1、工業(yè)4.0與MES的發(fā)展 Indutry 4.0 and Develop of MES問題與疑惑：2工業(yè)4.0和智能制造的本質(zhì)是什么？企業(yè)究竟搞數(shù)字化制造還是搞智能制造？政府戰(zhàn)略引導(dǎo)與企業(yè)實(shí)施之鴻溝如何看待？1、智能制造的本質(zhì)2、企業(yè)徹底數(shù)字化3、MES協(xié)會(huì)的建設(shè)31、智能制造的本質(zhì)2012年美國通用電氣提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念。2013年德國提出“工業(yè)4.0”。2015年中國提出“中國制造2025”。工業(yè)4.0Industry 4.0中國制造2025 Made in China 2025工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) Indutry Internet賽博物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) Cyber-Physical Systems

2、(CPS)兩化融合Internet +人、數(shù)據(jù)和機(jī)器互連 Human, data and machine interconnection智能工廠 Smart Factory相同的目標(biāo)，但不同的基礎(chǔ)和的環(huán)境，所以實(shí)施的途徑不同。中國要“開道超車”6從感覺到記憶到思維這一過程，稱為“智慧”，智慧的結(jié)果就產(chǎn)生了行為和 語言，將行為和語言的表達(dá)過程稱為“能力”，兩者合稱“智能”，將感覺、記憶、回憶、思維、語言、行為的整個(gè)過程稱為智能過程，它是智力和能 力的表現(xiàn)。-百度智能制造，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

3、和制造裝備智 能化。智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專 家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，借助 計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng)進(jìn)行分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等，從而取代 或者延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)。 同時(shí)，收集、存貯、完善、共享、集成和 發(fā)展人類專家的智能。-百度6趙敏：“智能制造，基于CPS（賽博物理系統(tǒng)）技術(shù)構(gòu)建狀態(tài)感知-實(shí)時(shí)分析-自主決策-精準(zhǔn)執(zhí)行-學(xué)習(xí)提升的數(shù)據(jù)閉環(huán)，以軟件形成的數(shù) 據(jù)自動(dòng)流動(dòng)來消除復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性，在給定的時(shí)間、目標(biāo)場(chǎng)景 下，優(yōu)化配置資源的一種制造范式?！痹摱x所涉及的各項(xiàng)基本要素是：智能機(jī)理：狀態(tài)感知-實(shí)時(shí)分析-自主決策-精準(zhǔn)執(zhí)行-學(xué)習(xí)提升； 操作對(duì)象：數(shù)

4、據(jù)（信息與知識(shí)的載體）；使能：軟件中的算法與規(guī)則（數(shù)字化知識(shí)）；本質(zhì)：數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)，并因自動(dòng)流動(dòng)而形成知識(shí)泛在； 目的：消除復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性；約束：給定時(shí)空?qǐng)鼍?；價(jià)值：優(yōu)化配置制造資源。Stephen J. Ezell（是美國信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)資深分析師）:先進(jìn)制造并不等同于智能制造在本質(zhì)上，先進(jìn)制造包括兩方面的概念：先進(jìn)產(chǎn)品的制造，以及先進(jìn)的、基于信 息通信技術(shù)的生產(chǎn)過程。而智能制造則主要指的是后者。2016年北美能源安全和基礎(chǔ)設(shè)施法案（S.2012）法案中定義智能制造如下：在信息、自動(dòng)化、監(jiān)測(cè)、計(jì)算、傳感、建模和網(wǎng)絡(luò)方面的先進(jìn)技術(shù)：1、數(shù)字模擬制造生產(chǎn)線、計(jì)算機(jī)操控的制造設(shè)備、生產(chǎn)線狀

5、態(tài)的監(jiān)控和交互、全生產(chǎn)過程中能源消耗和效率的管理及優(yōu)化。2、廠房能源效率的建模、模擬和優(yōu)化。3、監(jiān)測(cè)和優(yōu)化建筑的節(jié)能性能。4、產(chǎn)品能源效率及可持續(xù)化性能的建模、模擬和優(yōu)化，包括使用數(shù)字模型和增材制造加強(qiáng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。5、將制造產(chǎn)品連入網(wǎng)絡(luò)以監(jiān)控和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，包括自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)操作。6、供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化連接。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。815:20Shinbara(美國制造技術(shù)協(xié)會(huì) (AMT) 的技術(shù)副主席):智能制造的四個(gè) 層級(jí)。第一層級(jí)，是智能機(jī)器本身，通過加裝傳感器的方式使用于成型、 剪切、鍛造、沖壓的各種特定機(jī)器形成信息流并融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。 第二

6、層級(jí)，是數(shù)字線程通過工藝鏈的聯(lián)接，將分散于獨(dú)立機(jī)器之間 的信息實(shí)現(xiàn)跨車間的信息流整合（創(chuàng)建出覆蓋整個(gè)企業(yè)范圍的制造 系統(tǒng)）。這表示原本彼此獨(dú)立的工藝鏈通過信息和通信技術(shù)的整合 構(gòu)成企業(yè)整體的制造生產(chǎn)體系。第三層級(jí)，要在這個(gè)龐大的“制造信息”體系中通過數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化制程，并通過迭代的方式設(shè)計(jì)智能化產(chǎn)品。第四層級(jí)，則是智能化的CEO或者高管，在建立了企業(yè)信息系統(tǒng)和 部門的基礎(chǔ)上被授權(quán)對(duì)生產(chǎn)水平、生產(chǎn)地點(diǎn)、生產(chǎn)設(shè)置等實(shí)施優(yōu)化 和實(shí)時(shí)決策。彭瑜1115:20孔翰寧(Henning Kagermann，德國國家科學(xué)與工程學(xué)院院長）：智能生產(chǎn)定義：第一個(gè)維度，橫向的一體化要做的更好，內(nèi)部流程的打通和數(shù)字化

7、，這意味著我們要不斷改進(jìn)現(xiàn)在所做的工作，比如說軟件、解決方案，3D打印的生產(chǎn)方式。第二個(gè)維度，改進(jìn)縱向一體化，這個(gè)問題十到十五年 前我們就在討論了，上下游的供應(yīng)商合作伙伴怎么打通。 現(xiàn)在我們必須要實(shí)現(xiàn)橫向、縱向一體化的無縫對(duì)接。第三個(gè)維度就是全生命周期的產(chǎn)品管理，從工程設(shè)計(jì) 到產(chǎn)品生產(chǎn)和售后服務(wù)的生命周期，我們都必須統(tǒng)一管理。這方面過去已經(jīng)有很多管理軟件，但這些工具之間沒有 什么聯(lián)系，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不一樣，需要打通和升級(jí)。1215:20敏捷感知敏捷感知市場(chǎng)和 客戶輸入的實(shí)時(shí) 狀態(tài)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 出推理和選擇實(shí)時(shí)分

8、析對(duì)感知的實(shí)時(shí)狀 進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和 計(jì)算智能制造典型特征快速反應(yīng)根據(jù)推理和選擇 的結(jié)果，快速地 作出本能反應(yīng)通過工業(yè)4.0將傳統(tǒng)工廠向智能工廠轉(zhuǎn)變以太網(wǎng)SCADA調(diào)整生產(chǎn)調(diào)整生產(chǎn)PLC有線連接未知所處位置固定定位分層次單一縮短產(chǎn)品 生命周期個(gè)性化的產(chǎn)品國際競(jìng)爭 質(zhì)量需求信息和通 訊技術(shù)2、企業(yè)徹底數(shù)字化 數(shù)據(jù)和信息就是工業(yè)4.0中流動(dòng)著的 “血液”。 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。 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。 目前企業(yè)最大的浪費(fèi)是數(shù)據(jù)的浪費(fèi)。約翰惠勒提出一句話“it from bit（萬物來自信息）?！逼?中i

9、t指代物質(zhì)，而bit指代信息。簡單來講，傳統(tǒng)工業(yè)就是原子的 重組，制造業(yè)做的事情幾乎就是把每個(gè)原子再重組，這當(dāng)然很重 要，而且是基礎(chǔ)。今天數(shù)據(jù)科技和互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，來源于數(shù)據(jù)和 信息的重組。未來很大的趨勢(shì)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，重組 數(shù)據(jù)和信息比重組原子獲益更加巨大。2014年10月10日，中華人民共和 國國務(wù)院總理李克強(qiáng)在柏林同德意志聯(lián) 邦共和國總理安格拉默克爾共同主持 第三輪中德政府磋商。雙方?jīng)Q定發(fā)表了中德合作行動(dòng)綱要：共塑創(chuàng)新。共110條，“工業(yè)4.0”合作有4條，其中41條：41.工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化（“工業(yè)4.0”） 對(duì)于未來中德經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。 雙方認(rèn)為，該進(jìn)程應(yīng)由企業(yè)自行推進(jìn)，

10、 兩國政府應(yīng)為企業(yè)參與該進(jìn)程提供政策 支持。1715:202.1 數(shù)字化工廠是工業(yè)4.0與智能制造的基礎(chǔ)數(shù)字化工廠的主要特征數(shù)據(jù)化企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的活動(dòng)建立共享的數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫。信息可視化通過數(shù)據(jù)處理，形成有用的信息，并按需顯示。模擬仿真優(yōu)化利用相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，模擬仿真實(shí)際生產(chǎn)過程，達(dá)到最優(yōu)化 的生產(chǎn)過程。監(jiān)控實(shí)時(shí)化監(jiān)控與實(shí)際生產(chǎn)過程同步，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的CPPS（Cyber Physic Production System） 。協(xié)調(diào)決策智能化對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的干擾和波動(dòng)，進(jìn)行協(xié)調(diào)，其決策是最佳的。數(shù)字化工廠的建設(shè)任務(wù)建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（互聯(lián)網(wǎng)、以太工業(yè)網(wǎng)、無線通訊網(wǎng)）建立數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)

11、 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)建立縱向和橫向集成的業(yè)務(wù)模型與組織選擇合適的工業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)（ERP、PLM、MES、CAX）進(jìn)行員工的培訓(xùn)制訂生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)安全保障制度-百度百科數(shù)字化工廠的主要目標(biāo)建立數(shù)字化工廠的宗旨是快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，面足客戶需求，提高企業(yè)效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。其主要目標(biāo)是：縮短產(chǎn)品開發(fā)周期產(chǎn)品按時(shí)交貨降低庫存提高產(chǎn)品質(zhì)量快速響應(yīng)市場(chǎng)需求產(chǎn)品個(gè)性化定制2.2 MES是企業(yè)生產(chǎn)管理集成的核心軟件30多年來，我國在企業(yè)數(shù)字化/信息化也開展了大量的研 究和實(shí)施，但大多數(shù)企業(yè)未能獲得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，究其 原因種種，我認(rèn)

12、為主要是：規(guī)劃方案與企業(yè)經(jīng)營模式和業(yè)務(wù)流程不一致認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤：只是紙面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電子數(shù)據(jù)；擔(dān)憂失去工作崗位；計(jì)劃與實(shí)際生產(chǎn)過程脫節(jié)，或失控。ERP系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃與MES系統(tǒng)車間作業(yè)計(jì)劃的關(guān)系主生產(chǎn)計(jì)劃總裝配島部件裝配島121123332加工任務(wù)塊機(jī)床1 機(jī)床2 機(jī)床3 機(jī)床4加工時(shí)間運(yùn)輸、等待時(shí)間計(jì)劃余地2號(hào)獨(dú)立制造島 的作業(yè)計(jì)劃加工任務(wù)塊加工任務(wù)塊加工任務(wù)塊ERP系統(tǒng)的 生產(chǎn)計(jì)劃MESP的車間作業(yè)計(jì)劃中國制造2025戰(zhàn)略的一條主線就是信息化與工業(yè)化的融合、互聯(lián) 網(wǎng)+和智能制造。其基礎(chǔ)就是企業(yè)必須先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠，而數(shù)字化工 廠的核心是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。2016年4月25日，工業(yè)和信息化 部辦

13、公廳印發(fā)了關(guān)于開展2016年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目推薦的通知，在智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目要素條件中提出了五種模式，都與制造 執(zhí)行系統(tǒng)相關(guān)，特別是離散型智能制造模式和流程型智能制造模式必 須建立制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），將MES提到了極其重要的地位。MES是1990年美國先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì)(Advanced ManufacturingResearch，AMR)首次提出制造執(zhí)行系統(tǒng)的概念（manufacturingexecution system，簡稱MES）。1992年成立了國際MESA組織?，F(xiàn)在，MESA定義為Manufacturing Enterprise Solutions Association，

14、即 制造企業(yè)方案協(xié)會(huì)。按照傳統(tǒng)的企業(yè)生產(chǎn)管理的金字塔的計(jì)劃和控制模式，將MES僅近理解成執(zhí)行系統(tǒng)是不全面的，它應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)管理集成的核心軟件系 統(tǒng)，是一個(gè)生產(chǎn)指揮系統(tǒng)。企業(yè)金字塔的計(jì)劃和控制董事會(huì)CEO部門經(jīng)理決策管理實(shí)施生產(chǎn)任務(wù) 文檔數(shù)控程序反饋質(zhì)量數(shù)據(jù) 過程數(shù)據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)指揮生產(chǎn)控制MES是企業(yè)生產(chǎn)管理集成的核心軟件ERP企業(yè)資源計(jì)劃制造執(zhí)行系統(tǒng)MES制造執(zhí)行系統(tǒng)詳細(xì)程度費(fèi)用、日期、庫存費(fèi)用、日期、庫存時(shí)間、數(shù)量、工藝時(shí)間點(diǎn)、數(shù)量、零 件、工藝工藝過程、過程數(shù) 據(jù)、過程狀態(tài)時(shí)間范圍長期、月、周中期、周、天短期、天、班次實(shí)時(shí)、班次、小時(shí)、分在線、分、秒制造企業(yè)三個(gè)層次里信息細(xì)化程度和響應(yīng)時(shí)間

15、的示意圖生產(chǎn)管理生產(chǎn)控制生產(chǎn)計(jì)劃2.3 制造執(zhí)行系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)MES軟件未來市場(chǎng)空間廣闊，復(fù)合增速 保持在40%左右。2014年全球MES行業(yè)市 場(chǎng)規(guī)模約為416億元，過去5年保持年均 21.65%的高速增長，到2020年，MES行業(yè) 市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到931億元，未來保持年均18%的復(fù)合增速。MES在中國的需求較為旺盛，2014年MES行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為26億元，同比增長25%，預(yù)計(jì)到2018年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到100億 元，未來平均增幅保持在40%左右，并且 從增速對(duì)比，國內(nèi)MES市場(chǎng)相對(duì)于國際市場(chǎng)增速顯著更高，這得益于國內(nèi)較大的工業(yè) 自動(dòng)化改造實(shí)踐。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是在工業(yè)3.0的背景下產(chǎn)

16、生的，它在智 能制造框架下是一個(gè)什么樣的角色？如何打通ERP、MES及設(shè)備 端等信息化孤島？首先，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需求，扎扎實(shí)實(shí)地開展MES的技術(shù)開 發(fā)與實(shí)施工作，為工業(yè)數(shù)字化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其二，MES作為企業(yè)生產(chǎn)管理的核心軟件系統(tǒng)，必須與上層ERP系統(tǒng)、底層生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫的連接；其三，MES是工業(yè)3.0的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但在工業(yè)4.0和中 國制造2025的背景下，需要進(jìn)一步發(fā)展，歸納起來是以下“八化 ”：2.3.1 MES標(biāo)準(zhǔn)化，即ISA95標(biāo)準(zhǔn)、VDI5600標(biāo)準(zhǔn)等15:20制造運(yùn)行管理(MOM)模型ISA-95標(biāo)準(zhǔn)是由ISA(儀器、系統(tǒng)和自動(dòng)化協(xié)會(huì))和ANSI(美國國家標(biāo)

17、準(zhǔn)協(xié)會(huì))共 同發(fā)起制定的。德國工程師協(xié)會(huì)（VDI）制定了VDI5600標(biāo)準(zhǔn)。指出了持續(xù)改進(jìn)過程的潛在發(fā)展可能性。MES中實(shí)現(xiàn)并維持的循環(huán)的活動(dòng)流蘋果、三星和華為手機(jī)的充電器和充電線蘋果三星華為蘋果、三星和華為手機(jī)的充電器和充電線蘋果三星華為2.3.2 MES模塊化，即參數(shù)化可配置, 可重構(gòu)、快速實(shí)施生產(chǎn)控制人力資源管理質(zhì)量控制MES系統(tǒng)集成服務(wù)(MES weaver)2.3.3 MES精益化，即與精益生產(chǎn)相結(jié)合，優(yōu)化生產(chǎn)過程精益生產(chǎn)MES流程精簡，避免浪費(fèi)生產(chǎn)過程優(yōu)化準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)，零庫存實(shí)時(shí)調(diào)度，透明化盡善盡美，零缺陷質(zhì)量控制，追溯和跟蹤敏捷感知 敏捷感知市 場(chǎng)和客戶輸 入的實(shí)時(shí)狀 態(tài)學(xué)習(xí)創(chuàng)新 利

18、用人工智 能，自學(xué)習(xí)，作出創(chuàng)新的方案時(shí)分析和計(jì) 算智能制 造典型特 征自主推理 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)2.3.4 MES智能化，即與智能制造相結(jié)合智能制造的基礎(chǔ)是企業(yè)生產(chǎn)過程徹底的（完備的）數(shù)據(jù)化。智 能制造的五個(gè)特征中，都離不開數(shù)據(jù)，必須將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息， 形成知識(shí)，為智能制造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)時(shí)分析 對(duì)感知的實(shí) 時(shí)狀進(jìn)行實(shí)2.3.5 MES輕量化，即可使用移動(dòng)終端，如手機(jī)、iPad，分散式控制MESSCADAERPERPSCADAERP MESERPMESMESERP ERPMESSCADA SCADA SCADANC RC SensoricSCADAMESMESSCADAERP PLMPLMPLMPLMPLM ERPEngineerRaw MaterialManufacturingAssembly PackagingStorage /DeliveryUse工程師原材料制造裝 配包裝倉儲(chǔ)、發(fā)送使用MESBetter Performance 更佳性能Easier Data Security更容易的數(shù)據(jù)安全Controllable System Performance可控的系統(tǒng)性能 Cheaper Components 更便宜的部件ERPERP