【MES】智能制造背景下MES的发展方向

精准化、精细化、协同化是MES的重要特点，否则生产无法高效、高质的运行。那种通过凭经验、靠感觉进行计划制订、现场管理的信息化系统，称之为MES，从一定程度上讲是名不副实的。

在MES定义不严谨，理念不够与时俱进的情况下，在智能制造浪潮一浪高过一浪的今天，在制造企业亟待转型升级的期盼中，中国的MES市场应该如何发展？应该如何在摸索中前行？如何更好地支撑制造业对智能制造的需求？

除了在平台化、云计算、移动互联等计算机技术进行拓展应用以外，中国制造业使用的MES系统应以中国制造2025为宗旨，以精益生产为主线，以两化深度融合为突破口，参考德国工业4.0等先进理念，结合企业实际情况，建设基于工业3.0，面向工业4.0、体现CPS特点的智能MES系统，构建“生产精益化+设备自动化+管理信息化+人员高效化”的“新四化”智能车间，为制造企业智能化转型升级奠定坚实的基础。

在智能制造背景下，从功能上讲，将来的MES要体现出以下特点。

回归本质

MES之所以叫制造执行系统，非常强调“执行”二字：一方面，将ERP的生产计划根据车间实际情况，将每一工序分解到每一设备、每一分钟精细执行，并实现透明化的精确管理；另一方面，在车间内部，形成计划排产、作业执行、数据采集、在制品管理、库存管理、质量管理等一个全闭环管理，环环紧扣，而非简单的一个数据库管理系统。

贯穿精益

在迈向工业4.0过程中，我们经常讲：“2.0补课，3.0普及，4.0示范”，那么2.0到底是要补什么，3.0到底是要普及什么？笔者认为，除了实现对自动化、数字化、网络化等这些大家能看到的软硬件装备以外，更重要的是补上、普及我们欠缺的工业文明，比如员工的技能、素养，企业管理的模式、方法以及社会上的契约精神、合作精神等等，而作为工业3.0最精华的精益生产，是制造业所必须补上、必须普及的重要部分。

在MES系统中一定要充分体现精益生产的理念，通过MES这个信息化手段与工具，促进精益生产在企业中的进一步落地，比如：

准确分析非增值劳动，提高生产效率、进行有效质量管理、降低生产库房、工具等辅助成本。
科学准确自动排产、合理解决紧急插单等问题、确保生产计划最优。
实现目视化管理、信息最大程度透明化。
生产过程控制，实现产品“流”的生产。
实现生产数据及时、准确反馈，提供科学决策基础。

体现CPS

德国人认为工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命，通过CPS等先进手段，将制造业向智能化转型。

《中国制造2025》也是强调“以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向”。

我们从这些表述中可以看到，无论是德国工业4.0还是中国制造2025，均是以智能制造为主导(或者叫为方向)，以CPS技术为技术手段。

作为智能制造核心的MES系统，必须要体现以CPS为特点的智能制造。

德国人认为：“在制造业领域，CPS系统包括智能机器、存储系统和生产设施，能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。CPS将推动生产对象直接或借助互联网通过M2M(Machine to Machine，机器对机器)通信自主实现信息交换、运转和互相操控。”从本段**们可以了解到，对车间中的机床、机器人等各类数字化设备进行互联互通，就是德国人认为的CPS在车间的具体应用。

在工信部发布的《信息物理系统白皮书(2017)》中，工信部信软司副司长安筱鹏博士在序言《关于CPS的几点思考——CPS是什么？如何看？怎么干？》中明确指出：“由传感器、控制终端、组态软件、工业网络等构成的分布式控制系统(DCS)和数据采集与监控系统(SCADA)是系统级CPS，由数控机床、机器人、AGV小车、传送带等构成的智能生产线是系统级CPS，通过制造执行系统(MES)对人、机、物、料、环等生产要素进行生产调度、设备管理、物料配送、计划排产和质量监控而构成的智能车间也是系统级CPS。”从中可以看到，在智能化车间里，CPS并不神秘，具有互联互通功能的智能化生产线就是一种CPS，智能化的MES也是一种CPS，两者结合在一起，以数字化设备、设备互联互通系统、MES系统组成的整个智能化车间就是一个更高级的CPS系统。

因此，在MES中要体现CPS特点，车间中设备的互联互通是基础。

智能是趋势

本次工业革命的核心就是智能制造，打造智能化车间，就是要在设备等物理实体、MES等赛博虚体中充分发挥自动化、数字化、网络化、智能化的优势，打造出虚实融合、具有CPS特色的智能化MES系统。

智能化MES系统将分别从计划源头、过程协同、设备底层、资源优化、质量控制、决策支持等6个方面着手，实现生产过程的自动化、数字化、网络化、智能化的管理与控制，完成智能互联互通，智能计划排产，智能生产协同，智能资源管理，智能质量控制和智能决策支持的各项功能。

５

落地是关键

再好的MES平台和软件，没有结合工厂的实际规划，实施效果未必就好。不论之前再多的案例和经验，也必须具体落实在企业后，具体情况具体分析。企业实施一套MES系统，即便是理论再先进，软件再智能，但如果不能得到成功的应用，对企业而言，结果就是零，甚至是负数，因为这不但浪费了企业大量的人力、财力，而且还影响了企业的正常生产，并严重地打击了企业对信息化的热情与信心，这些损失对企业而言都是难以计量的。

作为智能制造的核心，MES在企业智能化转型升级中发挥着越来越重要的作用。但由于MES提出的年代久远，并随着工业4.0、智能制造等新理念日新月异的发展，MES的现有理念已经落后于时代的步伐。一方面，我们既要认真领会MES的真正内涵，挖掘出MES应有的价值；另一方面，我们一定不要拘泥于国外已有定义，要借鉴工业4.0等先进理念，结合中国制造业的现状，与时俱进，勇于提出我们自己的理念，将一些传统的精华、先进的理念融于MES系统中，使MES真正成为企业智能制造的核心使能系统，满足中国制造业智能化转型升级的需求。同时，也本着高要求、促发展的精神，促进MES市场的健康发展。

--- THE END ---

MES的转型升级，智能制造呼唤新理念

智能制造如火如荼的开展，MES系统已经成为智能制造的核心，市场上也涌现出了众多品牌的MES系统。但因MES定义的不严谨，导致市场上产品良莠不齐，影响了用户的正确抉择。易孚基于以上现状，分析了MES市场乱象的根本原因，并进一步探讨了在智能制造背景下MES的发展方向。

一、火爆的MES市场

作为智能制造的重要组成部分，MES已经成为了众多制造企业非常关注的信息化系统，并成为制造信息化领域最炙手可热的软件系统。

近期，e-Works通过2000份企业调查问卷惊讶地发现：有个超乎意料之外的数据，原本大多数制造企业对于软件厂商宣传都“嗤之以鼻”的情况在MES领域发生了180度的反转，参加调查的企业中愿意接受MES厂商资料的企业竟高达92%。

其中92%的企业渴望得到MES厂商的宣传资料，这在供过于求的今天，这不得不说是一个少有的奇迹了。

有市场就有追风者，国人尤甚。

近年来，中国MES软件公司及产品更是如雨后春笋般的冒出来了，就唐朝诗人岑参的诗句：“忽如一夜春风来，千树万树梨花开。”据e-Works统计，目前市场上已经超过150家公司进军到MES市场，MES有可能是除了机器人之外增速最快的行业了。

这些公司里面，既有已经潜心研发了十多年的专业公司，也有刚刚杀入这个行业的新兴公司，既有做信息化起家的，也有做自动化跨界的；既有从ERP向下延伸的，也有从CAPP横向切入的，既有从传统制造企业衍生出来的软件公司，也有以前与这个行业毫无关联而直接闯入的“新锐”力量。

这些公司虽然行业背景不同，知识沉淀不同，但都有一个不约而同的说辞：俺们是智能制造的代表，阿拉是工业4.0的急先锋。

在广大制造企业进行智能化转型升级的今天，作为其中最重要的MES系统，选择正确与否对制造企业非常关键。但面对如此众多的MES厂家，企业应该如何进行甄别，什么样的MES系统既能解决企业实际问题，又能与工业4.0智能制造理念相一致，应该从哪些方面着手打造具有4.0特点的MES系统呢？

作为国内较早从事MES的一名“老兵”，易孚智能公司已有十多年的MES研发与应用经验，并拥有包括大企业在内的众多成功案例，在MES领域积累了一些理论基础与实践经验，下面就与您一起分析一下上述问题。

二、MES二十余年的发展史

1、MES的发展史

为了解决ERP不能管理到设备层的问题，1990年美国先进制造研究协会AMR（AdvancedManufacturing Research）提出了MES这个新概念，他们将MES定义为：位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统。它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。

作为MES领域的专业组织，制造执行系统协会（MESA）于1997年提出了MES功能组件和集成模型，包括11个功能模块。同时，规定只要具备11个之中的某一个或几个，也属于MES系列的单一功能产品。

（1）MESA定义的MES11个功能模块

MES在企业的位置

这11个功能模块分别是：1).制造资源分配与状态报告；2).详细工序作业计划；3).生产调度；4).车间文档管理；5).数据采集；6).人力资源管理；7).质量管理；8).工艺过程管理；9).设备维修管理；10).产品跟踪；11).业绩分析。

MESA定义的MES11个功能模块

（2）MES在企业中的位置

MESA协会并给出了企业实施MES系统后的以下数据：

缩短生产周期，达到平均45%；

减少数据录入时间，通常达到75%或更高；

减少待处理的工作(WIP)，达到平均24%；

减少文档间的传递，达到平均61%；

缩短订交货时间，达到平均27%；

减少纸面文档，达到平均56%；

减少产品缺陷，达到平均18%。

2004年，MESA提出了协同MES体系结构(c-MES)，对MES的定义进行了进一步的拓展。

可以说，MESA的这个定义让大家明确地知道了哪些是MES的功能模块，实施MES系统后会有什么效果等等，这对当时规范MES标准、范围界定等方面做出了积极的贡献，对MES的发展起到了很好的推动作用。

2、MES已成为智能制造的核心

随着上游ERP、PLM等信息化建设的逐步完成，以及越来越多的自动化设备的普及，作为企业中起到承上启下作用的MES，其价值越来越重要，并已经发展为智能制造的核心信息化系统。

1) 美国人说

美国著名的工业领域咨询机构ARC顾问集团在2014年指出，MES是产品研发、生产、营销等枢纽，MES是制造企业的核心信息化系统。

美国ARC顾问集团认为MES是制造企业的核心信息化系统

2)德国人说

德国萨尔大学希尔教授对智能工厂进行了一个清晰的定义，将MES的价值进一步凸显。在希尔教授的图中，我们可以看到智能工厂由三大部分组成：以订单为核心的营销平台，包括个性化、以人为中心的营销计划、销售活动、采购管理等等；以产品为中心的研发平台，包括产品研发、服务等；以及以MES、CPS赛博物理系统为核心的生产平台，包括自组织，即智能化MES以及CPS系统。从中可以看出，广义上的智能型MES（包含设备互联互通的CPS系统）是智能制造的基础与关键。

德国萨尔大学希尔教授智能工厂架构图

3)中国人说

在去年国务院颁布的《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见（国发〔2016〕28号）》中重点指出“加快计算机辅助设计仿真、制造执行系统、产品全生命周期管理等工业软件产业化，强化软件支撑和定义制造业的基础性作用。”MES在企业的重要性可见一斑。

工信部信软司副司长安筱鹏博士在日前发布的《信息物理系统白皮书(2017)》序言中也明确指出：“生产制造执行系统(MES)是企业实现纵向整合的核心，联通了设备、原料、订单、排产、配送等各主要生产环节和生产资源。”

同济大学中德学院机械工程系主任、中国机电一体化协会MES分会理事长沈斌教授强调：“MES是企业生产管理集成的核心软件，应该大力推广MES在企业中的应用。”

综合以上中外专家所述，我们可以说，MES是企业实施智能制造的核心，是助力企业进行智能化转型升级的重要信息化系统。

三、MES的定义已出现争议

但是，面对今天MES火爆而混乱的市场，这对MES长期健康发展是不利的。一方面是由于MES品牌尚未完全建立起来，市场良莠不齐，还处于群雄逐鹿的初级阶段。还有一个重要原因就是MES现有的定义与标准过于陈旧，在物联网、大数据、智能制造等新概念日新月异的今天，MES的定义，特别是MESA的定义已经不能适应今天市场快速发展的需要，也为今天市场的混乱埋下了隐患。

1、理念过时

笔者认为，传统的MES理念已经过时。实际上，持这种观点的专家也并非只有笔者一人。

1）国内专家如是说

PLCopen中国组织名誉主席、著名MES专家彭瑜教授认为：“MESA的MES功能模型是基于MES供应商的需求，而不是基于MES用户的需求，该模型规定的功能不够明晰，边界不够清晰，模块之间的连接也不够清晰。”并指出：“ERP-MES-PCS三层架构具有鲜明的工业3.0的特征，在工业4.0智能工厂/智能制造系统的大环境下，传统MES所涉及的功能和范围远未概括企业生产制造管理的许多环节。”

2）国外专家如是说

美国罗克韦尔副总裁鲍勃·奥纳（Bob Honor）说：“MES已经有几十年的历史了，您可以确信的是，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.)

知名智能制造专家弗朗西斯科·奥玛德·劳波（Francisco Almada Lobo）更是在2016年4月26日撰文指出：“MES已经死去，MES4.0才是永恒！我们知道，MES已经死了，谁的过错？您可能猜到了，是工业4.0，但是不用恐慌，工业4.0正在干掉他，但是很温柔地。”（以上两段均为笔者翻译）

(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.)

虽然中外专家的语言犀利程度不同，但不可否认的事实是，一些有前瞻性、有自己深入思考的专家，已经不约而同地对当前MES的标准提出了质疑。

3）新的标准已见端倪

在专业的制造执行系统协会（MESA）对MES定义与标准迟迟没有更新之际，一些组织已经对MES或相关功能进行了发展。比如，美国仪器、系统和自动化协会（Instrumentation,System, and Automation Society,简称ISA）于2000年发布ISA-SP95标准，首次确立了MOM（ManufacturingOperations Management，中文为制造运行管理），MOM将生产运营、维护运行、质量运行和库存运行并列起来，并极大地拓展了MES的传统定义。

ISA95中MES的位置已经被MOM取代

无独有偶，美国国家标准与技术研究院（National Institute ofStandards and Technology，简称NIST）在智能制造生态系统模型中也将MES的位置悄然换成了MOM。

美国NIST智能制造生态系统模型

在后有追击（智能制造等浪潮的推动下），旁有攻击（ISA、NIST相继对MES定义与内涵提出新理念）的情况下，作为MES的对口组织，MESA也开始坐不住了，加大了对智能制造等新理念的研究，并在2016年1月发布了MESA 智能制造52号白皮书，对物联网、机器人、个性化定制等智能制造的相关理念进行了详细的阐述。但遗憾的是，迄今为止，笔者并未见到MESA对智能制造时代下的MES新标准。

2、过时的原因

1）MES定义时间

1990年美国AMR提出概念，离现在已经27年了，当时是为了弥补ERP不能对设备层直接进行管控而衍生出的一个新概念。1997年MESA进行了进一步定义，2004年又稍加完善。即便是2004年，离现在也有13年了，MESA在MES定义及概念、目标等方面并没有实质性的改变。

2）定义不严谨

MESA规定只要具备11个之中的某一个或几个，也属于MES系列的单一功能产品。这个定义对当时界定哪些模块属于MES范畴有很好的促进作用，但定义的过于宽泛，一个模块就属于MES，11个模块也叫MES，现在市场上功能强大点的MES动辄就十多个MES，比如兰光MES已经研发出20多个功能模块，尽管功能非常强大，但也只能叫MES。笔者认为，这是造成今天MES市场混乱的根本，按照MESA的定义，一个模块也叫MES，因此，做条码的公司开发个软件就可以叫MES系统，做物料的开发一个库存模块也可以叫MES，这都不能说人家不对，的的确确是符合MESA定义的。所以说，MESA标准定义的不严谨，是市场上MES系统鱼目混珠的根本原因。

3、已有尝试

如何根据中国制造业的实际情况，结合工业4.0、智能制造等新理念，丰富MES的内涵与拓展MES外延?笔者在这些年里做了一些研究与探索。

比如，早在2009年，笔者就提出，MES系统不是一套简单的信息化系统，MES是有灵魂的，那就是精益生产，并强调指出，精益生产是MES的精髓，MES是精益生产落地的载体。

四、智能制造背景下MES的发展方向

在制造企业亟待转型升级的期盼中，中国的MES市场应该如何发展，应该如何在摸索中前行，如何更好地支撑制造业对智能制造的需求？

在平台化、云计算、移动互联等计算机技术进行拓展应用以外，作为MES方案的提供者，我们更应该站在制造业使用者的角度，以中国制造2025为宗旨，以精益生产为主线，以两化深度融合为突破口，参考德国工业4.0等先进理念，结合企业实际情况，建设基于工业3.0，面向工业4.0、体现CPS特点的智能MES系统，构建“生产精益化+设备自动化+管理信息化+人员高效化”的“新四化”智能车间，为制造企业智能化转型升级奠定坚实的基础。

站在制造业使用者角度，从功能上讲，将来的MES要体现出以下特点。

1、回归本质

2、贯穿精益

在迈向工业4.0过程中，我们经常讲：“2.0补课，3.0普及，4.0示范”，那么2.0到底是要补什么，3.0到底是要普及什么?笔者认为，除了实现对自动化、数字化、网络化等这些大家能看到的软硬件装备以外，更重要的是补上、普及我们欠缺的工业文明，比如员工的技能、素养，企业管理的模式、方法以及社会上的契约精神、合作精神等等，而作为工业3.0最精华的精益生产，是制造业所必须补上、必须普及的重要部分。

在MES系统中一定要充分体现精益生产的理念，通过MES这个信息化手段与工具，促进精益生产在企业中的进一步落地，比如：

准确分析非增值劳动，提高生产效率、进行有效质量管理、降低生产库房、工具等辅助成本。
科学准确自动排产、合理解决紧急插单等问题、确保生产计划最优。
实现目视化管理、信息最大程度透明化。
生产过程控制，实现产品“流”的生产。
实现生产数据及时、准确反馈，提供科学决策基础。

五、总结

人工智能赛博物理操作系统

AI-CPS OS

“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）分支用来的今天，企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中，利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。

AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能，而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化，这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合，没有颠覆现状的意愿，这些将不可能实现。

领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量，领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位：

重新行业布局：你的世界观要怎样改变才算足够？你必须对行业典范进行怎样的反思？
重新构建企业：你的企业需要做出什么样的变化？你准备如何重新定义你的公司？
重新打造自己：你需要成为怎样的人？要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位，你必须如何去做？

AI-CPS OS是数字化智能化创新平台，设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端，可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系，实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉，形成了领导力模式，使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置：

精细：这种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切，进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。
智能：模型随着时间（数据）的变化而变化，整个系统就具备了智能（自学习）的能力。
高效：企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力，这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
不确定性：数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验，其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域：技术、文化、制度。
边界模糊：数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化，还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长：

创造虚拟劳动力，承担需要适应性和敏捷性的复杂任务，即“智能自动化”，以区别于传统的自动化解决方案；
对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升，提高资本效率；
人工智能的普及，将推动多行业的相关创新，开辟崭新的经济增长空间。

给决策制定者和商业领袖的建议：

超越自动化，开启新创新模式：利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能，为企业创造新商机；
迎接新一代信息技术，迎接人工智能：无缝整合人类智慧与机器智能，重新

评估未来的知识和技能类型；
制定道德规范：切实为人工智能生态系统制定道德准则，并在智能机器的开

发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践；
重视再分配效应：对人工智能可能带来的冲击做好准备，制定战略帮助面临

较高失业风险的人群；
开发数字化+智能化企业所需新能力：员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说，创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。” 《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和人工智能，像君子一般融合，一起体现科技就是生产力。

如果说上一次哥伦布地理大发现，拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现，拓展的就是人们的数字空间。在数学空间，建立新的商业文明，从而发现新的创富模式，为人类社会带来新的财富空间。云计算，大数据、物联网和区块链，是进入这个数字空间的船，而人工智能就是那船上的帆，哥伦布之帆！

新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS作为新一轮产业变革的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。

产业智能官 AI-CPS

用“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能），在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的认知计算和机器智能；实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。

长按上方二维码关注微信公众号： AI-CPS，更多信息回复：

新技术：“云计算”、“大数据”、“物联网”、“区块链”、“人工智能”；新产业：“智能制造”、“智能金融”、“智能零售”、“智能驾驶”、“智能城市”；新模式：“财富空间”、“工业互联网”、“数据科学家”、“赛博物理系统CPS”、“供应链金融”。

官方网站：AI-CPS.NET

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