深度 | 大型集團(tuán)（企業(yè)）MES/MOM平臺(tái)選型建議

1990年11月，美國先進(jìn)制造研究中心AMR就提出了MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）概念。1997年，MESA提出的MES功能組件和集成模型，包括11個(gè)模塊，同時(shí)定義只要具備11個(gè)功能模塊之中的某一個(gè)或幾個(gè)，也屬M(fèi)ES產(chǎn)品。這個(gè)定義使得MES的范圍模糊不清。

圖 MESA提出的MES功能組件和集成模型

美國儀器、系統(tǒng)和自動(dòng)化協(xié)會(huì)ISA從2000年開始陸續(xù)發(fā)布的ISA-95標(biāo)準(zhǔn)，之后被等同采標(biāo)為IEC/ISO62264國際標(biāo)準(zhǔn)，而后又被我國等同采標(biāo)為國家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T20720。其中ISA-95最為出名，被國內(nèi)外廣泛采納，是MES系統(tǒng)研發(fā)和選型的重要標(biāo)準(zhǔn)。

ISA-95最早提出了MOM（Manufacturing Operations Management）概念，并定義為：“通過協(xié)調(diào)管理企業(yè)的人員、設(shè)備、物料、能源等資源，把原材料或零件轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的活動(dòng)”。如下圖，ISA-95提出了企業(yè)信息化5層結(jié)構(gòu)，其中MOM覆蓋的范圍是5層結(jié)構(gòu)中的Level 3“制造運(yùn)行管理”內(nèi)的全部活動(dòng)。

圖 ISA-95提出的5層結(jié)構(gòu)

如下圖，ISA-95進(jìn)一步定義了MOM的范圍，主要包含了四大部分，分別是生產(chǎn)運(yùn)行管理（Production Operations Management）、質(zhì)量運(yùn)行管理（Quality Operations Management）、維護(hù)運(yùn)行管理（Maintenance Operations Management）和庫存運(yùn)行管理（Inventory Operations Management）。

圖 ISA-95 中MOM的邊界定義

MOM確立了四大部分并重的新框架，生產(chǎn)是制造企業(yè)最核心的職能，質(zhì)量、庫存、維護(hù)對于制造企業(yè)是不可或缺的。雖然生產(chǎn)、維護(hù)、質(zhì)量和庫存的具體業(yè)務(wù)過程有一定的獨(dú)立性，但是只有這4個(gè)部分相互作用、彼此協(xié)同，才能使得企業(yè)得以有機(jī)地運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖 MOM平臺(tái)定義的生產(chǎn)、維護(hù)、質(zhì)量和庫存并重的新框架

浙江大學(xué)蘇宏業(yè)、肖力墉等人在《制造運(yùn)行管理（MOM）研究與應(yīng)用綜述》一文中認(rèn)為：MES是對MOM覆蓋范圍內(nèi)活動(dòng)進(jìn)行管理的系統(tǒng)，無論MES的范圍如何變化與擴(kuò)展，都不可能超越MOM的界限，即MOM所定義的范圍是MES可擴(kuò)展范圍的上限。然而，這個(gè)定義與MESA關(guān)于MES的定義一樣存在MES邊界模糊不清的問題。

只有少數(shù)模塊的MES系統(tǒng)也稱為MES，這導(dǎo)致MES系統(tǒng)魚目混珠。如果企業(yè)所選擇的MES系統(tǒng)功能模塊不能覆蓋MOM所要求的功能范圍，可能就需要實(shí)施另外一些軟件系統(tǒng)，例如QMS、WMS、EAM、LES等系統(tǒng)，來彌補(bǔ)MES系統(tǒng)功能的不足，這容易導(dǎo)致信息孤島、數(shù)據(jù)分散、集成困難，使得不同業(yè)務(wù)板塊之間的協(xié)同變得困難和低效。

MOM平臺(tái)代替MES系統(tǒng)

為了區(qū)別于傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)，近年來MOM平臺(tái)代替MES的概念，逐漸被更多企業(yè)認(rèn)可與接受。MOM平臺(tái)使用統(tǒng)一的框架，單一的數(shù)據(jù)源，覆蓋ISA-95、IEC/ISO62264、GB20720標(biāo)準(zhǔn)所定義的生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制、庫存控制、維護(hù)運(yùn)行四大領(lǐng)域的制造活動(dòng)，并對這些領(lǐng)域之間的協(xié)作進(jìn)行管理。

圖 MOM的范圍正在擴(kuò)大

MOM的范圍正在擴(kuò)大，除了標(biāo)準(zhǔn)所定義的制造活動(dòng)，現(xiàn)在MOM平臺(tái)現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到更多的制造活動(dòng)，例如安全管理、環(huán)境管理、人員健康、采購協(xié)同等。以采購為例，制造企業(yè)的采購是為生產(chǎn)服務(wù)的，采購分為“采”和“購”，“采”關(guān)注于戰(zhàn)略尋源，而“購”關(guān)注于購買，為了更好支撐實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)，更多企業(yè)開始實(shí)施JIT采購，將采購納入MOM有助于更好實(shí)現(xiàn)JIT采購，保證準(zhǔn)時(shí)供應(yīng)，同時(shí)降低庫存。

MOM平臺(tái)與ERP、PLM集成

下圖展示了PLM、ERP、MOM等系統(tǒng)集成關(guān)系，可以幫助我們更清晰理解MOM與PLM、ERP的關(guān)系。

圖 MOM平臺(tái)相關(guān)的核心流程

上圖也體現(xiàn)了研發(fā)與生產(chǎn)、計(jì)劃與生產(chǎn)、生產(chǎn)與質(zhì)量、生產(chǎn)與采購、倉儲(chǔ)與生產(chǎn)、生產(chǎn)與設(shè)備管理等跨職能部門的緊密協(xié)同關(guān)系。

MOM平臺(tái)關(guān)鍵能力

那么談了這么多，讀者應(yīng)該對MES系統(tǒng)與MOM平臺(tái)的區(qū)別有了大致的了解。那么如何辨別一個(gè)平臺(tái)是不是MOM平臺(tái)呢？真正的MOM平臺(tái)又應(yīng)該具有哪些關(guān)鍵能力呢？

筆者在MES/MOM相關(guān)領(lǐng)域有十多年的研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，所在的微締公司擁有上百個(gè)MES/MOM成功案例，并積累了一些理論基礎(chǔ)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，下面就與您一起討論一下這些問題。

筆者認(rèn)為，MOM平臺(tái)的關(guān)鍵能力通常需要考慮：

圖 MOM平臺(tái)關(guān)鍵能力要求

相關(guān)的內(nèi)容后續(xù)章節(jié)會(huì)加以介紹。

全制造鏈協(xié)同

MES系統(tǒng)通常只關(guān)注工廠內(nèi)部的管理，這對于中小企業(yè)可能就足夠了，但是對于大型企業(yè)，通常會(huì)存在異地多工廠的協(xié)同、與外部供應(yīng)商的協(xié)同、與客戶的協(xié)同，需要在全制造鏈的角度進(jìn)行優(yōu)化和管理，傳統(tǒng)的MES就無能為力了。

圖 全供應(yīng)鏈協(xié)同管控

MOM平臺(tái)能夠打破單個(gè)工廠空間、時(shí)間的約束，基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全供應(yīng)鏈上的供應(yīng)商、工廠、客戶的協(xié)同，包括工廠內(nèi)車間之間的協(xié)同、多個(gè)工廠之間的協(xié)同、供應(yīng)商與工廠之間協(xié)同、工廠與客戶的協(xié)同。

圖 MOM平臺(tái)應(yīng)該覆蓋全制造鏈

協(xié)同制造模式將各個(gè)部門與工廠之間的信息流有機(jī)地結(jié)合起來，將從手工的信息傳遞和統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換到基于計(jì)劃規(guī)劃、以及事件驅(qū)動(dòng)的協(xié)同制造管理信息流程中，企業(yè)不同工廠將不再是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的控制環(huán)，而是企業(yè)內(nèi)完整的控制環(huán)。

例如，離散制造企業(yè)經(jīng)常受制于供應(yīng)商物料的準(zhǔn)時(shí)供應(yīng)，為了確保JIT生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)，需要實(shí)施JIT采購，按JIT的思想拉動(dòng)供應(yīng)商的生產(chǎn)與物流，并對過程進(jìn)行監(jiān)控，對問題進(jìn)行及時(shí)處理，這樣才能確保采購物料的齊套，從而實(shí)現(xiàn)JIT生產(chǎn)。

全制造鏈的協(xié)同對復(fù)雜的裝備制造企業(yè)更有價(jià)值。這類企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程復(fù)雜、供應(yīng)關(guān)系復(fù)雜，計(jì)劃編制與執(zhí)行情況跟蹤困難、物料成套/齊套困難、高物料庫存、制造周期長等因素都導(dǎo)致難以按時(shí)交貨。

全制造鏈協(xié)同制造可以優(yōu)化供應(yīng)鏈上的生產(chǎn)計(jì)劃和物流，提高整個(gè)制造鏈的運(yùn)作效率，減少在制品的呆滯和數(shù)量，提高物料齊套水平，提高訂單按時(shí)交貨率，縮短制造提前期，進(jìn)而提高企業(yè)的競爭力。

跨職能部門協(xié)同

MOM平臺(tái)不僅僅重視生產(chǎn)，對制造相關(guān)質(zhì)量控制、設(shè)備管理、庫存控制、采購執(zhí)行的支持和協(xié)同同等重視。MOM平臺(tái)幫助建立一種跨部門的橫向協(xié)作流程，而不像傳統(tǒng)基于直線職能組織的協(xié)作，打破部門、地域的限制，可以顯著提高協(xié)作效率。

制造企業(yè)跨部門協(xié)作有很多種類型，MOM平臺(tái)提供組織橫向協(xié)作關(guān)系建模功能，包括計(jì)劃部門與生產(chǎn)部門的協(xié)同、生產(chǎn)部門與倉儲(chǔ)物流部門的協(xié)同、采購與生產(chǎn)的協(xié)同、生產(chǎn)部門與供應(yīng)商的協(xié)同、設(shè)備維護(hù)與生產(chǎn)計(jì)劃的協(xié)同等，這也是系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)隔離、訪問控制，但不影響業(yè)務(wù)協(xié)作的基礎(chǔ)配置。

圖 MOM平臺(tái)應(yīng)該支持跨職能部門的分工與協(xié)同

中央治理分布應(yīng)用

建立統(tǒng)一架構(gòu)的、單數(shù)據(jù)源的MOM平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全制造鏈多工廠、跨職能部門、跨地域的協(xié)同，消除數(shù)據(jù)孤島，統(tǒng)一部署和管理，不同工廠、外部組織，基于互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)分布式應(yīng)用。

另外為了確保系統(tǒng)的運(yùn)行效率，應(yīng)對大并發(fā)、海量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)總體基于B/S架構(gòu)，采用集群、負(fù)載均衡技術(shù)，針對不同的數(shù)據(jù)采用不同的管理方式，除了使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，還可以使用NoSQL數(shù)據(jù)庫和時(shí)序數(shù)據(jù)庫。

圖 高性能、高并發(fā)的后臺(tái)支撐

柔性可配在線開發(fā)

MOM平臺(tái)提供系列配置建模工具，可快速建模以滿足個(gè)性化需求，并能通過調(diào)整模型應(yīng)對需求的快速變化。對系統(tǒng)的擴(kuò)展不應(yīng)該直接修改產(chǎn)品平臺(tái)本身，而是基于產(chǎn)品平臺(tái)提供的工具擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，這樣以后可以升級產(chǎn)品平臺(tái)到新版本而不需要移植定制開發(fā)的部分。

下圖展示了一種基于“需求的共性/個(gè)性分層”的擴(kuò)展方法，下層聚焦于滿足通用需求，上層聚焦于滿足行業(yè)或單個(gè)客戶個(gè)性需求。上層依賴于下層，下層不依賴于上層。上層通過接口訪問下層，下層對上層接口保持向下兼容。產(chǎn)品平臺(tái)針對特定行業(yè)或特定客戶進(jìn)行擴(kuò)展以后，仍然方便對產(chǎn)品平臺(tái)進(jìn)行升級。

圖 基于產(chǎn)品平臺(tái)的擴(kuò)展

從IT角度僅僅提供API是不夠的，還需提供數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建模、用戶界面表單設(shè)計(jì)、菜單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、報(bào)表看板設(shè)計(jì)、工作流設(shè)計(jì)、基于腳本的插件開發(fā)、組織結(jié)構(gòu)建模、權(quán)限建模等方面工具。這些建模工具應(yīng)該針對特定的用途分別設(shè)計(jì)，低門檻，易于使用，便于集成服務(wù)商或用戶執(zhí)行對系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)維護(hù)。

傳統(tǒng)二次開發(fā)更多依賴于編寫代碼，通常會(huì)直接修改產(chǎn)品層的源代碼，還需要編譯部署，而且通常周期比較長，而且會(huì)影響產(chǎn)品層升級后的定制部分代碼移植。而建模工具建模的模型作為一種數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，服務(wù)器對模型進(jìn)行解釋來滿足個(gè)性化需求，從而實(shí)現(xiàn)比代碼開發(fā)十倍以上的開發(fā)和維護(hù)效率提升，模型可以隨時(shí)修改，而不需要重新編譯和重啟服務(wù)器。

圖 開發(fā)建模運(yùn)行環(huán)境一體化

如下圖，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模工具可以基于圖形化方式，對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行擴(kuò)展，由建模工具自動(dòng)更新數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。

圖 基于圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模

如下圖，表單設(shè)計(jì)器可以采用所見即所得的方式對用戶界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖 所見即所得的表單設(shè)計(jì)

下圖的示例提供了基于Web輕量級Web service，Web API開發(fā)工具，不依賴專業(yè)的開發(fā)工具，就可以開發(fā)Web API，Web service。

圖 基于Web的集成接口開發(fā)

從業(yè)務(wù)方面可以包含生產(chǎn)線建模、產(chǎn)能建模、物流建模、倉庫建模、設(shè)備維護(hù)建模、質(zhì)量分析建模等。

圖 圖形化生產(chǎn)線建模

通過這些工具建模，可以快速滿足企業(yè)的各種個(gè)性化需求，并方便對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

精益為本智能管控

借助MOM平臺(tái)這個(gè)信息化工具，幫助實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)理念的落地。精益生產(chǎn)的理念是減少浪費(fèi)，消除制造多余的、不必要的消耗。精益管理的水平依賴于數(shù)據(jù)管理水平，這就需要通過IT系統(tǒng)掌握具體的、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息，支撐對生產(chǎn)過程瓶頸問題的準(zhǔn)確分析，而MOM平臺(tái)是傳統(tǒng)精益管理工具、自動(dòng)化工具的信息化工具支撐。

圖  基于MOM平臺(tái)的信息化工具是對精益的重要支撐

過去更多的精益是在單點(diǎn)級、車間級、工廠內(nèi)部完成的，對于離散生產(chǎn)企業(yè)，精益生產(chǎn)的持續(xù)推進(jìn)越來越多受制于供應(yīng)鏈，需要將MOM平臺(tái)延伸到供應(yīng)商，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈級的計(jì)劃拉動(dòng)、物料成套監(jiān)控、物流配送管理，實(shí)現(xiàn)更高層次的精益管理，這可以借助MOM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

圖 MOM平臺(tái)支撐的精益層級

精益生產(chǎn)既是智能制造的基礎(chǔ)，也是智能制造的目標(biāo)，必須讓精益生產(chǎn)貫穿制造整個(gè)生命周期。MOM平臺(tái)是支撐精益和智能制造的重要平臺(tái)，智能制造在MOM平臺(tái)中的技術(shù)手段主要包括：拉動(dòng)式供應(yīng)鏈規(guī)劃、有限產(chǎn)能排程、智能物流管控、制造過程的防呆防錯(cuò)、預(yù)防性質(zhì)量控制、工藝參數(shù)優(yōu)化、預(yù)防性設(shè)備維護(hù)、管理的自動(dòng)化、自適應(yīng)與自主決策，人機(jī)協(xié)同與決策等。

圖 智能制造的手段

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與管理提升

基于MOM平臺(tái)獲取準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的采購、生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、設(shè)備、安全、環(huán)境、人員等數(shù)據(jù)，推讓數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)和管理，進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)測、控制和決策優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)精益成長，用數(shù)據(jù)說話，而不是依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺。

圖 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與管理提升

傳統(tǒng)模式下，缺少量化績效體系，問題不容易暴露，失去了改善的機(jī)會(huì)。而且以不信任的方式去監(jiān)管、控制，給干部或員工很不好的感覺。MOM平臺(tái)變主觀的監(jiān)控為客觀的監(jiān)控，變?nèi)说谋O(jiān)管為數(shù)據(jù)的監(jiān)管，這些問題得以解決。

管理提升是企業(yè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的核心目標(biāo)。MOM平臺(tái)不能僅僅利用數(shù)據(jù)為日常的生產(chǎn)運(yùn)作提供支持，更重要的是，利用MOM平臺(tái)的數(shù)據(jù)，為不同的業(yè)務(wù)部門、以及更高層的管理對計(jì)劃、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量等進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)管理提升。

軟硬一體數(shù)字孿生

現(xiàn)在MOM平臺(tái)的一大趨勢就是實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的更深度的融合，借助工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，MOM平臺(tái)可以更及時(shí)獲取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、設(shè)備信息，并對這些信息進(jìn)行監(jiān)控，依據(jù)狀態(tài)和環(huán)境信息的變化，對生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制、物流、設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)精益化和柔性化。

IOT平臺(tái)可以幫助實(shí)現(xiàn)異地多工廠的生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、物料、質(zhì)量等信息的采集和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)物的數(shù)字化孿生，MOM平臺(tái)對生產(chǎn)、倉儲(chǔ)、物流、檢驗(yàn)等資源進(jìn)行綜合調(diào)度優(yōu)化，將實(shí)時(shí)調(diào)度指令下發(fā)到生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器人、AGV、自動(dòng)立體庫，實(shí)現(xiàn)包含生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、倉庫和物流、質(zhì)量檢驗(yàn)的智能調(diào)度。

MOM平臺(tái)基于所掌握的全面的信息，可以更好地對制造過程進(jìn)行智能調(diào)度。借助IOT平臺(tái)的邊緣網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)分布式管理，例如實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的集成與控制，數(shù)據(jù)清洗等。MOM平臺(tái)與IOT平臺(tái)的結(jié)合，還有助于建立柔性工廠和柔性制造系統(tǒng)。

基于國際標(biāo)準(zhǔn)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

選擇符合ISA-95、IEC/ISO62264、GBT20720標(biāo)準(zhǔn)的MOM平臺(tái)，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)可以確保所研發(fā)的MOM平臺(tái)基于堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，確保MOM平臺(tái)的通用性和廣泛適應(yīng)性，以滿足大型集團(tuán)（企業(yè)）不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域、不同的生產(chǎn)組織、不同生產(chǎn)工藝、不同職能部門的差異化需求。

符合國際標(biāo)準(zhǔn)對于大型企業(yè)，集團(tuán)企業(yè)尤為重要，因?yàn)榧瘓F(tuán)企業(yè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域更為廣泛，產(chǎn)品特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝更為多樣化，工廠之間、部門之間的協(xié)同更為復(fù)雜，對系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性要求也更高，基于國際標(biāo)準(zhǔn)的MOM平臺(tái)可以更好滿足集團(tuán)企業(yè)的復(fù)雜性、多樣性、靈活性和擴(kuò)展性需求。

安全和自主可控

國際環(huán)境風(fēng)云變換，中興事件、華為事件，無不昭示國人，核心技術(shù)問題不解決，不管是在硬件還是軟件領(lǐng)域，中國的制造和持續(xù)發(fā)展就會(huì)始終受制于人。知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主可控對于大型集團(tuán)型企業(yè)，尤其是國防軍工企業(yè)是至關(guān)重要的，甚至是生死攸關(guān)的。

圖 MOM平臺(tái)安全自主可控的要求

一般來說，國產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)容易符合自主可控要求，實(shí)行國產(chǎn)MOM平臺(tái)替代國外MOM平臺(tái)對于達(dá)到自主可控是完全必要的。在國家政策強(qiáng)力推動(dòng)及需求快速提升的雙重作用下，包括微締公司在內(nèi)的國產(chǎn)MES/MOM平臺(tái)正在快速完善，與國外MES/MOM產(chǎn)品差距越來越小，在很多方面比國外品牌還更有優(yōu)勢。

MES系統(tǒng)

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