智能制造下企业MES系统的实现路径

文 | 北京机械工业自动化研究所 刘慧 孙嘉玉

智能制造下企业MES系统的实现路径

文 | 北京机械工业自动化研究所 刘慧 孙嘉玉

智能制造作为《中国制造2025》的主攻方向，涉及到大量的技术要素、众多应用领域、牵扯价值链方方面面，在项目实施中也需要大量投入。而作为智能制造建设中的重要一环，MES系统的实施对于企业智能车间、智能工厂的整体搭建起到关键的作用。本文主要探讨在“中国制造2025”、“智能制造”建设背景下，制造企业从MES系统的需求整合、选型、落地实施、集成应用等层面的新思路。

2015年初，国务院提出了《中国制造2025》纲要，这成为实施制造强国战略的第一个十年行动纲领，也被外界解读为中国版的工业4.0计划。按照规划，《中国制造2025》是中国制造业强国路线三步走的第一步，目标是到2020年进入工业3.0时代，到2025年进入全球制造业第二方阵。而智能制造作为《中国制造2025》的主攻方向，涉及到大量的技术要素、众多应用领域、牵扯价值链方方面面，在项目实施中也需要大量投入。作为智能制造建设中的重要一环，MES系统的实施对于企业智能车间、智能工厂的整体搭建起到关键的作用。

传统MES系统的定义与应用

MES系统即制造执行系统(manufacturing execution system，简称MES）是美国AMR公司(Advanced Manufacturing Research，Inc．)在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。现代MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

智能制造的概念及体系架构

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能设备和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能设备的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造系统把硬件、软件、云利用网络有机地整合到一起，形成了系统的系统，或者说是大型复杂系统。系统构建时实现硬件系统与软件系统的深度融合，软件驱动运作硬件制造执行，硬件执行结果反馈到软件，形成闭环系统，并可不断扩展。硬件系统首先是以提升制造能力为目标的硬件系统构建，尤其强调制造的各种精度、加工尺寸、加工吨位、加工速度等加工性能制造的设备购置、改进，然后是机器人、数控设备、生产线的智能化购置、改造，再是针对现有的硬件设备方面的各种感知、控制、网络集成相关升级改造，实现生产设备的状态监控，实现问题的快速解决、预防性维护，减少计划检修，提升设备的利用率和设备生产产值。软件系统则以MES为核心，上连ERP系统、CRM系统，下连DCS、FCS、PLC等系统，同时实现与网络订单系统有机整合，实现生产计划制定、生产信息传递、生产过程控制、可视化展现，在此基础上实现工业大数据级的分析、计算、优化，指导优化整体生产系统。另外构建工业云大数据平台，以企业集团、地区、行业、生态等模式为主体，实现各种生产数据的汇集、清洗、整合、分析、挖掘，从而提供各种生产指标数据的阀值、模型、案例等知识，支撑所有相关单位的生产工作，并提供样板，促进问题的高效解决，促进产品与服务的创新。

具体而言，智能制造涵盖了产品智能化、装备智能化、车间智能化、工厂智能化和供应链智能化五个发展方向。产品智能化包括实现自主决策、自适应工况、人机交换和产品的个性化的定制与服务；装备的智能化，是将专家的知识和经验融入感知、决策和执行的环节，赋予产品制造在线学习和知识进化能力，比如在很多机械装备中实现动态信息的制造；车间智能化，表现为一个车间该生产什么，质量如何管控，设备状态如何，物料能否及时配送，是否有生产防错系统，作业指导，什么时候进行生产统计，产品能否及时发运等等都可以实现全局的生产管控；工厂的智能化，包括实现智能的加工中心和生产线、智能化生产的管控、智能化的仓储和物流，以及智能化生产的管控；当然还要实现整个生产现场的智能控制，例如很多企业已经应用了自动化的仓库，AGV无人引导的小车等。实现工厂智能化的过程需要重视人机互动。

智能制造体系框架下MES系统的应用

工业软件存在于智能制造的每一个角落，包括ERP、PLM(PDM)、MES等，MES 作为制造业企业信息化的重要组成部分，是贯穿各个环节(生产、工程技术和生产制造)的交集，是智能制造的灵魂，在智能制造体系搭建过程中有着举足轻重的地位和作用。

智能制造体系框架下MES的选型不再是单纯地解决车间作业层面的需求与该是：

1） 建立了覆盖底层设备、过程控制、车间执行、管理控制等无缝一体化的信息系统，实现了从生产计划的下达、排产、生产加工、完工反馈等过程的无人化或少人化。如： 应用了适用于自动化生产的设备，包括数控机床、机器人、自动寻址装置、存储装置、柔性自动装夹具、检具、交换装置及更换装置、接口等；

2）应用了联线技术，可以根据工艺设计，将各种设备联线，形成一个自动化生产的有机整体，包括FCS、FMS、FML、FA等，实现了与设备、与MES系统的实时通讯与控制；

3）应用了自动化控制和管理技术，包括分布式数字控制技术、生产规则和动态调度控制技术、生产系统仿真技术等；

所以未来MES系统的选型，除了要具备现在MES选型考量的要素：包括MES厂商的能力、MES软件对行业企业的适应性、人机界面的友好性、性价比等传统因素外，更加应该把MES系统的纵向集成能力与可扩展性放在重中之重的决策位置。

从应用实施的角度，相较之前更应该注重从管理的角度来推进MES软件的落地，并且在实施过程中要做好需求控制，对流程可以先固化再优化。

而决策目标的确立以及后续应用效果的考核追踪尤其需要明确和细化：

1）促进企业信息化管理改革。设备管理系统实施将为企业进行信息化管理改革、提升企业竞争力提供强有力的技术保障，同时直接带来了巨大的经济效益和管理效率的提升；

2）计划调度科学化。实现设备计划的平衡、资源平衡、时间平衡，提高资源利用率，最大限度消除计划管理瓶颈；

3）保障设备顺利使用。实现设备集中计划管理，引入设备维修保养技术标准，实施维修保养计划管理。从而保证设备质量，降低设备故障率和事故率，避免人为原因造成的损失；

4）节能降耗。通过管理软件系统的实施，合理降低维修保养成本、能耗和其它各种损耗，从而降低整体运营成本，提高经济效益；

5）提供管理决策支持。管理者可随时随地掌握设备使用状况，将一系列客观的数据，通过计算机系统进行科学汇总分析，有利于领导进行企业经营决策。

智能制造的未来

在工业4.0时代的推动下，智能制造业必将又一次焕发出新的生命力，主要体现在智能工厂设备将实现高度的自动化，生产系统具备灵活、能实时应对各种事件的功能，保证生产过程的彻底优化。同时，这种生产优势不仅体现在特定的生产条件下，而且可在Internet网络环境下实现横向的最优化。而制造业迈向智能化的过程中，就密切需要运用MES把碎片化、零散化的数据进行整合分析，通过数据互联互通，打通企业产品设计、客户管理、供应链管理、效率管理系统，实现底层控制层、中层执行层、上层计划层的整体优化，最终使制造业企业资产使用效率更高、产品生产成本更低、市场风险可控，提高制造业整体竞争能力。

总结

本文通过研究智能制造建设背景下，MES系统所应该具备的功能和延展性、制造业企业MES选型所应该考量的诸多要素，为企业的智能制造之路提供了可供参考和借鉴的思路。而随着智能制造建设的深入推进，现有的工业结构将得到改进和跃升，真正实现从制造大国向制造强国的蜕变。