毫無疑問，我們眼下正處于一個舊IT走向新IT的變革時代，工業4.0的概念興起于德國，現在我們大家普遍認為其是一次科技革命，或者說是一次新技術革命。工業4．0的目的是通過應用物聯網等技術提高德國的制造業水平，建立具有適應性、資源效率及人工智能的智能工廠，在商業流程及價值流程中整合客戶以及合作伙伴。

無論產業界或者學術界如何解讀工業4．0，它的本質都是數據，這些數據包括了智能產品的數據、企業運營的數據、產業鏈上的數據、企業外部數據等等。這些數據串起來工業4．0的生態圈。

1、四大主題構建工業4．0的核心業務

未來10年，我們將步入工業4．0的時代，實現由“自動化”向“智能化”的轉變。通過CPS（Cyber－Physical Systems）網絡實現人、裝備和產品的實時連通、相互識別和有效交流，為消費者定制“個性化”的商品，并且提供及時、高效的服務。

工業4．0的四個主題：智能工廠、智能生產、智能物流和智能服務。智能工廠側重點在于企業的智能化生產系統以及制造過程，對于網絡化分布式生產設施的實現；智能生產側重點在于企業的生產物流管理、制造過程人機協同以及3D打印技術在企業生產過程中的協同應用；而智能物流作為制造企業非常重要的資源節點，其側重點在于通過互聯網、物聯網，整合物流資源，充分發揮現有的資源效率；智能服務作為制造企業的后端網絡，其側重點在于通過（服）務聯網結合智能產品為客戶提供更好的服務，發揮企業的最大價值。

1）智能工廠是傳統制造企業發展的一個新的階段。它是在數字化工廠的基礎上，利用物聯網的技術和設備監控技術加強信息管理和服務，清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控率、減少生產線上人工的干預、即時正確的采集生產線數據，以及合理的生產計劃與生產進度，并加上綠色制造的手段，構建一個高效節能的、綠色環保的、環境舒適的人性化工廠。未來各個工廠將具備統一的機械、電器和通信標準。以物聯網和服務互聯網為基礎，配備傳感器、無線網絡和RFID通信技術的智能控制設備可以對生產過程進行智能化監控。由此，智能工廠可以自主運行，工廠之間的零部件與機器可以互相交流。

智能工廠是由軟件操控，進行資源整合，發揮各環節的最大效率。智能工廠中的機器將全部由軟件控制，工人只需要操作計算機就可以完成生產，進一步解放了工廠中的工人，整體看來，它就是一個擁有高度協同性的生產系統，包括實時監控、自動化管理、流程控制、能源監控等等。收集及整合整個智能工廠的業務數據，通過大數據的分析整合，使其全產業鏈可視化，達到生產最優化、流程最簡化、效率最大化、成本最低化和質量最優化的目的。

2）智能生產是由用戶參與實現“定人定制”的過程。智能生產的車間可以實現大規模定制，對生產的柔性要求極高。鑒于此，生產環節要廣泛應用人工智能技術、采用一體化的智能系統，智能化裝備在生產過程中大展拳腳。工廠的工人和管理者可以通過網絡對生產的每一個環節進行監控，實現智能化管理。

一體化的智能系統是由智能裝備和人類專家組成的，在制造過程中進行智能化的活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等，通過人與智能裝備的合力共事，去擴大、延伸和部分取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。與傳統制造相比，智能生產具有自組織和超柔性、自律能力、自學習能力和自維護能力、人機一體化、虛擬現實等特性。

3）智能物流以客戶為中心，促進資源優化配置。根據客戶的需求變化，靈活調節運輸方式，應用條碼、RFID、傳感器、全球定位系統等先進的物聯網技術，通過信息處理平臺，實現貨物運輸過程的自動化運作和高效率優化管理，從而促進區域經濟的發展和資源的優化配置，方便人的生活。

4）智能服務促進新的商業模式，促進企業向服務型制造轉型。智能產品＋狀態感知控制＋大數據處理，將改變產品的現有銷售和使用模式。增加了在線租用、自動配送和返還、優化保養和設備自動預警、自動維修等智能服務新模式。

2、工業4.0背景下，MES被重新定義

從目前的市場熱度及反應來看，大家對于工業4．0的認識存在嚴重的重硬輕軟現象，無論是各種展會或者媒體宣傳的示范線，表象上都是生產裝備。我們可以把智能工廠比作一個人，工業軟件就是這個人的神經系統。其中，在制造板塊，MES的作用尤為重要。

按照AMR所給予的定位：MES服務于工廠生產執行層的信息系統，位于企業經營層的計劃系統與生產過程的直接工業控制系統之間。該定位將企業的運作劃分為三個層次，分別是：計劃層、執行層和控制層。其中：計劃層就是MRPⅡ或ERP等經營管理信息系統。控制層包括DCS、PLC、NC／CNC或SCADA中的一個系統或這幾種配置的組合，以及各種儀器設備等；介于兩者之間的是執行層，MES（制造執行系統）。

介于企業的“計劃層”和制造“設備層”之間，對企業生產計劃進行“再計劃”，“指令”生產設備“協同”或“同步“動作，對產品生產過程進行及時的響應，使用當前確的數據對生產過程進行及時調整、更改或干預等處理。

采用雙向直接的通訊，在整個企業的產品供需鏈中，即向生產過程人員傳達企業的期望（計劃），又向有關的部門提供產品制造過程狀態的信息反饋。

既不同于類似于ERP的企業運營系統，也不同于企業的過程控制系統，使用MES的經驗表明，它既能提高按時交貨的能力，改善物料的流通性能，由能減少企業內部沒有附加值的活動。

在工業4．0背景下，推動智能制造，構建智能工廠、智能生產、智能物流和智能服務體系，我們需要對MES重新進行定義，主要從以下幾個方面進行說明：

1）MES深度融入企業運營環節

智能工廠中的機器將全部由軟件控制，工人只需要通過MES現場的操作計算機或者移動終端就可以完成生產，MES結合企業運營的其他工業軟件構建一個高度協同性的生產系統，對企業的設計、采購、銷售、計劃、制造和運維服務各個環節，對每一個與制造相關的指令能夠精確調度、發送、跟蹤和監控該指令影響生產的過程，成為實現車間制程智能化的基本技術手段。MES收集及整合整個智能工廠的業務數據，通過工業大數據的分析整合，使其全產業鏈可視化，達到生產最優化、流程最簡化、效率最大化、成本最低化和質量最優化的目的。

伴隨著制造企業的發展，未來制造企業勢必也是一個軟件公司，軟件系統的應用也會越來越多， MES就會成為制造企業運營的基石。

重新定義的MES的位置與其他業務板塊同等重要，以網絡化和扁平化的形式對企業的生產計劃進行“再計劃”，“指令”生產設備“協同”或“同步“動作，對產品生產過程進行及時的響應，使用當前確的數據對生產過程進行及時調整、更改或干預等處理。

針對大規模定制的需求可以實現柔性排程和調度

采用多向直接的通訊，在整個企業的產品供需鏈中，即向生產過程人員傳達企業的期望（計劃），又向有關的部門提供產品制造過程狀態的信息反饋，還要告知車間底層裝備之間加工的法則，彼此的加工狀態。

既不同于類似于ERP的企業運營系統，也不同于企業的過程控制系統，使用MES的經驗表明，它不再單純只針對制造過程進行優化，可以延伸至企業運營的其他的板塊，縮短產品的研發周期，提高生產效率，降低單元的產品的制造成本，提高產品的不良率和能源利用率。

2）MES的業務應用范圍更加深入

傳統MES的作用就是實現企業的連續信息流。并通過對信息的傳遞和處理，對訂單下達到產品完成的整個生產過程優化管理。MESA歸納了MES的十一個主要功能模塊，包括工序詳細調度、資源分配和狀態管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、質量管理、文檔控制、產品跟蹤和產品清單管理、性能分析和數據采集等模塊。通過MES這些模塊的有效協作，可以起到溝通企業計劃層和控制層，憑借信息技術提供精確的實時數據，并最終達到優化管理活動和生產活動的目的。而在現實當中，各不同行業企業可以根據行業特點和企業實際，開發適合自身情況的多種功能模塊。

從MES的定義也可以看出，提供精確的實時數據是一個優秀的MES的優勢所在。MES對數據提供的實時性要明顯高于ERP，如果說控制層提供的實時時間系數為1，那么，MES的時間系數為10，ERP的時間系數為100。但是，重新定義的MES的核心優勢不僅僅在于提供實時數據，而且需要對實時指令進行準備的自學習和柔性調度，也就意味著MES的時間系數也變成了1。

基于中國制造企業的特定現狀，我們整理了適合中國制造業的8大MES應用模塊，1大核心支持平臺和客戶化定制平臺：

序號模塊名稱模塊描述備注

1生產計劃管理A．支持中國制造企業的ERP不同的應用情況：a）根據制造企業的ERP應用情況，基于ERP中的主生產計劃，在MES中基于生產資源進行工單排程，轉化為車間的生產任務。b）直接應用ERP系統中的生產工單，在MES系統中進行排序，確定最終的生產任務。B．根據工單排程結果形成可執行工單，對可執行工單進行任務派工，生成派工單。下發至車間制造終端、智能裝備。

2生產執行過程管控A．實時數據采集B．在制工單監控C．智能裝備與人之間的指令調度D．智能裝備與智能產品之間的參數協同E．生產數據統計分析

3制造現場管理A．異常閉環管控（制造業務、智能裝備）B．精益可視化看板C．產品制造與工藝數據協同化管控D．智能產品身份識別

4物流調度A．結合供應商的制造進度、配送進度調度生產任務B．廠內精益化物流體系建設

5質量管理A．質量管理體系深入應用B．在制品、原材料和產成品的質量管控C．數據檔案歸結，為智能服務提供數據支撐

6設備管理A．智能裝備資產生產周期監控（TPM）B．智能裝備運行參數調度C．智能裝備運行狀態監控

7制造資源管理A．制造資源（工裝、模具、刀具、夾具、量具等）生命周期監控B．制造資源庫存數據協同

8人力資源A．人力資源績效B．人力調度與裝備協同優化

9核心業務支撐平臺A．集團級業務支持B．通過多級建模機制完成業務擴展C．參數（調度、規劃、分發）自定義D．圖形化業務、網絡、應用的監控和運維服務支持

10客戶化定制體系A．圖形化自定義研發體系B．業務級的研發體系

MES的數據將是企業未來的核心競爭力，數據轉化為企業的知識，MES也是一個知識管控和傳承平臺；

MES將在業務活動中加入更多的人工智能的算法，模擬專家的智能活動，部分取代人工操作的內容，并具有自組織能力，實現人、裝備和資源的一體化過程優化；

MES將依據和制定智能工廠中的管控指標，數據通訊和調度協同之間更加的精細化和準確；

MES通過智能數據的挖掘和分析，建立企業、工廠、車間，甚至工作中心、工作單元的數據模型，隨時適應制造環境和制造流程的改變；

MES建立約束和規則觸發機制，在不同的業務操作或者環境中，約束其行為，或者觸發某些業務操作。

3）MES未來的市場效益

MES除了解決企業的“信息孤島”問題，起到承上啟下、連左通右的功效，通過對即時生產數據采集，達到對生產現場的實時控制，及為管理層提供精細的決策支持；通過實時指令調度其他生產資源，提高生產效率；通過對實時生產數據的采集和分析，從而達到優化生產排程、合理調配生產資源、改善生產工藝，提高產品質量和及時處理客戶投訴等問題。MES主要體現一下幾點作用：

1．生產數據的即時采集（ERP為事后錄入采集），通過實時數據采集，大大減少了ERP等系統數據錄入時間。

2．對生產數據的即時查詢、歷史查詢和精細化數據分析。

3．不良產品追溯管理，一方面即時處理不良產品維修并及時改進減少不良產品；另一方面，當已銷產品出現不良現象時，及時追溯相關批次，并準確召回不良批次，提高了服務質量，并減少召回成本。

4．收集工藝參數，優化工藝數據，提高產品研發周期

5．改進生產工藝，提高產品質量。

6．提高生產效率，監控生產工人生產狀況，提高工作積極性（說明：在實際生產中，往往生產車間為了降低自身工作量而舞弊。）

7．準確追溯到不合格供應商，減少不必要的損失。

8．合理調配生產資源：人員、物料、生產線等。

9．按時交貨，建立良性的供貨關系。

10． 為降低成本提供有力的數據來源。

11． 實現零庫存管理，提高企業資金流的運轉。

12． 與能源監控協同調度制造裝備，提高能源利用率

13． 統一標準和時刻，歸結統計單元產品的制造成本，優化分析，達到降低的目的

工業領域正在全球范圍內發揮越來越重要的作用，是推動科技創新、經濟增長和社會穩定的重要力量。但與此同時，市場競爭也在變得愈發激烈。客戶需要新的、高質量的產品，要求以更快的速度交付根據客戶要求而定制的產品。此外，還必須不斷提高生產力水平。只有那些能以更少的能源和資源完成產品生產的企業，才能夠應對不斷增長的成本壓力。

智能制造的整體解決方案實現虛擬生產和與現實生產環境的融合，采用創新的工業軟件、自動化技術、驅動技術及服務，讓MES深入企業運營應用過程中，促進企業縮短產品的研發周期，提高生產效率，降低單元的產品的制造成本，提高產品的不良率和能源利用率。