面向產業園區的云MES建設探討

（北京機械工業自動化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

隨著工業4.0、中國制造2025相關政策的持續推進和落實，MES系統在企業的應用越來越普及，為企業轉型升級、邁向智能制造發揮了重要作用；與此同時，產業模式也在隨著新理念、新技術的發展快速變革，互聯網、大數據、云平臺、人工智能等技術的發展和應用，使基于要素、環境智能的自我制造，跨物理空間的協同制造模式越來越成為現實。新的發展模式也為制造過程各組成要素明確了發展方向，不僅包括裝備、產品、環境的智能化，也包括管控系統的互聯網、云平臺化，對于MES系統即是如此，如何實現MES系統的云平臺化，建設云MES，實現系統的網絡化部署、屬地化應用，是MES系統發展需面臨的一個課題，本文僅試著從產業集中度較高的園區入手，探討面向產業園區的云MES建設，為MES系統的云平臺化提供一些參考。

1 MES概念、現狀及技術發展趨勢

1.1 MES概念

MES，即制造執行系統，是對生產企業產品制造過程進行系統化管控的管理信息系統，最早由美國先進制造研究機構于1990年代提出，至今已發展近三十年；通常情況下MES系統是管理生產訂單的執行、產品質量、制造過程監控與數據采集，無論是企業信息化建設的五層結構體系中，還是智能制造（數字化）車間的建設標準中，MES系統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ERP、SRM等管理系統，下連SCADA、自動化控制系統，使企業生產制造過程從經營管理層到業務執行層，再到設備控制層，實現充分集成、互聯，形成一個緊密互動的業務整體，使整個生產制造過程精細、敏捷、高效。

1.2 MES應用現狀

MES的概念近年來在國內制造業已經充分普及，作為產業升級的技術手段，被管理層和企業人士廣泛接受，尤其是近幾年隨著工業4.0、中國制造2025的提出與實施，MES系統迎來了快速發展期，各行業具代表性、有實力的企業以智能制造為發展方向，規劃和實施了有針對性的MES系統，MES系統也在企業轉型升級、提質增效方面發揮了重要作用。

1.3 MES技術發展趨勢

基于MES系統的功能定位，MES系統目前采取在企業內部部署，對某條產線、某個車間的生產過程進行管控的模式，管理對象限于企業內部的生產經營活動，與周邊企業、上下游企業，與整個行業、管理部門基本沒有交集，就目前來看，這與企業以自身為主建設數字化車間的生產管理思路是符合的，但從長遠來看，考慮到以信息物理系統（CPS）為基礎的智能制造發展趨勢，目前基于企業自身設計、本地部署的MES系統在標準化、開放度方面又有其局限性，MES系統似乎應更網絡化、互聯網化，應在更高的層級實現大數據化，以適應CPS系統的技術需求。考慮到這些，我們認為網絡化、標準化應是MES系統的技術發展趨勢，應充分利用云平臺的理念，建立MES云服務平臺，即云MES，通過云MES，對接CPS理念，解決系統網絡化部署、分布式應用的問題，解決上下游、周邊企業生產聯動的問題，進而通過各企業數據的集中、共享、分析，對行業發展做出輔助決策。

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MES系統，云MES是部署在云端的MES系統，基于互聯網訪問應用，支持跨地域、跨企業、多用戶（企業）應用，是MES系統更網絡化、標準化的發展產物。

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系統在支撐工業4.0、智能制造的發展進程中網絡化、標準化的發展趨勢

以“智能制造”為主導的工業4.0，提出了“智能生產”和“智能工廠”的概念，強調自我制造和跨空間協同制造，而所有這一切，都需要各制造要素、各管控系統更網絡化、標準化，以支撐未來的智能協同，MES系統的發展也是這樣。

2）MES系統在現階段普及應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轉型升級面臨的管理需求，MES系統在各行業得到了快速普及，但通過實地調研發現，MES系統的應用普遍存在如下問題：

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

（2）從MES供應商角度看，針對每個企業定制開發一套系統，形成一個版本，隨著后續不斷升級，各企業之間系統的差異性會越來越大，給MES系統的產品化、標準化，后期運維均帶來困難。

（3）從行業和區域經濟發展角度看，各企業MES系統的數據孤立、封閉，無法共享，不能匯聚成更高維度的大數據，不能發揮數據應有的作用，不符合“數據驅動發展”的趨勢。

針對上述問題，可以通過系統集中部署、統一管理、網絡化分布式應用的方式，降低企業一次性投入及運維困難，提高MES產品標準化，提高企業數據共享能力。

綜上，順應MES系統網絡化、標準化的發展趨勢，云MES的概念應運而生，通過云MES的方式，更好的推進MES系統應用，發揮MES系統對企業、行業發展的重要作用。

3 面向產業園區的云MES建設思路

作為面向制造企業的產品制造過程管控系統，MES系統在功能和流程設計上具有很強的針對性，需緊密結合企業的業務現狀、生產工藝，以確保MES系統的可操作、可落地。具體到云MES更是如此，由于面對的是多個企業的統一管理，云MES系統的復雜度可能會很大，尤其是在各企業行業不同的情況下。因此，為了確保論證思路的清晰、易展開，我們選擇產業度集中的工業園區作為云MES的管理對象，比如某個汽車工業園，涉及整車制造及零配件制造廠商，各企業具有上下游產業配套關系，以此來對云MES的建設思路進行探討，其它更廣范圍云MES建設思路應是一致的。

3.1 云MES面向對象

云MES系統的面向對象，除了各應用企業外，還應包括所屬行業、政府管理部門，一方面通過企業對MES系統的應用，發揮MES系統對企業生產的支撐、管控作用；另一方面通過對上下游企業的數據共享集成，拉動上下游企業的協同制造；第三方面，應當通過對MES系統數據的收集、分析，為行業發展提供數據支撐，為政府部門的管理決策提供數據依據。因此，云MES的建設，應充分考慮企業、行業、政府管理部門的實際需求，作為系統設計依據。

3.2 云MES系統設計

云MES在系統設計上，除了軟件本身的平臺架構外，應充分考慮面向對象的管理需求，設計符合企業、行業、管理部門的功能模塊、業務流程，其總體結構如圖1所示。

圖1 平臺架構

1）在系統平臺架構層面，云MES作為一種云服務，應包括如下功能：

云應用管理平臺：對用戶及所選應用進行統一配置管理；

用戶認證及體系管理：建立統一身份認證技術，實行會員制管理；

數據安全管理：數據加密、安全管理；

接口服務：提供支持多種協議的可配置接口服務。

系統平臺架構的設計，應遵循如下設計理念：

SAAS理念：云MES作為部署在云端的管理系統，應遵循SAAS設計理念，消除企業購買、搭建和維護系統的需要，通過提供API級別服務，支持企業快速調用服務、構建系統。

松耦合設計：遵循松耦合設計理念，系統層級、業務層級、模塊之間完全分離，甚至單獨的模塊能夠獨立運行使用。

開放式設計：支持多種技術平臺，支持多種通訊協議。

安全性：證書級別的授權及加密體系，防止企業數據外流。

離線運行：支持在斷網情況的離線運行，確保生產的連續性。

2）功能設計

云MES的功能設計，在傳統MES的基礎上，還應考慮針對行業、政府管理部門的數據需求，包括但不限于如下功能：

企業需求：計劃、制造過程、在制品、質量、設備、數據采集、ANDON報警、能源、系統集成等管理需求；

行業需求：技術創新情況、產品創新情況、行業產值規模、產品分布情況、行業發展趨勢，行業標準、規章制定依據；

政府需求：企業規模、產值、用工、成本、用能信息；企業上下游關系，供應商，用戶情況；產業分布，產業發展趨勢，政策制定依據。

3.3 云MES部署及應用

云MES以網絡云服務的方式進行集中部署，以企業終端接入的方式實現分布式應用，其部署的關鍵點包括云平臺（數據中心）的硬件建設及云MES系統的安裝部署，其中云平臺從資金和運維角度考慮，可以采用租用的方式實現，如從阿里云、騰訊云等主流運營商租用；企業用戶通過注冊用戶、功能配置、基礎數據導入的方式進行登錄應用，其整體部署和應用結構如圖2所示。

圖2 整體部署和應用結構

3.4 云MES運維模式

云MES標準化開發、集中部署的方式，使得其運維工作也更集中和專業化，從云平臺及企業兩個角度考慮，其運維組織架構和職責設置如圖3所示。

圖3 組織架構和職責設置

云平臺運維團隊：由云平臺運營商成立專業團隊，以平臺系統運維為主，負責平臺系統維護、系統升級、用戶培訓、技術支持等工作，保障平臺穩定運行，用戶正常使用，與企業運維團隊配合工作。

企業用戶運維團隊：每個企業視規模配置1～3名專業運維人員，以企業應用運維為主，負責日常網絡、硬件及系統數據管理工作，與云平臺運維團隊配合工作。

3.5 云MES運營模式

云MES專業化研發、集中部署的方式決定了需要專業的、公司化的云平臺運營商進行日常運營管理，需具備公司管理、技術研發、市場推廣、客戶服務等幾個業務板塊，為客戶提供管理咨詢、應用系統服務、運維服務、數據整合分析等多項業務服務，同時，所提供的服務也是云平臺的贏利點所在，可結合實際情況，采取按點收費、按流量收費的方式提供收費服務。

4 云MES應用前景

隨著工業互聯網、大數據、物聯網、人工智能等技術的不斷發展創新，以自我制造、協同制造為標志的智能制造也在飛速發展，已逐步具備雛形，走向現實，云MES的發展亦是如此，作為智能制造的核心支撐系統，云MES不僅是面向企業，解決企業自身需求，同時也面向上下游企業、面向行業和行政管理部門，為整個產業鏈、整個行業、整個區域經濟的發展提供數據支撐、決策依據，切合網絡化、協同、數據驅動的發展趨勢，應用前景可期。

5 云MES建設目前面臨的難點及工作開展

云MES建設面臨的投資、收益問題我們暫且不談，僅從技術層面進行討論，從云MES的建設要素來看，基礎硬件設施和系統平臺架構方面不存在技術問題，硬件技術、數據庫以及軟件系統的發展已足以支撐未來的系統應用，作為一個面向多行業、多企業（用戶）的實際業務應用系統，其建設難點在于各行業、企業業務需求的標準化、平臺化，現階段企業的行業、工藝不同，業務需求不同，如何將各業務進行梳理、歸納，進行標準化整合，是云MES系統設計的重點和難點，這不是一個一蹴而就的過程，是不斷豐富、完善的過程。

基于上面的認識，我們認為云MES的建設可以選取行業集中度較高的一些產業園區作為試點，通過對各企業進行充分的調研，對共性需求進行整理歸納，作為云MES的基礎功能進行設計研發，在落地部署環節，針對企業個性需求進行定制開發，在此基礎上，逐步增加上下游企業、行業、管理部門的數據需求，最終形成具有一定代表性的云MES示范應用， 為云MES的建設應用進行實例探索。

6 結束語

以上是基于智能制造技術發展趨勢對云MES建設方面的一些經驗探討，該方案目前仍處于規劃階段。