1990年11月,美國先進(jìn)制造研究中心AMR就提出了MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))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(chǎn)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(tǒng)和自動化協(xié)會ISA從2000年開始陸續(xù)發(fā)布的ISA-95標(biāo)準(zhǔn),之后被等同采標(biāo)為IEC/ISO62264國際標(biāo)準(zhǔn),而后又被我國等同采標(biāo)為國家標(biāo)準(zhǔn),即GB/T20720。其中ISA-95最為出名,被國內(nèi)外廣泛采納,是MES系統(tǒng)研發(fā)和選型的重要標(biāo)準(zhǔn)。
ISA-95最早提出了MOM(Manufacturing Operations Management)概念,并定義為:“通過協(xié)調(diào)管理企業(yè)的人員、設(shè)備、物料、能源等資源,把原材料或零件轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的活動”。如下圖,ISA-95提出了企業(yè)信息化5層結(jié)構(gòu),其中MOM覆蓋的范圍是5層結(jié)構(gòu)中的Level 3“制造運(yùn)行管理”內(nèi)的全部活動。
圖 ISA-95提出的5層結(jié)構(gòu)
如下圖,ISA-95進(jìn)一步定義了MOM的范圍,主要包含了四大部分,分別是生產(chǎn)運(yùn)行管理(Production Operations Management)、質(zhì)量運(yùn)行管理(Quality Operations Management)、維護(hù)運(yùn)行管理(Maintenance Operations Management)和庫存運(yùn)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(chǎn)是制造企業(yè)最核心的職能,質(zhì)量、庫存、維護(hù)對于制造企業(yè)是不可或缺的。雖然生產(chǎn)、維護(hù)、質(zhì)量和庫存的具體業(yè)務(wù)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(xié)同,才能使得企業(yè)得以有機(jī)地運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖 MOM平臺定義的生產(chǎn)、維護(hù)、質(zhì)量和庫存并重的新框架
浙江大學(xué)蘇宏業(yè)、肖力墉等人在《制造運(yùn)行管理(MOM)研究與應(yīng)用綜述》一文中認(rèn)為:MES是對MOM覆蓋范圍內(nèi)活動進(jìn)行管理的系統(tǒng),無論MES的范圍如何變化與擴(kuò)展,都不可能超越MOM的界限,即MOM所定義的范圍是MES可擴(kuò)展范圍的上限。然而,這個定義與MESA關(guān)于MES的定義一樣存在MES邊界模糊不清的問題。
只有少數(shù)模塊的MES系統(tǒng)也稱為MES,這導(dǎo)致MES系統(tǒng)魚目混珠。如果企業(yè)所選擇的MES系統(tǒng)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(tǒng),例如QMS、WMS、EAM、LES等系統(tǒng),來彌補(bǔ)MES系統(tǒng)功能的不足,這容易導(dǎo)致信息孤島、數(shù)據(jù)分散、集成困難,使得不同業(yè)務(wù)板塊之間的協(xié)同變得困難和低效。
MOM平臺代替MES系統(tǒng)
為了區(qū)別于傳統(tǒng)的MES系統(tǒng),近年來MOM平臺代替MES的概念,逐漸被更多企業(yè)認(rèn)可與接受。MOM平臺使用統(tǒng)一的框架,單一的數(shù)據(jù)源,覆蓋ISA-95、IEC/ISO62264、GB20720標(biāo)準(zhǔn)所定義的生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制、庫存控制、維護(hù)運(yùn)行四大領(lǐng)域的制造活動,并對這些領(lǐng)域之間的協(xié)作進(jìn)行管理。
圖 MOM的范圍正在擴(kuò)大
MOM的范圍正在擴(kuò)大,除了標(biāo)準(zhǔn)所定義的制造活動,現(xiàn)在MOM平臺現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到更多的制造活動,例如安全管理、環(huán)境管理、人員健康、采購協(xié)同等。以采購為例,制造企業(yè)的采購是為生產(chǎn)服務(wù)的,采購分為“采”和“購”,“采”關(guān)注于戰(zhàn)略尋源,而“購”關(guān)注于購買,為了更好支撐實現(xiàn)精益生產(chǎn),更多企業(yè)開始實施JIT采購,將采購納入MOM有助于更好實現(xiàn)JIT采購,保證準(zhǔn)時供應(yīng),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(tǒng)集成關(guān)系,可以幫助我們更清晰理解MOM與PLM、ERP的關(guān)系。
圖 MOM平臺相關(guān)的核心流程
上圖也體現(xiàn)了研發(fā)與生產(chǎn)、計劃與生產(chǎn)、生產(chǎn)與質(zhì)量、生產(chǎn)與采購、倉儲與生產(chǎn)、生產(chǎn)與設(shè)備管理等跨職能部門的緊密協(xié)同關(guān)系。
MOM平臺關(guān)鍵能力
那么談了這么多,讀者應(yīng)該對MES系統(tǒng)與MOM平臺的區(qū)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(yīng)該具有哪些關(guān)鍵能力呢?
筆者在MES/MOM相關(guān)領(lǐng)域有十多年的研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)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(chǔ)與實踐經(jīng)驗,下面就與您一起討論一下這些問題。
筆者認(rèn)為,MOM平臺的關(guān)鍵能力通常需要考慮:
圖 MOM平臺關(guān)鍵能力要求
相關(guān)的內(nèi)容后續(xù)章節(jié)會加以介紹。
全制造鏈協(xié)同
MES系統(tǒng)通常只關(guān)注工廠內(nèi)部的管理,這對于中小企業(yè)可能就足夠了,但是對于大型企業(yè),通常會存在異地多工廠的協(xié)同、與外部供應(yīng)商的協(xié)同、與客戶的協(xié)同,需要在全制造鏈的角度進(jìn)行優(yōu)化和管理,傳統(tǒng)的MES就無能為力了。
圖 全供應(yīng)鏈協(xié)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(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全供應(yīng)鏈上的供應(yīng)商、工廠、客戶的協(xié)同,包括工廠內(nèi)車間之間的協(xié)同、多個工廠之間的協(xié)同、供應(yīng)商與工廠之間協(xié)同、工廠與客戶的協(xié)同。
圖 MOM平臺應(yīng)該覆蓋全制造鏈
協(xié)同制造模式將各個部門與工廠之間的信息流有機(jī)地結(jié)合起來,將從手工的信息傳遞和統(tǒng)計轉(zhuǎn)換到基于計劃規(guī)劃、以及事件驅(qū)動的協(xié)同制造管理信息流程中,企業(yè)不同工廠將不再是一個個獨立的控制環(huán),而是企業(yè)內(nèi)完整的控制環(huán)。
例如,離散制造企業(yè)經(jīng)常受制于供應(yīng)商物料的準(zhǔn)時供應(yīng),為了確保JIT生產(chǎn)實現(xiàn),需要實施JIT采購,按JIT的思想拉動供應(yīng)商的生產(chǎn)與物流,并對過程進(jìn)行監(jiān)控,對問題進(jìn)行及時處理,這樣才能確保采購物料的齊套,從而實現(xiàn)JIT生產(chǎn)。
全制造鏈的協(xié)同對復(fù)雜的裝備制造企業(yè)更有價值。這類企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程復(fù)雜、供應(yīng)關(guān)系復(fù)雜,計劃編制與執(zhí)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(dǎo)致難以按時交貨。
全制造鏈協(xié)同制造可以優(yōu)化供應(yīng)鏈上的生產(chǎn)計劃和物流,提高整個制造鏈的運(yùn)作效率,減少在制品的呆滯和數(shù)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(jìn)而提高企業(yè)的競爭力。
跨職能部門協(xié)同
MOM平臺不僅僅重視生產(chǎn),對制造相關(guān)質(zhì)量控制、設(shè)備管理、庫存控制、采購執(zhí)行的支持和協(xié)同同等重視。MOM平臺幫助建立一種跨部門的橫向協(xié)作流程,而不像傳統(tǒng)基于直線職能組織的協(xié)作,打破部門、地域的限制,可以顯著提高協(xié)作效率。
制造企業(yè)跨部門協(xié)作有很多種類型,MOM平臺提供組織橫向協(xié)作關(guān)系建模功能,包括計劃部門與生產(chǎn)部門的協(xié)同、生產(chǎn)部門與倉儲物流部門的協(xié)同、采購與生產(chǎn)的協(xié)同、生產(chǎn)部門與供應(yīng)商的協(xié)同、設(shè)備維護(hù)與生產(chǎn)計劃的協(xié)同等,這也是系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)隔離、訪問控制,但不影響業(yè)務(wù)協(xié)作的基礎(chǔ)配置。
圖 MOM平臺應(yīng)該支持跨職能部門的分工與協(xié)同
中央治理分布應(yīng)用
建立統(tǒng)一架構(gòu)的、單數(shù)據(jù)源的MOM平臺,實現(xiàn)全制造鏈多工廠、跨職能部門、跨地域的協(xié)同,消除數(shù)據(jù)孤島,統(tǒng)一部署和管理,不同工廠、外部組織,基于互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)分布式應(yīng)用。
另外為了確保系統(tǒng)的運(yùn)行效率,應(yīng)對大并發(fā)、海量數(shù)據(jù),系統(tǒng)總體基于B/S架構(gòu),采用集群、負(fù)載均衡技術(shù),針對不同的數(shù)據(jù)采用不同的管理方式,除了使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫,還可以使用NoSQL數(shù)據(jù)庫和時序數(shù)據(jù)庫。
圖 高性能、高并發(fā)的后臺支撐
柔性可配在線開發(fā)
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(diào)整模型應(yīng)對需求的快速變化。對系統(tǒng)的擴(kuò)展不應(yīng)該直接修改產(chǎn)品平臺本身,而是基于產(chǎn)品平臺提供的工具擴(kuò)展實現(xiàn),這樣以后可以升級產(chǎn)品平臺到新版本而不需要移植定制開發(fā)的部分。
下圖展示了一種基于“需求的共性/個性分層”的擴(kuò)展方法,下層聚焦于滿足通用需求,上層聚焦于滿足行業(yè)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(chǎn)品平臺針對特定行業(yè)或特定客戶進(jìn)行擴(kuò)展以后,仍然方便對產(chǎn)品平臺進(jìn)行升級。
圖 基于產(chǎn)品平臺的擴(kuò)展
從IT角度僅僅提供API是不夠的,還需提供數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建模、用戶界面表單設(shè)計、菜單結(jié)構(gòu)設(shè)計、報表看板設(shè)計、工作流設(shè)計、基于腳本的插件開發(fā)、組織結(jié)構(gòu)建模、權(quán)限建模等方面工具。這些建模工具應(yīng)該針對特定的用途分別設(shè)計,低門檻,易于使用,便于集成服務(wù)商或用戶執(zhí)行對系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)維護(hù)。
傳統(tǒng)二次開發(fā)更多依賴于編寫代碼,通常會直接修改產(chǎn)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(chǎn)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(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中,服務(wù)器對模型進(jìn)行解釋來滿足個性化需求,從而實現(xiàn)比代碼開發(fā)十倍以上的開發(fā)和維護(hù)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(wù)器。
圖 開發(fā)建模運(yùn)行環(huán)境一體化
如下圖,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模工具可以基于圖形化方式,對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行擴(kuò)展,由建模工具自動更新數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。
圖 基于圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模
如下圖,表單設(shè)計器可以采用所見即所得的方式對用戶界面進(jìn)行設(shè)計。
圖 所見即所得的表單設(shè)計
下圖的示例提供了基于Web輕量級Web service,Web API開發(fā)工具,不依賴專業(yè)的開發(fā)工具,就可以開發(fā)Web API,Web service。
圖 基于Web的集成接口開發(fā)
從業(yè)務(wù)方面可以包含生產(chǎn)線建模、產(chǎn)能建模、物流建模、倉庫建模、設(shè)備維護(hù)建模、質(zhì)量分析建模等。
圖 圖形化生產(chǎn)線建模
通過這些工具建模,可以快速滿足企業(yè)的各種個性化需求,并方便對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。
精益為本智能管控
借助MOM平臺這個信息化工具,幫助實現(xiàn)精益生產(chǎn)理念的落地。精益生產(chǎn)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(shù)據(jù)管理水平,這就需要通過IT系統(tǒng)掌握具體的、實時的生產(chǎn)信息,支撐對生產(chǎn)過程瓶頸問題的準(zhǔn)確分析,而MOM平臺是傳統(tǒng)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(nèi)部完成的,對于離散生產(chǎn)企業(yè),精益生產(chǎn)的持續(xù)推進(jìn)越來越多受制于供應(yīng)鏈,需要將MOM平臺延伸到供應(yīng)商,實現(xiàn)供應(yīng)鏈級的計劃拉動、物料成套監(jiān)控、物流配送管理,實現(xiàn)更高層次的精益管理,這可以借助MOM平臺實現(xiàn)。
圖 MOM平臺支撐的精益層級
精益生產(chǎn)既是智能制造的基礎(chǔ),也是智能制造的目標(biāo),必須讓精益生產(chǎn)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(shù)手段主要包括:拉動式供應(yīng)鏈規(guī)劃、有限產(chǎn)能排程、智能物流管控、制造過程的防呆防錯、預(yù)防性質(zhì)量控制、工藝參數(shù)優(yōu)化、預(yù)防性設(shè)備維護(hù)、管理的自動化、自適應(yīng)與自主決策,人機(jī)協(xié)同與決策等。
圖 智能制造的手段
數(shù)據(jù)驅(qū)動與管理提升
基于MOM平臺獲取準(zhǔn)確、實時的采購、生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、設(shè)備、安全、環(huán)境、人員等數(shù)據(jù),推讓數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)和管理,進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)測、控制和決策優(yōu)化,實現(xiàn)精益成長,用數(shù)據(jù)說話,而不是依靠經(jīng)驗和直覺。
圖 數(shù)據(jù)驅(qū)動與管理提升
傳統(tǒng)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(jī)會。而且以不信任的方式去監(jiān)管、控制,給干部或員工很不好的感覺。MOM平臺變主觀的監(jiān)控為客觀的監(jiān)控,變?nèi)说谋O(jiān)管為數(shù)據(jù)的監(jiān)管,這些問題得以解決。
管理提升是企業(yè)數(shù)據(jù)驅(qū)動的核心目標(biāo)。MOM平臺不能僅僅利用數(shù)據(jù)為日常的生產(chǎn)運(yùn)作提供支持,更重要的是,利用MOM平臺的數(shù)據(jù),為不同的業(yè)務(wù)部門、以及更高層的管理對計劃、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量等進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化,實現(xiàn)管理提升。
軟硬一體數(shù)字孿生
現(xiàn)在MOM平臺的一大趨勢就是實現(xiàn)軟件與硬件的更深度的融合,借助工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺,MOM平臺可以更及時獲取實時的生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、設(shè)備信息,并對這些信息進(jìn)行監(jiān)控,依據(jù)狀態(tài)和環(huán)境信息的變化,對生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制、物流、設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度和優(yōu)化,從而實現(xiàn)精益化和柔性化。
IOT平臺可以幫助實現(xiàn)異地多工廠的生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、物料、質(zhì)量等信息的采集和監(jiān)控,實現(xiàn)實物的數(shù)字化孿生,MOM平臺對生產(chǎn)、倉儲、物流、檢驗等資源進(jìn)行綜合調(diào)度優(yōu)化,將實時調(diào)度指令下發(fā)到生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器人、AGV、自動立體庫,實現(xiàn)包含生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)執(zhí)行、倉庫和物流、質(zhì)量檢驗的智能調(diào)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(jìn)行智能調(diào)度。借助IOT平臺的邊緣網(wǎng)關(guān),可以實現(xiàn)分布式管理,例如實現(xiàn)本地設(shè)備的集成與控制,數(shù)據(jù)清洗等。MOM平臺與IOT平臺的結(jié)合,還有助于建立柔性工廠和柔性制造系統(tǒng)。
基于國際標(biāo)準(zhǔn)的堅實基礎(chǔ)
選擇符合ISA-95、IEC/ISO62264、GBT20720標(biāo)準(zhǔn)的MOM平臺,因為這些標(biāo)準(zhǔn)可以確保所研發(fā)的MOM平臺基于堅實的基礎(chǔ),確保MOM平臺的通用性和廣泛適應(yīng)性,以滿足大型集團(tuán)(企業(yè))不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域、不同的生產(chǎn)組織、不同生產(chǎn)工藝、不同職能部門的差異化需求。
符合國際標(biāo)準(zhǔn)對于大型企業(yè),集團(tuán)企業(yè)尤為重要,因為集團(tuán)企業(yè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域更為廣泛,產(chǎn)品特點和生產(chǎn)工藝更為多樣化,工廠之間、部門之間的協(xié)同更為復(fù)雜,對系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性要求也更高,基于國際標(biāo)準(zhǔn)的MOM平臺可以更好滿足集團(tuán)企業(yè)的復(fù)雜性、多樣性、靈活性和擴(kuò)展性需求。
安全和自主可控
國際環(huán)境風(fēng)云變換,中興事件、華為事件,無不昭示國人,核心技術(shù)問題不解決,不管是在硬件還是軟件領(lǐng)域,中國的制造和持續(xù)發(fā)展就會始終受制于人。知識產(chǎn)權(quán)自主可控對于大型集團(tuán)型企業(yè),尤其是國防軍工企業(yè)是至關(guān)重要的,甚至是生死攸關(guān)的。
圖 MOM平臺安全自主可控的要求
一般來說,國產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)容易符合自主可控要求,實行國產(chǎn)MOM平臺替代國外MOM平臺對于達(dá)到自主可控是完全必要的。在國家政策強(qiáng)力推動及需求快速提升的雙重作用下,包括微締公司在內(nèi)的國產(chǎn)MES/MOM平臺正在快速完善,與國外MES/MOM產(chǎn)品差距越來越小,在很多方面比國外品牌還更有優(yōu)勢。
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