【MES】工业4.0之MES系统方案

人类自从250年前发生在英国的第一次工业革命开始，我们共经历了工业1.0（机械化）、工业2.0（电气化自动化）、工业3.0（信息化）之后迎来了工业4.0网络化。从工业革命的定义来看，仅仅是生产力的提升，那还只是量变，不能称为工业革命，必须有生产关系（管理变革）的改变，我们才可以称为工业革命。纵观每一次工业革命的特点，第四次工业革命，工业4.0时代具有三个高度化技术特征，也就是高度自动化、高度信息化及高度网络化。

具体的我们来看一下某工厂的一个MES系统方案：

企业管理需要信息化，进而内部全面信息化，最终达到企业间的网络化。让企业成为一个有机的整体。

工业4.0之MES系统

MES，是Manufacturing Execution System的简称。顾名思义：制造执行系统。

光看这名字就知道，制造执行系统，与制造有关，与执行有关。意味着辅助制造执行相关事务的系统，是实现从订单下达到完成产品的生产活动，并优化生产活动的一个过程。

早在1990年11月，美国先进制造研究中心AMR（Advanced Manufacturing Research）就提出了MES概念。它将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。”

MESA（制造执行系统协会）则将他定义为“MES能通过信息传递从订单下达到产品完成对整个生产过程进行优化管理。他强调了三点：

1、MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈；

2、MES必须提供实时手机生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理；

3、MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。

它的工作流程是这样的：

MES系统从ERP中获取订单，MES将其转化为工单，并将工作进行细化、调度、排产，对制造过程进行指引、控制，采集制造过程中的原料批次信息、生产信息和质量信息，并将采集到的生产信息及时反馈到ERP中，从使ERP及时掌握生产现场的信息。在采集到信息的基础上实现产品、部品之间的双向追踪和统计报表功能。在制造业信息平台中，MES制造执行系统在计划管理层与底层车间生产控制之间建立了联系，填补了两者之间的空隙。

MES系统应具备的能力

上一篇我们讲到什么是MES系统，MES是“制造执行系统”。通过对生产过程中，人、物料、设备、时间等等资源的管控达到优化生产，降低风险，质量管控，问题追溯的目的，那么MES系统为了达到这一目的则需要拥有以下能力：

一、资源管理能力：通过对设备、物料、人员的综合管理，平衡各方面的关系，达到缩短生产准备时间和生产周期，提高生产质量，全面提升设备利用率，大幅度提高生产排程和调度效率，更有效的利用车间资源，快速提升车间管理能力和管理效率，进一步降低生产成本，有效控制产品的质量问题云计算调度系统，大幅度提高在制品追溯速度和准确性，工时管理更加科学合理，减少成品或半成品库存积压，缩短交货时间，及时响应市场变化的目标；

二、生产调度能力：建立科学、实用的生产排程系统，帮助生产调度人员快速合理地进行生产调度，并可在情况发生变化时可以方便地随时调整作业计划，在保证及时交付的情况下，最大限度地节约生产能源，提高设备生产率和工作效率，减少产品总加工时间；

三、物料及批次管理能力：通过在线库存和物料条码管理，实现对生产物料的收、发、存、耗用管理，达到物料库存、消耗和使用状况管理，并通过对产品的制造过程和质量信息进行实时采集，实现产品的制造过程追踪和产品与原料批次之间的双向追踪；

四、生产过程管理能力：控制指引制造过程，对产品各工序的生产、检验、维修以及交付过程进行控制和指引，在提高操作效率的同时杜绝作业操作错误的出现。实时监控生产，实现对生产过程的精细化管理和控制；

五、生产质量管理能力：建立完整的质量管理体系，对原料、生产、检验、交付各环节进行质量保障和质量跟踪，提高产品质量。对缺陷及维修过程进行跟踪和管理，实现由针对性的生产质量改进过程，满足认证质量管理要求；

六、生产设备管理能力：通过自动采集和人工辅助结合的方式，对生产设备进行管理，保障生产过程持续正常进行；

七、文档管理能力：控制、管理并传递与生产单元有关的信息文档，包括工程图纸、标准工艺规程、数控加工程序等。规范、限定了工作中使用的文档唯一来源。增加文档的查阅、修订时的安全性、及时性和方便性；

八、现场监控能力：通过物料库存监控、设备状态监控、生产进度监控、质量状况监控，提高现场管理的灵敏度；

九、自动化采集能力：通过与生产设备连接的自动化采集过程，实现了数据的集中管理和实时采集，减少了人工录入的时间和差错率，提高了数据的准确性和采集效率；

十、与其他系统的集成能力：与SAP之间实现自动数据交换，使订单的各个执行环节中SAP中始终可视，提高SAP动态反映的能力，使生产供应各个环节更加协调。提供与外部其他系统的接口，实现与其他供应商或客户的数据输入输出；

十一、数据分析和挖掘能力：通过生产过程大量采集的现场作业数据，提供满足管理和业务的各类统计查询报表，并为将来的数据挖掘提供详实的数据；

基于以上十一点能力，MES系统中的功能点规划则应运而生。

工业4.0之MES系统七大功能

上一篇小编描述了MES需要具备：资源管理能力，生产调度能力，物料及批次管理能力，生产过程管理能力，生产质量管理能力，生产设备管理能力，文档管理能力，现场监控能力，自动化采集能力，与其他系统的集成能力，数据分析和挖掘能力。基于上述十一个能力，MES系统的功能应用而生，分为七大功能：库房管理、生产调度、制造过程、质量管理、设备工装管理、文档管理、物料批次跟踪。

一、库房管理：分原料条码打印、原料入库、生产领料、生产退料。

1、原料条码打印：对于有批次跟踪要求的原料，在原料收到并经QC检验合格后，将物料折分到最小包装，打印跟踪条码并粘贴在最小包装上，建立原料与厂家条码、厂家批次、是否环保原料、收货日期等信息的关联关系。

2、原料入库：扫描已粘贴好跟踪条码的原料， 录入数量，建立对应的入库单，记录物料入库人、入库时间，原料完成入库。

3、生产领料：按生产计划通知单，开出领料单，仓管员提前套料（包括半成品）备好，放在的配仓区。实际发料时，将SAP中生产工单的发料清单导入到系统中，仓管员根据工单进行发料。发料时，扫描原料跟踪条码，建立工单与原料、半成品的对应关系。发料过程中系统对原料的条码和数量进行校对，防止错料、漏料、多领、少领等情况的发生。

同时系统提供了可供选择的PDA指引式拣料模块，该模块通过工单的发料清单和系统中库房原料存放的信息，通过PDA指引仓管员从仓库中进行拣料备料。

4、生产退料：在工单加工完成后，按工单将剩余的原料进行退仓处理。工单退仓完成后，可以在系统中对该工单的原料消耗进行差异分析，分析是否有物料超损或丢失的情况。

二、生产调度：SAP中制定了月计划，但SAP的计划属于高层次的计划，无法对具体的生产工单在各个工序间的生产进行调度。MES系统的生产调度管理模块，可以使用自动排产和手动排产对生产工单进行调度，安排每个工单在各个工序的具体生产线体、计划开始时间和计划结束时间，并根据库房管理模块提供的库房原料库存信息，进行物料齐套等可用性检查。排产完毕后，通过排产结果发布，各授权岗位、角色可以在系统中马上查询到排产信息，并根据排产内容安排管辖岗位工作。

三、制造过程管理：工单经过计划员排产发布后，已经确定每个工单在何时，在哪个工序的哪个线体上进行加工。MES指导物料员、库房管理员及时进行拣料、备料和上料，同时也指导线长协调生产人员，对设备进行调试，指导条码打印人员打印工单需要的产品条码准备进行生产。并通过工单及文档管理系统中相应的作业指导书，指导生产的顺利进行。

在生产过程中，以条码、RFID等信息载体，MES实时采集生产制造过程中的加工和质量信息，在采集的同时，将采集到的信息与工单、工艺路径及参数、物料、质量等信息进行相互验证，起到物料防错、工序防错防漏、工艺防错的作用，同时也将采集到的生产及质量信息实时反馈到系统的各看板、SPC和统计报表中，使管理者在第一时间掌握车间的物料、生产进度、质量情况，为管理者的决策提供数据支持。

四、质量管理：

在MES中定义质量活动的流程和准则。

在制造过程中测量和采集质量信息。

按准则控制质量和业务流程。

通过SPC 、SQC分析造成质量问题的根源，发现引发缺陷的趋势。

找到防止问题在未来发生的方法，并对流程加以改进。

五、设备工装管理：全面记录设备日常维护、维修记录、在线分析故障记录、设备档案、技术资料、履历等信息使用方便。全方面改善设备的利用率、寿命、维护成本、能源消耗和安全性。

通过对维护、维修记录的分类汇总，总结规律，减少维护人员的现场巡查，集中关注预测性维护。

通过作业采集、设备控制等信息，动态记录设备的运行状态，使生产管理人员能及时掌控生产设备的运行状况和能力，合理安排生产，及时调度，保障生产设备处于最佳状态，生产顺利、有序、高产、低耗进行。

六、文档管理：文档管理控制、管理并传递与生产单元有关的信息文档，包括工程图纸、标准工艺规程、数控加工程序等。

文档控制模块将各种指令下达给操作层，包括向操作者提供操作数据或向设备控制层提供生产指导。

文档管理规范、唯一了工作中使用的文档来源，同时也保证了版本的正确性。增加文档的查阅、修订时的安全性、及时性。也降低使用纸件的成本。

七、物料批次跟踪：物料批次跟踪的实现是基于生产过程的各环节采集的数据，经过系统的组织来完成的。这些环节包括：物料的入出库、SMT、插件、组装、装配等所有涉及物料、部品使用的过程。在本文前面各章均有涉及，为了让用户对批次跟踪有一个整体的认识，本节将与批次跟踪有关的业务操作进行了有条件的抽取和描述。

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-CPSOS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。

（编辑：温州站长网）

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