数字化转型网灯塔制造专题
数字化转型网灯塔智造专题活动将涵盖灯塔工厂、黑灯工厂、未来工厂、智能工厂等，从设计规划到落地实践的全流程。并融合人工智能、数字化转型、智能制造、机器人与自动化等技术与理念，帮助中国制造业企业打通客户订单到生产的全流程，实现世界一流灯塔标杆。
制造执行系统（MES）作为连接企业计划层与控制层的桥梁，其在提升生产效率、确保产品质量方面发挥着至关重要的作用。本文将深入探讨MES在工业生产中的应用，分享作者在实施MES产品建设过程中的思考与感悟，以期为同行业的同仁提供一些启示和借鉴。2017年初，我开始从事生产制造领域项，参与项目制企业的B端产品软件建设。在过去7年的时间里，我接触了多个项目，访谈了不少客户，并完成了一些B端产品的设计。现在，我想针对工业生产中的MES系统分享一些个人的观点和看法。由于MES具有很强的行业特性，不同行业的业务和管理模式会有很大的不同。本文的背景是基于企业内部实施MES产品建设后的思考，所提出的观点不一定适用于所有行业或企业。在实施MES产品之前，我们对汽车零部件生产企业、食品加工企业和汽车整装企业进行了调研，这些案例具有一定的代表性，但也存在相应的局限性。希望能与大家进行友好的交流，互相理解，共同进步。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
MES的复杂性和难度在于其设计与规划需要软硬件的结合能力，仅仅了解其中某一方面是不足以完成MES产品设计的。接下来，将结合自身的理解，探讨MES业务的本质。
一、场景抽象
如图所示，通过业务的高度抽离之后，我们认为：在生产制造的过程中，MES业务的核心就是约束产线工人在“特定工位通过特定设备，采用特定方法加工特定零件”。
根据这种方法，在设计MES的业务功能细节时，我们需要着重厘清以“工位（有的企业习惯叫站点）”为核心的业务对应关系，以及每个工位参与的加工细节。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
对于厂区、车间、产线这三个层级，除了产线这个对象存在部分业务属性以外，厂区、车间这2个层级并无特别重要的属性，在现实企业管理中也只是强调地理位置或空间属性，真正发生业务的地点实际上是在工位这一维度上。产线这个维度之所以存在部分业务属性，是因为产线是多个工位有序的集合，产线更加强调生产工位之间的顺序。至于产品在各个工位之间的生产顺序问题，下文会通过“工艺路径”功能来具体说明。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
1）【设备】
设备是生产过程中至关重要的业务对象。通过走访了解，许多企业对于不使用专业设备的工位并不需要通过MES进行管理。相反，对于适用MES进行生产过程管理的工位，必然要求使用专业的生产工具和设备。在这种情况下，生产工人需要根据MES的要求，将工具和设备操作至规范的数值范围。
在产品生产制造过程中，设备持续不断地产生大量的工况数据，通过这些数据，设备参与到生产制造的各个环节。设备的工况数据是MES判断生产过程是否合格、是否符合生产要求的重要标准。设备运行数据的采集需要依赖工业物联网技术，将设备采用物模型的方法进行数字化和虚拟化。通常，我们会从属性、功能和事件三个维度对设备进行建模，使得设备以数字形态在MES中呈现。
构建物模型是设备联网的基本方式，这已经成为物联网行业的普遍共识。虽然其他设备联网方法也能实现联网目的，但大多数并不具备标准化和通用化的特点。此外，工业物联网与普通物联网在实施过程中存在显著差异。普通物联网行业应用更强调数据应用能力，而工业物联网则重视工业协议的接入能力以及数据采集的稳定性和可靠性。这两者在突出能力和价值方面各有不同。
2）【零件】
根据行业通行的习惯，“零件”通常被称为“物料”。然而，我们仍然使用“零件”这个词，因为“物料”更偏向于指代“原料”。在工业生产中，存在产成品与半成品、来料加工和原料混合生产的情况，因此在工位操作过程中将所有物料称为“零件”更加合理。
谈到生产加工的零件，就不得不提到另一个重要概念——BOM（物料清单）。根据企业业务场景的不同，BOM可以分为成本BOM、设计BOM、工程BOM、生产BOM等，每种BOM在应用上各有不同。而在生产执行过程中，使用的BOM通常被称为生产BOM。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
BOM（物料清单）在MES中的作用是规范产品所需的生产零件种类及数量。在实际构建BOM时，需要充分理解企业的生产步骤和产品体系。不同的生产步骤导致BOM的层级和组合关系各异，而在同一产品体系中，不同的产品属性配置所需的生产零件也会有所不同。
如图所示，BOM1与BOM2的主要区别在于生产过程中的工序步骤不同。BOM1是在头枕生产完成后，再进行整个座椅的生产；而BOM2则是在头枕和骨架生产结束后，再进行整个座椅的生产。除了生产顺序的差异，在零件维度上还会影响“骨架”这个零件编号的存在。这个影响在其他生产细节中也会体现得更多，具体情况不一一列举。
BOM3与BOM4的主要区别在于面套的颜色属性。由于颜色不同，相应的零件将会有不同的零件编号。在实际操作中，产品通常会有多种配置，不同的配置通过不同的BOM属性来表示，因此会用到“乘数倍”的物料。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
3）【加工】
加工主要是指用于处理零件的具体加工方法，通常在行业中被称为工序。在实际的生产制造过程中，企业会对参与生产的员工进行必要的岗前培训，以确保他们能够正确完成生产任务。因此，在生产过程中，MES系统仅需提示当前生产步骤中正在加工的零件及其相应的加工要求。整个工序的核心在于判断当前加工动作是否按照规定正确执行，并确认其符合生产工艺要求。
为了更好地满足生产过程中的管理需求，在设置工序时通常采用时序的方式来定义当前工序的加工行为。在某类工序定义中，会将参与当前工序的设备配置到工序逻辑中，然后将设备所具备的功能、属性、事件等参数作为判断条件。当加工设备工况参数满足生产工艺参数要求时，系统将依次执行到下一个工序；若不满足，则会发出错误提示。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
需要特别说明的是，在软件设计思路中，存在一个名为标准工序模板的虚拟实体对象。构建这一虚拟实体的主要目的是为了方便工位工序的构建，使得工位工序能够直接继承标准工序模板。因此，在创建标准工序模板时选择设备时，也是选择的一个设备类，并不是具体的某个设备实体。在软件实体ER关系中，设备关联工位，工序关联工位，自然可以建立起工序与设备的关联关系。
在设备的物联通讯方面，需要应用“边缘采集”的相关产品来实现，具体内容不作深入介绍，感兴趣的朋友可以了解一些工业物联网的技术解决方案和实践方法。指出边缘采集的重要性，是因为工业设备物联程度在这一环节至关重要。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
在工业生产制造现场，产线生产节拍极为迅速和高效，工业生产环节通常以毫秒为计量单位，这与一般物联网产品对通信时效性的要求大相径庭。如果设备联网时效性的问题得不到解决，将会导致整个MES实施效果极差。此外，由于现场的工业设备普遍存在“强通信、弱交互”的特点（强通信指的是工业设备具备较强的单通道、高频次通信能力，弱交互则指设备在多通道通信、安全冗余、上报条件等方面的能力相对较弱），因此在工业设备物联网化的过程中，常常会出现离线、假死和阻塞等情况。这些问题将严重影响设备数据交互的时效性，从而阻碍MES的有效实施。
二、业务建模
前文以工位的角度对业务场景进行了抽象剥离，接下来将探讨我们在实施MES时对业务流程建模的思考与看法。
在工业生产制造中，产品是由一个个零件构成的，而产线则是由一个个工位组成的。因此，我们需要将产品按照组成的零件以及每个零件的生产工序进行业务建模，以实现产品在MES中的实体数字化和生产环节的模块化。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
在前文中关于BOM的描述中，我们已经阐述了一些关于产品业务建模的观点与想法。接下来，我们将进一步说明BOM在整个生产过程管理中的重要性及其与业务之间的关联性。
在整个业务建模过程中，零件是核心实体。不同的零件决定了不同的加工行为，而不同的产品则需要使用不同的零件。因此，我们将零件作为核心，抽离了BOM与零件、工序之间的关联关系。在构建业务模型时，我们调研了市场上多种实施方案，发现每个产品都有其独特的思考和定位，各具特点和侧重点。同时，内部也存在不同的意见。经过多方讨论和预演，我们最终决定采用上述角度来构建基本业务模型。从开发与实施的角度来看，构建实体对象之间的业务关系是至关重要的。无论采用何种方案，这三者的关联关系必须得到明确构建，否则生产制造过程将无法顺利执行。然而，经过我们的分析，构建这三者关系的时机和方式存在很大差异，这些差异将直接影响用户体验。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
在构建上述业务关系时，我们采用了双维度的方式将BOM与零件进行关联，并与工序相结合。对于同一个零件，它在不同的BOM层级中被视作一个新的实体，并以单一的零件维度与工序关联。例如，同型号的螺钉在不同的BOM层级中所使用的工序（加工行为）可能存在差异。
在定义产品的BOM结构后，产品的结构建模便已完成。BOM关联了零件的类型和数量，从而实现了产品与零件之间的对应关系。同时，定义每个零件的生产工序也明确了整个产品在生产过程中需完成的具体生产行为。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
需要特别说明的是，在生产过程中，虽然不同的产品可能会采用相同的生产工序，但它们可能会使用不同的工艺标准，简单来说就是“不同产品在加工时设备的参数值不同”。因此，在实施基本业务建模时，需要根据产品的生产工业标准，维护不同的生产参数。
三、业务流程
在业务建模过程中，我们约定了生产所需的零件、各零件的数量，以及每个零件生产过程中需要的加工工序。这些要素虽然明确了生产过程的内容和边界，但尚未规定产品生产工序的具体顺序。工艺路径则用于维护和管理这一生产工序的顺序。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
在实际业务中，工厂的生产线和工位是根据产品的制造要求进行定制的，设计时也会兼顾多个产品的生产需求。因此，在设置产品生产工艺路径时，需要将其与具体的产线和工位关联，且在每个工位上配置相应的生产零件及工序。需要特别强调的是，如果生产工艺路径关联的是产线，那么在配置工艺时，也必须将零件分配到具体的工位。
一旦确定了产品的生产工艺路径，生产过程中每个零件以及每个加工工序都会具体到每一个工位，从而实现对各个工位生产过程的有效管理。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
当与零件相关的工序被分配到具体的工位后，该工序从标准工序模板转变为工位工序，后者继承了标准工序的业务逻辑。由于不同零件之间以及同一零件在不同空间位置上的差异，被分配到工位的工位工序需要配置不同的加工工艺参数。工艺参数在硬件层面上是与设备加工过程相关的工况参数，而在业务层面上则是产品的生产合格标准。
在MES中，大多数工序主要用于定义设备与数据、设备与设备之间的交互逻辑关系。然而，我们仍需设定一些非数据交互类的工序，例如引导、提示和延迟等。这些工序虽然不是必需的业务功能，但在实际交付过程中，它们能够显著提升MES的适应能力和项目的匹配度。
数字化转型网灯塔智造专题
数字化转型网灯塔智造专题活动将涵盖灯塔工厂、黑灯工厂、未来工厂、智能工厂等，从设计规划到落地实践的全流程。并融合人工智能、数字化转型、智能制造、机器人与自动化等技术与理念，帮助中国制造业企业打通客户订单到生产的全流程，实现世界一流灯塔标杆。数字化转型网灯塔智造专题活动包含以下内容：
1、灯塔智造外脑支持：通过平台外脑的力量，让决策者拥有更多的聘请超过100位的智能制造专家、超过1000家的智能制造软硬件技术公司、超过10000份学习资料，为企业提供强大的智造外脑支持，助力企业打造智能工厂、灯塔工厂。 数字化转型网（www.szhzxw.cn）
2、灯塔智造研习社：与制造业顶尖精英一起学习！数字化转型网建立了一个专门讨论智能制造、灯塔工厂等相关技术的研究学习社区，与各位同学一起成长！
3、灯塔智造论坛：智能浪潮！引领未来！数字化转型网打造的智造论坛，旨在通过高端对话推动行业树立正确理念，减少行业噪音，正本清源，助力行业发展！
4、灯塔工厂参观研学：目前灯塔工厂全球已有153家，目前中国已有62家，数字化转型网计划组织灯塔研习社的同学们先后参观国内的施耐德、海尔、博世、美的、三一重工、宁德时代、联合利华、宝洁、青岛啤酒等等，以及赴国外参观全球的灯塔工厂。
5、灯塔标杆案例研学：除了灯塔工厂外，数字化转型网仍然关注驱动整个制造业数字化转型、制造业智能制造、数字创新技术，我们将以不积跬步无以至千里的精神，关注每一个在细微处取得伟大成绩的“灯塔标杆”案例，组织灯塔研习社社员学习行业标杆！
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本文由数字化转型网（www.szhzxw.cn）转载而成，来源于IM智能制造；编辑/翻译：数字化转型网Jerry。
