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德國提出工業(yè)4.0時指出，其兩大核心是智慧工廠與智能制造。工業(yè)4.0的目標是生產(chǎn)制造系統(tǒng)的數(shù)字化和虛擬化、將虛擬工廠與實際的對象結(jié)合起來、全面的點對點的信息通信、自配置和自矯正的適應(yīng)能力以及使機器能集成人的作用，實現(xiàn)智能制造。
西門子工業(yè)領(lǐng)域首席執(zhí)行官魯思沃教授于2014年7月10日在北京的演講中指出，工業(yè)4.0的三大支柱是MES、虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合和CPS，這也是智慧工廠的支撐技術(shù)。站在外部的視角，MES系統(tǒng)實現(xiàn)智慧工廠的服務(wù)化包裝，對外提供標準服務(wù)接口，按照制造過程的“T、Q、C、S、E”組織生產(chǎn)。
可以說，MES是智能制造在智慧工廠范疇內(nèi)的承載主體，實現(xiàn)“物理工廠”的“信息領(lǐng)域”的投影。那么問題來了，在智能制造背景下，MES有哪些改變呢？MES路在何方？
一、傳統(tǒng)的集成向過程融合發(fā)展
從未來的需求來看，尤其是在B2P的商業(yè)模式下，制造企業(yè)必須能夠快速處理大量的單件制造及特別制造的方式，同時全球化驅(qū)動的分散性協(xié)同制造成為主流，這就導致了傳統(tǒng)設(shè)計、計劃到生產(chǎn)模式的反應(yīng)遲緩，嚴謹?shù)?PLM、ERP、MES的集成流程太過到剛性。
取而代之的是一種新的方式是設(shè)計、計劃和生產(chǎn)緊密協(xié)作、并行執(zhí)行，基于同樣的需求、物料、產(chǎn)能等數(shù)據(jù)，PLM設(shè)計結(jié)束之前，柔性生產(chǎn)計劃即可快速下達，MES實時開始生產(chǎn)執(zhí)行，同時實現(xiàn)良好的反饋機制。這種柔性協(xié)同也對系統(tǒng)間設(shè)計 BOM、生產(chǎn)BOM、數(shù)據(jù)、模型等一致性和靈活性提出了更高的要求。
二、傳統(tǒng)的數(shù)字管理向智能管理發(fā)展
MESA組織給出MES功能模型的定義，強調(diào)生產(chǎn)過程“生產(chǎn)、質(zhì)量、消耗及績效”的業(yè)務(wù)管理。近十年來MES的發(fā)展，也是參考這個功能模型的定義，集中在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳遞和業(yè)務(wù)統(tǒng)計。通過業(yè)務(wù)過程的數(shù)字化，建立了協(xié)同工作平臺，并在此基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計，基本實現(xiàn)了全面的數(shù)字化和透明化管理。
但在實施MES的過程中都能深切感受到客戶對MES智能化期望較高：希望能夠采用APS自動實現(xiàn)作業(yè)任務(wù)編排，希望系統(tǒng)能夠根據(jù)過程變化自動調(diào)整計劃，希望自動調(diào)整工藝參數(shù)來確保質(zhì)量最佳。但事實上，傳統(tǒng)基于單據(jù)作業(yè)模式的MES，在數(shù)據(jù)分析與處理上并沒有下太多的功夫。
在工業(yè)4.0時代，生產(chǎn)變化及靈活性更高，生產(chǎn)要素須自動配置，必然要求在生產(chǎn)全過程的數(shù)字化的基礎(chǔ)上，增加智能優(yōu)化方法。工廠的智能化分為兩個層次：
一個層次是實現(xiàn)微觀層面的智能優(yōu)化。比如在工序?qū)用娴目刂浦?，在區(qū)域協(xié)調(diào)優(yōu)化中采用智能化技術(shù)?；蛘咴谀骋粋€專業(yè)領(lǐng)域，如設(shè)備的狀態(tài)預測、質(zhì)量預警及生產(chǎn)預警。
另一個層面是宏觀層面，根據(jù)生產(chǎn)過程中各要素的數(shù)字化，形成計劃、排產(chǎn)、質(zhì)量控制、過程跟蹤的閉環(huán)反饋，采用智能優(yōu)化算法進行協(xié)同優(yōu)化。
三、傳統(tǒng)的車間管理向工廠運營平臺發(fā)展
工業(yè)4.0時代的MES，或許將重新定義，在協(xié)同制造方面超越目前內(nèi)部組織范疇，而擴展至與供應(yīng)商和客戶的連接；在制造智能方面將不限于收集、分析與展現(xiàn)，而將進一步實現(xiàn)現(xiàn)場實時分析、協(xié)同智能決策，及時調(diào)整制造執(zhí)行過程；在業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)用?，將擴展智能裝備的性能監(jiān)測與維護、綠色制造的能源管理等內(nèi)容。在制造執(zhí)行(Manufacturing Execution) 系統(tǒng)將躍變?yōu)樽吭街圃?Manufacturing Excellence)系統(tǒng)。
四、傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)向工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺發(fā)展
中國制造雖然有環(huán)境因素、資源因素，但最重要的因素來看，差在哪呢？分析認為，主要差在“軟實力”方面。雖然在硬件層面我們也有明顯的差距，但有大量數(shù)據(jù)比較得出，即使一樣建設(shè)的生產(chǎn)線（如汽車生產(chǎn)線，我國的效率仍然和鄰國日本差一大截，因此不能把責任推到基礎(chǔ)硬件層面。
工業(yè)4.0時代，技術(shù)的發(fā)展為數(shù)據(jù)的產(chǎn)生（物聯(lián)網(wǎng)）、存貯、分析（云技術(shù)）、使用（移動互聯(lián)）更加方便。因此也可以說，工業(yè)4.0的變革是數(shù)據(jù)驅(qū)動型的變革。這個“軟實力”提升的主要驅(qū)動力是“數(shù)據(jù)”的利用。
MES傳統(tǒng)上處理各類業(yè)務(wù)單據(jù)，數(shù)據(jù)僅限于結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，很多企業(yè)在此基礎(chǔ)上，也開展了商務(wù)智能（BI）的建設(shè)與利用，但總體上還在有限的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)進行事后分析。
今天的物聯(lián)網(wǎng)（包括設(shè)備、物料等IIOT及人工作業(yè)過程中的HIOT）將產(chǎn)生大量的實時信息，都是表征了生產(chǎn)過程的全息影像。這些數(shù)據(jù)在采集、管理、分析與可視化方面，技術(shù)上正在逐步可行。
五、傳統(tǒng)的功能套件向模型驅(qū)動發(fā)展
在技術(shù)實現(xiàn)上，傳統(tǒng)的MES在逐步開發(fā)及實施的過程中，功能一點點增加，最終形成覆蓋工廠管理需要的一個功能套件集合，即我們常見的套裝軟件。但這種套裝軟件從設(shè)計本質(zhì)上是以職能管理為核心的，以軟件系統(tǒng)為中心的。在工業(yè)4.0時代，面向以客戶為中心價值傳遞，以產(chǎn)品為中心的制造資源重組的要求時，傳統(tǒng)的MES是無能為力的。
有調(diào)查表明，在MES系統(tǒng)建成的三年內(nèi)，50%的工藝（模型）將會或多或少隨著生產(chǎn)的持續(xù)改進而調(diào)整，在工業(yè)4.0時代的定制時代這種變化更加劇烈。這就要求MES系統(tǒng)必須是一個可適應(yīng)、可擴展的系統(tǒng)，其技術(shù)的主要特點是采用模型驅(qū)動技術(shù)來構(gòu)架系統(tǒng)。將ISA95相關(guān)的、在制造業(yè)通用功能以組件的方式，而各廠不同的、適應(yīng)各自管理及工藝流程的、不同應(yīng)用系統(tǒng)集成的部分，將通過可配置的模型平臺來實現(xiàn)，如下圖所示。當工藝流程發(fā)生變化時，只需在線修改模型，而不需調(diào)整功能組件，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的適應(yīng)性。
六、傳統(tǒng)的視窗界面向虛擬現(xiàn)實發(fā)展
從人機協(xié)同的角度來看，計算機技術(shù)發(fā)展到今天，主要存在兩個問題沒有很好解決。一是計算機的現(xiàn)場應(yīng)用，一是信息的展示方法。試想，通過鍵盤、鼠標的信息錄入方法完全是要求人們?nèi)ミm應(yīng)計算機的需要，采用視窗操作界面，也是今天的計算機操作系統(tǒng)的展示信息的手段。這些都是以計算機為核心，或者說以系統(tǒng)為核心的思想。
在工業(yè)4.0時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引發(fā)數(shù)據(jù)海量增加、設(shè)備智能化及自主化管理，這些變化將人從“操作員”的角色逐步提升到“監(jiān)控者及決策者”，人機交互的方式必須更加自然、實時、聚焦要點。
虛擬現(xiàn)實及增強現(xiàn)實技術(shù)可以有效解決這一點。在工業(yè)4.0時代，虛擬世界將與現(xiàn)實世界高度融合。通過計算、自主控制和聯(lián)網(wǎng)，人、機器和信息互相聯(lián)接，融為一體，所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)將被全部整合到工廠虛擬現(xiàn)實管理系統(tǒng)中。
利用三維可視化技術(shù)將生產(chǎn)場景真實展現(xiàn)出來，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時驅(qū)動三維場景中的設(shè)備，使其狀態(tài)與真實生產(chǎn)場景一致，從而讓管理者充分了解整個生產(chǎn)場景中各設(shè)備的運行狀況，達到監(jiān)測、查看、分析的目的。
