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智能制造时代制造执行系统发展现状及建议

时间:2020-08-27 16:28:10  作者:王建勋  来源:工业软件行业观察  查看:204  评论:0
内容摘要:近几年来,在“贸易战”愈演愈烈的大背景下,大力发展自主可控的国产工业软件具有非常重大的现实意义,反思我国工业软件产业发展现状和出路的文章越来越多,各方面也在呼吁国家相关政策和资金支持,扶持国产工业软件产业的快速发展。新的形势下,我国正全面提升智能制造创新能力,加快由“制造大国”向...

近几年来,在“贸易战”愈演愈烈的大背景下,大力发展自主可控的国产工业软件具有非常重大的现实意义,反思我国工业软件产业发展现状和出路的文章越来越多,各方面也在呼吁国家相关政策和资金支持,扶持国产工业软件产业的快速发展。


新的形势下,我国正全面提升智能制造创新能力,加快由“制造大国”向“制造强国”转变。工业软件作为智能制造的重要基础和核心支撑,对于推动我国制造业转型升级,实现制造强国战略具有重要意义。据中商产业研究院发布的《2020-2025年中国工业软件行业市场前景及投资机会研究报告》数据显示:2019年,我国工业软件产品收入1720亿元,较 2018年增长16.45%。2012-2019年,我国工业软件产品收入年复合增长率为 20.34%。据预测,2020年,我国工业软件产品收入将突破2000亿元。


智能制造时代制造执行系统发展现状及建议


工业软件一般被分为运营管理、生产控制、研发设计、协同集成及嵌入式等几大类。其中,运营管理类工业软件包括ERP(企业资源计划)、CRM(客户关系管理)、SCM(供应链管理)、BPM(业务流程管理)HRM(人力资源管理)以及EAM(企业资产管理)等;生产控制类工业软件主要包括APS(高级计划排产系统)、MES(制造执行系统)以及SCADA(数据采集与监控系统);研发设计类工业软件则包括CAD(计算机辅助设计系统)、CAE(计算机辅助工程系统)、CAM(计算机辅助制造系统)及PLM(产品生命周期管理系统)/ PDM(产品数据管理系统)等;协同集成类工业软件则包括OA(办公自动化)和IM(即时通讯);嵌入式工业软件则包括嵌入式操作系统、支撑软件和应用软件等;除此之外还有一些企业定制化软件。


智能制造时代制造执行系统发展现状及建议


工业制造“升级版”的核心在于通过信息化、数字化打通制造业务流和信息流,打造更低成本、更高性能、更大柔性的生产制造能力,实现智能制造。在诸多工业软件中,MES系统处于企业信息系统的中间层,它作为车间级的信息管理系统起到整个工业软件系统中的心脏和发动机的作用。有机构预测MES市场未来的复合增速可保持在40%左右,而据统计,过去5年全球MES行业市场规模保持年均21.65%的高速增长,预计到2020年有望达到近千亿元规模,并将保持年均18%的复合增速;2016年中国MES市场规模为25.82亿元,较2015年同期增长26.39%,预计到2022年将达到77亿元左右。对比全球市场而言,中国的整体MES市场仍处于起步阶段。


从纵向技术角度来讲,在制造企业工业软件架构中,MES系统向下涉及到从底层数字化装备、自动化系统、终端设备和传感器等现场控制层的信息采集和控制指令下达;向上需要承接计划层管理系统(ERP、MRP等)根据客户需求、库存和市场预测等情况整合企业现有的生产资源编制下达的生产计划;MES系统本身实现制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、设备管理、工具工装管理、项目看板管理、生产过程控制、生产追溯、底层数据集成分析、上层数据集成分解等功能的集成应用,并与仓储物流系统集成,为企业打造一个可靠、高效的制造协同管理平台。


从横向系统应用来讲,MES系统的应用与制造企业所处的行业、产品特点、工艺路线、生产模式、设备布局、车间物流规划、生产和物流自动化程度、数据采集终端、车间联网、精益生产推进和企业信息化发展水平等诸多因素息息相关,非常具有行业特质,甚至是同行业不同制造企业之间应用需求也有很大差异。


MES主要应用在流程型和离散型两个方面的工业制造领域。流程型制造行业如石油石化、化工、冶金矿业、制药和食品饮料等民生行业;离散型制造行业如汽车、航空航天、造船、家电、机械制造和电子通信等行业。


目前,我国现有的MES系统除了在冶金、石化、汽车、消费电子、机械等行业应用得较好外,在大部分离散型制造行业中MES应用程度仍比较低,大多只提供了一个替代传统经验管理模式的信息系统平台,没有建立面向产品设计与制造一体化的知识库支撑体系,缺乏通过智能传感器等物联网手段实时信息采集支撑,缺少虚拟仿真、智能优化模型库等对千变万化的制造计划和过程状态变化进行实时反馈和优化调控的手段。通过调研分析,我国在MES系统方面的发展存在如下几个方面的问题:



1、我国尚未形成完整的MES产业链


MES产业链包括:体系研究、软件开发、咨询、服务、评价等方面,共同构成一个产业链整体,而目前这个产业链里面有断层,这个断层在哪儿?就是我们没有自己的体系研究,而是将国外的东西拿过来照抄、照搬,只是做到简单的“拿来主义”而没能因地制宜;另外,整个行业的咨询服务能力还比较弱,ERP为何现在变得相对成熟,因为有一大批独立于软件的咨询公司在进行ERP项目的实施,而目前MES产业在这方面仍很弱,大家谈论的更多的是功能,当哪一天这个产业除了谈论MES的功能之外,更多讨论的是IE(IndustrialEngineering 工业工程),将是表示这个产业走向成熟的标志。



2、MES在制造企业的成功应用度还不高。


企业对MES的理解与定位的不准确与不清楚,缺乏理性务实的规划,比如有很多用户简单地将MES与“数据采集 数据展示”划上了等号,或者寄希望通过实施MES来解决之前信息系统的遗留问题(例如计划不准和频繁变更)的不切实际的想法,正如当年大家认为ERP能包治百病一样。



3、制造数据还未完全整合,应用深度有待提升


已经应用实施MES系统的制造企业,使用得更多的是实现了计划手工表单或EXCEL表格替代、完工反馈信息采集等工作,但是制造数据还没有完全整合,应用深度有待提升;同时没有通过MES的实施实现从制造执行、到计划决策的完整的闭环,更无从谈起研发、工艺设计、制造的完整闭环,同时制造过程也没有实现均衡化制造,过程优化就更是空中楼阁了。



4、MES软件厂商集中度不高


我国MES软件厂商还处于“逐鹿中原”的混战阶段,ERP流派、PLM流派、工控流派、独立MES流派、企业流派等百花齐放,各执一词,让企业陷入无限的概念沼泽中,不能自拔!



5、相关标准规范还不成熟


虽然MES在国际上有ISA-95标准,但供应商更多的是将之作为其宣传的要点,但该标准体系如何与中国的企业实际相结合,如何与不同行业的特点相结合,相应的研究还比较少。


在智能制造浪潮一浪高过一浪的今天,在制造企业亟待转型升级的期盼中,MES应该如何在摸索中前行?什么样的MES系统符合我国制造业的现状?如何在未来更好地支撑我国从“制造大国”向“制造强国”的转变?


我国制造行业应用的MES系统应以智能制造为目标,以精益生产为主线,以两化深度融合为突破口,结合企业实际情况,建设基于工业3.0,面向工业4.0、体现CPS特点的智能MES系统,构建“生产精益化 设备自动化 管理精细化 业务协同化”的智能车间,为制造企业数字化和智能化转型升级奠定坚实的基础。


在智能制造背景下,未来我国制造行业MES发展应用需要注意以下几个方面的问题。




回归本质



MES的本名是制造执行系统,因此本质上重在“制造执行”。精准化、精细化、协同化是MES的主要目标,那种通过凭经验、靠感觉进行计划制订、现场管理的信息化系统只是完成了简单的纸质表单或EXCEL表格替代,一定程度上还不能算是真正意义上的MES。一方面,MES应通过接口集成真正从ERP接收生产计划并根据车间实际资源负荷情况,以生产物料和生产设备为对象进行工序级和工位级精准排程和派工,以精细执行为导向,实现透明化管理;另一方面,在车间内部,形成计划排产、作业执行、实绩反馈、数据采集、看板管理、库存管理、质量管理等全闭环管理,环环紧扣,而非简单的一个数据库管理系统。




贯彻精益



业界的主流意见是中国制造业必须走工业2.0补课、工业3.0 普及、工业4.0 示范的并联式发展道路。知名智能制造专家刘强的“三不”忠告一针见血:不要在落后的工艺基础上搞自动化;不要在落后的管理基础上搞信息化;不要在不具备数字化网络化基础时搞智能化。所以,中国制造业需要补课,除了实现对自动化、数字化、网络化等大家能看到的软硬件装备以外,更重要的是补上、普及我们欠缺的工业文明,比如先进的工艺路线及企业管理的模式、方法和员工的技能、素养等等,而作为工业3.0最精华的精益生产理念和管理模式是我国制造业所必须补上、必须普及的重中之重。


MES系统本身应通过信息化手段促进精益生产在企业中的进一步落地,例如:

  • 准确分析非增值劳动,提高生产效率、进行有效质量管理、降低生产库房、工具等辅助成本;

  • 科学准确自动排产、合理解决紧急插单等问题、确保生产计划最优;

  • 通过看板管理,统计分析等实现目视化、透明化管理;

  • 通过高效生产过程控制,实现产品流式、柔性生产;

  • 在生产数据及时、准确反馈基础上实现科学决策基础。





落实CPS



无论是德国工业4.0还是中国制造2025,均是以智能制造为主攻方向,以CPS技术为关键使能技术。作为智能制造核心的MES系统,必须要体现CPS的理念。


德国人认为:“在制造业领域,CPS系统包括智能机器、存储系统和生产设施,能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。CPS将推动生产对象直接或借助互联网通过M2M(Machine to Machine,机器对机器)通信自主实现信息交换、运转和互相操控。”从这儿可以了解到,对车间中的机床、机器人等各类数字化设备进行互联互通,就是德国人认为的CPS在车间的具体应用。工信部发布的《信息物理系统白皮书(2017)》指出,以数字化设备、设备互联互通系统、MES系统组成的整个智能化车间就是一个高级的CPS系统。因此,在MES中要落实CPS理念,车间中设备及其他软硬件系统之间的互联互通是基础,充分发挥自动化、数字化、网络化、智能化的优势,打造出虚实融合、具有CPS特色的智能化MES系统。




模型知识驱动



MES系统是一个很复杂的数字化业务管控系统,核心是关于大量并行订单或中间产品制造需求输入下的基于制造资源要素优化配置支持下的高效协调的业务逻辑运转系统,实现以工艺流程为主线的以工序节点为核心的制造现场管理。

同ERP一样,MES应该以模型知识为驱动,通过将最佳实践沉淀为制造业务协同运转关系模型、制造资源优化配置模型、制造业务数据集成关联管理模型等驱动整个制造执行过程管控及时快速应对各种突发事件和计划变更,为车间业务活动高效运转提供业务逻辑模型系统性支持,完成智能互联互通,智能计划排产,智能生产协同,智能资源管理,智能质量控制和智能决策支持的各项功能。




落地是关键



实践证明,如同ERP,再好的MES系统和平台,没有结合制造企业的实际规划,仓促和生硬地实施,通常实施效果不会理想,对企业而言,不但浪费了企业大量的人力、财力,而且还影响了企业的正常生产,并严重地打击了企业对信息化的热情与信心,这些损失对企业而言都是难以计量的。


MES系统的落地实施牵涉到三个大的环节:人、软件系统和方法(行业解决方案)。三个环节环环相扣,只有其合力最大化才能使得系统实施的效果最优化。就“人”而言,因MES的特殊性和重要性,MES的实施和落地应该成为“层层一把手”工程。随着工业4.0、智能制造等新理念日新月异的发展, MES的部分现有理念已经落后于时代的步伐,必须与时俱进,引入先进的管理思想和理念并将其融于MES系统中,提高制造企业的管理和决策水平。



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