MES系統

深度 | 大型集團(企業)MES/MOM平臺選型建議

發布時間:2019-08-13 作者:videasoft 次數:43次

深度 | 大型集團(企業)MES/MOM平臺選型建議



理解MES與MOM


1990年11月,美國先進制造研究中心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個模塊,同時定義只要具備11個功能模塊之中的某一個或幾個,也屬MES產品。這個定義使得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、系統和自動化協會ISA從2000年開始陸續發布的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:“通過協調管理企業的人員、設備、物料、能源等資源,把原材料或零件轉化為產品的活動”。如下圖,ISA-95提出了企業信息化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。


圖 ISA-95提出的5層結構


如下圖,ISA-95進一步定義了MOM的范圍,主要包含了四大部分,分別是生產運行管理(Production Operations Management)、質量運行管理(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,生產是制造企業最核心的職能,質量、庫存、維護對于制造企業是不可或缺的。雖然生產、維護、質量和庫存的具體業務過程有一定的獨立性,但是只有這4個部分相互作用、彼此協同,才能使得企業得以有機地運轉。

 

圖 MOM平臺定義的生產、維護、質量和庫存并重的新框架


浙江大學蘇宏業、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覆蓋范圍內活動進行管理的系統,無論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,這個定義與MESA關于MES的定義一樣存在MES邊界模糊不清的問題。


只有少數模塊的MES系統也稱為MES,這導致MES系統魚目混珠。如果企業所選擇的MES系統功能模塊不能覆蓋MOM所要求的功能范圍,可能就需要實施另外一些軟件系統,例如QMS、WMS、EAM、LES等系統,來彌補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,使得不同業務板塊之間的協同變得困難和低效。


MOM平臺代替MES系統

為了區別于傳統的MES系統,近年來MOM平臺代替MES的概念,逐漸被更多企業認可與接受。MOM平臺使用統一的框架,單一的數據源,覆蓋ISA-95、IEC/ISO62264、GB20720標準所定義的生產執行、質量控制、庫存控制、維護運行四大領域的制造活動,并對這些領域之間的協作進行管理。

 

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,現在MOM平臺現在已經擴展到更多的制造活動,例如安全管理、環境管理、人員健康、采購協同等。以采購為例,制造企業的采購是為生產服務的,采購分為“采”和“購”,“采”關注于戰略尋源,而“購”關注于購買,為了更好支撐實現精益生產,更多企業開始實施JIT采購,將采購納入MOM有助于更好實現JIT采購,保證準時供應,同時降低庫存。


MOM平臺與ERP、PLM集成

下圖展示了PLM、ERP、MOM等系統集成關系,可以幫助我們更清晰理解MOM與PLM、ERP的關系。

 

圖 MOM平臺相關的核心流程


上圖也體現了研發與生產、計劃與生產、生產與質量、生產與采購、倉儲與生產、生產與設備管理等跨職能部門的緊密協同關系。


MOM平臺關鍵能力

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。那么如何辨別一個平臺是不是MOM平臺呢?真正的MOM平臺又應該具有哪些關鍵能力呢?


筆者在MES/MOM相關領域有十多年的研發和應用經驗,所在的微締公司擁有上百個MES/MOM成功案例,并積累了一些理論基礎與實踐經驗,下面就與您一起討論一下這些問題。


筆者認為,MOM平臺的關鍵能力通常需要考慮:

 

圖 MOM平臺關鍵能力要求


相關的內容后續章節會加以介紹。


全制造鏈協同

MES系統通常只關注工廠內部的管理,這對于中小企業可能就足夠了,但是對于大型企業,通常會存在異地多工廠的協同、與外部供應商的協同、與客戶的協同,需要在全制造鏈的角度進行優化和管理,傳統的MES就無能為力了。

 

圖 全供應鏈協同管控


MOM平臺能夠打破單個工廠空間、時間的約束,基于互聯網實現全供應鏈上的供應商、工廠、客戶的協同,包括工廠內車間之間的協同、多個工廠之間的協同、供應商與工廠之間協同、工廠與客戶的協同。

 

圖 MOM平臺應該覆蓋全制造鏈


協同制造模式將各個部門與工廠之間的信息流有機地結合起來,將從手工的信息傳遞和統計轉換到基于計劃規劃、以及事件驅動的協同制造管理信息流程中,企業不同工廠將不再是一個個獨立的控制環,而是企業內完整的控制環。


例如,離散制造企業經常受制于供應商物料的準時供應,為了確保JIT生產實現,需要實施JIT采購,按JIT的思想拉動供應商的生產與物流,并對過程進行監控,對問題進行及時處理,這樣才能確保采購物料的齊套,從而實現JIT生產。


全制造鏈的協同對復雜的裝備制造企業更有價值。這類企業生產的產品結構復雜、工藝流程復雜、供應關系復雜,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、制造周期長等因素都導致難以按時交貨。


全制造鏈協同制造可以優化供應鏈上的生產計劃和物流,提高整個制造鏈的運作效率,減少在制品的呆滯和數量,提高物料齊套水平,提高訂單按時交貨率,縮短制造提前期,進而提高企業的競爭力。


跨職能部門協同

MOM平臺不僅僅重視生產,對制造相關質量控制、設備管理、庫存控制、采購執行的支持和協同同等重視。MOM平臺幫助建立一種跨部門的橫向協作流程,而不像傳統基于直線職能組織的協作,打破部門、地域的限制,可以顯著提高協作效率。


制造企業跨部門協作有很多種類型,MOM平臺提供組織橫向協作關系建模功能,包括計劃部門與生產部門的協同、生產部門與倉儲物流部門的協同、采購與生產的協同、生產部門與供應商的協同、設備維護與生產計劃的協同等,這也是系統控制數據隔離、訪問控制,但不影響業務協作的基礎配置。

 

圖 MOM平臺應該支持跨職能部門的分工與協同


中央治理分布應用

建立統一架構的、單數據源的MOM平臺,實現全制造鏈多工廠、跨職能部門、跨地域的協同,消除數據孤島,統一部署和管理,不同工廠、外部組織,基于互聯網、移動互聯網分布式應用。


另外為了確保系統的運行效率,應對大并發、海量數據,系統總體基于B/S架構,采用集群、負載均衡技術,針對不同的數據采用不同的管理方式,除了使用關系數據庫,還可以使用NoSQL數據庫和時序數據庫。

 

圖 高性能、高并發的后臺支撐


柔性可配在線開發

MOM平臺提供系列配置建模工具,可快速建模以滿足個性化需求,并能通過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品平臺本身,而是基于產品平臺提供的工具擴展實現,這樣以后可以升級產品平臺到新版本而不需要移植定制開發的部分。


下圖展示了一種基于“需求的共性/個性分層”的擴展方法,下層聚焦于滿足通用需求,上層聚焦于滿足行業或單個客戶個性需求。上層依賴于下層,下層不依賴于上層。上層通過接口訪問下層,下層對上層接口保持向下兼容。產品平臺針對特定行業或特定客戶進行擴展以后,仍然方便對產品平臺進行升級。

 

圖 基于產品平臺的擴展


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、基于腳本的插件開發、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,低門檻,易于使用,便于集成服務商或用戶執行對系統進行持續維護。


傳統二次開發更多依賴于編寫代碼,通常會直接修改產品層的源代碼,還需要編譯部署,而且通常周期比較長,而且會影響產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,服務器對模型進行解釋來滿足個性化需求,從而實現比代碼開發十倍以上的開發和維護效率提升,模型可以隨時修改,而不需要重新編譯和重啟服務器。

 

圖 開發建模運行環境一體化


如下圖,數據結構建模工具可以基于圖形化方式,對數據模型進行擴展,由建模工具自動更新數據庫的結構。

 

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即所得的方式對用戶界面進行設計。

 

圖 所見即所得的表單設計


下圖的示例提供了基于Web輕量級Web service,Web API開發工具,不依賴專業的開發工具,就可以開發Web API,Web service。

 

圖 基于Web的集成接口開發


從業務方面可以包含生產線建模、產能建模、物流建模、倉庫建模、設備維護建模、質量分析建模等。

 

圖 圖形化生產線建模


通過這些工具建模,可以快速滿足企業的各種個性化需求,并方便對系統進行維護。


精益為本智能管控

借助MOM平臺這個信息化工具,幫助實現精益生產理念的落地。精益生產的理念是減少浪費,消除制造多余的、不必要的消耗。精益管理的水平依賴于數據管理水平,這就需要通過IT系統掌握具體的、實時的生產信息,支撐對生產過程瓶頸問題的準確分析,而MOM平臺是傳統精益管理工具、自動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


過去更多的精益是在單點級、車間級、工廠內部完成的,對于離散生產企業,精益生產的持續推進越來越多受制于供應鏈,需要將MOM平臺延伸到供應商,實現供應鏈級的計劃拉動、物料成套監控、物流配送管理,實現更高層次的精益管理,這可以借助MOM平臺實現。

 

圖 MOM平臺支撐的精益層級


精益生產既是智能制造的基礎,也是智能制造的目標,必須讓精益生產貫穿制造整個生命周期。MOM平臺是支撐精益和智能制造的重要平臺,智能制造在MOM平臺中的技術手段主要包括:拉動式供應鏈規劃、有限產能排程、智能物流管控、制造過程的防呆防錯、預防性質量控制、工藝參數優化、預防性設備維護、管理的自動化、自適應與自主決策,人機協同與決策等。


圖 智能制造的手段


數據驅動與管理提升

基于MOM平臺獲取準確、實時的采購、生產、質量、物流、設備、安全、環境、人員等數據,推讓數據驅動業務和管理,進行監控、預測、控制和決策優化,實現精益成長,用數據說話,而不是依靠經驗和直覺。


圖 數據驅動與管理提升


傳統模式下,缺少量化績效體系,問題不容易暴露,失去了改善的機會。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。MOM平臺變主觀的監控為客觀的監控,變人的監管為數據的監管,這些問題得以解決。


管理提升是企業數據驅動的核心目標。MOM平臺不能僅僅利用數據為日常的生產運作提供支持,更重要的是,利用MOM平臺的數據,為不同的業務部門、以及更高層的管理對計劃、生產、物流、質量等進行持續優化,實現管理提升。


軟硬一體數字孿生

現在MOM平臺的一大趨勢就是實現軟件與硬件的更深度的融合,借助工業物聯網平臺,MOM平臺可以更及時獲取實時的生產、質量、物流、設備信息,并對這些信息進行監控,依據狀態和環境信息的變化,對生產計劃、生產執行、質量控制、物流、設備運行進行調度和優化,從而實現精益化和柔性化。

IOT平臺可以幫助實現異地多工廠的生產設備、產品、物料、質量等信息的采集和監控,實現實物的數字化孿生,MOM平臺對生產、倉儲、物流、檢驗等資源進行綜合調度優化,將實時調度指令下發到生產線、生產設備、機器人、AGV、自動立體庫,實現包含生產計劃、生產執行、倉庫和物流、質量檢驗的智能調度。


MOM平臺基于所掌握的全面的信息,可以更好地對制造過程進行智能調度。借助IOT平臺的邊緣網關,可以實現分布式管理,例如實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和柔性制造系統


基于國際標準的堅實基礎

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的MOM平臺基于堅實的基礎,確保MOM平臺的通用性和廣泛適應性,以滿足大型集團(企業)不同業務領域、不同的生產組織、不同生產工藝、不同職能部門的差異化需求。


符合國際標準對于大型企業,集團企業尤為重要,因為集團企業的業務領域更為廣泛,產品特點和生產工藝更為多樣化,工廠之間、部門之間的協同更為復雜,對系統的靈活性和擴展性要求也更高,基于國際標準的MOM平臺可以更好滿足集團企業的復雜性、多樣性、靈活性和擴展性需求。


安全和自主可控

國際環境風云變換,中興事件、華為事件,無不昭示國人,核心技術問題不解決,不管是在硬件還是軟件領域,中國的制造和持續發展就會始終受制于人。知識產權自主可控對于大型集團型企業,尤其是國防軍工企業是至關重要的,甚至是生死攸關的。

 

圖 MOM平臺安全自主可控的要求



一般來說,國產產品和服務容易符合自主可控要求,實行國產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及需求快速提升的雙重作用下,包括微締公司在內的國產MES/MOM平臺正在快速完善,與國外MES/MOM產品差距越來越小,在很多方面比國外品牌還更有優勢。



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