【MES】智慧製造背景下MES的發展方向

精準化、精細化、協同化是MES的重要特點，否則生產無法高效、高質的執行。那種通過憑經驗、靠感覺進行計劃制訂、現場管理的資訊化系統，稱之為MES，從一定程度上講是名不副實的。

在MES定義不嚴謹，理念不夠與時俱進的情況下，在智慧製造浪潮一浪高過一浪的今天，在製造企業亟待轉型升級的期盼中，中國的MES市場應該如何發展？應該如何在摸索中前行？如何更好地支撐製造業對智慧製造的需求？

除了在平臺化、雲端計算、移動互聯等計算機技術進行擴充應用以外，中國製造業使用的MES系統應以中國製造2025為宗旨，以精益生產為主線，以兩化深度融合為突破口，參考德國工業4.0等先進理念，結合企業實際情況，建設基於工業3.0，面向工業4.0、體現CPS特點的智慧MES系統，構建“生產精益化+裝置自動化+管理資訊化+人員高效化”的“新四化”智慧車間，為製造企業智慧化轉型升級奠定堅實的基礎。

在智慧製造背景下，從功能上講，將來的MES要體現出以下特點。

MES之所以叫製造執行系統，非常強調“執行”二字：一方面，將ERP的生產計劃根據車間實際情況，將每一工序分解到每一裝置、每一分鐘精細執行，並實現透明化的精確管理；另一方面，在車間內部，形成計劃排產、作業執行、資料採集、在製品管理、庫存管理、質量管理等一個全閉環管理，環環緊扣，而非簡單的一個資料庫管理系統。

精準化、精細化、協同化是MES的重要特點，否則生產無法高效、高質的執行。那種通過憑經驗、靠感覺進行計劃制訂、現場管理的資訊化系統，稱之為MES，從一定程度上講是名不副實的。

在邁向工業4.0過程中，我們經常講：“2.0補課，3.0普及，4.0示範”，那麼2.0到底是要補什麼，3.0到底是要普及什麼？筆者認為，除了實現對自動化、數字化、網路化等這些大家能看到的軟硬體裝備以外，更重要的是補上、普及我們欠缺的工業文明，比如員工的技能、素養，企業管理的模式、方法以及社會上的契約精神、合作精神等等，而作為工業3.0最精華的精益生產，是製造業所必須補上、必須普及的重要部分。

在MES系統中一定要充分體現精益生產的理念，通過MES這個資訊化手段與工具，促進精益生產在企業中的進一步落地，比如：

• 準確分析非增值勞動，提高生產效率、進行有效質量管理、降低生產庫房、工具等輔助成本。

• 科學準確自動排產、合理解決緊急插單等問題、確保生產計劃最優。

• 實現目視化管理、資訊最大程度透明化。

• 生產過程控制，實現產品“流”的生產。

• 實現生產資料及時、準確反饋，提供科學決策基礎。

德國人認為工業4.0是以智慧製造為主導的第四次工業革命，通過CPS等先進手段，將製造業向智慧化轉型。

《中國製造2025》也是強調“以提質增效為中心，以加快新一代資訊科技與製造業深度融合為主線，以推進智慧製造為主攻方向”。

我們從這些表述中可以看到，無論是德國工業4.0還是中國製造2025，均是以智慧製造為主導(或者叫為方向)，以CPS技術為技術手段。

作為智慧製造核心的MES系統，必須要體現以CPS為特點的智慧製造。

德國人認為：“在製造業領域，CPS系統包括智慧機器、儲存系統和生產設施，能夠相互獨立地自動交換資訊、觸發動作和控制。CPS將推動生產物件直接或藉助網際網路通過M2M(Machine to Machine，機器對機器)通訊自主實現資訊交換、運轉和互相操控。”從本段**們可以瞭解到，對車間中的機床、機器人等各類數字化裝置進行互聯互通，就是德國人認為的CPS在車間的具體應用。

在工信部發布的《資訊物理系統白皮書(2017)》中，工信部信軟司副司長安筱鵬博士在序言《關於CPS的幾點思考——CPS是什麼？如何看？怎麼幹？》中明確指出：“由感測器、控制終端、組態軟體、工業網路等構成的分散式控制系統(DCS)和資料採集與監控系統(SCADA)是系統級CPS，由數控機床、機器人、AGV小車、傳送帶等構成的智慧生產線是系統級CPS，通過製造執行系統(MES)對人、機、物、料、環等生產要素進行生產排程、裝置管理、物料配送、計劃排產和質量監控而構成的智慧車間也是系統級CPS。”從中可以看到，在智慧化車間裡，CPS並不神祕，具有互聯互通功能的智慧化生產線就是一種CPS，智慧化的MES也是一種CPS，兩者結合在一起，以數字化裝置、裝置互聯互通系統、MES系統組成的整個智慧化車間就是一個更高階的CPS系統。

因此，在MES中要體現CPS特點，車間中裝置的互聯互通是基礎。

本次工業革命的核心就是智慧製造，打造智慧化車間，就是要在裝置等物理實體、MES等賽博虛體中充分發揮自動化、數字化、網路化、智慧化的優勢，打造出虛實融合、具有CPS特色的智慧化MES系統。

智慧化MES系統將分別從計劃源頭、過程協同、裝置底層、資源優化、質量控制、決策支援等6個方面著手，實現生產過程的自動化、數字化、網路化、智慧化的管理與控制，完成智慧互聯互通，智慧計劃排產，智慧生產協同，智慧資源管理，智慧質量控制和智慧決策支援的各項功能。

再好的MES平臺和軟體，沒有結合工廠的實際規劃，實施效果未必就好。不論之前再多的案例和經驗，也必須具體落實在企業後，具體情況具體分析。企業實施一套MES系統，即便是理論再先進，軟體再智慧，但如果不能得到成功的應用，對企業而言，結果就是零，甚至是負數，因為這不但浪費了企業大量的人力、財力，而且還影響了企業的正常生產，並嚴重地打擊了企業對資訊化的熱情與信心，這些損失對企業而言都是難以計量的。

作為智慧製造的核心，MES在企業智慧化轉型升級中發揮著越來越重要的作用。但由於MES提出的年代久遠，並隨著工業4.0、智慧製造等新理念日新月異的發展，MES的現有理念已經落後於時代的步伐。一方面，我們既要認真領會MES的真正內涵，挖掘出MES應有的價值；另一方面，我們一定不要拘泥於國外已有定義，要借鑑工業4.0等先進理念，結合中國製造業的現狀，與時俱進，勇於提出我們自己的理念，將一些傳統的精華、先進的理念融於MES系統中，使MES真正成為企業智慧製造的核心使能系統，滿足中國製造業智慧化轉型升級的需求。同時，也本著高要求、促發展的精神，促進MES市場的健康發展。

MES的轉型升級，智慧製造呼喚新理念

智慧製造如火如荼的開展，MES系統已經成為智慧製造的核心，市場上也湧現出了眾多品牌的MES系統。但因MES定義的不嚴謹，導致市場上產品良莠不齊，影響了使用者的正確抉擇。易孚基於以上現狀，分析了MES市場亂象的根本原因，並進一步探討了在智慧製造背景下MES的發展方向。

一、火爆的MES市場

作為智慧製造的重要組成部分，MES已經成為了眾多製造企業非常關注的資訊化系統，併成為製造資訊化領域最炙手可熱的軟體系統。

近期，e-Works通過2000份企業調查問卷驚訝地發現：有個超乎意料之外的資料，原本大多數製造企業對於軟體廠商宣傳都“嗤之以鼻”的情況在MES領域發生了180度的反轉，參加調查的企業中願意接受MES廠商資料的企業竟高達92%。

其中92%的企業渴望得到MES廠商的宣傳資料，這在供過於求的今天，這不得不說是一個少有的奇蹟了。

有市場就有追風者，國人尤甚。

近年來，中國MES軟體公司及產品更是如雨後春筍般的冒出來了，就唐朝詩人岑參的詩句：“忽如一夜春風來，千樹萬樹梨花開。”據e-Works統計，目前市場上已經超過150家公司進軍到MES市場，MES有可能是除了機器人之外增速最快的行業了。

這些公司裡面，既有已經潛心研發了十多年的專業公司，也有剛剛殺入這個行業的新興公司，既有做資訊化起家的，也有做自動化跨界的；既有從ERP向下延伸的，也有從CAPP橫向切入的，既有從傳統制造企業衍生出來的軟體公司，也有以前與這個行業毫無關聯而直接闖入的“新銳”力量。

這些公司雖然行業背景不同，知識沉澱不同，但都有一個不約而同的說辭：俺們是智慧製造的代表，阿拉是工業4.0的急先鋒。

在廣大製造企業進行智慧化轉型升級的今天，作為其中最重要的MES系統，選擇正確與否對製造企業非常關鍵。但面對如此眾多的MES廠家，企業應該如何進行甄別，什麼樣的MES系統既能解決企業實際問題，又能與工業4.0智慧製造理念相一致，應該從哪些方面著手打造具有4.0特點的MES系統呢？

作為國內較早從事MES的一名“老兵”，易孚智慧公司已有十多年的MES研發與應用經驗，並擁有包括大企業在內的眾多成功案例，在MES領域積累了一些理論基礎與實踐經驗，下面就與您一起分析一下上述問題。

二、MES二十餘年的發展史

1、MES的發展史

為了解決ERP不能管理到裝置層的問題，1990年美國先進製造研究協會AMR（AdvancedManufacturing Research）提出了MES這個新概念，他們將MES定義為：位於上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理資訊系統。它為操作人員/管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源（人、裝置、物料、客戶需求等）的當前狀態。

作為MES領域的專業組織，製造執行系統協會（MESA）於1997年提出了MES功能元件和整合模型，包括11個功能模組。同時，規定只要具備11個之中的某一個或幾個，也屬於MES系列的單一功能產品。

（1）MESA定義的MES11個功能模組

MES在企業的位置

這11個功能模組分別是：1).製造資源分配與狀態報告；2).詳細工序作業計劃；3).生產排程；4).車間文件管理；5).資料採集；6).人力資源管理；7).質量管理；8).工藝過程管理；9).裝置維修管理；10).產品跟蹤；11).業績分析。

MESA定義的MES11個功能模組

（2）MES在企業中的位置

MESA協會並給出了企業實施MES系統後的以下資料：

縮短生產週期，達到平均45%；

減少資料錄入時間，通常達到75%或更高；

減少待處理的工作(WIP)，達到平均24%；

減少文件間的傳遞，達到平均61%；

縮短訂交貨時間，達到平均27%；

減少紙面文件，達到平均56%；

減少產品缺陷，達到平均18%。

2004年，MESA提出了協同MES體系結構(c-MES)，對MES的定義進行了進一步的擴充。

可以說，MESA的這個定義讓大家明確地知道了哪些是MES的功能模組，實施MES系統後會有什麼效果等等，這對當時規範MES標準、範圍界定等方面做出了積極的貢獻，對MES的發展起到了很好的推動作用。

2、MES已成為智慧製造的核心

隨著上游ERP、PLM等資訊化建設的逐步完成，以及越來越多的自動化裝置的普及，作為企業中起到承上啟下作用的MES，其價值越來越重要，並已經發展為智慧製造的核心資訊化系統。

1) 美國人說

美國著名的工業領域諮詢機構ARC顧問集團在2014年指出，MES是產品研發、生產、營銷等樞紐，MES是製造企業的核心資訊化系統。

美國ARC顧問集團認為MES是製造企業的核心資訊化系統

2)德國人說

德國薩爾大學希爾教授對智慧工廠進行了一個清晰的定義，將MES的價值進一步凸顯。在希爾教授的圖中，我們可以看到智慧工廠由三大部分組成：以訂單為核心的營銷平臺，包括個性化、以人為中心的營銷計劃、銷售活動、採購管理等等；以產品為中心的研發平臺，包括產品研發、服務等；以及以MES、CPS賽博物理系統為核心的生產平臺，包括自組織，即智慧化MES以及CPS系統。從中可以看出，廣義上的智慧型MES（包含裝置互聯互通的CPS系統）是智慧製造的基礎與關鍵。

德國薩爾大學希爾教授智慧工廠架構圖

3)中國人說

在去年國務院頒佈的《關於深化製造業與網際網路融合發展的指導意見（國發〔2016〕28號）》中重點指出“加快計算機輔助設計模擬、製造執行系統、產品全生命週期管理等工業軟體產業化，強化軟體支撐和定義製造業的基礎性作用。”MES在企業的重要性可見一斑。

工信部信軟司副司長安筱鵬博士在日前釋出的《資訊物理系統白皮書(2017)》序言中也明確指出：“生產製造執行系統(MES)是企業實現縱向整合的核心，聯通了裝置、原料、訂單、排產、配送等各主要生產環節和生產資源。”

同濟大學中德學院機械工程系主任、中國機電一體化協會MES分會理事長沈斌教授強調：“MES是企業生產管理整合的核心軟體，應該大力推廣MES在企業中的應用。”

綜合以上中外專家所述，我們可以說，MES是企業實施智慧製造的核心，是助力企業進行智慧化轉型升級的重要資訊化系統。

三、MES的定義已出現爭議

但是，面對今天MES火爆而混亂的市場，這對MES長期健康發展是不利的。一方面是由於MES品牌尚未完全建立起來，市場良莠不齊，還處於群雄逐鹿的初級階段。還有一個重要原因就是MES現有的定義與標準過於陳舊，在物聯網、大資料、智慧製造等新概念日新月異的今天，MES的定義，特別是MESA的定義已經不能適應今天市場快速發展的需要，也為今天市場的混亂埋下了隱患。

1、理念過時

筆者認為，傳統的MES理念已經過時。實際上，持這種觀點的專家也並非只有筆者一人。

1）國內專家如是說

PLCopen中國組織名譽主席、著名MES專家彭瑜教授認為：“MESA的MES功能模型是基於MES供應商的需求，而不是基於MES使用者的需求，該模型規定的功能不夠明晰，邊界不夠清晰，模組之間的連線也不夠清晰。”並指出：“ERP-MES-PCS三層架構具有鮮明的工業3.0的特徵，在工業4.0智慧工廠/智慧製造系統的大環境下，傳統MES所涉及的功能和範圍遠未概括企業生產製造管理的許多環節。”

2）國外專家如是說

美國羅克韋爾副總裁鮑勃·奧納（Bob Honor）說：“MES已經有幾十年的歷史了，您可以確信的是，今天的MES不再是上一代的MES。”

(原文：While it’s true thatmanufacturing execution systems have been around for at least a couple ofdecades, you can rest assured that today’s MES is not your father’s MES.)

知名智慧製造專家弗朗西斯科·奧瑪德·勞波（Francisco Almada Lobo）更是在2016年4月26日撰文指出：“MES已經死去，MES4.0才是永恆！我們知道，MES已經死了，誰的過錯？您可能猜到了，是工業4.0，但是不用恐慌，工業4.0正在幹掉他，但是很溫柔地。”（以上兩段均為筆者翻譯）

(原文：THE MES IS DEAD, LONGLIVE THE MES 4.0! MES,as we know it, is dead. Whose fault is it? You probablyguessed right: Industry 4.0! But don’t panic just yet… Industry 4.0 is killingit… but softly.)

雖然中外專家的語言犀利程度不同，但不可否認的事實是，一些有前瞻性、有自己深入思考的專家，已經不約而同地對當前MES的標準提出了質疑。

3）新的標準已見端倪

在專業的製造執行系統協會（MESA）對MES定義與標準遲遲沒有更新之際，一些組織已經對MES或相關功能進行了發展。比如，美國儀器、系統和自動化協會（Instrumentation,System, and Automation Society,簡稱ISA）於2000年釋出ISA-SP95標準，首次確立了MOM（ManufacturingOperations Management，中文為製造執行管理），MOM將生產運營、維護執行、質量執行和庫存執行並列起來，並極大地擴充了MES的傳統定義。

ISA95中MES的位置已經被MOM取代

無獨有偶，美國國家標準與技術研究院（National Institute ofStandards and Technology，簡稱NIST）在智慧製造生態系統模型中也將MES的位置悄然換成了MOM。

美國NIST智慧製造生態系統模型

在後有追擊（智慧製造等浪潮的推動下），旁有攻擊（ISA、NIST相繼對MES定義與內涵提出新理念）的情況下，作為MES的對口組織，MESA也開始坐不住了，加大了對智慧製造等新理念的研究，並在2016年1月釋出了MESA 智慧製造52號白皮書，對物聯網、機器人、個性化定製等智慧製造的相關理念進行了詳細的闡述。但遺憾的是，迄今為止，筆者並未見到MESA對智慧製造時代下的MES新標準。

2、過時的原因

1）MES定義時間

1990年美國AMR提出概念，離現在已經27年了，當時是為了彌補ERP不能對裝置層直接進行管控而衍生出的一個新概念。1997年MESA進行了進一步定義，2004年又稍加完善。即便是2004年，離現在也有13年了，MESA在MES定義及概念、目標等方面並沒有實質性的改變。

2）定義不嚴謹

MESA規定只要具備11個之中的某一個或幾個，也屬於MES系列的單一功能產品。這個定義對當時界定哪些模組屬於MES範疇有很好的促進作用，但定義的過於寬泛，一個模組就屬於MES，11個模組也叫MES，現在市場上功能強大點的MES動輒就十多個MES，比如蘭光MES已經研發出20多個功能模組，儘管功能非常強大，但也只能叫MES。筆者認為，這是造成今天MES市場混亂的根本，按照MESA的定義，一個模組也叫MES，因此，做條碼的公司開發個軟體就可以叫MES系統，做物料的開發一個庫存模組也可以叫MES，這都不能說人家不對，的的確確是符合MESA定義的。所以說，MESA標準定義的不嚴謹，是市場上MES系統魚目混珠的根本原因。

3、已有嘗試

如何根據中國製造業的實際情況，結合工業4.0、智慧製造等新理念，豐富MES的內涵與擴充MES外延?筆者在這些年裡做了一些研究與探索。

比如，早在2009年，筆者就提出，MES系統不是一套簡單的資訊化系統，MES是有靈魂的，那就是精益生產，並強調指出，精益生產是MES的精髓，MES是精益生產落地的載體。

四、智慧製造背景下MES的發展方向

在製造企業亟待轉型升級的期盼中，中國的MES市場應該如何發展，應該如何在摸索中前行，如何更好地支撐製造業對智慧製造的需求？

在平臺化、雲端計算、移動互聯等計算機技術進行擴充應用以外，作為MES方案的提供者，我們更應該站在製造業使用者的角度，以中國製造2025為宗旨，以精益生產為主線，以兩化深度融合為突破口，參考德國工業4.0等先進理念，結合企業實際情況，建設基於工業3.0，面向工業4.0、體現CPS特點的智慧MES系統，構建“生產精益化+裝置自動化+管理資訊化+人員高效化”的“新四化”智慧車間，為製造企業智慧化轉型升級奠定堅實的基礎。

站在製造業使用者角度，從功能上講，將來的MES要體現出以下特點。

1、迴歸本質

MES之所以叫製造執行系統，非常強調“執行”二字：一方面，將ERP的生產計劃根據車間實際情況，將每一工序分解到每一裝置、每一分鐘精細執行，並實現透明化的精確管理；另一方面，在車間內部，形成計劃排產、作業執行、資料採集、在製品管理、庫存管理、質量管理等一個全閉環管理，環環緊扣，而非簡單的一個資料庫管理系統。

精準化、精細化、協同化是MES的重要特點，否則生產無法高效、高質的執行。那種通過憑經驗、靠感覺進行計劃制訂、現場管理的資訊化系統，稱之為MES，從一定程度上講是名不副實的。

2、貫穿精益

在邁向工業4.0過程中，我們經常講：“2.0補課，3.0普及，4.0示範”，那麼2.0到底是要補什麼，3.0到底是要普及什麼?筆者認為，除了實現對自動化、數字化、網路化等這些大家能看到的軟硬體裝備以外，更重要的是補上、普及我們欠缺的工業文明，比如員工的技能、素養，企業管理的模式、方法以及社會上的契約精神、合作精神等等，而作為工業3.0最精華的精益生產，是製造業所必須補上、必須普及的重要部分。

在MES系統中一定要充分體現精益生產的理念，通過MES這個資訊化手段與工具，促進精益生產在企業中的進一步落地，比如：

• 準確分析非增值勞動，提高生產效率、進行有效質量管理、降低生產庫房、工具等輔助成本。

• 科學準確自動排產、合理解決緊急插單等問題、確保生產計劃最優。

• 實現目視化管理、資訊最大程度透明化。

• 生產過程控制，實現產品“流”的生產。

• 實現生產資料及時、準確反饋，提供科學決策基礎。

  
  

五、總結

作為智慧製造的核心，MES在企業智慧化轉型升級中發揮著越來越重要的作用。但由於MES提出的年代久遠，並隨著工業4.0、智慧製造等新理念日新月異的發展，MES的現有理念已經落後於時代的步伐。一方面，我們既要認真領會MES的真正內涵，挖掘出MES應有的價值；另一方面，我們一定不要拘泥於國外已有定義，要借鑑工業4.0等先進理念，結合中國製造業的現狀，與時俱進，勇於提出我們自己的理念，將一些傳統的精華、先進的理念融於MES系統中，使MES真正成為企業智慧製造的核心使能系統，滿足中國製造業智慧化轉型升級的需求。同時，也本著高要求、促發展的精神，促進MES市場的健康發展。

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