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MES系统演进历史及未来的趋势

作为MES系统的用户人员以及MES系统的从业者,我们有必要了解MES这个行业的前世今生,让我们来扒一扒这些尘封的往事。

基于大型计算机的账务处理系统开始于上世纪60年代,在70年代初业务提出了一第代的MRP物料需求计算理论与算法,并由IBM等先驱提供了成熟的算法包,这类算法包演化到80年代时形成了一个闭环模型,我们称之为MRPII,它几乎所当前所有ERP系统的核心功能,在80年代开始由于生产过程的数据管理需求,演变出最早的MES系统,尤其是在半导体等产业,MES是不可或缺的标配作业系统,我们可以这样子理解:在半导体产业之下严格的过程管理的需求,催生了高度行业化以及定制化的MES制造执行系统,并在90年代演化成可集成模式的I-MES制造执行系统套件,下图为《MESA-WhitePaperNumber5》中的MES系统的演化路线,它几乎被所有的研究MES进化历史的专业人市所引用。

MES系统演进历史及未来的趋势

几乎所有的技术标准都是在应用过程之中去总结归纳与定义的,比如上面讲到的业内圣经《MESA的6个白皮书》最早于92年颁布,但是西方在1988年就颁布了S88的第一个MES标准,后面更为专业的ISA-95标准在采纳S88标准的基础要素之上,于95年版本第一个标准草案《ANSI/ISA–95 Enterprise-Control System Integration Part I: Models and Terminology》,而这个标准在2006年,才被中国国家标准化管理委员会所采纳,并结合中国的标准型成了《GBT20720.1-2006  企业控制系统集成 模型和术语》。

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S95 标准定义了企业商业系统和控制系统之间的集成,主要可以分成三个层次, 即企业功能部分,信息流部分和控制功能部分。企业功能基于 Purdue 大学当初建立的 CIM 功能模型;信息流部分基于 Purdue 大学的数据流模型图和S88 批次标准,包括产品定义、生产能力、生产计划和生产性能 4 种信息流;而其控制功能则基于 Purdue 和 MESA 的功能模型。S95 中描述的生产对象模型根据功能分为 4 类 9 大模型, 资源、能力、产品定义和生产计划。资源包括人员,设备,材料和过程段对象。 能力包括生产能力,过程段能力。产品定义包括产品定义信息。生产计划包括生产计划和生产性能。ISA-95标准对MES的功能定义影响非常深远,它的出现将无论是流程工业还是离散类的加工制造行业有了统一的功能模型。并在其中孕育了当下最重要的概念“制造运营管理”Manufacturing Operation Management。

笔者在2000年时,由ERP的研发与实施向MES行业转型,并一开始就实施了一家大型外资上市公司光通讯行业的MES系统的全面导入,当时为了查询一些技术问题,只能上Google去查找,按MES的关键字来过滤,几乎没有任意一个中文网站,但是MES之火已经由欧美企业在中国的桥头堡工厂在中国发达城市点燃。

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由于欧美以及日本的MES系统应用推广较早,他们在中国的落地过程中几乎是填鸭式的照搬那一整套流程,从来未考虑也不曾去考虑中国用户的使用习惯,我当时所在的项目几乎所有的操作界面均为纯英文界面,操作工在应用系统时,只能死记硬背界面上的那些单词与提示信息,所幸的是,很快这套系统被聪明的国人所消化吸收,并产生了很多让老外们也赞口不绝的应用效果。

彼时,在一些中国台湾企业,已经广泛的应用了车间管理系统,他们称之为Shop floor或是Barcode系统,几乎最主要的功能就是部署在生产线上进行“扫描过帐”,实现最基本的WIP数据采集管理以及QC报表的展示。

国产的MES系统在2000-2005年期间还是处于萌发阶段,国家在2002年度首次提出将CIMS的离散类MES系统的研发技术攻关列为当年的863课题,几乎都是从消化西方的技术标准开始,来构架一套相对完善的技术框架,笔者当年曾在2001年时,于e-Works的BBS上发起成立了中国第一个MES讨论板块,并担任版主,参与见证了中国MES应用的萌芽期的扫盲与普及。2005年之后,中国自有知识产权的MES系统与平台开始推上市场开始应用迭代, 不过也有不少的国产厂商没有办法熬过MES这个行业的黎明前的黑暗,倒在黎明前的微光中,我个人以为,没有站在前人的MES应用实践基础之上去研究与迭代,也没有人去消化枯燥的国外技术标准,更没有一个切实可行的参照对标模型,基本上都是按功能模块的需求去大量定制,更淡不上任何“平台化/建模”这样的思想理念,实在让人扼腕叹息。

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自从2015年开始,中国制造业MES应用迎来了重大的战略机遇,为了对标德国的“工业4.0”以及美国的“工业互联网”战略,中国推出了“中国制造2025/智能制造”的战略,并制定了一系列的技术标准以及从产业政策上进行了大量的引导,MES系统也由单一的生产记录型系统,进化为全方位的企业级执行协同系统,比如在智能物流执行过程的应用,在全面质量管理TQM以及6西格玛的深入应用,在设备运行维护保养以及点检的深入应用,与SCADA/IoT的深度融合应用,MES已经转变为更为复杂的MOM 制造运营管理。

从技术路线上来看,经历了传统面向模块,面向对象/组件的开发方式,未来向面向服务SOA的架构以及面向微服务,全面开源的架构迭代,尤其与是工业互联网的“产业中台”技术全面融合之后,有机地实现云与端的协同分工,尤其是将AI人工智能应用于生产瓶颈的突破,将取得巨大的经济效益。笔者参与的项目已经将人脸识别与设备自动绑定,通过将深度学习技术训练的高速图像瑕疵鉴别,将生产良率进行了大幅度的提升,同时为企业实现了减员增效果。

当下 ,各地的工厂的MES项目如雨后春笋般上线,这为国内MES的业者来来了巨大的商机,一些进行了多年技术储备的商厂,实现了跨越式的发展,但金字塔最高端的MES项目,依然被一些国际厂商所垄断,但有理由相信,在出现“中兴/华为事件”之后,为了不让制造业的核心系统被卡脖子而受制于人,国产自有知识产权的MES系统必将顺势而为,机会总是留给有技术,有能力的商厂,善于经营的团队,最终在剧烈的竞争搏杀之下,国产MES系统将迎来辉煌。

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