制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）作為連接企業(yè)計劃層與控制層的橋梁，其在提升生產(chǎn)效率、確保產(chǎn)品質量方面發(fā)揮著至關重要的作用。本文將深入探討MES在工業(yè)生產(chǎn)中的應用，分享作者在實施MES產(chǎn)品建設過程中的思考與感悟，以期為同行業(yè)的同仁提供一些啟示和借鑒。

2022年初，我從物聯(lián)網(wǎng)智能硬件行業(yè)轉向生產(chǎn)制造領域，參與項目制企業(yè)的B端產(chǎn)品軟件建設。在過去一年半的時間里，我接觸了多個項目，訪談了不少客戶，并完成了一些B端產(chǎn)品的設計?，F(xiàn)在，我想針對工業(yè)生產(chǎn)中的MES系統(tǒng)分享一些個人的觀點和看法。

我接觸工業(yè)生產(chǎn)制造領域的時間不長，對各個行業(yè)的特性了解有限。本文的背景是基于企業(yè)內(nèi)部實施MES產(chǎn)品建設后的思考，所提出的觀點不一定適用于所有行業(yè)或企業(yè)。在實施MES產(chǎn)品之前，我們對汽車座椅生產(chǎn)企業(yè)、食品加工企業(yè)和汽車整裝企業(yè)進行了調研，這些案例具有一定的代表性，但也存在相應的局限性。希望能與大家進行友好的交流，互相理解，共同進步。

一、MES的業(yè)務定位

在實際的項目交付過程中，MES項目的定義多種多樣，所涉及的業(yè)務內(nèi)容也各具特色，此處不作詳細討論。

根據(jù)網(wǎng)絡上公開的定義，以及結合我們在項目中的實踐交流，以下是我們對MES的業(yè)務定位：一種嚴格控制生產(chǎn)過程、保障生產(chǎn)質量的管理軟件。

“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”,它為操作人員/管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求)的當前狀態(tài)。

—-美國先進制造研究機構AMR（Advanced Manufacturing Research）

“MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個產(chǎn)品供應鏈中提供有關產(chǎn)品行為的關鍵任務信息?！?/p>

—-制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(Manufacturing Execution System Association，MESA）

【以上信息來源：百度百科】

在工業(yè)生產(chǎn)制造的“人、機、料、法、環(huán)”五字箴言中，MES更側重于“法”的維度，它是一種管理生產(chǎn)過程并確保產(chǎn)品質量的方法。生產(chǎn)制造企業(yè)選擇MES，旨在通過嚴格控制生產(chǎn)過程中的每一處細節(jié)和每一道工序，確保所有產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝符合標準。因此，MES的價值定位應當聚焦于生產(chǎn)品控。

或許有人認為，MES的價值在于提高生產(chǎn)效率。然而，“效率”這一詞語相對模糊，不太適合用于描述具體問題。在生產(chǎn)制造執(zhí)行的過程中，我們認為生產(chǎn)效率應包括【質量】和【節(jié)拍】兩個方面。生產(chǎn)質量決定了產(chǎn)品是否能夠成功變現(xiàn)，而生產(chǎn)節(jié)拍則決定了產(chǎn)品可以變現(xiàn)的數(shù)量。這兩者之間存在類似于“1”和“0”的關系。因此，從業(yè)務價值優(yōu)先級的角度來看，產(chǎn)品的質量和品控無疑是MES的重中之重。

二、MES的業(yè)務分析

MES的復雜性和難度在于其設計與規(guī)劃需要軟硬件的結合能力，僅僅了解其中某一方面是不足以完成MES產(chǎn)品設計的。接下來，將結合自身的理解，探討MES業(yè)務的本質。

1. 場景抽象

如圖所示，通過業(yè)務的高度抽離之后，我們認為：在生產(chǎn)制造的過程中，MES業(yè)務的核心就是約束產(chǎn)線工人在“特定工位通過特定設備，采用特定方法加工特定零件”。

根據(jù)這種方法，在設計MES的業(yè)務功能細節(jié)時，我們需要著重厘清以“工位（有的企業(yè)習慣叫站點）”為核心的業(yè)務對應關系，以及每個工位參與的加工細節(jié)。

對于廠區(qū)、車間、產(chǎn)線這三個層級，除了產(chǎn)線這個對象存在部分業(yè)務屬性以外，廠區(qū)、車間這2個層級并無特別重要的屬性，在現(xiàn)實企業(yè)管理中也只是強調地理位置或空間屬性，真正發(fā)生業(yè)務的地點實際上是在工位這一維度上。產(chǎn)線這個維度之所以存在部分業(yè)務屬性，是因為產(chǎn)線是多個工位有序的集合，產(chǎn)線更加強調生產(chǎn)工位之間的順序。至于產(chǎn)品在各個工位之間的生產(chǎn)順序問題，下文會通過“工藝路徑”功能來具體說明。

1）【設備】

設備是生產(chǎn)過程中至關重要的業(yè)務對象。通過走訪了解，許多企業(yè)對于不使用專業(yè)設備的工位并不需要通過MES進行管理。相反，對于適用MES進行生產(chǎn)過程管理的工位，必然要求使用專業(yè)的生產(chǎn)工具和設備。在這種情況下，生產(chǎn)工人需要根據(jù)MES的要求，將工具和設備操作至規(guī)范的數(shù)值范圍。

在產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，設備持續(xù)不斷地產(chǎn)生大量的工況數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)，設備參與到生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)。設備的工況數(shù)據(jù)是MES判斷生產(chǎn)過程是否合格、是否符合生產(chǎn)要求的重要標準。設備運行數(shù)據(jù)的采集需要依賴工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，將設備采用物模型的方法進行數(shù)字化和虛擬化。通常，我們會從屬性、功能和事件三個維度對設備進行建模，使得設備以數(shù)字形態(tài)在MES中呈現(xiàn)。

構建物模型是設備聯(lián)網(wǎng)的基本方式，這已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的普遍共識。雖然其他設備聯(lián)網(wǎng)方法也能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)目的，但大多數(shù)并不具備標準化和通用化的特點。此外，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與普通物聯(lián)網(wǎng)在實施過程中存在顯著差異。普通物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應用更強調數(shù)據(jù)應用能力，而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)則重視工業(yè)協(xié)議的接入能力以及數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和可靠性。這兩者在突出能力和價值方面各有不同。

2）【零件】

根據(jù)行業(yè)通行的習慣，“零件”通常被稱為“物料”。然而，我們?nèi)匀皇褂谩傲慵边@個詞，因為“物料”更偏向于指代“原料”。在工業(yè)生產(chǎn)中，存在產(chǎn)成品與半成品、來料加工和原料混合生產(chǎn)的情況，因此在工位操作過程中將所有物料稱為“零件”更加合理。

談到生產(chǎn)加工的零件，就不得不提到另一個重要概念——BOM（物料清單）。根據(jù)企業(yè)業(yè)務場景的不同，BOM可以分為成本BOM、設計BOM、工程BOM、生產(chǎn)BOM等，每種BOM在應用上各有不同。而在生產(chǎn)執(zhí)行過程中，使用的BOM通常被稱為生產(chǎn)BOM。

關于BOM的定義和不同BOM之間的用途，感興趣的可以自己查詢。

BOM（物料清單）在MES中的作用是規(guī)范產(chǎn)品所需的生產(chǎn)零件種類及數(shù)量。在實際構建BOM時，需要充分理解企業(yè)的生產(chǎn)步驟和產(chǎn)品體系。不同的生產(chǎn)步驟導致BOM的層級和組合關系各異，而在同一產(chǎn)品體系中，不同的產(chǎn)品屬性配置所需的生產(chǎn)零件也會有所不同。

如圖所示，BOM1與BOM2的主要區(qū)別在于生產(chǎn)過程中的工序步驟不同。BOM1是在頭枕生產(chǎn)完成后，再進行整個座椅的生產(chǎn)；而BOM2則是在頭枕和骨架生產(chǎn)結束后，再進行整個座椅的生產(chǎn)。除了生產(chǎn)順序的差異，在零件維度上還會影響“骨架”這個零件編號的存在。這個影響在其他生產(chǎn)細節(jié)中也會體現(xiàn)得更多，具體情況不一一列舉。

BOM3與BOM4的主要區(qū)別在于面套的顏色屬性。由于顏色不同，相應的零件將會有不同的零件編號。在實際操作中，產(chǎn)品通常會有多種配置，不同的配置通過不同的BOM屬性來表示，因此會用到“乘數(shù)倍”的物料。

3）【加工】

加工主要是指用于處理零件的具體加工方法，通常在行業(yè)中被稱為工序。在實際的生產(chǎn)制造過程中，企業(yè)會對參與生產(chǎn)的員工進行必要的崗前培訓，以確保他們能夠正確完成生產(chǎn)任務。因此，在生產(chǎn)過程中，MES系統(tǒng)僅需提示當前生產(chǎn)步驟中正在加工的零件及其相應的加工要求。整個工序的核心在于判斷當前加工動作是否按照規(guī)定正確執(zhí)行，并確認其符合生產(chǎn)工藝要求。

為了更好地滿足生產(chǎn)過程中的管理需求，在設置工序時通常采用時序的方式來定義當前工序的加工行為。在某類工序定義中，會將參與當前工序的設備配置到工序邏輯中，然后將設備所具備的功能、屬性、事件等參數(shù)作為判斷條件。當加工設備工況參數(shù)滿足生產(chǎn)工藝參數(shù)要求時，系統(tǒng)將依次執(zhí)行到下一個工序；若不滿足，則會發(fā)出錯誤提示。

需要特別說明的是，在軟件設計思路中，存在一個名為標準工序模板的虛擬實體對象。構建這一虛擬實體的主要目的是為了方便工位工序的構建，使得工位工序能夠直接繼承標準工序模板。因此，在創(chuàng)建標準工序模板時選擇設備時，也是選擇的一個設備類，并不是具體的某個設備實體。在軟件實體ER關系中，設備關聯(lián)工位，工序關聯(lián)工位，自然可以建立起工序與設備的關聯(lián)關系。

在設備的物聯(lián)通訊方面，需要應用“邊緣采集”的相關產(chǎn)品來實現(xiàn)，具體內(nèi)容不作深入介紹，感興趣的朋友可以了解一些工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術解決方案和實踐方法。指出邊緣采集的重要性，是因為工業(yè)設備物聯(lián)程度在這一環(huán)節(jié)至關重要。

在工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場，產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍極為迅速和高效，工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)通常以毫秒為計量單位，這與一般物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品對通信時效性的要求大相徑庭。如果設備聯(lián)網(wǎng)時效性的問題得不到解決，將會導致整個MES實施效果極差。此外，由于現(xiàn)場的工業(yè)設備普遍存在“強通信、弱交互”的特點（強通信指的是工業(yè)設備具備較強的單通道、高頻次通信能力，弱交互則指設備在多通道通信、安全冗余、上報條件等方面的能力相對較弱），因此在工業(yè)設備物聯(lián)網(wǎng)化的過程中，常常會出現(xiàn)離線、假死和阻塞等情況。這些問題將嚴重影響設備數(shù)據(jù)交互的時效性，從而阻礙MES的有效實施。

2. 業(yè)務建模

前文以工位的角度對業(yè)務場景進行了抽象剝離，接下來將探討我們在實施MES時對業(yè)務流程建模的思考與看法。

在工業(yè)生產(chǎn)制造中，產(chǎn)品是由一個個零件構成的，而產(chǎn)線則是由一個個工位組成的。因此，我們需要將產(chǎn)品按照組成的零件以及每個零件的生產(chǎn)工序進行業(yè)務建模，以實現(xiàn)產(chǎn)品在MES中的實體數(shù)字化和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的模塊化。

在前文中關于BOM的描述中，我們已經(jīng)闡述了一些關于產(chǎn)品業(yè)務建模的觀點與想法。接下來，我們將進一步說明BOM在整個生產(chǎn)過程管理中的重要性及其與業(yè)務之間的關聯(lián)性。

在整個業(yè)務建模過程中，零件是核心實體。不同的零件決定了不同的加工行為，而不同的產(chǎn)品則需要使用不同的零件。因此，我們將零件作為核心，抽離了BOM與零件、工序之間的關聯(lián)關系。在構建業(yè)務模型時，我們調研了市場上多種實施方案，發(fā)現(xiàn)每個產(chǎn)品都有其獨特的思考和定位，各具特點和側重點。同時，內(nèi)部也存在不同的意見。經(jīng)過多方討論和預演，我們最終決定采用上述角度來構建基本業(yè)務模型。

從開發(fā)與實施的角度來看，構建實體對象之間的業(yè)務關系是至關重要的。無論采用何種方案，這三者的關聯(lián)關系必須得到明確構建，否則生產(chǎn)制造過程將無法順利執(zhí)行。然而，經(jīng)過我們的分析，構建這三者關系的時機和方式存在很大差異，這些差異將直接影響用戶體驗。

在構建上述業(yè)務關系時，我們采用了雙維度的方式將BOM與零件進行關聯(lián)，并與工序相結合。對于同一個零件，它在不同的BOM層級中被視作一個新的實體，并以單一的零件維度與工序關聯(lián)。例如，同型號的螺釘在不同的BOM層級中所使用的工序（加工行為）可能存在差異。

在定義產(chǎn)品的BOM結構后，產(chǎn)品的結構建模便已完成。BOM關聯(lián)了零件的類型和數(shù)量，從而實現(xiàn)了產(chǎn)品與零件之間的對應關系。同時，定義每個零件的生產(chǎn)工序也明確了整個產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需完成的具體生產(chǎn)行為。

需要特別說明的是，在生產(chǎn)過程中，雖然不同的產(chǎn)品可能會采用相同的生產(chǎn)工序，但它們可能會使用不同的工藝標準，簡單來說就是“不同產(chǎn)品在加工時設備的參數(shù)值不同”。因此，在實施基本業(yè)務建模時，需要根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工業(yè)標準，維護不同的生產(chǎn)參數(shù)。

3. 業(yè)務流程

在業(yè)務建模過程中，我們約定了生產(chǎn)所需的零件、各零件的數(shù)量，以及每個零件生產(chǎn)過程中需要的加工工序。這些要素雖然明確了生產(chǎn)過程的內(nèi)容和邊界，但尚未規(guī)定產(chǎn)品生產(chǎn)工序的具體順序。工藝路徑則用于維護和管理這一生產(chǎn)工序的順序。

在實際業(yè)務中，工廠的生產(chǎn)線和工位是根據(jù)產(chǎn)品的制造要求進行定制的，設計時也會兼顧多個產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。因此，在設置產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路徑時，需要將其與具體的產(chǎn)線和工位關聯(lián)，且在每個工位上配置相應的生產(chǎn)零件及工序。需要特別強調的是，如果生產(chǎn)工藝路徑關聯(lián)的是產(chǎn)線，那么在配置工藝時，也必須將零件分配到具體的工位。

一旦確定了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝路徑，生產(chǎn)過程中每個零件以及每個加工工序都會具體到每一個工位，從而實現(xiàn)對各個工位生產(chǎn)過程的有效管理。

當與零件相關的工序被分配到具體的工位后，該工序從標準工序模板轉變?yōu)楣の还ば颍笳呃^承了標準工序的業(yè)務邏輯。由于不同零件之間以及同一零件在不同空間位置上的差異，被分配到工位的工位工序需要配置不同的加工工藝參數(shù)。工藝參數(shù)在硬件層面上是與設備加工過程相關的工況參數(shù)，而在業(yè)務層面上則是產(chǎn)品的生產(chǎn)合格標準。

三、MES的實體關系

下圖是我們?yōu)镸ES設計的實體ER圖，一共分為：產(chǎn)品物料建模、產(chǎn)品生產(chǎn)模型、生產(chǎn)執(zhí)行管理、生產(chǎn)運營管理四部分。

在我們產(chǎn)品體系的建設中，用戶、角色等基礎功能被歸類為平臺層的業(yè)務功能，而具體的業(yè)務層應用并不涉及這些基礎功能。

與市面上其他應用軟件不同，本應用的功能邊界不涵蓋排程、質檢、倉儲等業(yè)務模塊，其主要定位在于管理工業(yè)生產(chǎn)制造中的生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)。

四、實施總結與感悟

1. 產(chǎn)品建設方面

在過去幾年接觸生產(chǎn)制造行業(yè)的過程中，我親自參與了一些項目的實施與交付，也觀察了同行業(yè)企業(yè)的交付情況?？傮w來看，這個行業(yè)的項目大多以商務關系為主，交付品質仍然存在較大問題。這些問題既有現(xiàn)實因素，也與行業(yè)風氣有關，具體細節(jié)不再贅述，下面主要分享一些關于MES產(chǎn)品建設的感悟。

在B端產(chǎn)品的交付中，通常采用“標準+定制”的模式。標準產(chǎn)品主要用于構建核心業(yè)務流程，而特殊業(yè)務內(nèi)容則需要進行定制化開發(fā)。沒有一個B端產(chǎn)品能夠滿足客戶企業(yè)全部的業(yè)務，也不可能滿足企業(yè)所有人的需求。企業(yè)在實現(xiàn)信息化的過程中，不僅僅是實施一個信息交互軟件，有時也會涉及到相關當事方利益的調整。

在項目實施過程中，我們必須尊重企業(yè)實際生產(chǎn)的業(yè)務場景，抽離出業(yè)務核心，以提高業(yè)務的擴展性。我個人發(fā)現(xiàn)，許多功能設計的目的在于解決功能本身，而非真正滿足客戶需求。如果在項目實施和交付過程中，無法將客戶需求進行高度抽象和剝離，無法提升功能的復用性，那么整個軟件的功能將顯得臃腫且缺乏擴展性，無法適應企業(yè)發(fā)展與變革所帶來的業(yè)務變化。

尊重一線員工的需求，體現(xiàn)共贏的商業(yè)價值。然而，許多企業(yè)往往忽視一線員工對項目交付的看法和實際使用感受。這些問題可能不會直接影響企業(yè)的回款，但卻會深刻影響企業(yè)的營收能力。大多數(shù)一線員工對企業(yè)的信息化進程存在抵觸情緒，因為信息化的本質在于提高企業(yè)的管理能力和效率，這往往意味著對員工管理力度的加大，因此一線員工本能的會產(chǎn)生反抗心理。當一線員工長時間頻繁地吐槽時，盡管領導層可能明白這只是員工的表達方式，仍然會對推動事宜的時機產(chǎn)生懷疑。

2. 業(yè)務建設方面

在MES實施過程中，必須特別強調數(shù)據(jù)交互的準確性、穩(wěn)定性和可靠性。在工業(yè)生產(chǎn)制造中，企業(yè)對生產(chǎn)節(jié)拍的關注至關重要，而生產(chǎn)節(jié)拍又直接反映了企業(yè)的營收能力。因此，MES實施時對軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性都有著極為嚴格的要求。

產(chǎn)品終檢工位的質量檢驗與產(chǎn)品質量檢驗是兩個不同的業(yè)務需求。終檢工位主要對產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)過程進行復查，屬于生產(chǎn)流程中的一個步驟；而產(chǎn)品質量檢驗則是在生產(chǎn)結束后進行的質量抽檢。由于兩者的性質、目的和檢查范圍不同，因此針對產(chǎn)品的質量檢驗體系也需要配備專業(yè)的質量檢驗軟件進行管理。

在實際應用中，現(xiàn)場掃碼交互面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是掃碼槍與現(xiàn)場工控機之間的連接問題，使得數(shù)據(jù)傳輸變得復雜。針對這一情況，我們考慮了多種解決方案，但每個方案都存在其優(yōu)缺點。最終，為了規(guī)范業(yè)務邏輯，我們決定將現(xiàn)場工位的屏幕視為工業(yè)生產(chǎn)中的一個物聯(lián)網(wǎng)設備，按照物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)霓k法將現(xiàn)場掃碼讀取的標簽數(shù)據(jù)傳遞到MES后端，確保數(shù)據(jù)高效交互。這樣的選擇旨在實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互路徑的可控性和穩(wěn)定性。

在MES中，大多數(shù)工序主要用于定義設備與數(shù)據(jù)、設備與設備之間的交互邏輯關系。然而，我們?nèi)孕柙O定一些非數(shù)據(jù)交互類的工序，例如引導、提示和延遲等。這些工序雖然不是必需的業(yè)務功能，但在實際交付過程中，它們能夠顯著提升MES的適應能力和項目的匹配度。