埃林哲研究院

一、智能制造的本質(zhì)

? 所謂智能制造，就是面向產(chǎn)品全生命周期，實(shí)現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程、制造過程和制造裝備智能化。

? 從本質(zhì)上講，智能制造就是將制造-生產(chǎn)-使用的各個(gè)環(huán)節(jié)的信息同制造相結(jié)合。其典型特征歸納起來有五個(gè)方面：

1.敏捷感知：敏捷感知市場和客戶輸入的實(shí)時(shí)狀態(tài)；

2.實(shí)時(shí)分析：對感知的實(shí)時(shí)狀進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和計(jì)算；

3.自主推理：按照設(shè)定的規(guī)則，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，自主作出推理和選擇；

4.快速反應(yīng)：根據(jù)推理和選擇的結(jié)果，快速地作出本能反應(yīng)；

5.學(xué)習(xí)創(chuàng)新：利用人工智能，自學(xué)習(xí)，作出創(chuàng)新的方案。

二、企業(yè)徹底數(shù)字化

? 數(shù)字化就是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成信息，通過網(wǎng)絡(luò)化和智能化的決策，創(chuàng)造有用的價(jià)值。所以說數(shù)字化制造是智能制造的基礎(chǔ)。沒有數(shù)字化制造的基礎(chǔ)，智能制造是空中樓閣。隨著信息化的深入,越來越多的企業(yè)已認(rèn)識(shí)到信息化的重要性。信息化已經(jīng)成為企業(yè)獲得競爭力的關(guān)鍵,并把信息化管理作為提供監(jiān)控手段,使管理規(guī)章制度程序化,規(guī)范各部門功能作用,克服規(guī)劃的彈性來提升企業(yè)管理水平工具。其不僅固化先進(jìn)管理思想,還擴(kuò)充管理思想,打破一些傳統(tǒng)管理的邊界,如企業(yè)中分權(quán)與集權(quán)的邊界;規(guī)范化與個(gè)性化的邊界等。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，企業(yè)管理的空間、時(shí)間范圍在擴(kuò)大，同時(shí)管理的細(xì)度或粒度又在縮小。從宏觀和微觀上都要求可視化和實(shí)時(shí)化，這就需要集成技術(shù)。ERP與MES的集成對于制造業(yè)信息化的發(fā)展是一個(gè)必不可少的階段。下圖為ERP系統(tǒng)與MES系統(tǒng)集成解決方案模型圖。

ERP系統(tǒng)+MES系統(tǒng)集成解決方案模型圖

三、ERP和MES構(gòu)建智能制造體系

? ERP是企業(yè)資源計(jì)劃管理的平臺(tái)，它通過信息系統(tǒng)對信息進(jìn)行充分整理和有效傳遞,使企業(yè)的資源在采購、生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸、財(cái)務(wù)、人力資源等各個(gè)方面能夠得到合理的配置與利用,從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效率的提高。作為企業(yè)運(yùn)營流程的最高層，主要面向經(jīng)營管理和決策人員，實(shí)現(xiàn)經(jīng)營決策管理信息化以及管理組織的扁平化和集約化。但ERP缺少足夠的底層控制信息，無法實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)緊密相連；另一方面,即使是好的MES解決方案,對于整個(gè)企業(yè)來講,也不過是供一個(gè)相對狹窄的視角,缺乏在管理層為進(jìn)行決策支持所需要的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)的廣度和深度，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）又缺乏足夠的上層控制信息，不能實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)的管理與控制，造成了企業(yè)內(nèi)部的信息傳遞不到位。如何實(shí)現(xiàn)底層生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)地反饋和ERP計(jì)劃信息實(shí)時(shí)地下達(dá)是許多企業(yè)所面臨的主要問題；而MES是企業(yè)生產(chǎn)管理集成的核心軟件，他可以做為中間層，承上啟下，以生產(chǎn)運(yùn)行管理軟件為主，面向生產(chǎn)管理人員，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理信息化，以及管理組織的扁平化和緊密化；作為決策層和實(shí)施層信息交互平臺(tái)的MES，其功能模塊包含制造數(shù)據(jù)管理，計(jì)劃排期管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、生產(chǎn)設(shè)備管理等，為操作人員提供計(jì)劃執(zhí)行、跟蹤及各方面的狀態(tài)信息，并將以上信息加以篩選采集、加工處理傳遞給ERP系統(tǒng)，將制造系統(tǒng)與整個(gè)企業(yè)聯(lián)成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的系統(tǒng)控制。

1、ERP/MES時(shí)間因子

? ERP/MES/底層控制的時(shí)間因子ERP系統(tǒng)是基于事務(wù)處理的環(huán)境,其工作是以天、周、月、年為時(shí)段,即100X時(shí)間因子。它從管理層角度關(guān)注客戶訂單、銷售預(yù)測、物料需求等信息,并將計(jì)劃下達(dá)給車間執(zhí)行層(MES)以生產(chǎn)需要的產(chǎn)品來滿足客戶訂單或庫存要求。MES的職責(zé)是執(zhí)行產(chǎn)品制造以及相應(yīng)的作業(yè),完成詳細(xì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造工藝,提供控制層工作指令,MES工作于較短的時(shí)間范圍,通常以天、班組、小時(shí)、分鐘或秒為時(shí)段,即10X時(shí)間因子。一旦MES生成的工作指令、程序、文檔及其它生產(chǎn)要求發(fā)送到控制層,控制層便執(zhí)行指定的操作。控制層以實(shí)時(shí)方式工作,時(shí)間因子為1X(秒或更小的工作單位）。

? 由此可以看出,從底層控制、MES到ERP構(gòu)成了從實(shí)時(shí)、秒、分、時(shí)、班組、天、周、月、年完整信息管理、控制時(shí)段,覆蓋了從上層計(jì)劃到車間執(zhí)行的整個(gè)過程,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的企業(yè)管理,保證了ERP的閉環(huán)實(shí)現(xiàn)。

? 下圖為ERP/MES時(shí)間因子及數(shù)據(jù)流：

ERP/MES的時(shí)間因子及數(shù)據(jù)流

2、ERP/MES數(shù)據(jù)流

ERP與MES信息交互

? MES系統(tǒng)為ERP提供有效的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)如物料需求計(jì)劃、產(chǎn)成品產(chǎn)出計(jì)劃、成本計(jì)劃、作業(yè)計(jì)劃等從而提高ERP中數(shù)據(jù)的精確性與完整性，對企業(yè)計(jì)劃進(jìn)行更精準(zhǔn)的指導(dǎo)和處理；ERP系統(tǒng)為MES提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如物料信息、采購/庫存信息、銷售單信息等，為MES系統(tǒng)提供生產(chǎn)需求來源和生產(chǎn)管理相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。MES是處于ERP和PCS之間的執(zhí)行層，將經(jīng)營目標(biāo)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)過程中的操作目標(biāo)，通過反饋執(zhí)行結(jié)果，不斷調(diào)整和優(yōu)化，形成一個(gè)周期性的從生產(chǎn)經(jīng)營到生產(chǎn)運(yùn)行和過程控制的高效閉環(huán)系統(tǒng)。ERP與MES的集成對于制造業(yè)信息化的發(fā)展是一個(gè)必不可少的階段，通過二者之間實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)互聯(lián)完全可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的全方位、高效率的集成。

? 以下分別從兩個(gè)方向分析ERP與MES集成系統(tǒng)的信息傳遞：

1）自頂而下的信息流傳遞

? ERP系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)來源于客戶訂單和銷售預(yù)測,在ERP運(yùn)行之后將主要產(chǎn)生兩種輸出:采購件的采購訂單和自制件的工作訂單。采購訂單直接下達(dá)給采購部門,或與SCM系統(tǒng)集成進(jìn)行物流計(jì)劃以及跟蹤、監(jiān)控物流狀態(tài)；自制件的工作訂單下達(dá)到相應(yīng)的工作中心(一般指車間)的MES,工作訂單中包含了物料、生產(chǎn)數(shù)量、完工日等信息,除了工作訂單還有一些其他信息,如標(biāo)準(zhǔn)物流BOM、標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)文檔等下達(dá)到MES,根據(jù)這些信息MES產(chǎn)生更為詳細(xì)的資源分配、工序和生產(chǎn)調(diào)度,并形成工作指令下達(dá)給控制層的工人、設(shè)備或控制系統(tǒng),同時(shí)將控制系統(tǒng)需要的控制參數(shù)發(fā)送給控制層。

2）自底而上信息流反饋

? 底層控制系統(tǒng)接受到MES下達(dá)的工作指令完成相應(yīng)工序。在控制層工作的同時(shí)或完成后將底層信息實(shí)時(shí)地反饋給MES,這些信息既包括實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息,如起止時(shí)間、裝配時(shí)間、等待時(shí)間、排隊(duì)時(shí)間、實(shí)際工作時(shí)間、完成數(shù)量、廢品數(shù)量,又包括作業(yè)任務(wù)狀態(tài)以及底層設(shè)備人工狀態(tài)；MES在反饋的底層信息基礎(chǔ)上,對某些信息再進(jìn)一步處理并反饋給ERP系統(tǒng),工作訂單狀態(tài)、完成情況、起止時(shí)間、資源狀態(tài)、工時(shí)信息、實(shí)際的物料BOM、實(shí)際的生產(chǎn)工藝、WIP信息、廢品信息、實(shí)際庫存狀態(tài),這些反饋信息對ERP系統(tǒng)至關(guān)重要:

1、使ERP系統(tǒng)中物料BOM、生產(chǎn)工藝根據(jù)反饋數(shù)據(jù)得以調(diào)整；

2、實(shí)時(shí)的資源狀態(tài)(物料、人工、設(shè)備)使閉環(huán)ERP得以實(shí)現(xiàn)；

3、實(shí)時(shí)信息的反饋使成本計(jì)算、WIP狀態(tài)、庫存狀態(tài)更加可靠。

? 由此可見,MES/ERP以及底層控制系統(tǒng)的信息流的下達(dá)和反饋保證了ERP系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)性，是整個(gè)制造業(yè)信息化的基礎(chǔ)，也是ERP閉環(huán)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)保證。下面將給出企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、MES與控制系統(tǒng)間的作業(yè)互動(dòng)與信息流模式,如下圖所示：

ERP與MES的交互形式

? ERP系統(tǒng)中物料管理、生產(chǎn)管理、銷售管理、財(cái)務(wù)管理、人力資源5個(gè)主要功能模塊和MES之間存在非常緊密的相互作用。物料管理中物料BOM、物料生產(chǎn)工藝、庫存狀態(tài)和MES有雙向信息通信;ERP的閉環(huán)實(shí)現(xiàn)則主要在生產(chǎn)管理與MES的集成中得以體現(xiàn);銷售管理是ERP的初始輸入,并通過MES的實(shí)時(shí)反饋反應(yīng)客戶訂單的狀態(tài);成本控制是財(cái)務(wù)管理的重要方面,實(shí)際生產(chǎn)成本的核算需要MES反饋的關(guān)于工時(shí)、人力、設(shè)備等諸多信息;MES對人力資源的作用主要通過工時(shí)、班組等信息核算人工工資。MES中包括了車間控制和管理的主要功能:作業(yè)調(diào)度、資源分配、工時(shí)管理、文檔控制、數(shù)據(jù)采集、WIP跟蹤、質(zhì)量管理和維修管理。MES是整個(gè)系統(tǒng)中信息流和控制流的樞紐,是連接ERP和底層控制的橋梁。MES所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧歉?、監(jiān)控和管理車間的整個(gè)活動(dòng)。

? 綜上，ERP系統(tǒng)與MES的集成對于制造業(yè)信息化的發(fā)展是一個(gè)必不可少的階段,能大大提高企業(yè)的管理自動(dòng)化水平。特別是MES系統(tǒng)彌合了企業(yè)計(jì)劃層和生產(chǎn)車間過程控制系統(tǒng)之間的間隔,是制造過程信息集成的紐帶。深刻理解ERP、MES和底層控制系統(tǒng)等這幾個(gè)系統(tǒng)先進(jìn)的管理思想,把握它們的發(fā)展趨勢,理解它們之間的相互關(guān)系,對于制造業(yè)的信息化建設(shè)有重要的意義。