面向產(chǎn)業(yè)園區(qū)的云MES建設(shè)探討

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

隨著工業(yè)4.0、中國制造2025相關(guān)政策的持續(xù)推進(jìn)和落實(shí)，MES系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用越來越普及，為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、邁向智能制造發(fā)揮了重要作用；與此同時，產(chǎn)業(yè)模式也在隨著新理念、新技術(shù)的發(fā)展快速變革，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺、人工智能等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使基于要素、環(huán)境智能的自我制造，跨物理空間的協(xié)同制造模式越來越成為現(xiàn)實(shí)。新的發(fā)展模式也為制造過程各組成要素明確了發(fā)展方向，不僅包括裝備、產(chǎn)品、環(huán)境的智能化，也包括管控系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)、云平臺化，對于MES系統(tǒng)即是如此，如何實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)的云平臺化，建設(shè)云MES，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化部署、屬地化應(yīng)用，是MES系統(tǒng)發(fā)展需面臨的一個課題，本文僅試著從產(chǎn)業(yè)集中度較高的園區(qū)入手，探討面向產(chǎn)業(yè)園區(qū)的云MES建設(shè)，為MES系統(tǒng)的云平臺化提供一些參考。

1 MES概念、現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢

1.1 MES概念

MES，即制造執(zhí)行系統(tǒng)，是對生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品制造過程進(jìn)行系統(tǒng)化管控的管理信息系統(tǒng)，最早由美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)于1990年代提出，至今已發(fā)展近三十年；通常情況下MES系統(tǒng)是管理生產(chǎn)訂單的執(zhí)行、產(chǎn)品質(zhì)量、制造過程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集，無論是企業(yè)信息化建設(shè)的五層結(jié)構(gòu)體系中，還是智能制造（數(shù)字化）車間的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中，MES系統(tǒng)都處于一個中樞的位置，通過對制造過程管控的定位，上接企業(yè)ERP、SRM等管理系統(tǒng)，下連SCADA、自動化控制系統(tǒng)，使企業(yè)生產(chǎn)制造過程從經(jīng)營管理層到業(yè)務(wù)執(zhí)行層，再到設(shè)備控制層，實(shí)現(xiàn)充分集成、互聯(lián)，形成一個緊密互動的業(yè)務(wù)整體，使整個生產(chǎn)制造過程精細(xì)、敏捷、高效。

1.2 MES應(yīng)用現(xiàn)狀

MES的概念近年來在國內(nèi)制造業(yè)已經(jīng)充分普及，作為產(chǎn)業(yè)升級的技術(shù)手段，被管理層和企業(yè)人士廣泛接受，尤其是近幾年隨著工業(yè)4.0、中國制造2025的提出與實(shí)施，MES系統(tǒng)迎來了快速發(fā)展期，各行業(yè)具代表性、有實(shí)力的企業(yè)以智能制造為發(fā)展方向，規(guī)劃和實(shí)施了有針對性的MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)也在企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效方面發(fā)揮了重要作用。

1.3 MES技術(shù)發(fā)展趨勢

基于MES系統(tǒng)的功能定位，MES系統(tǒng)目前采取在企業(yè)內(nèi)部部署，對某條產(chǎn)線、某個車間的生產(chǎn)過程進(jìn)行管控的模式，管理對象限于企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)經(jīng)營活動，與周邊企業(yè)、上下游企業(yè)，與整個行業(yè)、管理部門基本沒有交集，就目前來看，這與企業(yè)以自身為主建設(shè)數(shù)字化車間的生產(chǎn)管理思路是符合的，但從長遠(yuǎn)來看，考慮到以信息物理系統(tǒng)（CPS）為基礎(chǔ)的智能制造發(fā)展趨勢，目前基于企業(yè)自身設(shè)計、本地部署的MES系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)化、開放度方面又有其局限性，MES系統(tǒng)似乎應(yīng)更網(wǎng)絡(luò)化、互聯(lián)網(wǎng)化，應(yīng)在更高的層級實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)化，以適應(yīng)CPS系統(tǒng)的技術(shù)需求。考慮到這些，我們認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)是MES系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢，應(yīng)充分利用云平臺的理念，建立MES云服務(wù)平臺，即云MES，通過云MES，對接CPS理念，解決系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化部署、分布式應(yīng)用的問題，解決上下游、周邊企業(yè)生產(chǎn)聯(lián)動的問題，進(jìn)而通過各企業(yè)數(shù)據(jù)的集中、共享、分析，對行業(yè)發(fā)展做出輔助決策。

2 云MES的概念及提出背景

2.1 云MES概念

簡單的說，相對傳統(tǒng)MES系統(tǒng)，云MES是部署在云端的MES系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)訪問應(yīng)用，支持跨地域、跨企業(yè)、多用戶（企業(yè)）應(yīng)用，是MES系統(tǒng)更網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展產(chǎn)物。

2.2 云MES提出背景

云MES概念的提出，主要基于如下兩方面考慮：

1）MES系統(tǒng)在支撐工業(yè)4.0、智能制造的發(fā)展進(jìn)程中網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢

以“智能制造”為主導(dǎo)的工業(yè)4.0，提出了“智能生產(chǎn)”和“智能工廠”的概念，強(qiáng)調(diào)自我制造和跨空間協(xié)同制造，而所有這一切，都需要各制造要素、各管控系統(tǒng)更網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化，以支撐未來的智能協(xié)同，MES系統(tǒng)的發(fā)展也是這樣。

2）MES系統(tǒng)在現(xiàn)階段普及應(yīng)用所面臨的困難及解決思路

客觀的說，隨著智能制造概念的普及和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級面臨的管理需求，MES系統(tǒng)在各行業(yè)得到了快速普及，但通過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，MES系統(tǒng)的應(yīng)用普遍存在如下問題：

（1）從企業(yè)角度看，MES系統(tǒng)的本地化部署需要一定金額的、一次性資金投入，包括后續(xù)的運(yùn)維服務(wù)，也有人員、資金的需求，這會對一些經(jīng)營狀況一般的中小企業(yè)造成壓力。

（2）從MES供應(yīng)商角度看，針對每個企業(yè)定制開發(fā)一套系統(tǒng)，形成一個版本，隨著后續(xù)不斷升級，各企業(yè)之間系統(tǒng)的差異性會越來越大，給MES系統(tǒng)的產(chǎn)品化、標(biāo)準(zhǔn)化，后期運(yùn)維均帶來困難。

（3）從行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度看，各企業(yè)MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)孤立、封閉，無法共享，不能匯聚成更高維度的大數(shù)據(jù)，不能發(fā)揮數(shù)據(jù)應(yīng)有的作用，不符合“數(shù)據(jù)驅(qū)動發(fā)展”的趨勢。

針對上述問題，可以通過系統(tǒng)集中部署、統(tǒng)一管理、網(wǎng)絡(luò)化分布式應(yīng)用的方式，降低企業(yè)一次性投入及運(yùn)維困難，提高M(jìn)ES產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，提高企業(yè)數(shù)據(jù)共享能力。

綜上，順應(yīng)MES系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢，云MES的概念應(yīng)運(yùn)而生，通過云MES的方式，更好的推進(jìn)MES系統(tǒng)應(yīng)用，發(fā)揮MES系統(tǒng)對企業(yè)、行業(yè)發(fā)展的重要作用。

3 面向產(chǎn)業(yè)園區(qū)的云MES建設(shè)思路

作為面向制造企業(yè)的產(chǎn)品制造過程管控系統(tǒng)，MES系統(tǒng)在功能和流程設(shè)計上具有很強(qiáng)的針對性，需緊密結(jié)合企業(yè)的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、生產(chǎn)工藝，以確保MES系統(tǒng)的可操作、可落地。具體到云MES更是如此，由于面對的是多個企業(yè)的統(tǒng)一管理，云MES系統(tǒng)的復(fù)雜度可能會很大，尤其是在各企業(yè)行業(yè)不同的情況下。因此，為了確保論證思路的清晰、易展開，我們選擇產(chǎn)業(yè)度集中的工業(yè)園區(qū)作為云MES的管理對象，比如某個汽車工業(yè)園，涉及整車制造及零配件制造廠商，各企業(yè)具有上下游產(chǎn)業(yè)配套關(guān)系，以此來對云MES的建設(shè)思路進(jìn)行探討，其它更廣范圍云MES建設(shè)思路應(yīng)是一致的。

3.1 云MES面向?qū)ο?/h3>

云MES系統(tǒng)的面向?qū)ο螅烁鲬?yīng)用企業(yè)外，還應(yīng)包括所屬行業(yè)、政府管理部門，一方面通過企業(yè)對MES系統(tǒng)的應(yīng)用，發(fā)揮MES系統(tǒng)對企業(yè)生產(chǎn)的支撐、管控作用；另一方面通過對上下游企業(yè)的數(shù)據(jù)共享集成，拉動上下游企業(yè)的協(xié)同制造；第三方面，應(yīng)當(dāng)通過對MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集、分析，為行業(yè)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐，為政府部門的管理決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。因此，云MES的建設(shè)，應(yīng)充分考慮企業(yè)、行業(yè)、政府管理部門的實(shí)際需求，作為系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)。

3.2 云MES系統(tǒng)設(shè)計

云MES在系統(tǒng)設(shè)計上，除了軟件本身的平臺架構(gòu)外，應(yīng)充分考慮面向?qū)ο蟮墓芾硇枨螅O(shè)計符合企業(yè)、行業(yè)、管理部門的功能模塊、業(yè)務(wù)流程，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)

1）在系統(tǒng)平臺架構(gòu)層面，云MES作為一種云服務(wù)，應(yīng)包括如下功能：

云應(yīng)用管理平臺：對用戶及所選應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一配置管理；

用戶認(rèn)證及體系管理：建立統(tǒng)一身份認(rèn)證技術(shù)，實(shí)行會員制管理；

數(shù)據(jù)安全管理：數(shù)據(jù)加密、安全管理；

接口服務(wù)：提供支持多種協(xié)議的可配置接口服務(wù)。

系統(tǒng)平臺架構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)遵循如下設(shè)計理念：

SAAS理念：云MES作為部署在云端的管理系統(tǒng)，應(yīng)遵循SAAS設(shè)計理念，消除企業(yè)購買、搭建和維護(hù)系統(tǒng)的需要，通過提供API級別服務(wù)，支持企業(yè)快速調(diào)用服務(wù)、構(gòu)建系統(tǒng)。

松耦合設(shè)計：遵循松耦合設(shè)計理念，系統(tǒng)層級、業(yè)務(wù)層級、模塊之間完全分離，甚至單獨(dú)的模塊能夠獨(dú)立運(yùn)行使用。

開放式設(shè)計：支持多種技術(shù)平臺，支持多種通訊協(xié)議。

安全性：證書級別的授權(quán)及加密體系，防止企業(yè)數(shù)據(jù)外流。

離線運(yùn)行：支持在斷網(wǎng)情況的離線運(yùn)行，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。

2）功能設(shè)計

云MES的功能設(shè)計，在傳統(tǒng)MES的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮針對行業(yè)、政府管理部門的數(shù)據(jù)需求，包括但不限于如下功能：

企業(yè)需求：計劃、制造過程、在制品、質(zhì)量、設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、ANDON報警、能源、系統(tǒng)集成等管理需求；

行業(yè)需求：技術(shù)創(chuàng)新情況、產(chǎn)品創(chuàng)新情況、行業(yè)產(chǎn)值規(guī)模、產(chǎn)品分布情況、行業(yè)發(fā)展趨勢，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章制定依據(jù)；

政府需求：企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)值、用工、成本、用能信息；企業(yè)上下游關(guān)系，供應(yīng)商，用戶情況；產(chǎn)業(yè)分布，產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，政策制定依據(jù)。

3.3 云MES部署及應(yīng)用

云MES以網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)的方式進(jìn)行集中部署，以企業(yè)終端接入的方式實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用，其部署的關(guān)鍵點(diǎn)包括云平臺（數(shù)據(jù)中心）的硬件建設(shè)及云MES系統(tǒng)的安裝部署，其中云平臺從資金和運(yùn)維角度考慮，可以采用租用的方式實(shí)現(xiàn)，如從阿里云、騰訊云等主流運(yùn)營商租用；企業(yè)用戶通過注冊用戶、功能配置、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入的方式進(jìn)行登錄應(yīng)用，其整體部署和應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 整體部署和應(yīng)用結(jié)構(gòu)

3.4 云MES運(yùn)維模式

云MES標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)、集中部署的方式，使得其運(yùn)維工作也更集中和專業(yè)化，從云平臺及企業(yè)兩個角度考慮，其運(yùn)維組織架構(gòu)和職責(zé)設(shè)置如圖3所示。

圖3 組織架構(gòu)和職責(zé)設(shè)置

云平臺運(yùn)維團(tuán)隊(duì)：由云平臺運(yùn)營商成立專業(yè)團(tuán)隊(duì)，以平臺系統(tǒng)運(yùn)維為主，負(fù)責(zé)平臺系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)升級、用戶培訓(xùn)、技術(shù)支持等工作，保障平臺穩(wěn)定運(yùn)行，用戶正常使用，與企業(yè)運(yùn)維團(tuán)隊(duì)配合工作。

企業(yè)用戶運(yùn)維團(tuán)隊(duì)：每個企業(yè)視規(guī)模配置1～3名專業(yè)運(yùn)維人員，以企業(yè)應(yīng)用運(yùn)維為主，負(fù)責(zé)日常網(wǎng)絡(luò)、硬件及系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理工作，與云平臺運(yùn)維團(tuán)隊(duì)配合工作。

3.5 云MES運(yùn)營模式

云MES專業(yè)化研發(fā)、集中部署的方式?jīng)Q定了需要專業(yè)的、公司化的云平臺運(yùn)營商進(jìn)行日常運(yùn)營管理，需具備公司管理、技術(shù)研發(fā)、市場推廣、客戶服務(wù)等幾個業(yè)務(wù)板塊，為客戶提供管理咨詢、應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)、運(yùn)維服務(wù)、數(shù)據(jù)整合分析等多項(xiàng)業(yè)務(wù)服務(wù)，同時，所提供的服務(wù)也是云平臺的贏利點(diǎn)所在，可結(jié)合實(shí)際情況，采取按點(diǎn)收費(fèi)、按流量收費(fèi)的方式提供收費(fèi)服務(wù)。

4 云MES應(yīng)用前景

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，以自我制造、協(xié)同制造為標(biāo)志的智能制造也在飛速發(fā)展，已逐步具備雛形，走向現(xiàn)實(shí)，云MES的發(fā)展亦是如此，作為智能制造的核心支撐系統(tǒng)，云MES不僅是面向企業(yè)，解決企業(yè)自身需求，同時也面向上下游企業(yè)、面向行業(yè)和行政管理部門，為整個產(chǎn)業(yè)鏈、整個行業(yè)、整個區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐、決策依據(jù)，切合網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同、數(shù)據(jù)驅(qū)動的發(fā)展趨勢，應(yīng)用前景可期。

5 云MES建設(shè)目前面臨的難點(diǎn)及工作開展

云MES建設(shè)面臨的投資、收益問題我們暫且不談，僅從技術(shù)層面進(jìn)行討論，從云MES的建設(shè)要素來看，基礎(chǔ)硬件設(shè)施和系統(tǒng)平臺架構(gòu)方面不存在技術(shù)問題，硬件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫以及軟件系統(tǒng)的發(fā)展已足以支撐未來的系統(tǒng)應(yīng)用，作為一個面向多行業(yè)、多企業(yè)（用戶）的實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，其建設(shè)難點(diǎn)在于各行業(yè)、企業(yè)業(yè)務(wù)需求的標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化，現(xiàn)階段企業(yè)的行業(yè)、工藝不同，業(yè)務(wù)需求不同，如何將各業(yè)務(wù)進(jìn)行梳理、歸納，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整合，是云MES系統(tǒng)設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這不是一個一蹴而就的過程，是不斷豐富、完善的過程。

基于上面的認(rèn)識，我們認(rèn)為云MES的建設(shè)可以選取行業(yè)集中度較高的一些產(chǎn)業(yè)園區(qū)作為試點(diǎn)，通過對各企業(yè)進(jìn)行充分的調(diào)研，對共性需求進(jìn)行整理歸納，作為云MES的基礎(chǔ)功能進(jìn)行設(shè)計研發(fā)，在落地部署環(huán)節(jié)，針對企業(yè)個性需求進(jìn)行定制開發(fā)，在此基礎(chǔ)上，逐步增加上下游企業(yè)、行業(yè)、管理部門的數(shù)據(jù)需求，最終形成具有一定代表性的云MES示范應(yīng)用， 為云MES的建設(shè)應(yīng)用進(jìn)行實(shí)例探索。

6 結(jié)束語

以上是基于智能制造技術(shù)發(fā)展趨勢對云MES建設(shè)方面的一些經(jīng)驗(yàn)探討，該方案目前仍處于規(guī)劃階段。