1990年11月，美國先進(jìn)制造研究中心AMR就提出了MES（制造執行系統）概念。1997年，MESA提出的MES功能組件和集成模型，包括11個(gè)模塊，同時(shí)定義只要具備11個(gè)功能模塊之中的某一個(gè)或幾個(gè)，也屬MES產(chǎn)品。這個(gè)定義使得MES的范圍模糊不清。
圖 MESA提出的MES功能組件和集成模型
美國儀器、系統和自動(dòng)化協(xié)會(huì )ISA從2000年開(kāi)始陸續發(fā)布的ISA-95標準，之后被等同采標為IEC/ISO62264國際標準，而后又被我國等同采標為國家標準，即GB/T20720。其中ISA-95最為出名，被國內外廣泛采納，是MES系統研發(fā)和選型的重要標準。
ISA-95最早提出了MOM（Manufacturing Operations Management）概念，并定義為：“通過(guò)協(xié)調管理企業(yè)的人員、設備、物料、能源等資源，把原材料或零件轉化為產(chǎn)品的活動(dòng)”。如下圖，ISA-95提出了企業(yè)信息化5層結構，其中MOM覆蓋的范圍是5層結構中的Level 3“制造運行管理”內的全部活動(dòng)。
圖 ISA-95提出的5層結構
如下圖，ISA-95進(jìn)一步定義了MOM的范圍，主要包含了四大部分，分別是生產(chǎn)運行管理（Production Operations Management）、質(zhì)量運行管理（Quality Operations Management）、維護運行管理（Maintenance Operations Management）和庫存運行管理（Inventory Operations Management）。
圖 ISA-95 中MOM的邊界定義
MOM確立了四大部分并重的新框架，生產(chǎn)是制造企業(yè)最核心的職能，質(zhì)量、庫存、維護對于制造企業(yè)是不可或缺的。雖然生產(chǎn)、維護、質(zhì)量和庫存的具體業(yè)務(wù)過(guò)程有一定的獨立性，但是只有這4個(gè)部分相互作用、彼此協(xié)同，才能使得企業(yè)得以有機地運轉。
圖 MOM平臺定義的生產(chǎn)、維護、質(zhì)量和庫存并重的新框架
浙江大學(xué)蘇宏業(yè)、肖力墉等人在《制造運行管理（MOM）研究與應用綜述》一文中認為：MES是對MOM覆蓋范圍內活動(dòng)進(jìn)行管理的系統，無(wú)論MES的范圍如何變化與擴展，都不可能超越MOM的界限，即MOM所定義的范圍是MES可擴展范圍的上限。然而，這個(gè)定義與MESA關(guān)于MES的定義一樣存在MES邊界模糊不清的問(wèn)題。
只有少數模塊的MES系統也稱(chēng)為MES，這導致MES系統魚(yú)目混珠。如果企業(yè)所選擇的MES系統功能模塊不能覆蓋MOM所要求的功能范圍，可能就需要實(shí)施另外一些軟件系統，例如QMS、WMS、EAM、LES等系統，來(lái)彌補MES系統功能的不足，這容易導致信息孤島、數據分散、集成困難，使得不同業(yè)務(wù)板塊之間的協(xié)同變得困難和低效。
MOM平臺代替MES系統
為了區別于傳統的MES系統，近年來(lái)MOM平臺代替MES的概念，逐漸被更多企業(yè)認可與接受。MOM平臺使用統一的框架，單一的數據源，覆蓋ISA-95、IEC/ISO62264、GB20720標準所定義的生產(chǎn)執行、質(zhì)量控制、庫存控制、維護運行四大領(lǐng)域的制造活動(dòng)，并對這些領(lǐng)域之間的協(xié)作進(jìn)行管理。
圖 MOM的范圍正在擴大
MOM的范圍正在擴大，除了標準所定義的制造活動(dòng)，現在MOM平臺現在已經(jīng)擴展到更多的制造活動(dòng)，例如安全管理、環(huán)境管理、人員健康、采購協(xié)同等。以采購為例，制造企業(yè)的采購是為生產(chǎn)服務(wù)的，采購分為“采”和“購”，“采”關(guān)注于戰略尋源，而“購”關(guān)注于購買(mǎi)，為了更好支撐實(shí)現精益生產(chǎn)，更多企業(yè)開(kāi)始實(shí)施JIT采購，將采購納入MOM有助于更好實(shí)現JIT采購，保證準時(shí)供應，同時(shí)降低庫存。
MOM平臺與ERP、PLM集成
下圖展示了PLM、ERP、MOM等系統集成關(guān)系，可以幫助我們更清晰理解MOM與PLM、ERP的關(guān)系。
圖 MOM平臺相關(guān)的核心流程
上圖也體現了研發(fā)與生產(chǎn)、計劃與生產(chǎn)、生產(chǎn)與質(zhì)量、生產(chǎn)與采購、倉儲與生產(chǎn)、生產(chǎn)與設備管理等跨職能部門(mén)的緊密協(xié)同關(guān)系。
MOM平臺關(guān)鍵能力
那么談了這么多，讀者應該對MES系統與MOM平臺的區別有了大致的了解。那么如何辨別一個(gè)平臺是不是MOM平臺呢？真正的MOM平臺又應該具有哪些關(guān)鍵能力呢？
筆者在MES/MOM相關(guān)領(lǐng)域有十多年的研發(fā)和應用經(jīng)驗，所在的微締公司擁有上百個(gè)MES/MOM成功案例，并積累了一些理論基礎與實(shí)踐經(jīng)驗，下面就與您一起討論一下這些問(wèn)題。
筆者認為，MOM平臺的關(guān)鍵能力通常需要考慮：
圖 MOM平臺關(guān)鍵能力要求
相關(guān)的內容后續章節會(huì )加以介紹。
全制造鏈協(xié)同
MES系統通常只關(guān)注工廠(chǎng)內部的管理，這對于中小企業(yè)可能就足夠了，但是對于大型企業(yè)，通常會(huì )存在異地多工廠(chǎng)的協(xié)同、與外部供應商的協(xié)同、與客戶(hù)的協(xié)同，需要在全制造鏈的角度進(jìn)行優(yōu)化和管理，傳統的MES就無(wú)能為力了。
圖 全供應鏈協(xié)同管控
MOM平臺能夠打破單個(gè)工廠(chǎng)空間、時(shí)間的約束，基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現全供應鏈上的供應商、工廠(chǎng)、客戶(hù)的協(xié)同，包括工廠(chǎng)內車(chē)間之間的協(xié)同、多個(gè)工廠(chǎng)之間的協(xié)同、供應商與工廠(chǎng)之間協(xié)同、工廠(chǎng)與客戶(hù)的協(xié)同。
圖 MOM平臺應該覆蓋全制造鏈
協(xié)同制造模式將各個(gè)部門(mén)與工廠(chǎng)之間的信息流有機地結合起來(lái)，將從手工的信息傳遞和統計轉換到基于計劃規劃、以及事件驅動(dòng)的協(xié)同制造管理信息流程中，企業(yè)不同工廠(chǎng)將不再是一個(gè)個(gè)獨立的控制環(huán)，而是企業(yè)內完整的控制環(huán)。
例如，離散制造企業(yè)經(jīng)常受制于供應商物料的準時(shí)供應，為了確保JIT生產(chǎn)實(shí)現，需要實(shí)施JIT采購，按JIT的思想拉動(dòng)供應商的生產(chǎn)與物流，并對過(guò)程進(jìn)行監控，對問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，這樣才能確保采購物料的齊套，從而實(shí)現JIT生產(chǎn)。
全制造鏈的協(xié)同對復雜的裝備制造企業(yè)更有價(jià)值。這類(lèi)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品結構復雜、工藝流程復雜、供應關(guān)系復雜，計劃編制與執行情況跟蹤困難、物料成套/齊套困難、高物料庫存、制造周期長(cháng)等因素都導致難以按時(shí)交貨。
全制造鏈協(xié)同制造可以?xún)?yōu)化供應鏈上的生產(chǎn)計劃和物流，提高整個(gè)制造鏈的運作效率，減少在制品的呆滯和數量，提高物料齊套水平，提高訂單按時(shí)交貨率，縮短制造提前期，進(jìn)而提高企業(yè)的競爭力。
跨職能部門(mén)協(xié)同
MOM平臺不僅僅重視生產(chǎn)，對制造相關(guān)質(zhì)量控制、設備管理、庫存控制、采購執行的支持和協(xié)同同等重視。MOM平臺幫助建立一種跨部門(mén)的橫向協(xié)作流程，而不像傳統基于直線(xiàn)職能組織的協(xié)作，打破部門(mén)、地域的限制，可以顯著(zhù)提高協(xié)作效率。
制造企業(yè)跨部門(mén)協(xié)作有很多種類(lèi)型，MOM平臺提供組織橫向協(xié)作關(guān)系建模功能，包括計劃部門(mén)與生產(chǎn)部門(mén)的協(xié)同、生產(chǎn)部門(mén)與倉儲物流部門(mén)的協(xié)同、采購與生產(chǎn)的協(xié)同、生產(chǎn)部門(mén)與供應商的協(xié)同、設備維護與生產(chǎn)計劃的協(xié)同等，這也是系統控制數據隔離、訪(fǎng)問(wèn)控制，但不影響業(yè)務(wù)協(xié)作的基礎配置。
圖 MOM平臺應該支持跨職能部門(mén)的分工與協(xié)同
中央治理分布應用
建立統一架構的、單數據源的MOM平臺，實(shí)現全制造鏈多工廠(chǎng)、跨職能部門(mén)、跨地域的協(xié)同，消除數據孤島，統一部署和管理，不同工廠(chǎng)、外部組織，基于互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)分布式應用。
另外為了確保系統的運行效率，應對大并發(fā)、海量數據，系統總體基于B/S架構，采用集群、負載均衡技術(shù)，針對不同的數據采用不同的管理方式，除了使用關(guān)系數據庫，還可以使用NoSQL數據庫和時(shí)序數據庫。
圖 高性能、高并發(fā)的后臺支撐
柔性可配在線(xiàn)開(kāi)發(fā)
MOM平臺提供系列配置建模工具，可快速建模以滿(mǎn)足個(gè)性化需求，并能通過(guò)調整模型應對需求的快速變化。對系統的擴展不應該直接修改產(chǎn)品平臺本身，而是基于產(chǎn)品平臺提供的工具擴展實(shí)現，這樣以后可以升級產(chǎn)品平臺到新版本而不需要移植定制開(kāi)發(fā)的部分。
下圖展示了一種基于“需求的共性/個(gè)性分層”的擴展方法，下層聚焦于滿(mǎn)足通用需求，上層聚焦于滿(mǎn)足行業(yè)或單個(gè)客戶(hù)個(gè)性需求。上層依賴(lài)于下層，下層不依賴(lài)于上層。上層通過(guò)接口訪(fǎng)問(wèn)下層，下層對上層接口保持向下兼容。產(chǎn)品平臺針對特定行業(yè)或特定客戶(hù)進(jìn)行擴展以后，仍然方便對產(chǎn)品平臺進(jìn)行升級。
圖 基于產(chǎn)品平臺的擴展
從IT角度僅僅提供API是不夠的，還需提供數據庫結構建模、用戶(hù)界面表單設計、菜單結構設計、報表看板設計、工作流設計、基于腳本的插件開(kāi)發(fā)、組織結構建模、權限建模等方面工具。這些建模工具應該針對特定的用途分別設計，低門(mén)檻，易于使用，便于集成服務(wù)商或用戶(hù)執行對系統進(jìn)行持續維護。
傳統二次開(kāi)發(fā)更多依賴(lài)于編寫(xiě)代碼，通常會(huì )直接修改產(chǎn)品層的源代碼，還需要編譯部署，而且通常周期比較長(cháng)，而且會(huì )影響產(chǎn)品層升級后的定制部分代碼移植。而建模工具建模的模型作為一種數據保存在數據庫中，服務(wù)器對模型進(jìn)行解釋來(lái)滿(mǎn)足個(gè)性化需求，從而實(shí)現比代碼開(kāi)發(fā)十倍以上的開(kāi)發(fā)和維護效率提升，模型可以隨時(shí)修改，而不需要重新編譯和重啟服務(wù)器。
圖 開(kāi)發(fā)建模運行環(huán)境一體化
如下圖，數據結構建模工具可以基于圖形化方式，對數據模型進(jìn)行擴展，由建模工具自動(dòng)更新數據庫的結構。
圖 基于圖形的數據結構建模
如下圖，表單設計器可以采用所見(jiàn)即所得的方式對用戶(hù)界面進(jìn)行設計。
圖 所見(jiàn)即所得的表單設計
下圖的示例提供了基于Web輕量級Web service，Web API開(kāi)發(fā)工具，不依賴(lài)專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)工具，就可以開(kāi)發(fā)Web API，Web service。
圖 基于Web的集成接口開(kāi)發(fā)
從業(yè)務(wù)方面可以包含生產(chǎn)線(xiàn)建模、產(chǎn)能建模、物流建模、倉庫建模、設備維護建模、質(zhì)量分析建模等。
圖 圖形化生產(chǎn)線(xiàn)建模
通過(guò)這些工具建模，可以快速滿(mǎn)足企業(yè)的各種個(gè)性化需求，并方便對系統進(jìn)行維護。
精益為本智能管控
借助MOM平臺這個(gè)信息化工具，幫助實(shí)現精益生產(chǎn)理念的落地。精益生產(chǎn)的理念是減少浪費，消除制造多余的、不必要的消耗。精益管理的水平依賴(lài)于數據管理水平，這就需要通過(guò)IT系統掌握具體的、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息，支撐對生產(chǎn)過(guò)程瓶頸問(wèn)題的準確分析，而MOM平臺是傳統精益管理工具、自動(dòng)化工具的信息化工具支撐。
圖 基于MOM平臺的信息化工具是對精益的重要支撐
過(guò)去更多的精益是在單點(diǎn)級、車(chē)間級、工廠(chǎng)內部完成的，對于離散生產(chǎn)企業(yè)，精益生產(chǎn)的持續推進(jìn)越來(lái)越多受制于供應鏈，需要將MOM平臺延伸到供應商，實(shí)現供應鏈級的計劃拉動(dòng)、物料成套監控、物流配送管理，實(shí)現更高層次的精益管理，這可以借助MOM平臺實(shí)現。
圖 MOM平臺支撐的精益層級
精益生產(chǎn)既是智能制造的基礎，也是智能制造的目標，必須讓精益生產(chǎn)貫穿制造整個(gè)生命周期。MOM平臺是支撐精益和智能制造的重要平臺，智能制造在MOM平臺中的技術(shù)手段主要包括：拉動(dòng)式供應鏈規劃、有限產(chǎn)能排程、智能物流管控、制造過(guò)程的防呆防錯、預防性質(zhì)量控制、工藝參數優(yōu)化、預防性設備維護、管理的自動(dòng)化、自適應與自主決策，人機協(xié)同與決策等。
圖 智能制造的手段
數據驅動(dòng)與管理提升
基于MOM平臺獲取準確、實(shí)時(shí)的采購、生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、設備、安全、環(huán)境、人員等數據，推讓數據驅動(dòng)業(yè)務(wù)和管理，進(jìn)行監控、預測、控制和決策優(yōu)化，實(shí)現精益成長(cháng)，用數據說(shuō)話(huà)，而不是依靠經(jīng)驗和直覺(jué)。
圖 數據驅動(dòng)與管理提升
傳統模式下，缺少量化績(jì)效體系，問(wèn)題不容易暴露，失去了改善的機會(huì )。而且以不信任的方式去監管、控制，給干部或員工很不好的感覺(jué)。MOM平臺變主觀(guān)的監控為客觀(guān)的監控，變人的監管為數據的監管，這些問(wèn)題得以解決。
管理提升是企業(yè)數據驅動(dòng)的核心目標。MOM平臺不能僅僅利用數據為日常的生產(chǎn)運作提供支持，更重要的是，利用MOM平臺的數據，為不同的業(yè)務(wù)部門(mén)、以及更高層的管理對計劃、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量等進(jìn)行持續優(yōu)化，實(shí)現管理提升。
軟硬一體數字孿生
現在MOM平臺的一大趨勢就是實(shí)現軟件與硬件的更深度的融合，借助工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，MOM平臺可以更及時(shí)獲取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、設備信息，并對這些信息進(jìn)行監控，依據狀態(tài)和環(huán)境信息的變化，對生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)執行、質(zhì)量控制、物流、設備運行進(jìn)行調度和優(yōu)化，從而實(shí)現精益化和柔性化。
IOT平臺可以幫助實(shí)現異地多工廠(chǎng)的生產(chǎn)設備、產(chǎn)品、物料、質(zhì)量等信息的采集和監控，實(shí)現實(shí)物的數字化孿生，MOM平臺對生產(chǎn)、倉儲、物流、檢驗等資源進(jìn)行綜合調度優(yōu)化，將實(shí)時(shí)調度指令下發(fā)到生產(chǎn)線(xiàn)、生產(chǎn)設備、機器人、AGV、自動(dòng)立體庫，實(shí)現包含生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)執行、倉庫和物流、質(zhì)量檢驗的智能調度。
MOM平臺基于所掌握的全面的信息，可以更好地對制造過(guò)程進(jìn)行智能調度。借助IOT平臺的邊緣網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現分布式管理，例如實(shí)現本地設備的集成與控制，數據清洗等。MOM平臺與IOT平臺的結合，還有助于建立柔性工廠(chǎng)和柔性制造系統。
基于國際標準的堅實(shí)基礎
選擇符合ISA-95、IEC/ISO62264、GBT20720標準的MOM平臺，因為這些標準可以確保所研發(fā)的MOM平臺基于堅實(shí)的基礎，確保MOM平臺的通用性和廣泛適應性，以滿(mǎn)足大型集團（企業(yè)）不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域、不同的生產(chǎn)組織、不同生產(chǎn)工藝、不同職能部門(mén)的差異化需求。
符合國際標準對于大型企業(yè)，集團企業(yè)尤為重要，因為集團企業(yè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域更為廣泛，產(chǎn)品特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝更為多樣化，工廠(chǎng)之間、部門(mén)之間的協(xié)同更為復雜，對系統的靈活性和擴展性要求也更高，基于國際標準的MOM平臺可以更好滿(mǎn)足集團企業(yè)的復雜性、多樣性、靈活性和擴展性需求。
安全和自主可控
國際環(huán)境風(fēng)云變換，中興事件、華為事件，無(wú)不昭示國人，核心技術(shù)問(wèn)題不解決，不管是在硬件還是軟件領(lǐng)域，中國的制造和持續發(fā)展就會(huì )始終受制于人。知識產(chǎn)權自主可控對于大型集團型企業(yè)，尤其是國防軍工企業(yè)是至關(guān)重要的，甚至是生死攸關(guān)的。
圖 MOM平臺安全自主可控的要求
一般來(lái)說(shuō)，國產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)容易符合自主可控要求，實(shí)行國產(chǎn)MOM平臺替代國外MOM平臺對于達到自主可控是完全必要的。在國家政策強力推動(dòng)及需求快速提升的雙重作用下，包括微締公司在內的國產(chǎn)MES/MOM平臺正在快速完善，與國外MES/MOM產(chǎn)品差距越來(lái)越小，在很多方面比國外品牌還更有優(yōu)勢。
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