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MES制造执行系统| 工四100术语

2016-05-09 15:17 [白皮书知识库] 来源于:知识自动化
导读:工业4.0重新燃起了“工业再发现”之火。许多概念和实践再次被强化,犹如新开局的麻将牌,东风归位,万象重生。在这样一场焦点争夺战之中,MES毫无疑问成为众所瞩目的焦点。

   工业4.0重新燃起了“工业再发现”之火。许多概念和实践再次被强化,犹如新开局的麻将牌,东风归位,万象重生。在这样一场焦点争夺战之中,MES毫无疑问成为众所瞩目的焦点。智能工厂面临的大规模个性化定制的生产问题,必须由各个系统(PLM、MES、现场数据采集系统等)进行承接和解决。越来越多的管理者意识到,MES正在成为承载工厂核心的运营平台。服务于车间制造是MES的最核心的任务,因此越来越多的企业在新建工厂时,不仅考虑采购先进的设备,也考虑MES如何将工艺研发、品质管控、精益制造、协同供应链等,统一到一起。MES已然成为工厂的信息枢纽。

  从来没有离开的MES,又回来了。凭借工业4.0的强劲之风,此次倍加精神抖擞。历史渊源制造执行系统是美国AMR公司在90年代初提出的,旨在加强MRP计划的执行功能,把MRP计划通过执行系统同车间作业现场控制系统联系起来。很显然,MES自落地之日起,就定义了自身的使命:MES,为连接中枢而生。1997年,MESA(制造执行系统协会)提出的MES功能组件和集成模型,包括11个功能。同时规定,只要具备11个功能之中的某一个或几个,也属MES系列的单一功能产品。

  图1 MESA定义的MES应用功能集成模型伴随着MES市场的发展,MES厂商犹如雨后春笋般地涌现出来,四路大军杀入其中。

  

  图2 四路大军挺进MES1、从自动化设备基础上发展而来的,这些厂商进入MES领域有着天然的优势,对自动化设备了如指掌。这类厂商的代表有:GE、Siemens、Rockwell等。

  2、从专业SCADA、HMI厂商发展而来,这些厂商多是从开发人机界面开始,然后扩展MES领域的,这类厂商的代表有:AdAstra、Wonderware、Citech等。

  3、从专业MES发展而来的,这些厂商一开始就专注于行业MES或者MES中的某一项功能,如针对石化行业的Aspentech、专注钢铁冶金的PSI、Broner、宝信软件。

  4、还有一种趋势是ERP厂商由上向下发展MES,如SAP的ME、用友的JMES。在这个过程中,大量洗牌是不可避免的。

  而近几年,从物联网行业来的MES厂商也成为热点。由于具有先天的对设备、网络的理解,这些厂商也在成为一股不容小觑的生力军,虽然现在这些公司体量较小,但是他们内置的互联网基因与基础研发能力使得他们在MES应用中如鱼得水,特别在对疑难杂症的复杂车间具有相对灵巧的技术优势。深圳的RichonTech在数字车间及定制化MES就是一类。

  历史上,MES行业曾有过一次并购热潮,是以自动化设备供应商为主角,以便快速进入该行业。如Siemens收购比利时的Compex IT Plant Solutions公司的MES产品proCX,GE Fanuc并购MES软件产品的供应商Mountain Systems,Rockwell自动化对Enterprise Technology Group、Datasweep的收购。

  这是自动化和软件供应商最直接的本能反应。实际上,这是自动化系统,第一次在工厂中精确地度量了硬件设备与软件的距离,宣告了一个正在萌芽的全新意图:自动化供应商离管理,而不仅仅是控制,大大前行了一步。

  而近几年开始大热的工业数字化热浪,正在将MES的认识和实践推向另外一个高峰。

  工四100术语定义MES:美国先进制造研究机构AMR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。目的是解决工厂生产过程的黑匣子问题,实现生产过程的可视化、可控化。不离舞台却非明星一手好局,MES的发展却出乎意料地缓慢。

  MES从上个世纪90年代开始发展,刚开始主要是在自动化程度比较高的行业得到广泛应用。如汽车行业、半导体电子、烟草行业,同时也在食品饮料、工程机械、大型离散装配、家电行业得以推广。最令人难以释怀的是,MES仍然处于群雄逐鹿的战国时代。自动化设备商仍是MES市场的主流供应商,但也难以形成ERP行业的SAP这样的寡头。尽管ERP厂商虽然也尝试进入MES行业,但是,市场拓展效果不佳,很显然,对资源管理轻车熟路的ERP厂商,对现场控制系统、数据采集,有着与生俱来的生疏和规避。实际上,MES的发展缓慢,恰好跟工业化进程密切相关。MES的行业性需求与通用型产品之间的矛盾日渐突出,产品化程度不够。与ERP不同,MES从产生开始,就是为了解决通用型的ERP功能难以解决的工厂管控问题,因此,即使有多年的发展,MES也无法摆脱行业性对其形成的局限。如PSI、宝信等专著于钢铁行业,即使有雄心向钢铁之外的产业发展,受到近几年钢铁市场的快速萎缩的,也难以从主流钢铁市场转向其他行业。行业Know-How是跨不过的门槛。为此一些MES厂商(如西门子)是通过并购来开拓新的行业,例如西门子在2014年收购美国的CamStar,就是为了强化在电子、医疗器械等领域。与此同时,集成难度是另外一个MES难以快速铺展的门槛。随着智能工厂的建设热潮,对于MES的集成提出更高的要求,纵向集成要求MES不仅与ERP集成,还要求与控制系统进行集成;不仅要求进行数据采集,还希望实现控制参数、工艺标准的下达。这也对MES供应商提出很大的挑战。

  值得注意的一个现象是,尽管MES发展多年,但其产业化规模仍然不足。一个成熟的产业应该是由供应商、服务商(经销商)和用户组成的,比如ERP、PLM。而现在的MES多是供应商直接面向用户,产业规模还远远没有发展起来。实际上,MES是一个企业信息化程度的体温计。由于MES的数据表单,来源于工厂的多个角度。因此如果企业自身的工艺资源、制造资源、流程节点不能规范有效的时候,MES厂家将不得不撅着屁股,先帮着企业整理自身的资源数字化。想为客户纺出五彩锦缎,而用户首先搬出的是一堆搅在一起的乱线头。这对MES厂商往往苦不堪言。MES的未来从国外的发展趋势看,已经形成了一批MES软件产品商和行业解决方案商。ERP和MES的分工也愈加清晰(见图3)。企业智能制造的应用焦点已经由ERP转向MES,MES已经由ERP的配角转变为生产管家的主角。

  

  图3 三者关系图随着CPS赛博物理系统正在逐步成为指导智能工厂建设的重要因素,物联网IoT的影响范围和对象越来越大,MES将对更多的“人、机、料、法、环”的信息进行闭环处理,从采集、传输、分析、控制、乃至巨大的提升。

  一方面,MES系统将与精益管理思想进行更深入的融合。相比ERP,MES在企业的精益管理思想落地方面更具有可操作性,在汽车、家电等装配行业,借助MES的物料拉动功能,企业已经实现JIT、JIS管理。

  另一方面,基于MES的制造大数据的分析处理将成为MES面临的课题和挑战,与ERP层的BI分析处理不同,MES产生的制造数据不仅包括结构化数据,还包括大量的非结构化数据如实时历史数据库、图片等。在新一代软件技术和工业互联网思维的支持下,MES在内涵中也增加了多个角色功能。如何利用MES掌握的即时、准确的生产信息成为各MES厂商竞相竞争的基础,例如:对于某些设备管控上移到MES层是充分利用MES掌握在制品状态的信息,对于AGV由MES系统调度是充分利用MES掌握生产节奏的信息等等,随着实时工业网络在制造现场的部署,MES由于掌握最全面、最精细的生产系统信息会显得越来越重要,同样地,MES系统所涵盖的功能也将不仅仅局限与AMR定义的十一个模块,MES系统会适时、动态、与时俱进地增加更多有价值的软件模块。随着对于行业的规范化,知识管理的思想将渗透和融入到未来的MES系统中。典型的应用如设备维修知识库,工艺异常调整知识库、最佳实践(最佳工艺、最佳设备运行参数)等将大幅度提高MES的应用普及,而MES未来将向云端进行转移。对于一些制造过程比较简单的中小企业,基于云平台的MES不失为一种低成本的解决方案。

  而随着谷歌眼镜、VR/AR、智能手表的引入,MES跟人的连接也将更加频繁和自然。而当下智能制造的许多热点话题,可以从MES本身可以一一展开。

  编者作者:李霄峰,浙江恩大施福软件公司,副总经理 编审:尹金国,深圳昱辰泰克总经理统稿:林雪萍,《工四100术语编写组》

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