适应智能工厂的新一代MES所需具备的核心要素
随着电子制造行业MES（制造执行系统）应用的迅速普及，越来越多的制造企业购买了或者自主研发了适合自己工厂的MES，而且均定位于实现智能工厂（车间）的目标。目前全国大大小小、各行各业的国产MES就有数百家，国外的MES也有很多，如何在这些MES企业里找到适合自己的MES产品？如何参考国内外先进的MES来提升自己的MES？希望本文对此起到抛砖引玉的作用。
作者：南京优倍自动化系统有限公司 董健 马传荣
一、技术架构
虽然绝大多数的用户不会关心MES设计的技术架构，但如果是好的MES产品，需首先必须具备先进的技术支撑（如SOA架构），只有先进的开发平台配合上可配置的模块模组，才可快速构建出符合不同用户场景的业务功能。试想一下：在制造管理中每个人的业务愿景和管理风格都不一样，有的要求严谨、有的希望灵活，有的注重管控、有的专注执行，如果没有一个强大的平台龙骨而无限制地堆积客制化模块，那么再好的系统都会崩塌、宕机。这就是为什么西门子、达索等工业软件产品大多采用SOA架构的原因，在此基础上，再配合上MVVM模式的代码编写规则，往往用几百、数千个灵活的、低耦合性的基础模组就能构建出百万种不同的业务功能，让众口不再难调。因此，对于有高要求、特别是以面向智能制造为目标的客户，有必要在选择MES产品之前，先了解一下该产品的底层技术。
二、基本功能
从功能涵盖性上而言，功能全面的MES系统需具备产品和工艺管理、计划调度生产管理、物料物流管理、生产质量管理、车间设备维护管理的五大基本模块，当然也应同时包括生产资源管理等模块。而面对智能制造的MES，还必须具备系统集成和设备接口模块（另述），否则无法实现车间内部各类信息互通，并支撑智能化车间所需的智能调度、优化、可视化等功能。这也是即将发布的国标《数字化车间通用技术要求》、《智能工厂通用技术要求》中所明确要求的，因此，具备以上功能的MES才具备了建设智能车间的基础条件。
三、平台化
市场上的MES主要分为基于客户需求的项目级、客制化产品，以及通用的平台化产品两种类型。项目级别MES优点是：个性化、适用性强、低成本、快速交付，但带来的缺点是：开发需求描述中会缺少行业的普遍性规则，容易造成系统不符合多变的业务需求及行业规则，一旦企业未来发展后有新的需求就需要投入大量的二次开发，这对软件架构的稳定性也是严峻的考验。所以在条件允许的前提下，推荐选用产品级别的、并具有很好可扩展性能的平台化MES，虽然前期投入的资金、人力较大，但该类产品的稳定性也将有很大的保障，降低了上线应用风险、并大大延长了产品的应用期。
四、应用性
平台化MES产品要求开发者们能够深入理解并且熟悉各行业的实际制造流程，甚至对主要工序的深入到的工艺也要了解，而不是仅从程序开发的角度来设计MES。同时，开发者们更要根据生产的实际需求将所有的工序流程关系梳理清楚，并按照ISA95等标准构建平台化MES产品，以利于与其它各类标准化的软件实现业务关联及数据共享。以上的产品需求不仅需要开发者们具有横向的广度，而且在应用深度上也是选型的重要考量。优秀、资深的MES企业应该具备行业专家，可以根据该行业生产特性的需求，在软件上依靠模块化、可插拔等技术自由配置系统，促使工厂快速实施既符合行业共性，又满足企业个性需求的MES系统。
五、易操作性
随着IT技术的快速发展，新的视觉感及操作正在深刻影响着用户的应用习惯。特别作为基于工厂实际应用的软件产品，由于用户是基于车间层，因此需具备易学、易用、快速上手的特点，如：采用一目了然的界面功能图标、以流程引擎来推动快速应用的操作方式。在实际应用过程中，每个操作人员进入系统后，不管是熟手还是新手都能快速的进入自己的应用界面、并找到自己需要的功能菜单，并明晰与自己有关的全业务流程，并大量采用拖拉、链接等类似于Win7、Win10等操作模式实现快速、便捷的组合、拆分、放大、缩小、隐藏等操作。当然，不仅限如此，易操作性还包括美观、绿色、适用的界面以及既适用鼠标又适用与触摸屏等方式的显示器等。
六、库房管理功能
大多传统的MES只能管控到物料，而将仓库交给ERP或WMS进行管理。但在近些年智能工厂的建设中，由于生产对柔性化、动态性、实时性的要求更高，MES仅对物料管理已经无法满足这一需求，因此势必将向仓库端延伸，以获得更多管控、调度权限。
MES的一个重要作用是把各类库房高效有序地管理起来。因为很多企业的陨落不是其产品或者市场做的不好，而是其过低的库存周转率导致大量原料、产品、资金积压而造成的。MES的设计者必须将其中包括的：原材料库、电子料库、装配件库、保税库、外协库、线边仓、物料塔、立体库、半成品库、成品库等最基本的物流关系梳理清楚，并按照ISA95标准构建新一代MES，以便把ERP非实时的静态库房变成MES实时的动态库房，并且与之一一对应、双向同步起来。如果上了ERP系统还要在用WMS系统去和制造的数字化数据对接，这将严重影响到生产计划的节拍，造成更多的管理资源浪费并产生更多的孤岛数据。所以一个好的MES系统必须覆盖WMS库房管理的基本功能，做到与ERP直接衔接。
七、数字化排产
作为计划调度和生产管理人员，他们最关心的是如何按时快速交付生产订单？这就要求MES系统考虑如何对接ERP里面的无限排产MRP运算结果？如何根据已知的工单数量、产线配置、工序时间、人员分布、生产成本、交付时间等约束条件做出MES里面的自动APS高级计划与排程？如何一目了然的在APS数字化排产界面中看到动态的工单执行状态？如何自动计算工单发料、生产的实时数量和库房实际物料数量的齐套性？如何将自动APS高级计划与排程数据发送到仿真系统进行全面的模拟生产和闭环优化排产？很多企业在数字化都没实现的情况下就过高的要求上全自动排产，结果导致大幅的人力资源投入、并引发利润被这些增加的成本蚕食。反之毫无数字化要求的纸质人工排产势必让企业离智能制造的趋势渐行渐远，最后彻底掉队，失去了中国制造2025这个弯道超车的机会和政策红利。以上这些数字化自动排产的基本要素都是大家选择一个适合的MES产品的依据。
八、可视化功能
随着中国制造水平的突飞猛进，以前很多国外的所谓先进制造技术在中国已经严重落后了。比如传统的IT人员根据使用部门固化的需求去开发一个个水晶报表和看板的客制化模式，已经远远不能满足当今中国制造快速的个性化生产管理需要。再比如以前单调乏味的报表&看板的格式内容，早就难以满足现今客户的要求和品位。好的MES产品可视化表现形式已经越来越丰富：点状图、线状图、柱状图、饼状图、雷达图、甘特图、漏斗图、三维图等都不在话下。基本要求：美观震撼、一看就懂、信息全面。
MES的可视化功能还要满足多变的客户报表要求、灵活的用户参观看板需要，越来越多的移动端访问数据等，这些都在要求MES可视化背后的技术必须是便捷的组建方式：智能化可配置、客户可任意搭建、自由拖拽方式、所见即所得等。
九、系统集成能力
这里所说的系统集成包括两个方面：
1、与信息系统的集成：作为面向智能制造的MES系统，系统集成能力应为重要考量，这包括与SQL、ORCAL等数据库集成，与PDM（对接BOM、工艺）、ERP（对接计划、物料）、WMS（对接物流、运输）、仿真（对接数据）等软件集成，与IOS、Android移动端集成等。
2、与数据格式的集成：这是上面描述的那些信息集成的技术实现方式，比如：XML、CSV、TXT、双方约定的中间表、Web service、开放的API接口等。
十、设备接口能力
最近工业互联网、工业物联网、工业大数据等概念越来越多的被大家提及，说白了其核心就是让制造执行系统或其他系统去和各种类型的物理设备做虚拟对接，并提取到生产测试数据。类型包括下图所示七个不同物理层的各种设备：仪器仪表、传感器、AGV、机器人、工控设备、数控装备、贴片机、AOI等等。一个好的MES系统不但能够收集这些设备的数据，而且采用的收集方式也是以符合国标要求和国际标准的通用格式为主。在MES选型时请注意考察其数据采集的规范性和可拓展性，而不仅仅是达到暂时的目的。
各种工业总线的集成（例如OPC），其设备通讯协议例如：Profibus、Profinet、Modbus、 DF1协议、SNP协议、设备专用API、自定义等。
还有一些是直接用设备数据格式对接，例如JSON、XML、CSV、TXT等。
上文浅述了基于智能制造的新一代MES的一些特征性要求，当然尚无法概全，这还涉及到具有行业特性的材料、工艺分析、诊断、优化等功能。本文旨在期望通过以上阐述，对新型MES的开发及应用起到一定的抛砖引玉的作用。
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