第一篇：工業4.0：企業MES系統選型及分析2015

工業4.0：企業MES系統選型及分析

目前中國的MES市場還處于起步階段。在鋼鐵，汽車、煙草等行業，MES應用已取得一定成效，但在更多的行業中，MES的應用價值體現仍不明顯。隨著信息技術在制造企業中的推廣與應用，企業信息化日益得到重視，成為制造企業發展的必然。由于MES系統具有提高企業對生產全過程的監督和控制能力，提高企業生產效率，最大限度地幫助企業有效利用現有生產資源，對企業做到精細化管理，降低企業生產成本等明顯的優勢，許多企業開始有選擇的實施應用MES系統，但是，盲目的跟風而不考慮企業自身情況，選擇了不適應企業生產方式的MES系統，企業的生產效率得不到改善，甚至會對現有生產方式造成沖擊，導致MES成為“雞肋”。因此，本文將從MES選型開始，探討企業應該如何選擇適合自己的MES系統，最終力求幫助企業最大化MES應用效果。

1、企業車間生產管理所面臨的挑戰

生產車間管理是企業生產經營活動的主戰場，在目前的激烈的市場競爭環境下，企業的車間生產管理也面臨著越來越多的挑戰：

產品品種越來越多，產品生命周期縮短； 生產信息不透明，不能實時顯示生產狀態； 生產計劃變更頻繁，生產車間柔性得不到保證； 生產過程缺乏有效的防錯控制； 生產過程缺乏完整的追溯體系；

在產品的質量控制上，不能及時發現和處理異常； 生產設備的使用狀況無法實時掌握，設備利用不均； 在日趨嚴重的成本壓力下，無法跟蹤實時成本。

已有許多企業認識到信息管理系統的重要性，ERP、MRPII等管理信息軟件已得到了較為廣泛的實施與應用，先進的數控裝備，生產設備等也已成為許多企業生產的主力。但在兩者之間，尚缺乏有效的配合，無法進行良好的信息交互，企業得不到生產狀況的實時反應，對于不斷變更的市場需求無法快速響應，同時，加工過程的信息不透明也成為導致生產效率得不到提高的重要原因之一。

2、MES概述

美國先進制造研究機構AMR(Advanced Manufacturing Research)將MES定義為“位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統”,它為操作人員/管理人員提供計劃的執行、跟蹤以及所有資源(人、設備、物料、客戶需求等)的當前狀態。

3、MES選型誤區

需求寬泛，缺乏針對性；

由于對MES理念和企業的實際業務缺乏一定的理解，企業在提出MES的需求時，往往比較寬泛，缺乏針對性，甚至將目標與需求混為一談。例如，企業MES需求分析時往往會提出追溯管理的需求，但很多企業停留在，系統需要提供追溯管理的需求，好一點的企業進一步細化到，要實現對原材料、產成品、生產操作過程、生產組織、過程質量、過程工藝參數等的追溯。但由于具體的追溯流程、追溯機理等缺乏針對性的描述，為未來企業實施帶來隱患。

貪大求全，唯功能，不切實際；

不少企業在制定需求時，往往不看企業管理現狀及信息化應用的情況，將MES中的很多高級功能提出來（例如車間生產高級排程等），好高騖遠，不切實際。并不是說這些功能不需要，而是要在整體規劃的前提下分清輕重緩急，把握主要矛盾，解決重點問題，而不是眉毛胡子一把抓。

脫離ERP與自動化系統等，不考慮與現有系統的集成；

能考慮實施MES的企業，通常信息化都有一定的基礎，因此在考慮需求時，一定要結合信息化的應用現狀，把集成問題考慮清楚，例如與ERP系統的集成，與PDM系統的集成，與工藝管理的集成以及車間自動化系統的應用情況等等，而且要明確集成目標、集成機理、如何實現、需要相關系統做什么配合等，都需要明確的描述出來。

用IT語言描述需求，不便于決策；

很多企業在進行MES描述時，往往會用IT的語言進行描述（尤其是由一定軟件開發能力的IT人員來進行描述時更是如此），而這些功能需求的描述如果缺乏業務相關聯，如何讓管理者進行決策？

各供應商特色功能羅列；

不少企業在進行MES需求分析的時候，通過網絡（尤其是e-works這樣專業的網站已經進行了規整），通過參加會議論壇（e-works的MES年會等），可以便捷的了解到各供應商的解決方案，及特色功能等，于是通過“Ctrl+C”和“Ctrl+V”把各家的特殊功能進行羅列，就完成了需求分析，并用這個來組織招標選型，最后的結果是MES還不成熟，不能滿足我們企業的要求。但企業的真正業務需求在哪？在需求的撰寫過程中迷失了。

忽視后續維護服務。

在選型過程中，在選擇軟件廠商的時候，企業通常會忽視考察后續維護服務情況，信息化系統不是普通的軟件，買賣完成后便可安然無憂，后續的維護過程極為重要，在考察MES廠商時，企業往往對于對方的實施團隊以及方案、價格做了太大的關注，而忽略了廠商的維護服務能力。

4、MES選型要點

制造企業在對MES系統進行選型時，常常會陷入一種盲目的狀態，對自身需求缺乏明確的認識，貪大求全，一味的參考同行業其他企業選擇情況，過分信賴軟件廠商的宣傳，企業負責人權責不清等等，這些都會造成MES項目的失敗，因此，企業在進行MES選型時，應注意以下幾點：

4.1 確定選型團隊

企業在選型開始之前，首先需要對自身的項目人員做出確定，由于MES涉及到生產過程的各個部門，牽扯到各個部門之間的協同，為了避免日后項目實施時出現部門之間的爭論，達到管理的精細，企業在項目經理人選的確定上應該極為慎重，需要他有資歷和能力做好部門之間的協調，因此，企業項目經理最好由企業的高層領導擔任，并且最好對各個部門之間都比較了解，有相關的管理經驗，在項目中嚴格的實施一把手原則，負責關鍵環節的決策，以避免項目開始后再出現眾口紛紜的狀況。

企業在項目前期分析需求時，通常是由業務部門的人員提出需求，IT部門負責對需求把控。因此，在確定項目經理后，對于項目組成員的確定上，需要選擇業務部門以及IT部門的合適的人員參與到MES項目中來，明確各人權責，避免在項目推進過程中，出現權責不明的情況，項目組每個人都有話語權將導致項目由于意見的不統一而出現分歧，影響項目的順利進行。

另外，若企業缺乏有經驗的實施人員，可借由第三方咨詢服務機構，介入到企業的選型與實施過程中，起到監督促進作用。

若企業一開始便選擇自主開發MES系統，在項目經理的選擇上更需慎重，避免在項目開始后受到各個部門之間的刁難與不配合，導致項目推進十分困難。

總之，負責人的選定應做到一把手原則，且由業務部門提出需求，IT部門負責把控等。

4.2 梳理流程，明確需求

目前很多企業在得知MES具有提高生產效率，改善生產狀況的特點時，通常會提出兩個疑問：MES到底是什么？MES能為我帶來哪些效益？這時，企業需要明確觀念，不是MES能為我帶來什么，而是我需要MES給我帶來什么？

眾多專家、MES廠商、成功實施MES的企業人員在談到MES選型時，都會提到5個字，“從需求出發”。

MES具有強烈的行業特征以及個性化，企業在進行選型時，首先應該弄清企業想要的是什么，根據企業所處行業特點，進行詳細的需求分析，理順企業業務流程，找出生產過程中的短板與問題點，再來確定近期的目標與長遠需求，分段實施，避免出現一窩蜂全上的情況。只有自身的生產流程理順了，才能發現問題，通過MES解決問題，否則，項目最終只會失敗。在此過程中，企業也可求助于專業的咨詢機構，幫助摸清企業流程，找出企業容易忽視的問題點。

另外，對于某些沒有成熟解決方案的行業，企業需根據自身情況，確定是自主開發還是聯合軟件廠商來做針對性的開發。

4.3 合理選擇功能模塊

MES共具有11個模塊，企業在初始選擇時不能一味貪大求全，將11個模塊一起實施，這樣既浪費時間、精力、財力，同時還會由于倉促的上馬，出現一系列的問題。通常企業選擇MES系統的主要目的在于實現生產過程控制，物料信息及時反饋，設備監控，及時防錯與預警，質量控制，產品追溯等方面，對應來說，企業最迫切的需求，在于首先應實施生產資源分配與監控，作業計劃和排產，數據采集，過程管理，質量管理等模塊。對于員工管理，績效分析等模塊，除了特殊的需求，沒有必要在一開始便立刻實施。

對于流程行業來說，在模塊選擇上通常以數據采集，產品質量管理，設備維護，質量管理，產品追溯等模塊為主，而離散行業則側重于生產資源分配與監控，生產調度，作業計劃和排產等模塊。

因此，企業在確定實施的模塊時，需把握好需求與功能的關系，一方面充分考慮系統的實用性、適應性和可靠性，避免盲目的選擇一些目前應用不到的模塊，另一方面，在滿足近期需求的前提下，還需考慮到系統的開放性和擴展性，為以后系統的升級做好準備。

4.4 數據集成與接口

從三層企業集成模型中可以看出，MES位于計劃管理層與底層控制之間，對于與ERP以及底層自動化數據的交互要求非常之高，目前許多企業底層生產控制系統雖已基本實現了基礎自動化和過程自動化，并且在此基礎上形成了相對獨立的系統，但是每個系統都有各自的處理邏輯、數據庫、數據模型和通信機制。它們形成一個個信息孤島，缺乏必要的整合，缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理。更重要的是，以過程控制為核心、側重工藝參數優化的生產制造過程信息，遠沒有與以流程管理為核心、側重資源配置優化的ERP整合起來。在ERP所關注的各項資源中，生產過程信息在企業的管理系統中它始終是“離線”的，生產過程信息始終不能連續、自動、完整的反映在企業管理系統中。這樣在管理信息系統和生產控制系統之間，存在一個信息流通上的斷層。

因此，考慮到MES承上啟下的關鍵位置和作用，企業在選擇MES系統時，需根據企業自身信息化系統應用情況，以及底層自動化設備的應用情況，充分考慮到數據接口的問題，使MES系統能與企業自有的信息系統緊密的結合起來，發揮最大的效用。

5、MES的行業特征

MES是帶有很強的行業特征的系統，不同的行業的企業其MES的應用會有很大的差異。

其中，流程制造業以大批量生產為主，如醫藥、化工、電力、鋼鐵、能源、水泥、食品、制藥等行業都屬于典型的流程生產行業，這些企業主要采用按庫存、批量、連續的生產方式。因此，將各種不同的自控系統聯網，自動采集生產過程的數據實現企業的生產信息集成，建立全廠范圍的實時和歷史數據庫，是流程行業企業實現MES應用最關鍵、最核心、也是最基礎的任務。圖3所示為流程行業的MES結構圖。

圖3.流程行業MES結構圖

典型的離散制造業主要包括機械、電子、航空、汽車等行業，這些企業既有按定單生產，也有按庫存生產，既有批量生產，也有單件小批生產。那么，注重生產計劃的制定，生產的快速響應是離散行業MES系統應用的關鍵。

無論從工藝流程還是生產組織方式方面，流程制造業和離散制造業都存在較大的差別。企業在選擇實施MES系統時，要根據企業自身所處的行業特征區別對待。

表1.流程制造業與離散制造業的MES應用對比分析

6、代表性行業選型分析

除了離散型與流程型制造方式的區別，即使是同屬于離散制造業或流程制造業的企業，由于行業的不同對MES的需求也有很大的不同，1）鋼鐵行業

鋼鐵企業MES是從企業經營戰略到具體實施之間的一道橋梁，它針對鋼鐵企業生產運行、生產控制與管理信息不及時、不完全、生產與管理脫節、生產指揮滯后等現狀，實現上下連通現場控制設備與企業管理平臺，實現數據的無縫連接與信息共享；前后貫通整條產線，實現全生產過程的一體化產品與質量設計、計劃與物流調度、生產控制與管理、生產成本在線預測和優化控制、設備狀態的安全監視和維護等，從而實現整個企業信息的綜合集成，對生產過程實現全過程高效協調的控制與管理。鋼鐵企業MES需求主要體現在：

★ 現場數據采集與過程處理。采集生產現場中的各種必要的數據信息，例如轉爐的各控制點溫度；投料數量；正在軋制的鋼板厚度等等。對采集的數據進行即時分析處理，監控生產過程和自動修正生產中的錯誤以提高加工活動的效率和質量，或者向操作者提供預警或修正措施指導。

★ 一體化計劃編制功能和實時動態優化調整功能。包括全流程的計劃編制和調整、冶煉連鑄流程設計、連鑄熱軋流程設計和事件的時序管理。

★ 動態成本控制。通過將實時的生產數據及時“拋帳”到財務系統，動態地收集與核算企業各生產工序的成本，通過對生產成本的控制，優化資金流，對鋼鐵生產過程全流程進行成本分析和預測，并在此基礎上，實現企業整體成本的優化。

★ 質量管理。建立產品規范體系和冶金規范體系，實現按用戶需求進行產品設計；對于同一種產品，針對不同的用戶、不同的用途分別制定不同的放行條件，體現按用戶進行質量管理的模式；根據質量設計結果的放行標準和對產品的檢化驗實績，實現對產品實物的自動質量判定。

★ 合同管理。對合同各工序生產欠量進行動態平衡，實時監控合同進度，動態反映合同的欠量、通過量，合同跟蹤從銷售、質量、生產、出廠直到財務結算為止，實現實時動態的合同跟蹤。

★ 能源管理。鋼鐵廠的能源消耗約占鋼鐵成本的比例約20%-30%，因此在鋼鐵企業MES系統中，把能源管理作為一個基本應用，需要對能源統一調度、優化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環保質量、降低噸鋼能耗，并需要制定事故預案策略、事故原因快速分析和及時判斷處理、能源供需的合理調整和平衡以及在客觀信息基礎上的能源實績分析、能源計劃編制、能源質量管理、能源系統的預測。

★ 設備故障監測與分析。實時監測設備的運行情況和負荷，并產生設備的階段性、周期性和預防性的維護計劃，并對突發故障產生響應，提供故障診斷支持；記錄設備的歷史檔案和備品備件管理，方便對設備進行最優化管理與維護。

2）汽車行業

作為一個典型的離散制造業，整個汽車制造過程相當復雜。從最開始用戶下訂單，銷售部門收集訂單并定期反饋到財務、物流和制造等部門，到原材料進廠，經過一系列的加工過程，最后產品出廠并通過銷售渠道交付給客戶，中間牽扯到很多業務部門，有頻繁大量的信息產生和傳遞。這其中JIT成為汽車企業應用MES的一個主要原因，為此汽車企業MES的主要需求點有：

★ 采集成品信息和物料部件信息，以及工件裝配狀態數據。采集方式可以是多樣的，包括RFID技術，激光條碼掃描，各類傳感設備，網絡攝像設備，以及可以由操作人員手工輸入數據等方式進行數據采集。

★ 數據處理。將采集到的“現場”數據同“后臺”的預設數據（如BOM表或工藝設定值）進行交驗，獲得交驗結果。另外也包括在設備與設備，設備與系統，系統與系統之間的數據交互，如將采集到的數據通過某種通訊模式傳輸到后臺系統接口或數據輸出設備。

★ 設備控制。根據狀態判斷結果，按照業務邏輯進行生產設備控制；在狀態異常的情況下可以通過PLC控制流水線停線，關閉生產工具，或指示燈紅燈報警等方式提示現場操作人員，同時也可以通過后臺的監控程序實時通知車間管理人員。當操作人員或車間管理人員對異常處理完成后，再進行生產放行。

★ 車間生產的無紙化要求。通過電子化的信息傳遞以提高信息傳遞的速度和效率，減少不必要的紙張浪費，并逐步實現無紙化生產。

★ 生產管理的實時化要求。要求實時地采集生產過程的相關信息，如進度信息、關鍵質量信息等，并對變化快速地做出響應。

★ 生產過程的透明化要求。使生產過程不再成為一個“黑盒”，車間管理者和企業管理人員乃至客戶能夠實時、透明地了解生產的實際狀況。

★ 車間在制品庫存管理的明細化要求。要求對車間在制品的收、發以及工序件的搬運明細進行記錄，減少在制品庫存積壓，從而降低庫存資金占用。

★ 生產管理科學化和輔助決策的要求。能夠為ERP系統及企業管理層提供實時準確的生產狀態信息，以提高決策的科學性和準確性。

3）化工行業

化工企業存在：生產裝置大部分是在連續狀態下工作；影響化學反應的因素即工藝參數變化很多；物料變化復雜；生產形式復雜等特點。因此其MES的主要需求點有：

★ 實時數據采集存儲。通過控制設備將生產中的實時數據通過數據采集接口獲取，降低人工抄寫、傳送這些數據的困難。

★ 形成生產報表。形成日報、旬報、月報、生產簡況等日常報表的同時，提供趨勢分析，數據查詢，事故追憶，相關曲線分析等功能。

★ 動態成本管理。通過建立動態成本控制模型，以作業為單位收集成本信息，實時得到動態成本信息，分析作業成本效益關系、評價作業環節的價值，滿足企業內部成本控制需要、對外產品定價需要和為生產調度提供基礎信息。

★ 生產調度。將管理層下達的生產計劃，根據生產工藝、流程要求進行物料、能源平衡計算，結合控制系統采集到的設備狀況，自動生成調度令，下達到生產作業現場，經確認后控制并監視生產作業的進行。

★ 生產過程跟蹤管理。監視、管理、跟蹤和提高生產作業過程，對生產現場關鍵工序控制點(工藝、安全、環保、質量)指標進行動態掌握和實時控制。

★ 在線質量監視管理。對產品質量指標進行在線質量檢測、統計、顯示，并通過系統的分析、整理，制成動態曲線圖、質量控制圖。

★ 報警管理。對工藝、安全、環保、質量指標的超限進行多種方式的報警。

★ 設備停機管理。采集并存儲生產設備的啟停機數據，對停機數據進行統計分析，實現對設備的減量、開、停車情況的監控，并進行設備停機原因分析追蹤，達到優化生產過程并通過縮短停機時間來發掘生產潛力的目的。

4）機械行業

機械行業是典型的離散制造業，其特點是多品種、小批量生產；產品種類多，產品復雜，影響生產過程的不確定因素很多，經常出現緊急訂單、設備故障等情況，使得生產計劃發生改變；制造過程復雜，生產過程中不確定因素多，憑經驗調度無法保證整個生產過程的協調，過程控制困難，管理難度大。因此其MES主要需求點如下：

★ 生產作業計劃的分解。接受生產計劃并將其分解為任務單元、平衡設備能力、指派加工設備、編制作業計劃。主要包括對月、周、日計劃的編制、調整、查詢；能力需求；設備能力負荷；物料需求；工具需求等。

★ 生產調度。在給定生產計劃的前提下，針對各故障、供需變動、工藝切換、資源波動等造成的系統狀態變化，進行在線作業計劃調整，實時地做出生產方案、工藝路線、資源分配的變動決策，以滿足實際生產的要求。在進行動態的實時調度時，盡量在原有的調度基礎上進行修改，避免大范圍調整造成的生產不穩定的狀態，以保證各生產工序生產平穩。

★ 物料跟蹤。將生產指令下達給車間工作組進行生產，同時由物料跟蹤管理進行物料跟蹤。從過程控制系統或人機交互系統采集生產實際數據與生產指令完成信息，進行顯示和分析整理，向生產調度模塊提供所需的生產實際數據。并最終將反饋信息傳遞給生產計劃部門，為物料跟蹤和合同跟蹤提供準確信息。主要包括：日計劃執行結果輸入、匯總、查詢及反饋；任務完工的確認，確認車間加工完成；零件加工進度跟蹤；拖期任務統計；在制品信息查詢；生產報表（月、周、日）；工時統計；廢品統計等。

★ 數據整理。對設備性能、產品系列、零件種類、工藝卡等各種數據進行整理，形成標準規范化的文本，在此基礎上建立相應的數據庫。系統資源數據庫包括設備庫、工藝庫、工具庫、原料庫等。數據庫管理主要指對各資源數據庫中數據的增加、刪除、修改與保存操作。系統數據的維護包括數據庫功能的設計以及對過時數據的更新操作，數據庫數據的導入/導出操作。

★ 作業計劃模塊由生產計劃驅動，從資源數據庫中提取資源信息（包括設備信息、工具信息、工藝信息、原料信息等）結合優化調度算法，生成作業計劃單，并下達給車間工作組。而生產調度模塊根據物料跟蹤模塊反饋回來的信息一方面將此信息再反饋給作業計劃模塊使之進行作業計劃的調整，另一方面及時更新資源數據庫，同時發揮調度功能，下達指令給車間工作組。

5）食品/飲料行業

食品/飲料行業往往流程化程度高，生產批量大，工藝復雜，對生產管理管理控制精度高，對生產過程的監控、管理、生產分析有很高的要求，多樣化的消費者市場以及日益變化的客戶需求決定了食品/飲料生產廠家除了在嚴格控制質量，保證產品的安全和健康以外，還需做到降低成本，增加產品的多樣性，縮短產品上市時間等。因此食品/飲料行業的MES需求點在于：

★ 實時數據采集與分析。根據企業生產設備狀況，選擇合理的數據采集方式，實現與底層自動化設備的無縫對接。

獲取與生產設備及生產過程相關的產品及過程參數信息，負責提供生產設備、生產過程的產品及過程參數的歷史信息。為批次管理與跟蹤、沒備管理與維護、質量管理等模塊提供數據。

★ 生產優化與管理。實現生產調度與分析、物料管理與控制、成本核算與控制等，根據生產計劃結合設備物料等狀況制定最優的生產方案，滿足成本低，效率高的要求。

★ 生產監控。監督生產狀況，根據當前批次生產情況、設備狀況、職工信息等為下面的生產做好準備；能夠應對各種突發事件并做好再次調度。

★ 批次跟蹤。采集當前批次（中間、最終）的生產運行數據，包括在線參數值和離線測量值，對生產質量做出評價，決定生產是否繼續；當ERP對某個最終批次的生產情況提出質疑時，將根據此批次的記錄進行反沖追查，并把結果上報給ERP和生產優化調度與管理模塊。

★ 質量管理。

★ 設備管理。指導企業維護設備的工作以保證生產順利進行，并產生階段性，周期性和預防性的維護計劃，也提供對緊急問題的響應（報警）；保留過去所發生的事件和問題的歷史記錄有助于處理可能要出現的問題。

6）電子行業

在電子制造行業，管理中重心在于保證生產過程的穩定性與對制造關鍵能力的改善與提升，電子產品涉及物料種類眾多，因此生產過程透明，上料防錯，元件追溯等方面是電子制造企業更為注重的地方。電子行業MES需求點如下：

★ 生產調度。根據生產工單生成工票，下達任務至各工序，分配打印產品SN號；監控工單進度，異常時凍結和解凍作業指令；

★ SMT上料功能。收集貼片機上料信息(站位號/FEEDER/物料等)，并進行合法性校驗，建立工票和物料的追溯鏈；

★ 生產上料功能。收集MI段、AI段、整機段的上料信息，并進行合法性校驗，建立工票和物料的追溯鏈；

★ 生產跟蹤功能。根據訂單執行進度，引入防呆機制滿足混線生產的管理要求；

★ PQC/IPQC檢驗控制功能。管理生產過程中的檢測工作和抽檢工作，并從檢測設備中獲取檢測詳細結果；檢測不良執行維修或返工業務；

★ 不良品維修業務功能。提供維修策略建議，實現不良產品快速再生產,建立產品詳細維修檔案；

★ 返工生產業務功能。下達返工指令至生產單元，設定返工工藝和返工SN號清單；

★ 產品追溯功能。MES實時監控PCB板/整機生產線上在制品情況；建立質量追溯鏈，實現正反向追溯。

第二篇：工業4.0 IT解決方案(打造智慧型企業)

工業4.0 IT解決方案（打造智慧型企業）

導讀：導讀：實施兩化融合幫助企業完成從“制造”到“智造”的升級，打造智慧型企業。

一、工業4.0的重點、難點

1、如何將互聯網技術融入到工業領域更大的機器設備中，利用軟件分析技術充分釋放機器的潛能，以更好地提高生產效率，這是工業互聯網帶來的效益，而完整的工業互聯網需要具備兩大要素：

第一，機器更為智能化，能夠收集諸如生產、環境等各種數據；第二，數據保存與處理分析能力，為企業投資決策做參考。

2、由于與工業互聯網密切相關，以下三大領域將迎來良好發展機遇。第一、主動擁抱互聯網的工業類上市公司；第二、包括條形碼、二維碼、傳感器等能夠收集各項生產、流通、環境數據的物聯網設備類上市公司；第三、工業大數據處理類上市公司，大數據應用是工業互聯網的基石，是最終提高工業效率的必經途徑。

3、工業4.0時代，個性化定制是趨勢。企業要考慮如何為了實現小批量、多品種以及個性化定制的流程而又不損失節拍和效率？這是一個不可能通過人的管理來精確做到的復雜過程，這就必須有一套非常嚴謹的信息化系統去支撐這樣的流程。

4、具體來說，企業的信息化系統要考慮在產品的設計、物料供應的設計、生產流程的設計以及生產線的設計上進行非常系統性的規劃；需要訂單與產品、物料要精確地匹配，并保證準時送達；而這個過程又涉及到不同的車間、不同的部門以及和供應商之間的有效協同。

5、“工業4.0”的生產模式將由集中向分散方式轉變，企業要適應產品同質化向個性化的轉變，要適應打破傳統產業鏈結構，實現實時優化且自我組織的產業鏈，要考慮放棄以往傳統的自上而下或自下而上的包括原材料開采、多級零部件供應商、多級生產企業、多級經銷商再到消費者的商品生產銷售模式。

6、在工業4.0時代，現有的組織體系將會被改變，符合智能制造要求的組織模式將會出現。企業如何利用信息技術手段和現代管理理念進行組織管理創新，如何圍繞企業獲取可續的競爭優勢，不斷優化企業的業務流程和組織架構？

二、工業4.0詳細解讀

1、從“制造”到“智造”的工業4.0時代呼之欲出。

2、工業3.0與工業4.0的主要區別體現在“靈活性”上。

3、實施兩化融合幫助企業完成從“制造”到“智造”的升級。

兩化融合是企業轉型升級的必由之路，是中國制造業從“工業3.0”到“工業4.0”的產業必經之步驟。

三、工業4.0 IT解決方案（打造智慧型企業）1智慧型企業兩化融合特征

隨著我國兩化融合管理體系推廣力度、廣度的不斷加強，制造型企業的兩化融合水平也隨著兩化融合項目的實施和投入使用得以持續提升，大多數企業由目前的單項應用水平，逐步過渡到綜合集成，最終達到協同創新階段，伴隨著新型能力培育打造、預期的可持續競爭優勢形成，企業戰略目標順利實現，工業化和信息化不斷的融合升級，企業本身也由數字化企業、網絡化企業，最終打造轉型升級為智慧型企業。2智慧型企業信息化建設指導思想

企業的信息化建設應該從企業愿景和使命出發，與企業戰略保持一致，將IT系統與戰略、管理、業務三大系統充分融合。

采用預先規劃、關鍵應用先實施、貫穿流程優化的持續改進，可以很好地避免業務與IT脫節、信息孤島、IT投資有效性等問題，充分發揮IT技術的作用。建設貫通企業縱向的高中基三層與貫通企業橫向的各部門各業務單元以及企業與上游供應商下游客戶的價值鏈，幫助企業實現競爭力的持續提升。

3智慧型企業信息化建設藍圖

4智慧型企業兩大體系：智慧管理體系+智能制造體系

智慧型企業應該包含智慧管理和智能制造兩大體系，二者之間是相輔相成、共同促進、不可分割的關系。智慧管理體系好比是思維、是大腦的意識，而智能制造是軀體。只有保持兩個體系的健全，企業才能保持健康的成長和持續發展。智慧管理體系整體方案

智慧管理體系貫穿決策層、職能管理層和業務管理層。通過信息系統橫向到邊、縱向到底的全面覆蓋，企業日常經營和管理逐漸實現橫向協同和縱向集成，最終實現企業智慧管理目標。

我國制造業企業的信息化建設受限于企業自身信息化能力和水平，普遍存在急用先上，實用為主的實用主義導向，較少有統籌戰略規劃的觀念，目前基本形成基層單位“自動化”，中層單位“半自動”，決策部門“手工化”的極端現象。在目前全球制造業面臨轉型升級的大背景下，企業戰略管理系統和商務智能系統的建設對于企業打造戰略執行力、市場快速對應能力和保障企業兩化融合戰略的有效落地，顯得尤為重要。智能制造體系整體方案

智能制造體系包含三個核心層：企業運營協同層、工廠優化與執行層、工廠連接與自動化層。三層之間通過基礎平臺實現基礎數據的一致性管理、各層級系統間數據集成及設備自動化集成，通過智能分析平臺實現分析和監控來至運營、生產和設備層級的問題。智能制造體系通過應用移動、大數據、智能分析及物聯網等先進技術于企業價值鏈上的不同流程中，支持實時智能化工廠運轉。

第三篇：基于GMP的制藥企業MES系統設計及研究

基于GMP的制藥企業MES系統設計及研

究 前言

藥品生產企業是關系到我國國計民生的重要產業群體。GMP作為國際性德《藥品生產質量管理規范》，是國內藥品生產企業的指導原則和能否進入國際市場的基本條件。GMP認為任何藥品質量的形成是生產而不是檢驗出來的，因此必須強調預防為主，在生產過程中建立質量體系，實現全面質量管理，確保藥品質量。ERP、SCM等位代表的信息化系統普遍針對的是企業的上層運營管理，很難深入到生產的現場，難以從生產執行的細節中獲取非常詳細的信息，來消除產生問題的根源。

文章涉及的基于GMP的MES軟件系統，將面向藥品生產業務管理層和藥品生產車間作業執行層，充分滿足制藥企業以質量管理為核心的生產業務綜合管理需求。系統有機將GMP融入到生產制造執行系統(MES)和整個生產管理過程之中，從企業原材料采購、生產計劃、質量檢驗到庫存管理、成本管理、設備管理等業務管理層面，在充分滿足制藥企業GMP規范化管理的基礎上，實現對設備工況、物料狀態、計劃執行的實時跟蹤、回溯以及車間管控流程的可視化管理。

文章在介紹了GMP標準的同時，重點研究了藥品生產業務流程設計建模、藥品質量閉環管理機制和模型設計、生產過程質量溯源方法設計，以及基于這些分析和設計的MES系統功能和架構。GMP管理規范間接

GMP(Good Manufacturing Practice)在國內名為“藥品生產質量管理規范”，是國內所有制造企業必須遵循的規范，其核心內容是全面質量管理。GMP是一套設計用于每一批產品使用的秩序和良好操作規范，所有能為患者提供一致和質量可靠的產品。

任何批次藥物的適應性由如下因素決定：起始物料的質量、廠房與設備的質量、程序的合適、沒有加工問題、過程中控制的質量、生產者的培訓和態度，GMP就是為了尋求這些主要問題在所有時間內有合適控制的保證。

GMP強調的幾個方面如下：

(1)物流控制及可追溯性。要求對存儲有效期內物資的存放、搬運和保管進行可追溯性控制。

(2)設備的控制和保養。要求對設備的標準、確認、驗證和保養進行控制。

(3)關鍵工序的控制。對該工序設備的準確度、緊密度、操作人員的資格、技能、知識，以及操作環境等進行控制。

(4)文件控制。對文件的標識、保管、使用和變更要進行控制。

(5)工藝更改控制。工藝更改必須滿足規定的質量要求，要制定工藝負責人修改和相關部門負責人會簽。

(6)驗證狀態的控制。要求對設備、設施、工藝等驗證狀態進行標識。

(7)不合格品的控制。要求建立不合格品的評定、處理和統計程序。藥品生產業務流程建模分析

只要業一般分為原料藥生產和藥物制劑生產，原料藥是藥品生產的物質基礎，但必須加工制成合適與服用的藥物制劑才成為藥品。制藥行業作為流程工業的一種，有流程工業所具有的共性。都是通過各種生物、化學、物理變化。產生新物質而達到增值目的。

藥品生產又有其特殊性，其生產是一個非常復雜的過程，通常以批量或連續的方式進行生產，需要嚴格的過程控制和安全措施。這些特殊性包括：藥品的工藝機理復雜，同樣的操作條件也很難得到相同結果；制藥企業主要是大批量生產和面向庫存生產，沒有作業單的概念；制藥行業中體現了以配方為核心的生產模式，以流水線方式組織生產。只存在連續的工藝流程，不存在與離散企業對應的嚴格的工藝路線；藥品生產過程要求有十分嚴格的批號記錄，從原材料、供應商、中間品以及銷售給用戶的產品，都需要記錄，這些批次信息將用來進行生產回溯和問題跟蹤，藥品批次信息流程圖如圖1所示。

圖1 藥品物料批次信息流程圖

如上所述，藥品的生產過程要滿足GMP、FDA等法規的要求，實現規范操作。則從生產計劃、質量管理再到產品銷售和回收都要以GMP規范和質量管理為核心，設計藥品生產運作管理業務流程如圖2所示。

圖2 藥企生產運作流程圖 藥品生產流程標準機制設計

制藥企業生產流程包括：供應商質量控制、原輔料檢驗、原輔料倉庫和配送管理、車間配置生產、成品檢驗和成品包裝管理。在對生產流程進行分析之后，需要結合制藥企業面向質量和規范操作的生產運作管理特點。通過對藥品生產過程中涉及的檢驗、驗證、質量跟蹤、質量過程控制、標準化及質量反饋和質量改進等主要質量管理過程的深入研究，采用多維事件驅動過程網絡模型描述和構建藥品生產運作管理過程模型，將藥品生產過程管理與質量過程控制緊密結合，通過對質量信息流的控制實現對藥品質量保證的方法及相關技術措施，在信息集成的基礎上。實現藥品生產過程與質量控制過程的過程集成和閉環管控。其主要原理設計如圖3所示。

圖3 藥品生產面向質量的閉環管控模型圖

閉環管控模型從物流、生產控制流兩條主線出發。圍繞檢驗過程進行整個生產質量控制。

閉環實時信息的傳遞和反饋主要采用基于條碼及RFID的身份識別技術實現藥品生產全生命周期的信息追蹤。藥品批生產過程質量溯源方法設計

藥品生產是以成品批來組織生產的。一個成品批次生產指令的下達驅動一個藥品生產物流過程及一個批次藥品的形成。GMP中定義“批”是指：在規定限度內具有同一性質和質量。并在同一生產周期中生產出來的一定數量的藥品為一批，主要有物料批和成品批。

藥品生產物流過程是一個成品批次的整個形成過程，它始于生產指令的下達，止于成品的入庫，通常采用“批號”來標識同一批的產品。系統將采用條碼來標識記錄藥品生產物流各階段“批號”信息。主要有以下幾種情況生成批次：

(1)采購到貨，采購原材料到貨時要確定原材料的批號；

(2)生產領料，生產部門在生產領用時在領料單上注明原材料的入庫批次；

(3)庫存調整，在庫存盤點或者調整時，有些數量較少的品種原材料的不同批次可能會被合并；

(4)產品生產，生產部門按照批生產指令組織生產，產品的批次按照批生產指令進行標識；

(5)產品銷售，銷售產品時會生成銷售批次。

生成批次以后，為在批次間進行追蹤或質量追溯，需要建立新舊批次的關聯關系，即批次關聯。關聯關系表具有雙向性。可以正向或者反向進行查詢。

通過批次關聯將不同的批次聯系起來。就可以建立起覆蓋供應鏈上藥品物流信息業務流程的批次管理模型，如圖4所示。模型將制藥企業的采購、庫存、生產、銷售流程通過批次貫通為一體，打破了原有的各部分信息的界限，建立完善的對應記錄。與最終產品的批次號相關聯，為產品追蹤和質量追溯技術的實現打下了基礎。

圖4 基于批次的藥品物流信息生成流程圖 基于GMP的MES系統功能及架構

在生產管控流程和質量溯源方法分析設計之后，設計的基于GMP與制藥企業MES系統將包括GMP管理子系統和制藥企業生產執行子系統。如圖5所示。

圖5 藥企MES系統整體功能架構圖

GMP管理子系統完成包括采購、物料、質量等方面的功能，包括：

(1)采購管理，包括采購計劃管理、采購訂單管理、采購批次管理、采購到貨管理、退貨管理、供應商管理等功能；

(2)物料管理，包括倉儲庫位管理、物料管理、入庫驗收管理、批號管理、庫存控制等功能；

(3)生產管理，包括生產計劃管理、生產指令管理、生產物料管理等功能；

(4)成品管理，包括成品入庫管理、成品出庫管理、其它成品庫存管理等功能；

(5)銷售管理，包括客戶檔案管理、銷售業務管理、銷售業務跟蹤管理、銷售統計管理、銷售分析管理等功能；

(6)質量管理，包括質量檢驗管理、質量保證管理、質量統計與分析等；

(7)驗證管理，包括驗證對象及標準管理、驗證對象及其驗證標準管理、驗證類型管理、項目驗證過程管理、驗證文件管理等功能；

(8)GMP資源管理，包括機構與人員管理、廠房與設施管理、GMP文件管理、設備管理及衛生管理等子模塊。

制藥企業生產執行系統(MES)則完成與GMP管理系統下達的計劃，并完成執行反饋，主要功能包括：

(1)基于條碼的物料流轉管理，包括：原料入庫收貨、原料檢驗QA、材料區數據采集、包裝區數據采集等功能；

(2)車間作業人員管理與控制。實現車間班組人員的人員資歷、出勤、作業考核、工作績效、培訓資質的管理等；

(3)生產作業過程管理與控制。包括車間作業任務、車間工藝能力等功能；

(4)生產、質檢批記錄管理，采集各環節生產、質量數據及原材料批次、生產員工、設備等相關數據，實現生產現場各類批記錄信息的電子化管理；

(5)藥品批跟蹤與質量追溯管理，建立各個藥品批次的工藝數據檔案和生產譜系檔案，實現藥品批跟蹤與質量追溯管理；

(6)關鍵工序監控與預警，在制藥企業關鍵工序識別的基礎上，通過關鍵工序質控點、監控項目、監控標準的自定義功能，建立關鍵工序質控點監控管理體系。結語

通過詳細分析了制藥行業大批次生產管理的特點，提出了以GMP為質量管理核心的制造執行系統(MES)的功能和體系結構。闡述了企業信息集成及生產過程優化方法，解決了生產信息與上層管理信息的集成問題。以本設計為基礎開發的MES系統軟件已在在大型制藥企業推廣使用。同時，成果還有望推廣到食品、化工等眾多以配方批量生產為特點的制造業企業。

第四篇：JobDISPO MES系統組成及功能介紹

MES系統組成及功能介紹

MES系統由精確計劃、時間看板、項目管理、能力平衡、派工單管理、成本管理、設備管理、人員管理、客戶管理、工作日歷管理、數據采集、遠程監控、統計分析、數據接口、車間工藝布局等十五部分組成，這十五部分是個有機的整體，共同組成MES系統。

全閉環的MES系統

MES 系統模塊構成

生產計劃（精確計劃）是整個MES系統的核心。MES采用圖形化的高級排產算法, 最大程度地優化生產計劃。具有按交貨期、精益生產、生產周期等多種排產方式，可最大程度地滿足各類復雜的排產要求，MES具有即時的圖形化計劃看板，方便直觀的圖形看板的形式，以即時和實時的方式提供了真實的交貨日期。察看計劃看板，便可知道落后于計劃的作業，鑒別出哪里是瓶頸、在哪里停工??。MES是全透明計劃系統，便于監控所有產品的進度和生產，一旦一個產品投產后，就可隨時監控和控制這個產品的進度情況，如：該訂單處是否已經投產？交貨期能否準時？是延誤還是提前？具體時間是多少？以產品、部件、零件、工序等多級別管理生產，結構清楚，一目了然。可以立即查看一個項目及其子裝配或一個零件及其工序的所有相關信息，有限生產能力的排產系統，它能夠考慮到實際的能力，并可根據實際情況隨時做出調整。

1、精確計劃

所有產品、部件、零件、工序全以形象直觀的圖形化表現，并以不同的顏色來區分。當產品或工序開始后，顏色條的長度將實時地減少，直到最終完成。在不同設備之間通過簡單地拖放，就可方便地重新安排該產品或工序，所有因此而受到影響的產品將被重新排產。精確計劃看板可非常直觀的查看每個訂單的完成時間，在交貨期內是否能完成。精確計劃看板能方便地查看每臺設備每天的工作計劃，計劃每天開始時間、結束時間，機床準備時間。用戶可對時間情況進行工序拆分、生產訂單拆分、工序合并、外協加工、手工用鼠標拖拽調整機床的生產計劃和對訂單工序進行編輯。所有的更改只有保存后才會生效，因此您可以進行各種可能排產的嘗試。

2、時間看板

在時間看板里，可以用紅綠黃三色燈顯示該項目的生產狀態：提前、延期還是按期生產。

可以很直觀地查看每臺設備、每天的任務情況以及任務的進展情況，并可根據實際情況進行動態調整。

可以顯示出本零件包含的所有工序及工序的先后順序，可方便定位影響本產品交付的瓶頸工序。

3、項目管理

在一個窗口中顯示該產品中各部件、零件、工序的計劃信息，可實時顯示出各計劃的計劃日期、是否已開工、能否準時完工等信息，可方便定位制約整個產品、部件、零件的瓶頸。

可直觀地通過產品結構樹的方式查看產品制造BOM，并可直接進入各部件、零件、工序，進一步查看各詳細信息。

在項目管理中，采用有“紅綠燈系統”的顏色，使您很容易地查看每個訂單和工序的狀態。包括是否投產、計劃數量、計劃交貨期、所用時間、提前（或延遲）時間、已完成數量等，所有信息一目了然。

4、能力平衡

通過直觀的圖形、數字表示，JobDISPO系統提供了一個機床負荷以及每臺機床生產任務的視圖及分析功能。您能夠看到哪些機床負荷過重，哪些機床未充分利用。您可以組織加班工作來對付負荷過重的機床，或重新調整計劃工作給其它未充分利用的機床，以便優化生產和平衡機床負荷。

用數字和圖形的形式，顯示出每個資源的可用能力和計劃利用率，并將最大的時間間隙用黃色進行標記。單擊最大的時間間隙，窗口將自動跳轉到作業計劃板。這種方式可以非常容易地回答下面的問題，譬如：“下周我們有空閑的加工能力嗎？”，“這個急活能擠進去嗎？”等。

通過以上圖形顯示、統計、拖拽等方式，從而可根據實際生產情況進行生產能力的平衡調整。

5、派工單管理

當生產計劃完成后，可自動生成派工單，內容包括產品名稱、圖號、工序、設備名稱、加工時間等各種信息，并可根據客戶的實際需求定制各種格式與內容的派工單。

6、成本管理

可自動生成各產品、部件、零件、工序的各種成本報告，如生產時間、制造成本、夾具成本等，內容及格式均可方便地自行定義。

7、設備管理

JobDISPO MES 可以方便設置各設備基本信息、單位時間生產成本、工作時間、排班計劃、指定操作人員等。

也可對設備進行分組管理、分工段管理。

并可以隨時查看每臺設備的所承擔的任務及任務的進展情況，包括任務名稱、開始日期、計劃完工日期、生產數量、實際開工情況、實際完工情況等。點擊任務，可直接切換到該任務的計劃看板。

8、人員管理

一套成熟的管理軟件，必須有非常成熟和完善的系統管理功能，本系統就是用來完成整個系統的用戶、用戶組、用戶權限、組權限、系統運行監控等的管理。本系統的設計目標是使 MES系統能夠按部門，按人員分配系統操作權限，真正做到各司其職，每個人能夠看到自己該看到的，又不能看到自己不該看到的。

☆可通過工廠日歷可定義法定節假日、每天的工作時間、每周的工作時間。

☆通過制造單元定義加工設備、設備加工成本、設備工作時間。

☆可將機床進行分組管理，可按需求將相同屬性機床進行分組管理。

☆定義工人的工作時間、分管設備、工資等信息

☆可管理產品客戶、供應商的聯系方式、稅號等可以方便設置各人員基本信息、人工成本、工作時間、排班計劃、可操作的機床等。

9、客戶信息管理

可對客戶各類信息進行詳細管理，并可對客戶進行分類管理。

10、工廠日歷管理

可以方便設置工廠日歷、周工作計劃等情況，使生產計劃更精確。

11、數據采集

通過采集實際的加工數據可以合理地編制生產作業計劃和進行生產前的成本核算。計劃是柔性可變和準確的，它能隨著實際情況的不同進行調整，以保證數據的真實性。這樣保證您的整個加工過程是透明的、有效率和可控制的。

JobDISPO MDC機床監控和數據采集系統也具有操作簡單的優點，易于為用戶所接受。由于擔心生產中出現過度控制，進行數據采集和監控是很重要的。基于這樣的考慮，FAUSER AG開發的圖形作業計劃的MDC將工票界面參數化，打開工票的界面，操作員可以輸入每個零件的加工工時，也就是輸入零件加工的開始時間和結束時間，操作員慢慢學會了半自動方式采集機床數據，數據采集的常用方式包括鍵盤輸入，觸摸屏和條碼掃描。通過工業級的條碼掃描儀來采集數據是最放心可靠的方式，它避免了人為手工輸入的失誤。JobDISPO MDC經過了實踐的考驗被證明是方便實用的，可以通過條形碼來鑒別操作員的身份，將事件信息做成條形碼后，操作員可以將條形碼在條碼掃描儀上掃描一下輸入電腦，表示他的工作任務，點擊軟件圖標開始，就可以進行零件的加工了，就是這樣簡單！工作任務完成后進行確認也是類似的操作，這樣操作員能很好地對生產過程進行控制。軟件的另一個好處是操作員完成工作任務后，可以直接借助系統軟件就可以申請開始下一個工作任務。例如：某個零部件供應商往往因交貨期太短，不能預先計劃訂單和準備生產任務，使用了JobDISPO MDC后，在進入實際的生產加工前，他就能合理地進行精確的生產作業計劃，這樣他就能很好地控制加工的小時費用和成本核算。

12、遠程監控

JobDISPO eMDC遠程監控可采用圖形化和文本兩種方式來監控生產作業情況。訂單在哪臺機床加工、哪個操作工人、哪個工序、屬于哪個訂單、什么時間開始、什么時間結束，加工時間需要多久等詳細情況。圖形化監控采用不同的顏色來表示作業的不同狀態，JobDISPO eMDC軟件提供了通過網絡在線瀏覽機床加工信息的功能，下圖中機床上側的紅色、黃色、綠色分別代表設備關機、空閑、運行中，并顯示出正在加工的產品及其基本信息。

優點：

☆ 簡單方便，容易使用。

☆ 滿足大眾化需求，反饋事件不受數量限制。

☆ 能與你現有的ERP或其它MES進行系統集成。

☆ 為CAD圖形文件和其它多媒體數據提供數據接口。

☆ JobDISPO MDC能同時多任務處理多臺設備和多個操作員的任務請求。

☆ 對機器設備、操作員、訂單和其它數據具備強大分析功能

使用JobDISPO eMDC的用戶能通過IE、Mozilla、OPERA等系統就能進行網頁瀏覽數據信息。它是基于微軟的ASP.NET架構開發的，使用了IIS網絡信息服務，支持廣域網和局域網，使用了SSL安全套接層協議確保數據訪問的安全可靠，并允許多用戶同時訪問數據，用戶即使是在家里也能通過網絡訪問數據。用戶能通過Internet訪問后了解相關信息，如企業加工能力、正在生產的產品及狀態等，也可以在線瀏覽零件CAD的二維圖紙和三維模型等。

JobDISPO eMDC基于網絡在線瀏覽生產數據

13、統計分析

JobDISPO MES 還具有強大的任務沖突管理功能，可以方便地查看任務沖突情況及具體原因，比如：刀具未準備到位、原材料未準備到位等。點擊任務，可直接切換到該任務的計劃看板。

也可以查看每臺設備、在任意時間段的任務負荷、任務正點完工、延遲完工、機床利用率等信息，便于進行能力平衡調整。

還可以查看每天、每月、每個產品的完工等各種生產情況。

14、數據接口

JobDISPO MES可以按照月、季度、半年、整年或任意時間段，將產品、部件、零件、機床等相關任務進行輸出，可以輸出為PROJECT、EXCEL等多種通用格式，各類數據格式均可方便定制。

15、工藝生產布局

從2001年到2004年，由德國國家研發基金會BMBF提供經費，FAUSER公司牽頭，多家著名大學與企業共同配合（包括BMW公司、慕尼黑大學、柏林大學都參與了這個項目的研究），成功開發出一套工藝生產布局仿真與優化的系統，最終衍生成JobDISPO MES的FAP 模塊。

JobDISPO FAP軟件涉及了廠房、后勤、物流和車間的布局規劃和管理等多個方面。用戶可以將用Autocad畫的廠房布局圖導入系統，生成新的軟件格式，然后可以開始設計工作，進行系統優化和仿真。通過這些仿真結果，系統可以對機床設備布局和物流計劃生成改進方案，通過這些改進建議，我們可以降低成本，提高生產效率，使用了JobDISPO FAP系統后，我們企業的生產系統可以不斷地持續改進，從而降低了企業成本，增強了企業的市場競爭力。優點：

1.能為您同時完成車間機床布局，物流傳輸，后勤保障的全面規劃。目前市場除我們外找不到其他軟件能做到這一點，能與ERP/PPC系統集成，并行處理企業生產過程中的多個任務。

2.能為你的生產活動持續不斷的提出改進建議。3.提供高品質和精確的生產計劃

4.能對車間生產活動的物流進行模擬仿真。

5.可真實地模擬車間各設備物理位置、設備承擔的生產任務、任務的進度情況、各工序間的轉移路線等。

第五篇：關于工業4.0智能制造信息及方案流程

關于工業4.0智能制造信息及方案流程

陳志成：中國人工智能學會基礎專業委員會常務委員、中國通信學會云計算專家委員會委員、北京格分維科技有限公司總經理

我原來在高校工作了一段時間，是教師，擔任計算機學科方面的負責人，現在創辦一個公司，做人工智能方面的工作。我從學校出來，有一些背景因素，很多教授、院士，他們做了很多很好的理論研究，但是我們的產學研做的并不是想象中的那么好，企業很難把人工智能中比較超前的理論運用起來。很多老師聊天說，人工智能是不是要死亡了，是不是真的不行了，沒有什么用途了，離我們生活太遙遠了。我創辦企業的想法，是希望將課本上的一些理論，變成日常生活當中可以用的一些產品，不管是小的產品也好，大的產品也好。也許這也是一種情懷，大家都想做一些事情，而我想做人工智能。

我的演講分為四部分內容：第一，介紹工業4.0的本質，我認為工業4.0的本質是智能制造，目前對于工業4.0的理解各種各樣，但是大體而言，還是依據德國的提法來理解。2011年至2013年，德國針對工業4.0給出了一些資料，總體思路還是智能制造的概念。前面說人工智能要死亡了，可是現在機會來了，人工智能可能會有大發展了。第二點介紹我們現在正在做的事情，就是制造企業的機聯網，主要是指機器設備的聯網，及其管理控制。第三點講基于機聯網之上的云計算服務，以及相關的研究課題。最后跟大家分享一個能源大數據系統的案例。

工業4.0的本質是智能制造

智能時代已經來臨，五年之前，老師們在討論人工智能怎么發展，原中國人工智能學會理事長鐘義信老師、何華燦老師等也都在討論。人類社會的發展經歷了三個階段，第一個階段是農業社會，人類勞動工具以簡單的鐮刀、鋤頭為主。第二個階段是工業社會，也就是動力機車時代，以蒸汽機、機床為代表的時代。第三個階段是信息社會，網絡時代到來了，電話、電燈、電視，現在的互聯網、通信網，這就是目前的信息社會。

我們來看看前面三個時代，從研究者角度來分析，看看它的工具水平、研究的科學問題、及核心基礎理論。材料時代主要是簡單的材料加工，用樹枝就可以獲取到一些食物類的東西；能源時代就是動力驅動，主要是蒸汽機為主的；信息時代是信息處理，這個地方加了一個管理，原來認為信息時代是智能工具，現在我們把智能單獨拿出來了。到現在為止，我們開發了好多MIS、ERP之類的，但全都是企業信息化的管理系統，其中智能化的程度有沒有？有，但確實不高。在這三個時代，從研究的科學問題來看，材料時代更多的是研究物質成分、化學變化及其結構的，認為其基礎學科是化學。能源時代更多的是依賴物理，研究蒸汽機、能量的轉化、運動狀態等，是牛頓的那個時代。信息時代的基礎學科是數學與計算科學。

第四個時代，我們認為智能時代一定會來的，智能時代干什么，我們有大量的數據，需要進行決策、判斷；我們現在有很多的個性化的東西，進行針對性的個性化服務；進行大數據挖掘，從而進行自動決策，這就是智能化的工具，很多工具是軟件，但是也有很多是硬件。這個時代研究的科學問題實際上是網絡問題，不管是局域網、還是廣域網，或者通信網、還是互聯網，目前來看已經進入到所謂的物聯網時代。在復雜的網絡系統中進行分析挖掘和邏輯推理，從而形成智能化的決策和判斷，這個時代的核心基礎理論是邏輯與網絡。

實際上，我們是做軟件出身的，軟件編程的發展也有幾個階段：面向機器、面向過程、面向結構程序化設計、面向對象、面向網絡，我也在想是不是也有智能化的編程工具，安卓是智能手機的操作系統，為開發者提供了很好的編程環境，相信今后還有更加智能化的開發工具出現。

在2009年7月7號，有一個理事長訪談，邀請中國人工智能學會的主要創始人：鐘義信老師，涂序彥老師，何華燦老師。針對人工智能如何發展、人工智能如何產業化等話題進行探討，鐘老師堅定地認為“五年后將迎來人工智能大發展，進入智能時代”，現在來看剛好五年，智能時代確實已經來了。

在高校學科劃分中，人工智能屬于計算機系的還是電子化系的還是自動化系的，各高校并不一致。2003年提出成立“智能科學與技術”專業，北京大學等幾十所高校現在都在招生，近年來發展很快。無論是在人工智能理論、技術、教學、應用等方面，每年都有很多研討會舉行，從前幾年的照片來看，老師們確實很早就在思考研究這方面的問題。

在人工智能產業化方面，我們也想聯合一些大學老師做一些事情，我們也提出了一個方案，當時是想做中國國產的“人工智能計算平臺AICP(ArtificialIntelligence Computing Platform)”。提供一個智能運行環境的平臺，其中把若干人工智能算法都實現為功能服務模塊，對外提供調用接口。比如神經網絡、遺傳算法、語音識別、人臉識別等，包括人對著手機一講話就可以翻頁了，通過遠程服務提供一些應用，機器人、智能安防，智能家居，智能辦公等。

我們當時想做的智能計算平臺，包括：核心軟件、專業軟件、以及應用型軟件，主要瞄準機器人、協同計算、自動控制、生產執行系統、智慧醫療、決策支持系統、自然語言翻譯等，當時列了這些事情，現在不少公司也都在開發。

智造企業機聯網工程

現在回過頭來看，德國提出工業4.0，中國怎么辦？工業4.0本身是智能制造，能自動焊接的機器人80年代就有了，哈工大的焊接是非常先進的。德國工業 4.0的核心詞主要是CPS(Cyber-Physical Systems)，信息物理系統、或網絡物理系統，認為CPS是實現工業4.0的基礎。

最近我們也還在想，把德國的東西是不是照搬引進來，如何消化吸收？目前主要體現在“機器換人”和“設備機器聯網”方面，這是浙江省和廣東省重點實施工程，在2013年的時候，浙江省明確下達文件，經信委、科技廳下達的文件，這里介紹其中與機聯網相關的一些內容，供大家參考。機聯網就是機器聯網，指應用物聯網、云計算、現代通信技術，對企業制造設備、工藝流程，空調、照明、倉儲等輔助設備進行統一的改造升級管理，形成集中管理、資源共享的現代化智能制造模式，以提高生產效率，改善產品質量，促進節能減排，提高企業綜合能力。機聯網重要的實現途徑是機器換人，江浙一帶，長三角、珠三角，人力成本提高了，很多工廠倒閉了，這是現實情況，很多企業需要自動化升級改造。浙江省拿出五千個億，五年之內每年支持五千個機器換人項目，實施企業的升級改造。

機聯網到底做哪些事情呢？第一點，還是要加強頂層設計，聽起來有點虛，實際上因為中國，包括江浙一帶和廣東一帶，盡管政府拿了很多錢做這件事情，但在很多方面還是不清楚的，需要專家們幫助他們做整體設計，到底國內國外有哪些自動化的設備，國外有哪些自動化設備可以引進，不少企業領導并不是很了解，必須要有專家幫他們進行具體分析，這樣的設備，這樣一個工藝流程，哪些是可以用機器代替人工的，幫他設計方案。從省里面的角度，國家戰略層面的角度，也需要一些設計，這部分工作還是少不了。

第二點，是推動機器聯網，這是核心內容，企業(工廠)車間內外的機器設備都需要連接起來，實現遠程統一的自動化管理控制。第三點，是系統集成，這里面包含了各種企業計劃系統、信息管理系統、生產執行系統、產品生命周期管理系統等的集成。第四點，是加強技術創新，技術創新主要是電子設備和自動化傳感器、以及平臺軟件等關鍵技術方面的創新，有些需要引進國外的，同時也需要國內的企業參與研發我們自己需要的設備。第五點，是標準化，標準化不可忽略，很重要，機聯網也會涉及到若干標準。第六點，加強安全保障，這是重點提了，尤其是涉及國計民生的重點領域。我們想想，車間里面都是機器人，數據都是可以傳到后臺服務器上的，斯諾登對美國的監控事件曝光之后，中國很擔憂。我們從日本引進來機器人以后，是不是通信協議是私有的，如果不公開，我們想修改就不行；從歐洲買來一個機器設備之后，數據傳到哪些地方都不知道，甚至我們生產過程當中的數據、參數、故障，保存在機器里面，等維修的時候給我們取走了，我們也不知道。這需要我們現在制定這方面的安全許可，網絡檢測手段，包括現在的底層系統安全，進網入口安全，很可能以后買機器人不是像今天這樣想買就能買了，以后可能像手機一樣，需要入網許可，否則，你的設備就不能聯網。

機聯網設備主要分四種類型：第一類是數控機床聯網，這是眾多工廠的設備；第二類是行業專用設備聯網。義烏做服裝和織布的廠，都有自動化生產線，跟他們進行交流，織布參數怎么檢測，線斷了之后能否自動接上，現在線斷了就報警和停機，需要人工接上后再繼續運行，是不是可以做一些自動化的設備來實現自動接線、取線軸等。第三類是工廠大型生產機器設備聯網，這里面包括了戶外的工程機械，挖掘機，也做一些GPS定位，故障檢測。第四類是工廠輔助設備，空調和燈怎么節能。這四大類型設備都需要聯網。

機聯網云服務解決方案

如何把機聯網具體實施起來？我們設計了一套云計算、云服務平臺的解決方案，這個方案當中，跟通用物聯網的方案基本差不多，但是細節不完全一樣，內容也不完全一樣，因為把物聯網大概念具體化到工業4.0了。工業企業中的機器機床都要進行聯網，這其中有些標準需要統一，有些新的傳感器需要研發，有些新的網絡協議需要制定；還有戶外的挖掘機，其他的一些工程機械設備也需要聯網，可能自己也有一些專用的傳感器或者網關控制器；后臺是云服務系統；最上面是應用終端設備，這是整體網絡結構。

在整個方案中，分成三層，物聯網的底層是數據采集，這里具體化就是機聯網層，是機器設備的聯網，設備的聯網細化到工業流程當中，也可能細化到機床設備當中的一個點上，包括了攝像頭和各種傳感器；也可能還有一些協議不是通用的，也可能利用WIFI，也可能是Zigbee，目前各種協議都有，這是機器聯網中最復雜的一塊。不同企業的協議不同，標準不同，基本處于混沌狀態。我們需要做網關控制器，各個分廠區域中的數據采集出來之后，通過網關往上傳，網關不是一般的家里上網那樣簡單的網關，后面可以看到有好幾個功能。機聯網層上面是云計算平臺層，有些數據在機聯網層直接處理了，還有一些數據到后臺服務器上，進行數據分析、挖掘之后再處理。最后是應用，應用這一層大家比較容易理解，不多解釋。

云服務平臺層，有很多工作需要做，這里面分了幾大部分。一個是云基礎設施服務，在相關的服裝行業或者鋼鐵廠，可以統一建立一個大的云平臺，這個服裝廠那個服裝廠的數據都會傳到這里來，政府和企業拿錢建一個平臺，也可能這個服裝廠不想要服務器，就是遠程服務，數據傳過來就可以。廣東省今年7月18號進行了一個能源管理系統的項目招標，就是全省的管控系統，各個能耗企業需要實時或定期上傳相關數據。

解決方案中，除了物聯網的三層，還有兩個循環控制：第一個是小循環，就是有些信息需要本地實時處理，比如說，車間設備出了故障，會立馬進行反饋，反饋當場處理掉，不需要人工干預，比如說空調溫度到26度以上，超出了節能控制閾值，控制器就可以自動降溫，大型的生產設備當中，也是要進行設定它的一些閾值條件，基本上不需要人工。第二個是大的循環，實際上是大數據分析，當數據傳到后臺服務器，經過遠程分析之后發現某一個流程有異常，比如特別耗能、或太耽誤時間(耗時)，這時就需要優化，要進行重新設計這個流程，提一些優化改進方案。如果數據顯示，這個流程花一個小時，那個流程花三個小時，下一個工序等著上面的工序很久，這就需要優化。把數據統一傳上來，采用大數據分析來實現的，這是流程的優化管控，這是大的循環。所以，該方案中分兩級控制，很好地解決了實時監控和遠程優化監控。

在具體實施中，涉及到哪些研發內容呢？主要包含兩個方案，一個是機聯網方案，要有效連接機器設備；一個是云服務方案，可以與通用的IAAS、PAAS的云服務相結合，生產企業需要哪些內容，平臺放哪些內容進去就可以提供服務。這里的關鍵技術，我們想來想去，機器設備聯網協議，這可能是一個難題，我們經常討論這個問題，很難有一個很好的解決方案。還有就是云計算技術、大數據技術、還有空間信息技術、多維呈現技術，移動終端技術等。比如車載設備都在移動，車上的人也在移動，怎么做一個移動終端，可能是手機，也可能配單獨的終端設備，比如給醫院醫生配單獨的Pad，上面有相應的軟件，有一個傳感器可以檢測，不同崗位配不同的終端設備，如果能及時傳到手機上更好，由于安全原因，手機平時是私人的，不能完全依賴，多數工廠可能需要給相關人員單獨配備終端設備。

在總體內容中，包含兩個解決方案、七項關鍵技術、三項行業標準，這里有三方面的硬件開發，軟件系統有六個。正如安司長講的，這是一個大系統，是系統的系統，大系統包含若干子系統。

硬件的開發包含三大部分。第一類硬件是新型傳感器，根據某些行業的需求研發新型傳感器，并不是一個攝像頭就能解決，有些傳感器，比如溫度、濕度、壓力傳感等可能還有特殊的需求，現在已經碰到了這樣的需求。

第二類硬件是新型融合通信網關，這里的網關，與一般家庭里上網的路由器不太一樣，我們列出了三大功能：第一是支持多重協議的網關，WIFI也好，RFID也好，紅外也好，工業總線也好，有線無線等等都要支持，我們也在想是不是分開研發，這個盒子就是支持WIFI的，另外一個盒子就是支持Zigbee的，單獨做不同的小盒子，但是我們分析之后發現成本并不低，因為設備里面可能放好幾個盒子，所以最終很可能是融合通信的網關，需要同時支持多種連接方式，有好幾份協議。第二是具備反饋控制的智能控制終端，不僅僅是路由器，還要反饋控制，需要有一套控制策略算法和操作系統的。第三是支持必要的本地化軟件服務，實際上是指的前面講的小循環的本地反饋控制，在大的循環沒有的時候，在一定條件下，小循環可以提供監控服務。

第三類硬件是云服務安全認證設備，云服務在提供服務的時候，需要根據工業4.0并結合企業、政府的要求，采用一些指紋等生物特征的識別技術，把可穿戴的技術加進去，提供一些遠程服務或者遠程的控制，比如說企業的領導，你在外面出差要查看一下公司的運行狀況，車間運轉是否正常，可能簡單的一個密碼就可以了；而針對有特殊安全要求場景，查看時則需要進行生物特征識別，這是才可以查看企業的信息。

軟件研發內容分為六大子系統：機聯網管理控制子系統、云基礎設施服務子系統、設備萬滾落管理子系統、應用集成子系統、大數據分析子系統、終端服務子系統，主要有這六個方面的子系統。

在標準方面，首先是機聯網的協議，要求不同設備能進行統一的協作，需要有方案來實現設備的自識別、自適應。還要做一些數據傳輸的標準，這個數據怎么組織，怎么去訪問，這塊要進行考慮。省里面要求上報哪些數據，上報之后有哪些可以進行識別，數據怎么設計的，這方面有哪些標準也需要研究。還有云服務，為政府提供數據服務，政府怎么訪問平臺的接口，這塊也需要制定標準。

把這些問題都討論清楚，我們可以給出技術路線和一些步驟來具體實施：先進行總體規劃，然后研發關鍵技術和平臺，最后集成應用。智造企業的機聯網云服務方案，基本內容就這些，這是目前正在做的。通過這些工作，最終把機器設備連成一體，為智能制造奠定基礎。

能源大數據系統案例

給大家分享一個案例，這是能源大數據管控的一個項目，是廣東盈嘉公司承擔的國家物聯網專項課題，就是把中國移動機房里面的用電設備，包括主機服務器和輔助空調設備等進行監控管理起來，同時進行大數據分析。

項目在相關設備中安裝傳感器，通過網關把數據傳送上來，可以查看設備動態運行狀況，實現了設備運行狀態的多角度模擬展示。也可以通過大數據分析，實時或定期查看數據分析圖表，并根據結果進行系統的管理控制、優化改進。

除了電信領域之外，在高能耗的工業企業中，比如鋼鐵廠、水泥廠等，也都面臨著升級改造的問題，基于物聯網的能源大數據控制與管理系統，可謂是我們在工業4.0時代的一個先行示范。

作為結束，在思考工業4.0的大產業中，我們具體能做些什么呢？大家關注的工業4.0，不管德國怎么做，中國作為生產制造大國，在這4.0時代還是想做點事的，不管是機聯網還是其他項目，結合工業4.0，可能最終落地點還是三個方面：一是標準，包括政策規范、數據標準、服務標準等；二是技術，技術有很多，傳感器、網絡通信、數據分析等技術，都在快速發展；三是應用，企業最終關注的是應用，包括工廠內的應用、戶外應用、移動監管應用、以及開放服務應用等，這些是我們大家也在做的。

好了，今天分享到此，感謝相關的合作機構、伙伴企業、及領導專家。謝謝大家！（本文節選自陳志成于2014年12月20日在《工業4.0高峰論壇——新常態與中國工業變革之路》的主題演講。此次論壇由《清華管理評論》、機械工業出版社、智造大講堂聯合主辦）