一、引言

    “十二五”時(shí)期是深化改革開(kāi)放、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的攻堅(jiān)時(shí)期。工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)力量，是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的主戰(zhàn)場(chǎng)。工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的關(guān)鍵所在，是走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路的根本要求，也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)大國(guó)向工業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的必由之路。

    要實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級(jí)，必須把信息化技術(shù)作為其牽引和支持的動(dòng)力，堅(jiān)持把推進(jìn)工業(yè)化與信息化（簡(jiǎn)稱“兩化”）的深度融合作為重要支撐，加快推動(dòng)制造業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化轉(zhuǎn)變。并加快推動(dòng)制造企業(yè)的發(fā)展模式向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變。

    在兩化深度融合的背景下，國(guó)家大力發(fā)展建設(shè)工業(yè)制造軟件，這其中，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）以其對(duì)車間管理特有的優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多的企業(yè)所關(guān)注并接受，在中國(guó)短短20多年的發(fā)展使其也具備了鮮明的本土化特色。

    然而縱觀我國(guó)MES系統(tǒng)的應(yīng)用，離散制造業(yè)相較于流程制造業(yè)無(wú)論從市場(chǎng)占有率還是從應(yīng)用效果來(lái)說(shuō)都相對(duì)滯后，離散制造業(yè)MES系統(tǒng)應(yīng)用面窄，應(yīng)用整體水平低。

    下圖1展示了2010年度國(guó)內(nèi)市場(chǎng)MES產(chǎn)品的行業(yè)結(jié)構(gòu)分布比例情況�？梢院苊黠@地看出，在鋼鐵、金屬、化工、煙草等流程行業(yè)中MES產(chǎn)品的應(yīng)用比汽車、電子等離散行業(yè)要高出很多。

圖1 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)MES行業(yè)分布結(jié)構(gòu)（2010年度）

    究其原因，我們從離散制造企業(yè)自身的問(wèn)題與MES軟件在離散制造行業(yè)的應(yīng)用兩方面來(lái)進(jìn)行分析。

二、離散制造企業(yè)普遍存在的問(wèn)題

    在我國(guó)當(dāng)前工業(yè)轉(zhuǎn)型和兩化融合的大背景下，制造企業(yè)無(wú)論從規(guī)模、產(chǎn)值還是從管理理念、信息化水平上都在飛速發(fā)展，但是很多制造企業(yè)，尤其是離散型制造企業(yè)在生產(chǎn)管理方面還存在一些亟待解決的問(wèn)題。

    （1）從制造執(zhí)行管理的角度來(lái)看

    ·生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度十分困難。離散制造企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃直接來(lái)源于訂單，因  此具有不均衡性和明顯的波動(dòng)性。而生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度不能很好地對(duì)計(jì)劃做“平準(zhǔn)化”，導(dǎo)致車間任務(wù)量波動(dòng)大，忙閑不均。

    ·資源閑置與資源短缺并存，能力過(guò)剩與能力不足同在。

    ·產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題沒(méi)有在車間層面得到有效控制。產(chǎn)品質(zhì)量的責(zé)權(quán)劃分不夠 清晰、檢測(cè)手段相對(duì)落后、信息系統(tǒng)不具備質(zhì)量控制和跟蹤功能，這些都是在車間層面無(wú)法有效控制產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的原因。

    ·設(shè)計(jì)及工藝變更較多，影響生產(chǎn)運(yùn)行和訂單進(jìn)度。目前，越來(lái)越多的離散制造企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)的要求，定位于產(chǎn)品差異化的戰(zhàn)略，這是企業(yè)存在設(shè)計(jì)及工藝變更的主要原因，大量的設(shè)計(jì)及工藝變更延長(zhǎng)了技術(shù)準(zhǔn)備周期，影響生產(chǎn)運(yùn)行和訂單進(jìn)度。

    ·生產(chǎn)準(zhǔn)備不周，工人停工待料。生產(chǎn)準(zhǔn)備作業(yè)是離散制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，若該環(huán)節(jié)無(wú)法保證，就不能夠及時(shí)備好車間生產(chǎn)所需的原材料和零備件，造成車間工人和設(shè)備停工待料的情況。

    ·生產(chǎn)能耗及資源浪費(fèi)嚴(yán)重。原材料利用率低，水電熱能源耗費(fèi)量多是離散制造業(yè)企業(yè)普遍存在的現(xiàn)象。

    （2）從制造協(xié)同的角度來(lái)看

    主制造商與其上下游未建立起協(xié)同化的環(huán)境，沒(méi)有做到最好的信息共享,致使企業(yè)需求的變動(dòng)信息傳遞速度緩慢，反應(yīng)滯后，阻礙資源的傳遞。

    （3）從信息化應(yīng)用的角度來(lái)看

    ·當(dāng)前的離散制造業(yè)企業(yè)在推進(jìn)企業(yè)管理信息化的過(guò)程中，會(huì)購(gòu)置大量的計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等一系列軟硬件，但是這些設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源的利用率并不高，而且其大規(guī)模應(yīng)用計(jì)算能力不足，企業(yè)的投入產(chǎn)出比較低。

    ·車間生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)度、質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)信息反饋不及時(shí)，缺乏信息共享機(jī)制。企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)調(diào)度、工藝管理、質(zhì)量保證、設(shè)備維護(hù)、物料管理、過(guò)程控制等系統(tǒng)之間相互獨(dú)立、缺乏數(shù)據(jù)共享，導(dǎo)致出現(xiàn)功能重疊、數(shù)據(jù)冗余與矛盾等一系列問(wèn)題。信息孤島使企業(yè)內(nèi)部的信息在水平方向上斷裂，嚴(yán)重制約著企業(yè)內(nèi)各種系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)，降低了信息化的整體作用。

    ·中心企業(yè)信息化資金、人才缺乏。企業(yè)開(kāi)展信息化建設(shè)需要大量的資金基礎(chǔ)和完善的人才隊(duì)伍作為保障，而目前的狀況是這些企業(yè)缺乏充足的人力財(cái)力去投入信息化建設(shè)。

    （4）從MES實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看

    ·離散制造企業(yè)采用定制化開(kāi)發(fā)的MES方案，真正滿足離散制造企業(yè)生產(chǎn)模式的標(biāo)準(zhǔn)化MES產(chǎn)品不多，也沒(méi)有符合各行業(yè)特點(diǎn)的相應(yīng)解決方案。

    ·MES產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、服務(wù)化的集成很差，從技術(shù)架構(gòu)和未來(lái)發(fā)展模式上都沒(méi)有一個(gè)完整的規(guī)劃。

    ·MES系統(tǒng)與上下游信息化系統(tǒng)集成度較差，企業(yè)中的“信息孤島”現(xiàn)象嚴(yán)重，信息缺乏共享，更缺乏作業(yè)計(jì)劃、執(zhí)行、反饋的閉環(huán)控制機(jī)制，與計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）和底層控制系統(tǒng)割裂。

    ·很多MES產(chǎn)品的通用性、可配置性、可擴(kuò)展性差，即使不是定制化開(kāi)發(fā)，也對(duì)很多業(yè)務(wù)需求和流程的變化不適應(yīng)，影響系統(tǒng)的推廣。

三、RS10/MES解決方案

    為了適應(yīng)離散制造企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，從車間信息化管理層面更好地解決生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)普遍存在的問(wèn)題，北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所（以下簡(jiǎn)稱北自所）規(guī)劃并提出了一套“離散制造業(yè)一體化車間制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)”（簡(jiǎn)稱一體化MES平臺(tái)），平臺(tái)的整體框架如下圖2所示。

圖2 離散制造業(yè)一體化車間制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)

    一體化MES平臺(tái)分為四層結(jié)構(gòu)，分別是推廣平臺(tái)、方案平臺(tái)、應(yīng)用平臺(tái)和技術(shù)平臺(tái)，四個(gè)平臺(tái)自下至上形成支撐，由上而下完成落地，以下進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹：

    （1）推廣平臺(tái)

    推廣平臺(tái)以“量大面廣”的離散制造業(yè)企業(yè)為服務(wù)對(duì)象，以解答解決企業(yè)制造執(zhí)行管理疑難問(wèn)題、提供制造業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)的建議方案、提供各行業(yè)的國(guó)內(nèi)專家信息、引導(dǎo)企業(yè)找到解決問(wèn)題之道為主要目標(biāo)，以互聯(lián)網(wǎng)信息門戶的形式提供平臺(tái)服務(wù)。

圖3 用戶需求匹配過(guò)程示意

    該平臺(tái)一方面致力于提高我國(guó)離散制造業(yè)企業(yè)對(duì)制造執(zhí)行管理信息化乃至制造業(yè)信息化的認(rèn)知水平，打造真正的公共服務(wù)型平臺(tái)；另一方面也扮演著發(fā)掘真正需求的優(yōu)質(zhì)客戶、提供深層次增值服務(wù)的顧問(wèn)式營(yíng)銷平臺(tái)的角色。

    （2）方案平臺(tái)

    方案平臺(tái)以有真正需求的離散制造業(yè)企業(yè)為服務(wù)對(duì)象，以為不同行業(yè)、不同規(guī)模、不同生產(chǎn)特點(diǎn)、不同應(yīng)用需求、不同預(yù)算水平的企業(yè)提供量身定制的解決方案為主要目標(biāo)，以專家團(tuán)隊(duì)和完整的知識(shí)服務(wù)規(guī)范的方式提供平臺(tái)服務(wù)。它不但為推廣平臺(tái)的專家知識(shí)庫(kù)提供標(biāo)準(zhǔn)化的理論依據(jù)和方案支撐，更為應(yīng)用平臺(tái)的設(shè)計(jì)方向、研發(fā)目標(biāo)提供指引方向。

    該平臺(tái)的運(yùn)作是整個(gè)一體化MES平臺(tái)核心價(jià)值的體現(xiàn)，為客戶帶來(lái)效益突破的關(guān)鍵所在。

    平臺(tái)服務(wù)的內(nèi)容是多樣的：既可以是整體解決方案、信息化方案、也可以是管理改進(jìn)建議方案；既可以基于制造協(xié)同整合的體系，也可以是面向單一車間的軟件模塊；既可以面向裝備制造業(yè)也可以面向電氣制造業(yè)等等。

    （3）應(yīng)用平臺(tái)

    應(yīng)用平臺(tái)以離散制造業(yè)企業(yè)制造單元的制造執(zhí)行管理、制造作業(yè)協(xié)同、信息系統(tǒng)整合為著眼點(diǎn)，以信息化的方式實(shí)現(xiàn)管理改進(jìn)和綜合集成，以應(yīng)用軟件平臺(tái)的方式為方案平臺(tái)提供支撐。

    應(yīng)用平臺(tái)由自北自所RS10/MES產(chǎn)品發(fā)展而來(lái)，由8個(gè)子系統(tǒng)組成，如下圖4所示，它完整覆蓋了離散制造業(yè)企業(yè)制造執(zhí)行管理的主要內(nèi)容，累積了我國(guó)多個(gè)行業(yè)的最佳業(yè)務(wù)實(shí)踐和不同生產(chǎn)組織方式生產(chǎn)單元的優(yōu)化管理模型。

圖4 應(yīng)用平臺(tái)功能組成

    應(yīng)用平臺(tái)支持多種車間業(yè)務(wù)模式（如流水生產(chǎn)、批量機(jī)加工、鑄鍛生產(chǎn)、修理再制造、單件裝配等類型），全面覆蓋離散制造企業(yè)的各種生產(chǎn)制造過(guò)程，使系統(tǒng)達(dá)到柔性、通用性、可配置性。

圖5 MES系統(tǒng)的流程及結(jié)構(gòu)示意

    如上圖5所示，MES系統(tǒng)位于計(jì)劃與物流管理層（如ERP、SCM等系統(tǒng)）和自動(dòng)化控制管理層（如DNC、FMS、FMC、PLC、立體庫(kù)等系統(tǒng)）之間，通過(guò)各種接口交互生產(chǎn)及控制信息，并通過(guò)主數(shù)據(jù)管理接收設(shè)計(jì)管理層（如PDM、CAPP、CAD、CAM等系統(tǒng)）傳輸?shù)年P(guān)鍵數(shù)據(jù)和圖形。而在其內(nèi)部，制造執(zhí)行系統(tǒng)的各功能有機(jī)整合，完成了車間制造執(zhí)行全過(guò)程的跟蹤與管理。

    （4）技術(shù)平臺(tái)

    技術(shù)平臺(tái)既可為高端客戶提供可擴(kuò)展、可伸縮、隨需租用的云技術(shù)解決方案，也可為普通客戶提供高內(nèi)聚、松耦合的軟件模塊，滿足不同規(guī)模、不同發(fā)展階段企業(yè)的信息化需求。技術(shù)平臺(tái)也為移動(dòng)計(jì)算、智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、制造集成接口等提供底層技術(shù)支撐，是一體化MES平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施。

四、意義及社會(huì)效益

    （1）提高客戶企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

    通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用，從整體上改善目標(biāo)客戶生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)及管理效果，削減企業(yè)成本，提升客戶企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，使企業(yè)近一步適應(yīng)外部市場(chǎng)變化的能力。具體體現(xiàn)在：

    ·提升主制造商的協(xié)同制造能力，實(shí)現(xiàn)其與供應(yīng)商之間的互通互聯(lián)，進(jìn)行制造知識(shí)及制造能力的再分配。

    ·提供多種生產(chǎn)類型的計(jì)劃排產(chǎn)模式，解決不同形態(tài)的車間管理需求所產(chǎn)生的不同問(wèn)題，提高車間作業(yè)計(jì)劃的可執(zhí)行性。

    ·立足于物流自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控，降低生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成的工作強(qiáng)度，減少人為誤差，提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，從而解決企業(yè)在車間執(zhí)行層與控制層的管理脫節(jié)，加強(qiáng)信息流與作業(yè)流的一致和通暢。

    ·由生產(chǎn)跟蹤及生產(chǎn)效能分析，實(shí)時(shí)了解投入產(chǎn)出，細(xì)化生產(chǎn)成本，使企業(yè)管理從粗放向精細(xì)化轉(zhuǎn)變。

    ·對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全程質(zhì)量管理、跟蹤，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息共享，加強(qiáng)全員的質(zhì)量預(yù)防與控制的意識(shí)，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提高，解決企業(yè)質(zhì)量管理的滯后性。

    ·提供生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行信息，使生產(chǎn)管理人員能及時(shí)掌控生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況和能力，合理安排生產(chǎn)，及時(shí)維護(hù)設(shè)備，保障生產(chǎn)設(shè)備性能最佳，使生產(chǎn)順利、有序、高產(chǎn)、低耗進(jìn)行。

    （2）行業(yè)應(yīng)用示范作用

    作為典型的離散制造企業(yè)信息化供應(yīng)商，通過(guò)“一體化MES平臺(tái)”的實(shí)施，使其與ERP產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)有效整合，形成一整套完整的解決方案，為各類離散制造企業(yè)帶來(lái)管理提升和經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)，在行業(yè)內(nèi)起到良好的示范和標(biāo)桿作用，為同行業(yè)其它信息化解決方案供應(yīng)商的發(fā)展開(kāi)拓新的思路。

    （3）優(yōu)化配置社會(huì)資源

    結(jié)合國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略方針，實(shí)現(xiàn)管理信息化的同時(shí)加快管理思路轉(zhuǎn)變，將企業(yè)由粗放式的發(fā)展逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅乜沙掷m(xù)發(fā)展的綠色制造、精益制造的精細(xì)發(fā)展模式。

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