隨著工業(yè)4.0戰(zhàn)略的實施推進，數(shù)字化轉型成為當前工業(yè)企業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)，而作為制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的選型決策則是實現(xiàn)數(shù)字化工廠建設的基礎工作。因此，開展MES選型決策研究具有重要意義。國內對于數(shù)字化工廠建設中MES選型決策方面的研究尚處于起步階段，許多企業(yè)將MES應用于企業(yè)生產過程的監(jiān)控和管理之中，通過對生產數(shù)據的實時采集、處理和分析，實現(xiàn)了企業(yè)生產過程的優(yōu)化。

1 面向數(shù)字化工廠的MES選型決策

1.1 數(shù)字化工廠需求分析

在數(shù)字化工廠建設過程中，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的選型決策起到了重要作用。由于數(shù)字化工廠建設涉及的內容廣泛，包括智能制造技術、生產管理技術、數(shù)據分析技術等，同時，由于MES與ERP、PLM、OEE等系統(tǒng)之間具有很強的關聯(lián)性，所以MES選型決策中應結合MES在上述不同子系統(tǒng)中所具有的功能和作用進行分析。其中，對于生產計劃管理方面的需求主要有:生產資源實時動態(tài)管控、車間生產實時調度、生產過程質量管控等;對于生產過程控制方面的需求主要有:現(xiàn)場生產設備實時監(jiān)控、產能平衡優(yōu)化調配、故障實時報警與分析等。數(shù)字化工廠需求主要來自于ERP系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)和MES系統(tǒng)，在選型過程中應充分考慮數(shù)字化智能生產工廠在上述不同子系統(tǒng)中所起到的作用，以便為MES選型提供更為充分的數(shù)據支撐和決策依據。

1.2 MES選型方法的提出

MES的選型過程需要綜合考慮企業(yè)的生產工藝、制造能力、應用需求以及信息化基礎等方面，而企業(yè)自身的信息化水平對MES選型起到重要的影響，因此，在分析企業(yè)信息化現(xiàn)狀和需求的基礎上，提出面向數(shù)字化工廠的MES選型方法。

1）明確MES選型原則:在充分分析企業(yè)與工廠需求特點和要求的基礎上，提出MES選型原則，包括:MES業(yè)務覆蓋范圍、ERP和MES之間的協(xié)同關系、制造過程可追溯性、成本控制和效率優(yōu)化。

2） 明確MES產品的需求:在分析企業(yè)信息化現(xiàn)狀和需求的基礎上，明確數(shù)字化工廠對MES功能需求，包括:應用系統(tǒng)性能指標;關鍵功能模塊;應用集成平臺。

3） 明確MES產品選型范圍:分析企業(yè)在生產制造過程中對MES產品的需求，包括:產品種類、生產模式、工藝特點、質量特性等方面的特點。

4） 確定MES產品選型依據:根據企業(yè)實際需求和MES產品的特點，從軟件的技術特點和市場情況等方面確定MES產品的選型依據，包括:產品功能需求;系統(tǒng)架構技術;系統(tǒng)開發(fā)方式;系統(tǒng)平臺架構;軟件模塊劃分方式;項目管理方法。

5） 選擇MES實施廠商:通過對多家ERP及MES企業(yè)進行調研，了解其MES實施經驗及效果，并結合企業(yè)自身的生產制造能力和信息化基礎，確定MES選型的實施廠商。

1.3 MES選型模型的建立

從數(shù)字化工廠MES的特點來看，其對產品質量的提升有重要作用，因此，在對MES選型時應充分考慮質量因素。目前，關于MES的選型決策，通常是企業(yè)根據自身的需求提出相應的指標體系，然后從MES廠商提供的產品中進行選擇。然而由于MES廠商提供的產品眾多、質量差異較大、缺乏統(tǒng)一的衡量指標等因素影響，在實際應用過程中，往往會出現(xiàn)“重選型而輕選型”的現(xiàn)象。

為避免上述問題，本文提出了一種面向數(shù)字化工廠的MES選型決策方法，主要是通過將定性指標定量化并形成數(shù)據結構，建立具有科學性和實用性的MES選型模型。同時，該方法通過分析MES廠商提供的MES產品，歸納出其共性功能和特性，并結合數(shù)字化工廠MES的需求特征和各功能模塊之間的相互關系，最終建立面向數(shù)字化工廠的MES選型模型。

1.4 MES選型決策系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

MES選型決策系統(tǒng)是MES選型的核心工具，其主要功能是對制造企業(yè)提出的MES候選系統(tǒng)進行分析，在比較與評估的基礎上，通過人機交互和決策專家團隊的評估與綜合決策，最終確定實施企業(yè)MES的企業(yè)選擇方案。該系統(tǒng)的主要模塊包括基礎信息管理、MES選型決策模塊、指標權重管理和指標分析模塊等。

1） 基礎信息管理模塊:提供了對MES系統(tǒng)的基本信息的錄入和修改功能。

2） MES選型決策模塊:提供了對各個備選MES系統(tǒng)的指標權重進行計算、分析、決策等功能。

3） 指標分析模塊:對各個備選MES系統(tǒng)所涉及的不同指標進行分析和評估，提供備選系統(tǒng)指標列表。

2 MES實施方法

2.1 面向數(shù)字化工廠的MES實施

MES的實施包括目標分解和過程實施。

1） 目標分解:在MES選型決策階段，需要對企業(yè)需求進行分析，針對不同的需求提出解決方案，然后將MES系統(tǒng)整體的實施目標進行分解，得到各個功能模塊的目標。在此基礎上對不同功能模塊制定具體實施方案，并明確各個方案之間的關系。

2） 過程實施:在MES實施階段，需要根據實際需求對MES系統(tǒng)進行功能驗證、業(yè)務流程測試以及功能實現(xiàn)測試。在此基礎上對MES系統(tǒng)的功能模塊進行調整和優(yōu)化，并通過對生產現(xiàn)場管理和信息的采集，實現(xiàn)數(shù)字化工廠的管理目標。

3） 目標實現(xiàn):MES系統(tǒng)實施后能否滿足企業(yè)的需求并成功運行。關鍵在于MES系統(tǒng)是否能夠實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)以及生產計劃執(zhí)行系統(tǒng)等集成。為了提高MES的可擴展性和靈活性，在實施階段要盡量選擇具有開放性和可擴展性的平臺，同時在軟件設計時要考慮到與ERP、WMS等系統(tǒng)的集成。

2.2 MES實施要點

2.2.1 組織層面

MES項目是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及到從市場調研、產品選型、軟件開發(fā)到系統(tǒng)實施、交付等各個階段，需要公司各部門之間的緊密配合和統(tǒng)一協(xié)調。具體可以從以下幾個方面入手:

1） 建立MES項目團隊，組建項目組。MES項目實施是一個系統(tǒng)工程，需要公司各部門之間的密切配合，因此組建一個強有力的團隊是成功實施MES系統(tǒng)的關鍵。MES實施團隊由項目經理、項目小組成員和技術人員組成，其中項目經理是這個項目的領導者和牽頭人，在整個MES開發(fā)過程中發(fā)揮重要作用;小組成員主要負責調研市場、協(xié)助解決技術問題，在整個過程中起到紐帶的作用。

2） 建立MES項目辦公室，統(tǒng)一協(xié)調解決項目問題。MES系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，實施過程中會遇到很多問題，所以需要成立MES項目辦公室，負責協(xié)調各部門之間的工作。期間需要明確責任分工。MES系統(tǒng)的實施需要各個部門的緊密配合和統(tǒng)一協(xié)調，所以要明確各自的責任和分工，可以建立“首席項目經理”制，由公司領導擔任“首席項目經理”，對整個項目進行統(tǒng)一協(xié)調。同時還需要制定合理計劃。MES實施是一個長期的過程，需要不斷調整和完善實施計劃和方案，以保證項目順利完成。可以制定一份詳細的系統(tǒng)實施計劃書，在計劃書中明確各階段工作內容和時間節(jié)點。

2.2.2 項目層面

項目層面的主要問題是:對MES的作用沒有充分認識;項目組織架構不合理，項目經理職責不清;項目范圍界定不清，問題點分析不到位;項目實施方案沒有進行充分調研和論證，缺乏可行性分析;對用戶的需求不了解，需求分析和系統(tǒng)開發(fā)缺乏深度，需求變更頻繁。

MES作為企業(yè)信息系統(tǒng)(IS)的一部分，對于提高企業(yè)生產經營管理水平起著至關重要的作用。作為生產管理信息化應用的平臺，其主要目標是: 

1） 實時的生產過程控制。MES可以對生產過程中的設備狀態(tài)、工藝流程等實時監(jiān)控，對影響產品質量和過程效率的關鍵因素進行優(yōu)化控制，將實時的信息反饋給現(xiàn)場操作人員，指導現(xiàn)場操作人員進行生產操作，實現(xiàn)生產過程的精細化控制。

2） 實現(xiàn)企業(yè)車間/生產線在線可視化管理。通過在線可視化管理，MES能夠將企業(yè)的生產信息數(shù)據化、可視化，在設備或生產線上創(chuàng)建監(jiān)控點，對生產過程進行實時監(jiān)控。通過對生產設備和生產工藝的監(jiān)控，MES可以為現(xiàn)場操作人員提供有關工藝流程的信息和數(shù)據，包括設備狀態(tài)信息、物料狀態(tài)信息等。

2.2.3 技術層面

在技術層面上，需要明確的是，MES系統(tǒng)的選型與實施不是單純地將軟件和硬件進行簡單相加，而是要結合企業(yè)自身的信息化現(xiàn)狀，對MES系統(tǒng)的實施進行深入研究。在MES選型階段需要對以下幾個方面進行深入研究:

一是要結合企業(yè)自身信息化建設的現(xiàn)狀，明確信息化建設的需求以及實施目標;二是要充分分析和調研企業(yè)現(xiàn)有生產管理模式與應用軟件之間的關聯(lián)關系，尤其要從生產控制層入手進行分析;三是要對企業(yè)的生產流程、業(yè)務模式進行深入研究，從整體上把握企業(yè)當前實施MES系統(tǒng)的目標;四是要對MES系統(tǒng)實現(xiàn)模塊和功能需求進行分析。

2.3 MES三維實施方法體系構建

2.3.1 基于系統(tǒng)基模理論的MES實施過程維構建

MES系統(tǒng)的基模理論是對MES系統(tǒng)的抽象和分析，在構建MES實施過程維時，首先應定義好基模，通過對MES系統(tǒng)基模理論進行梳理，按照基本模型、修正模型和拓展模型分別描述MES實施過程維中的基模，從而構建MES實施過程維。

MES實施過程維描述了MES系統(tǒng)實現(xiàn)的不同階段中可能涉及到的各種問題及解決問題的方法和手段。根據MES系統(tǒng)實施所涉及到的具體問題，建立不同的基模進行分析，確定各個基模之間的關系與轉換機制，通過建立基于基模理論的MES實施過程維模型，并對其進行分析，進而獲得最優(yōu)實施方案。

2.3.2 基于信息融合理論的MES實施管理維構建

信息融合理論主要研究的是信息之間的矛盾與統(tǒng)一的關系，從而實現(xiàn)對不同數(shù)據之間的互補與集成，以彌補單一傳感器自身存在的不足，提高整體系統(tǒng)在探測和處理數(shù)據上的準確性。其在MES實施管理維構建中的應用主要包括:

1） 運用融合理論建立MES實施過程中不同傳感器所采集到的多源異構數(shù)據與系統(tǒng)整體功能之間的關聯(lián)關系，根據關聯(lián)關系選擇合理的傳感器實現(xiàn)數(shù)據源之間的有效集成，從而為MES系統(tǒng)功能模型與系統(tǒng)整體性能建模提供支持。

2） 根據融合理論將來自不同傳感器所采集到的數(shù)據源進行融合，建立MES實施管理維中不同信息源之間相互支撐、相互促進。

3） 通過對不同數(shù)據源的融合，實現(xiàn)對MES實施過程中關鍵環(huán)節(jié)的有效監(jiān)測與反饋，從而為MES系統(tǒng)的質量評估與優(yōu)化提供支持?；谛畔⑷诤侠碚摻ES實施管理維中不同傳感器所采集到的數(shù)據與MES系統(tǒng)功能之間的關聯(lián)關系，依據關聯(lián)關系構建MES實施管理維中不同傳感器所采集到的信息與系統(tǒng)整體功能之間的關聯(lián)關系模型，從而為MES實施過程中對關鍵環(huán)節(jié)的有效監(jiān)測提供支持。

2.3.3 基于成熟度理論的MES實施應用維構建

MES成熟度是MES產品在制造現(xiàn)場得到應用的程度，體現(xiàn)了企業(yè)對MES的認可程度，是企業(yè)是否選擇MES、應用MES的重要依據之一。成熟度理論也是制造企業(yè)判斷MES供應商能力和綜合實力的重要依據。因此，對MES實施應用維進行全面分析，可以將其劃分為四個維度:第一維度，包括實施環(huán)境、組織架構、項目團隊與人員;第二維度，包括項目需求調研與分析、軟件配置管理與資源調度、系統(tǒng)開發(fā)過程管理及系統(tǒng)集成;第三維度，包括系統(tǒng)上線后運行維護、業(yè)務流程優(yōu)化;第四維度，包括企業(yè)高層對MES的態(tài)度與評價。

MES項目需求調研與分析是指通過收集和分析企業(yè)制造過程中的生產、質量、設備、物料等管理需求，并結合MES自身功能，利用各種數(shù)字化工具和信息技術手段，全面梳理企業(yè)的需求，明確項目需求目標，形成最終的需求報告。軟件配置管理與資源調度是指對項目所需的軟件資源(包括數(shù)據庫、網絡等)進行統(tǒng)籌管理，對系統(tǒng)所需資源進行合理調配和分配，實現(xiàn)對MES項目所需各類資源的科學配置。

系統(tǒng)開發(fā)過程管理是指MES項目進入開發(fā)階段后，建立完善的項目管理機制和系統(tǒng)集成流程，確保各階段任務明確、有序執(zhí)行，并對MES系統(tǒng)的質量、進度以及成本進行跟蹤與反饋。

3 結束語

總而言之，MES選型決策與實施是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要企業(yè)管理人員和技術人員共同努力，才能達到預期目標。選擇一個合適的MES系統(tǒng)，對于企業(yè)生產效率的提高和成本的降低是非常重要的。本文主要從數(shù)字化工廠的MES選型決策問題進行分析，并結合企業(yè)數(shù)字化轉型過程中出現(xiàn)的問題，提出了一種面向數(shù)字化工廠的MES選型決策與實施方法，為MES系統(tǒng)的選型、實施以及后續(xù)系統(tǒng)功能擴展提供參考。