毫無疑問，我們眼下正處于一個舊IT走向新IT的變革時代，工業(yè)4.0的概念興起于德國，現(xiàn)在我們大家普遍認為其是一次科技革命，或者說是一次新技術革命。工業(yè)4．0的目的是通過應用物聯(lián)網等技術提高德國的制造業(yè)水平，建立具有適應性、資源效率及人工智能的智能工廠，在商業(yè)流程及價值流程中整合客戶以及合作伙伴。

無論產業(yè)界或者學術界如何解讀工業(yè)4．0，它的本質都是數(shù)據，這些數(shù)據包括了智能產品的數(shù)據、企業(yè)運營的數(shù)據、產業(yè)鏈上的數(shù)據、企業(yè)外部數(shù)據等等。這些數(shù)據串起來工業(yè)4．0的生態(tài)圈。

1、四大主題構建工業(yè)4．0的核心業(yè)務

未來10年，我們將步入工業(yè)4．0的時代，實現(xiàn)由“自動化”向“智能化”的轉變。通過CPS（Cyber－PhysicalSystems）網絡實現(xiàn)人、裝備和產品的實時連通、相互識別和有效交流，為消費者定制“個性化”的商品，并且提供及時、高效的服務。

工業(yè)4．0的四個主題：智能工廠、智能生產、智能物流和智能服務。智能工廠側重點在于企業(yè)的智能化生產系統(tǒng)以及制造過程，對于網絡化分布式生產設施的實現(xiàn)；智能生產側重點在于企業(yè)的生產物流管理、制造過程人機協(xié)同以及3D打印技術在企業(yè)生產過程中的協(xié)同應用；而智能物流作為制造企業(yè)非常重要的資源節(jié)點，其側重點在于通過互聯(lián)網、物聯(lián)網，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有的資源效率；智能服務作為制造企業(yè)的后端網絡，其側重點在于通過（服）務聯(lián)網結合智能產品為客戶提供更好的服務，發(fā)揮企業(yè)的最大價值。

1）智能工廠是傳統(tǒng)制造企業(yè)發(fā)展的一個新的階段。它是在數(shù)字化工廠的基礎上，利用物聯(lián)網的技術和設備監(jiān)控技術加強信息管理和服務，清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控率、減少生產線上人工的干預、即時正確的采集生產線數(shù)據，以及合理的生產計劃與生產進度，并加上綠色制造的手段，構建一個高效節(jié)能的、綠色環(huán)保的、環(huán)境舒適的人性化工廠。未來各個工廠將具備統(tǒng)一的機械、電器和通信標準。以物聯(lián)網和服務互聯(lián)網為基礎，配備傳感器、無線網絡和RFID通信技術的智能控制設備可以對生產過程進行智能化監(jiān)控。由此，智能工廠可以自主運行，工廠之間的零部件與機器可以互相交流。

智能工廠是由軟件操控，進行資源整合，發(fā)揮各環(huán)節(jié)的最大效率。智能工廠中的機器將全部由軟件控制，工人只需要操作計算機就可以完成生產，進一步解放了工廠中的工人，整體看來，它就是一個擁有高度協(xié)同性的生產系統(tǒng)，包括實時監(jiān)控、自動化管理、流程控制、能源監(jiān)控等等。收集及整合整個智能工廠的業(yè)務數(shù)據，通過大數(shù)據的分析整合，使其全產業(yè)鏈可視化，達到生產最優(yōu)化、流程最簡化、效率最大化、成本最低化和質量最優(yōu)化的目的。

2）智能生產是由用戶參與實現(xiàn)“定人定制”的過程。智能生產的車間可以實現(xiàn)大規(guī)模定制，對生產的柔性要求極高。鑒于此，生產環(huán)節(jié)要廣泛應用人工智能技術、采用一體化的智能系統(tǒng)，智能化裝備在生產過程中大展拳腳。工廠的工人和管理者可以通過網絡對生產的每一個環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，實現(xiàn)智能化管理。

一體化的智能系統(tǒng)是由智能裝備和人類專家組成的，在制造過程中進行智能化的活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等，通過人與智能裝備的合力共事，去擴大、延伸和部分取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。與傳統(tǒng)制造相比，智能生產具有自組織和超柔性、自律能力、自學習能力和自維護能力、人機一體化、虛擬現(xiàn)實等特性。

3）智能物流以客戶為中心，促進資源優(yōu)化配置。根據客戶的需求變化，靈活調節(jié)運輸方式，應用條碼、RFID、傳感器、全球定位系統(tǒng)等先進的物聯(lián)網技術，通過信息處理平臺，實現(xiàn)貨物運輸過程的自動化運作和高效率優(yōu)化管理，從而促進區(qū)域經濟的發(fā)展和資源的優(yōu)化配置，方便人的生活。

4）智能服務促進新的商業(yè)模式，促進企業(yè)向服務型制造轉型。智能產品＋狀態(tài)感知控制＋大數(shù)據處理，將改變產品的現(xiàn)有銷售和使用模式。增加了在線租用、自動配送和返還、優(yōu)化保養(yǎng)和設備自動預警、自動維修等智能服務新模式。

2、工業(yè)4.0背景下，MES被重新定義

從目前的市場熱度及反應來看，大家對于工業(yè)4．0的認識存在嚴重的重硬輕軟現(xiàn)象，無論是各種展會或者媒體宣傳的示范線，表象上都是生產裝備。我們可以把智能工廠比作一個人，工業(yè)軟件就是這個人的神經系統(tǒng)。其中，在制造板塊，MES的作用尤為重要。

按照AMR所給予的定位：MES服務于工廠生產執(zhí)行層的信息系統(tǒng)，位于企業(yè)經營層的計劃系統(tǒng)與生產過程的直接工業(yè)控制系統(tǒng)之間。該定位將企業(yè)的運作劃分為三個層次，分別是：計劃層、執(zhí)行層和控制層。其中：計劃層就是MRPⅡ或ERP等經營管理信息系統(tǒng)?？刂茖影―CS、PLC、NC／CNC或SCADA中的一個系統(tǒng)或這幾種配置的組合，以及各種儀器設備等；介于兩者之間的是執(zhí)行層，MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）。

介于企業(yè)的“計劃層”和制造“設備層”之間，對企業(yè)生產計劃進行“再計劃”，“指令”生產設備“協(xié)同”或“同步“動作，對產品生產過程進行及時的響應，使用當前確的數(shù)據對生產過程進行及時調整、更改或干預等處理。

采用雙向直接的通訊，在整個企業(yè)的產品供需鏈中，即向生產過程人員傳達企業(yè)的期望（計劃），又向有關的部門提供產品制造過程狀態(tài)的信息反饋。

既不同于類似于ERP的企業(yè)運營系統(tǒng)，也不同于企業(yè)的過程控制系統(tǒng)，使用MES的經驗表明，它既能提高按時交貨的能力，改善物料的流通性能，由能減少企業(yè)內部沒有附加值的活動。

在工業(yè)4．0背景下，推動智能制造，構建智能工廠、智能生產、智能物流和智能服務體系，我們需要對MES重新進行定義，主要從以下幾個方面進行說明：

1）MES深度融入企業(yè)運營環(huán)節(jié)

智能工廠中的機器將全部由軟件控制，工人只需要通過MES現(xiàn)場的操作計算機或者移動終端就可以完成生產，MES結合企業(yè)運營的其他工業(yè)軟件構建一個高度協(xié)同性的生產系統(tǒng)，對企業(yè)的設計、采購、銷售、計劃、制造和運維服務各個環(huán)節(jié)，對每一個與制造相關的指令能夠精確調度、發(fā)送、跟蹤和監(jiān)控該指令影響生產的過程，成為實現(xiàn)車間制程智能化的基本技術手段。MES收集及整合整個智能工廠的業(yè)務數(shù)據，通過工業(yè)大數(shù)據的分析整合，使其全產業(yè)鏈可視化，達到生產最優(yōu)化、流程最簡化、效率最大化、成本最低化和質量最優(yōu)化的目的。

伴隨著制造企業(yè)的發(fā)展，未來制造企業(yè)勢必也是一個軟件公司，軟件系統(tǒng)的應用也會越來越多，MES就會成為制造企業(yè)運營的基石。

重新定義的MES的位置與其他業(yè)務板塊同等重要，以網絡化和扁平化的形式對企業(yè)的生產計劃進行“再計劃”，“指令”生產設備“協(xié)同”或“同步“動作，對產品生產過程進行及時的響應，使用當前確的數(shù)據對生產過程進行及時調整、更改或干預等處理。

針對大規(guī)模定制的需求可以實現(xiàn)柔性排程和調度

采用多向直接的通訊，在整個企業(yè)的產品供需鏈中，即向生產過程人員傳達企業(yè)的期望（計劃），又向有關的部門提供產品制造過程狀態(tài)的信息反饋，還要告知車間底層裝備之間加工的法則，彼此的加工狀態(tài)。

既不同于類似于ERP的企業(yè)運營系統(tǒng)，也不同于企業(yè)的過程控制系統(tǒng)，使用MES的經驗表明，它不再單純只針對制造過程進行優(yōu)化，可以延伸至企業(yè)運營的其他的板塊，縮短產品的研發(fā)周期，提高生產效率，降低單元的產品的制造成本，提高產品的不良率和能源利用率。

2）MES的業(yè)務應用范圍更加深入

傳統(tǒng)MES的作用就是實現(xiàn)企業(yè)的連續(xù)信息流。并通過對信息的傳遞和處理，對訂單下達到產品完成的整個生產過程優(yōu)化管理。MESA歸納了MES的十一個主要功能模塊，包括工序詳細調度、資源分配和狀態(tài)管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數(shù)據采集等模塊。通過MES這些模塊的有效協(xié)作，可以起到溝通企業(yè)計劃層和控制層，憑借信息技術提供精確的實時數(shù)據，并最終達到優(yōu)化管理活動和生產活動的目的。而在現(xiàn)實當中，各不同行業(yè)企業(yè)可以根據行業(yè)特點和企業(yè)實際，開發(fā)適合自身情況的多種功能模塊。

從MES的定義也可以看出，提供精確的實時數(shù)據是一個優(yōu)秀的MES的優(yōu)勢所在。MES對數(shù)據提供的實時性要明顯高于ERP，如果說控制層提供的實時時間系數(shù)為1，那么，MES的時間系數(shù)為10，ERP的時間系數(shù)為100。但是，重新定義的MES的核心優(yōu)勢不僅僅在于提供實時數(shù)據，而且需要對實時指令進行準備的自學習和柔性調度，也就意味著MES的時間系數(shù)也變成了1。

基于中國制造企業(yè)的特定現(xiàn)狀，我們整理了適合中國制造業(yè)的8大MES應用模塊，1大核心支持平臺和客戶化定制平臺：

序號模塊名稱模塊描述備注

1生產計劃管理A．支持中國制造企業(yè)的ERP不同的應用情況：a）根據制造企業(yè)的ERP應用情況，基于ERP中的主生產計劃，在MES中基于生產資源進行工單排程，轉化為車間的生產任務。b）直接應用ERP系統(tǒng)中的生產工單，在MES系統(tǒng)中進行排序，確定最終的生產任務。B．根據工單排程結果形成可執(zhí)行工單，對可執(zhí)行工單進行任務派工，生成派工單。下發(fā)至車間制造終端、智能裝備。

2生產執(zhí)行過程管控A．實時數(shù)據采集B．在制工單監(jiān)控C．智能裝備與人之間的指令調度D．智能裝備與智能產品之間的參數(shù)協(xié)同E．生產數(shù)據統(tǒng)計分析

3制造現(xiàn)場管理A．異常閉環(huán)管控（制造業(yè)務、智能裝備）B．精益可視化看板C．產品制造與工藝數(shù)據協(xié)同化管控D．智能產品身份識別

4物流調度A．結合供應商的制造進度、配送進度調度生產任務B．廠內精益化物流體系建設

5質量管理A．質量管理體系深入應用B．在制品、原材料和產成品的質量管控C．數(shù)據檔案歸結，為智能服務提供數(shù)據支撐

6設備管理A．智能裝備資產生產周期監(jiān)控（TPM）B．智能裝備運行參數(shù)調度C．智能裝備運行狀態(tài)監(jiān)控

7制造資源管理A．制造資源（工裝、模具、刀具、夾具、量具等）生命周期監(jiān)控B．制造資源庫存數(shù)據協(xié)同

8人力資源A．人力資源績效B．人力調度與裝備協(xié)同優(yōu)化

9核心業(yè)務支撐平臺A．集團級業(yè)務支持B．通過多級建模機制完成業(yè)務擴展C．參數(shù)（調度、規(guī)劃、分發(fā)）自定義D．圖形化業(yè)務、網絡、應用的監(jiān)控和運維服務支持

10客戶化定制體系A．圖形化自定義研發(fā)體系B．業(yè)務級的研發(fā)體系

MES的數(shù)據將是企業(yè)未來的核心競爭力，數(shù)據轉化為企業(yè)的知識，MES也是一個知識管控和傳承平臺；

MES將在業(yè)務活動中加入更多的人工智能的算法，模擬專家的智能活動，部分取代人工操作的內容，并具有自組織能力，實現(xiàn)人、裝備和資源的一體化過程優(yōu)化；

MES將依據和制定智能工廠中的管控指標，數(shù)據通訊和調度協(xié)同之間更加的精細化和準確；

MES通過智能數(shù)據的挖掘和分析，建立企業(yè)、工廠、車間，甚至工作中心、工作單元的數(shù)據模型，隨時適應制造環(huán)境和制造流程的改變；

MES建立約束和規(guī)則觸發(fā)機制，在不同的業(yè)務操作或者環(huán)境中，約束其行為，或者觸發(fā)某些業(yè)務操作。

3）MES未來的市場效益

MES除了解決企業(yè)的“信息孤島”問題，起到承上啟下、連左通右的功效，通過對即時生產數(shù)據采集，達到對生產現(xiàn)場的實時控制，及為管理層提供精細的決策支持；通過實時指令調度其他生產資源，提高生產效率；通過對實時生產數(shù)據的采集和分析，從而達到優(yōu)化生產排程、合理調配生產資源、改善生產工藝，提高產品質量和及時處理客戶投訴等問題。MES主要體現(xiàn)一下幾點作用：

1．生產數(shù)據的即時采集（ERP為事后錄入采集），通過實時數(shù)據采集，大大減少了ERP等系統(tǒng)數(shù)據錄入時間。

2．對生產數(shù)據的即時查詢、歷史查詢和精細化數(shù)據分析。

3．不良產品追溯管理，一方面即時處理不良產品維修并及時改進減少不良產品；另一方面，當已銷產品出現(xiàn)不良現(xiàn)象時，及時追溯相關批次，并準確召回不良批次，提高了服務質量，并減少召回成本。

4．收集工藝參數(shù)，優(yōu)化工藝數(shù)據，提高產品研發(fā)周期

5．改進生產工藝，提高產品質量。

6．提高生產效率，監(jiān)控生產工人生產狀況，提高工作積極性（說明：在實際生產中，往往生產車間為了降低自身工作量而舞弊。）

7．準確追溯到不合格供應商，減少不必要的損失。

8．合理調配生產資源：人員、物料、生產線等。

9．按時交貨，建立良性的供貨關系。

10．為降低成本提供有力的數(shù)據來源。

11．實現(xiàn)零庫存管理，提高企業(yè)資金流的運轉。

12．與能源監(jiān)控協(xié)同調度制造裝備，提高能源利用率

13．統(tǒng)一標準和時刻，歸結統(tǒng)計單元產品的制造成本，優(yōu)化分析，達到降低的目的

工業(yè)領域正在全球范圍內發(fā)揮越來越重要的作用，是推動科技創(chuàng)新、經濟增長和社會穩(wěn)定的重要力量。但與此同時，市場競爭也在變得愈發(fā)激烈?？蛻粜枰碌?、高質量的產品，要求以更快的速度交付根據客戶要求而定制的產品。此外，還必須不斷提高生產力水平。只有那些能以更少的能源和資源完成產品生產的企業(yè)，才能夠應對不斷增長的成本壓力。

智能制造的整體解決方案實現(xiàn)虛擬生產和與現(xiàn)實生產環(huán)境的融合，采用創(chuàng)新的工業(yè)軟件、自動化技術、驅動技術及服務，讓MES深入企業(yè)運營應用過程中，促進企業(yè)縮短產品的研發(fā)周期，提高生產效率，降低單元的產品的制造成本，提高產品的不良率和能源利用率。