．廠內(nèi)精益化物流體系建設(shè)

5質(zhì)量管理A．質(zhì)量管理體系深入應(yīng)用B．在制品、原材料和產(chǎn)成品的質(zhì)量管控C．?dāng)?shù)據(jù)檔案歸結(jié)，為智能服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐

6設(shè)備管理A．智能裝備資產(chǎn)生產(chǎn)周期監(jiān)控（TPM）B．智能裝備運(yùn)行參數(shù)調(diào)度C．智能裝備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

7制造資源管理A．制造資源（工裝、模具、刀具、夾具、量具等）生命周期監(jiān)控B．制造資源庫存數(shù)據(jù)協(xié)同

8人力資源A．人力資源績(jī)效B．人力調(diào)度與裝備協(xié)同優(yōu)化

9核心業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)A．集團(tuán)級(jí)業(yè)務(wù)支持B．通過多級(jí)建模機(jī)制完成業(yè)務(wù)擴(kuò)展C．參數(shù)（調(diào)度、規(guī)劃、分發(fā)）自定義D．圖形化業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用的監(jiān)控和運(yùn)維服務(wù)支持

10客戶化定制體系A(chǔ)．圖形化自定義研發(fā)體系B．業(yè)務(wù)級(jí)的研發(fā)體系

MES的數(shù)據(jù)將是企業(yè)未來的核心競(jìng)爭(zhēng)力，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為企業(yè)的知識(shí)，MES也是一個(gè)知識(shí)管控和傳承平臺(tái)；

MES將在業(yè)務(wù)活動(dòng)中加入更多的人工智能的算法，模擬專家的智能活動(dòng)，部分取代人工操作的內(nèi)容，并具有自組織能力，實(shí)現(xiàn)人、裝備和資源的一體化過程優(yōu)化；

MES將依據(jù)和制定智能工廠中的管控指標(biāo)，數(shù)據(jù)通訊和調(diào)度協(xié)同之間更加的精細(xì)化和準(zhǔn)確；

MES通過智能數(shù)據(jù)的挖掘和分析，建立企業(yè)、工廠、車間，甚至工作中心、工作單元的數(shù)據(jù)模型，隨時(shí)適應(yīng)制造環(huán)境和制造流程的改變；

MES建立約束和規(guī)則觸發(fā)機(jī)制，在不同的業(yè)務(wù)操作或者環(huán)境中，約束其行為，或者觸發(fā)某些業(yè)務(wù)操作。

3）MES未來的市場(chǎng)效益

MES除了解決企業(yè)的“信息孤島”問題，起到承上啟下、連左通右的功效，通過對(duì)即時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制，及為管理層提供精細(xì)的決策支持；通過實(shí)時(shí)指令調(diào)度其他生產(chǎn)資源，提高生產(chǎn)效率；通過對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和分析，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)排程、合理調(diào)配生產(chǎn)資源、改善生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和及時(shí)處理客戶投訴等問題。MES主要體現(xiàn)一下幾點(diǎn)作用：

1．生產(chǎn)數(shù)據(jù)的即時(shí)采集（ERP為事后錄入采集），通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，大大減少了ERP等系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄入時(shí)間。

2．對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的即時(shí)查詢、歷史查詢和精細(xì)化數(shù)據(jù)分析。

3．不良產(chǎn)品追溯管理，一方面即時(shí)處理不良產(chǎn)品維修并及時(shí)改進(jìn)減少不良產(chǎn)品；另一方面，當(dāng)已銷產(chǎn)品出現(xiàn)不良現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)追溯相關(guān)批次，并準(zhǔn)確召回不良批次，提高了服務(wù)質(zhì)量，并減少召回成本。

4．收集工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝數(shù)據(jù)，提高產(chǎn)品研發(fā)周期

5．改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

6．提高生產(chǎn)效率，監(jiān)控生產(chǎn)工人生產(chǎn)狀況，提高工作積極性（說明：在實(shí)際生產(chǎn)中，往往生產(chǎn)車間為了降低自身工作量而舞弊。）

7．準(zhǔn)確追溯到不合格供應(yīng)商，減少不必要的損失。

8．合理調(diào)配生產(chǎn)資源：人員、物料、生產(chǎn)線等。

9．按時(shí)交貨，建立良性的供貨關(guān)系。

10． 為降低成本提供有力的數(shù)據(jù)來源。

11． 實(shí)現(xiàn)零庫存管理，提高企業(yè)資金流的運(yùn)轉(zhuǎn)。

12． 與能源監(jiān)控協(xié)同調(diào)度制造裝備，提高能源利用率

13． 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)刻，歸結(jié)統(tǒng)計(jì)單元產(chǎn)品的制造成本，優(yōu)化分析，達(dá)到降低的目的

工業(yè)領(lǐng)域正在全球范圍內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用，是推動(dòng)科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)穩(wěn)定的重要力量。但與此同時(shí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也在變得愈發(fā)激烈。客戶需要新的、高質(zhì)量的產(chǎn)品，要求以更快的速度交付根據(jù)客戶要求而定制的產(chǎn)品。此外，還必須不斷提高生產(chǎn)力水平。只有那些能以更少的能源和資源完成產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)，才能夠應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的成本壓力。

智能制造的整體解決方案實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)和與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的融合，采用創(chuàng)新的工業(yè)軟件、自動(dòng)化技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)及服務(wù)，讓MES深入企業(yè)運(yùn)營(yíng)應(yīng)用過程中，促進(jìn)企業(yè)縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率，降低單元的產(chǎn)品的制造成本，提高產(chǎn)品的不良率和能源利用率。