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          MES在工業互聯網中的新定義
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          • 在制造企業的信息化工作中,MES(Manufacturing Execution System,制造執行系統)是一個比較有尷尬的現象;如果被它折騰過幾次,估計企業信息化中的酸甜苦辣都能體嘗到。一方面,業內能夠提供MES解決方案的廠商眾多(僅在中國,此類廠商不會少于300個);另一方面,企業實施MES的效果難以清晰地界定;解決方案廠商中,也沒看到哪家的日子過得有ERP之類的廠商滋潤。就這樣,MES的行業生態,屬于供需兩頭都想要,又兩頭都抱怨很多的情形。筆者認為,其根本原因,還在于對MES的定義和定位不清晰,或者說難以清晰。

            在ISA95的自動化金字塔模型中,MES屬于Level 3,介于業務計劃和自動化控制之間,即業務計劃的底層,以及自動化控制的頂層,似乎充當了計劃與操作之間的媒介,見如圖1中的Level 3。 





            圖1:ISA95制造自動化金字塔 

            理論模型好畫,可落實到實踐層面就有了差異。因為廠商的背景不同,所謂的商業化(COTS)MES軟件,要么偏向業務計劃和物流層的功能多一些,多了訂單拆分、工單調度、作業指導等功能,實際上是ERP等軟件的擴展;要么是偏向自動化層的功能多一些,多了工單管理、過程數據統計和分析等功能,實際上則是SCADA/HMI/DCS等軟件的增強。

            在具體的實施項目中,不同的行業,不同的企業,不同的工廠,對MES的需求也不同。有的側重在設備運營數據的采集和分析,有的側重在生產過程可視化,有的側重在過程質量管理,有的側重在產品追溯,有的側重在生產線旁的物料配送和調度,有的側重在生產防錯,有的側重在生產過程的監控和安全,有的側重在能耗管理和優化,……,可謂是有一千個MES項目,就有一千個“哈姆雷特”。

            一方面,從計劃到執行,從業務計劃的以月/周為單位,到生產現場以毫秒為單位,不同的層次,其業務和數據的變化頻率是不同的,需要有平穩的過度;另一方面,ERP是面向交易的IT系統,業務財務一體化是其靈魂,而這一設計也限制了其對實時、大數據的處理能力;而SCADA等自動化控制系統則是面向機器的IT系統,指令、數據的序列化和實時性是其典型特征,不能有絲毫的等待時間來停留或思考。因此,從這些角度看,在制造企業中,MES或MOM(ManufacturingOperation Management,生產運營管理)之類的解決方案還是必要的,但具體的實現方式有待重新審視。以筆者的經驗看,企業的工藝流程、自動化程度、運營的短板和需求是多樣性的;具體到每一個項目,業務對IT系統的需求會不一樣,期望有一個類似ERP這樣,標準化程度高,大而全的MES系統是不現實,也是不恰當,甚至是不明智的。正因為這個原因,MES也就不能成為所謂的“S(System,系統)”,這也可能是國際MESA協會中很多專家希望用MOM(生產運營管理)來取代MES。更為明確地說,按筆者的看法,現在的MES的功能應該做平臺,微服務化改造,改造成一個生產運營管理架構(MOMA,Manufacturing Operation Management Architecture),基于此架構的序列化微服務包(MSS,Micro Service Series),以及針對不同行業的交付模型(DT,Delivery Template),筆者暫且稱這種MES為“后MES”或“cMES”。這樣,通過底層邏輯的標準化和開放性,再通過業務模板化搭配或組合的方式,就可以實現不同企業的定制化需求。

            對于制造業而言,多品種,小批量,個性化,乃至個體化生產已是必然。在這種趨勢下,ISA95的金字塔模型也要重新定義;因為,在這種框架下,生產運營管理領域的IT應用只能通過與ERP的集成來獲得與產品定義有關的數據,這顯然適應不了個性化生產的需要。如果要能夠快速響應市場和需求,生產運營領域的IT應用應該與產品研發和工程、企業資源計劃、物流和供應鏈等領域的IT應用形成網狀架構并直接交互數據,而工業物聯網平臺的發展和成熟,使得這種網狀架構成為可能。


            圖2:基于工業物聯網的制造IT架構 

            作為制造業數字化轉型的形式之一,服務型制造在航空、工程設備、汽車、家電等行業領域的發展日益成熟,而服務型制造的推行,是建立在數字化新物種——“數字孿生(Digital Twins)”的基礎上的。“數字孿生”是商品化產品或資產的數字映射,是服務型制造中的新型人機交互界面。沒有“數字孿生”的支持,服務型制造就不可能大范圍地有效推行。

            “數字孿生”的誕生,正是車間工單下達的那一刻;因此,制造運營管理領域的IT應用,或“后MES(cMES)”,是“數字孿生”的“助產士”。


            圖3:“數字孿生”與制造運營管理 

            在沒有形成物理產品之前,PLM等IT系統中的“產品”還只是一種關系結構;只有投入了加工和裝配環節,產品才日益具象化。產品的關系結構與物理產品之間是一對多,三生萬的關系。這種從關系到實體的時刻,就如同“精子”和“卵子”之間的美妙結合。在企業中,這種結合,或者說“受精卵”的誕生,是在車間現場,在工單下達的那一刻完成的,而這個“受精卵”的數字化展現就是物理產品的“數字孿生”。“數字孿生”誕生之后,企業的后續運營都將圍繞它來進行。具體到IT的實現,“數字孿生”的誕生是由制造運營領域的IT應用(“后MES”)來完成的;換句話說,“后MES必須具備“數字誕生”的催生和管理等功能,包括“數字孿生”的注冊(“生”)、制造過程數據向“數字孿生”的填充(“養”),等等;而且,這些工作必須在絕 對安全的前提下完成。 

            作為本文的小結,在工業互聯網時代,MES的架構必須重塑,重塑成一個基于制造運營管理架構的微服務序列,微服務之間的組合關系則通過各種業務模板來定義;另外,它還應具備“數字孿生”的“生”和“養”的功能,以支持制造企業服務型制造的轉型,筆者暫且稱這種MES為“后MES”或“cMES”。



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