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MES在工业互联网中的新定义
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  • 在制造企业的信息化工作中,MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)是一个比较有尴尬的现象;如果被它折腾过几次,估计企业信息化中的酸甜苦辣都能体尝到。一方面,业内能够提供MES解决方案的厂商众多(仅在中国,此类厂商不会少于300个);另一方面,企业实施MES的效果难以清晰地界定;解决方案厂商中,也没看到哪家的日子过得有ERP之类的厂商滋润。就这样,MES的行业生态,属于供需两头都想要,又两头都抱怨很多的情形。笔者认为,其根本原因,还在于对MES的定义和定位不清晰,或者说难以清晰。

    在ISA95的自动化金字塔模型中,MES属于Level 3,介于业务计划和自动化控制之间,即业务计划的底层,以及自动化控制的顶层,似乎充当了计划与操作之间的媒介,见如图1中的Level 3。 





    图1:ISA95制造自动化金字塔 

    理论模型好画,可落实到实践层面就有了差异。因为厂商的背景不同,所谓的商业化(COTS)MES软件,要么偏向业务计划和物流层的功能多一些,多了订单拆分、工单调度、作业指导等功能,实际上是ERP等软件的扩展;要么是偏向自动化层的功能多一些,多了工单管理、过程数据统计和分析等功能,实际上则是SCADA/HMI/DCS等软件的增强。

    在具体的实施项目中,不同的行业,不同的企业,不同的工厂,对MES的需求也不同。有的侧重在设备运营数据的采集和分析,有的侧重在生产过程可视化,有的侧重在过程质量管理,有的侧重在产品追溯,有的侧重在生产线旁的物料配送和调度,有的侧重在生产防错,有的侧重在生产过程的监控和安全,有的侧重在能耗管理和优化,……,可谓是有一千个MES项目,就有一千个“哈姆雷特”。

    一方面,从计划到执行,从业务计划的以月/周为单位,到生产现场以毫秒为单位,不同的层次,其业务和数据的变化频率是不同的,需要有平稳的过度;另一方面,ERP是面向交易的IT系统,业务财务一体化是其灵魂,而这一设计也限制了其对实时、大数据的处理能力;而SCADA等自动化控制系统则是面向机器的IT系统,指令、数据的序列化和实时性是其典型特征,不能有丝毫的等待时间来停留或思考。因此,从这些角度看,在制造企业中,MES或MOM(ManufacturingOperation Management,生产运营管理)之类的解决方案还是必要的,但具体的实现方式有待重新审视。以笔者的经验看,企业的工艺流程、自动化程度、运营的短板和需求是多样性的;具体到每一个项目,业务对IT系统的需求会不一样,期望有一个类似ERP这样,标准化程度高,大而全的MES系统是不现实,也是不恰当,甚至是不明智的。正因为这个原因,MES也就不能成为所谓的“S(System,系统)”,这也可能是国际MESA协会中很多专家希望用MOM(生产运营管理)来取代MES。更为明确地说,按笔者的看法,现在的MES的功能应该做平台,微服务化改造,改造成一个生产运营管理架构(MOMA,Manufacturing Operation Management Architecture),基于此架构的序列化微服务包(MSS,Micro Service Series),以及针对不同行业的交付模型(DT,Delivery Template),笔者暂且称这种MES为“后MES”或“cMES”。这样,通过底层逻辑的标准化和开放性,再通过业务模板化搭配或组合的方式,就可以实现不同企业的定制化需求。

    对于制造业而言,多品种,小批量,个性化,乃至个体化生产已是必然。在这种趋势下,ISA95的金字塔模型也要重新定义;因为,在这种框架下,生产运营管理领域的IT应用只能通过与ERP的集成来获得与产品定义有关的数据,这显然适应不了个性化生产的需要。如果要能够快速响应市场和需求,生产运营领域的IT应用应该与产品研发和工程、企业资源计划、物流和供应链等领域的IT应用形成网状架构并直接交互数据,而工业物联网平台的发展和成熟,使得这种网状架构成为可能。


    图2:基于工业物联网的制造IT架构 

    作为制造业数字化转型的形式之一,服务型制造在航空、工程设备、汽车、家电等行业领域的发展日益成熟,而服务型制造的推行,是建立在数字化新物种——“数字孪生(Digital Twins)”的基础上的。“数字孪生”是商品化产品或资产的数字映射,是服务型制造中的新型人机交互界面。没有“数字孪生”的支持,服务型制造就不可能大范围地有效推行。

    “数字孪生”的诞生,正是车间工单下达的那一刻;因此,制造运营管理领域的IT应用,或“后MES(cMES)”,是“数字孪生”的“助产士”。


    图3:“数字孪生”与制造运营管理 

    在没有形成物理产品之前,PLM等IT系统中的“产品”还只是一种关系结构;只有投入了加工和装配环节,产品才日益具象化。产品的关系结构与物理产品之间是一对多,三生万的关系。这种从关系到实体的时刻,就如同“精子”和“卵子”之间的美妙结合。在企业中,这种结合,或者说“受精卵”的诞生,是在车间现场,在工单下达的那一刻完成的,而这个“受精卵”的数字化展现就是物理产品的“数字孪生”。“数字孪生”诞生之后,企业的后续运营都将围绕它来进行。具体到IT的实现,“数字孪生”的诞生是由制造运营领域的IT应用(“后MES”)来完成的;换句话说,“后MES必须具备“数字诞生”的催生和管理等功能,包括“数字孪生”的注册(“生”)、制造过程数据向“数字孪生”的填充(“养”),等等;而且,这些工作必须在绝 对安全的前提下完成。 

    作为本文的小结,在工业互联网时代,MES的架构必须重塑,重塑成一个基于制造运营管理架构的微服务序列,微服务之间的组合关系则通过各种业务模板来定义;另外,它还应具备“数字孪生”的“生”和“养”的功能,以支持制造企业服务型制造的转型,笔者暂且称这种MES为“后MES”或“cMES”。



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