大型集团（企业）MES MOM平台选型建议

本文作者：佰思杰CTO   骆金松

1990年11月，美国先进制造研究中心AMR就提出了MES（制造执行系统）概念。1997年，MESA提出的MES功能组件和集成模型，包括11个模块，同时定义只要具备11个功能模块之中的某一个或几个，也属MES产品。这个定义使得MES的范围模糊不清。

图 MESA提出的MES功能组件和集成模型

美国仪器、系统和自动化协会ISA从2000年开始陆续发布的ISA-95标准，之后被等同采标为IEC/ISO62264国际标准，而后又被我国等同采标为国家标准，即GB/T20720。其中ISA-95最为出名，被国内外广泛采纳，是MES系统研发和选型的重要标准。

ISA-95最早提出了MOM（Manufacturing Operations Management）概念，并定义为：“通过协调管理企业的人员、设备、物料、能源等资源，把原材料或零件转化为产品的活动”。如下图，ISA-95提出了企业信息化5层结构，其中MOM覆盖的范围是5层结构中的level 3“制造运行管理”内的全部活动。

图 ISA-95提出的5层结构

如下图，ISA-95进一步定义了MOM的范围，主要包含了四大部分，分别是生产运行管理（Production Operations Management）、质量运行管理（Quality Operations Management）、维护运行管理（Maintenance Operations Management）和库存运行管理（Inventory Operations Management）。

图 ISA-95 中MOM的边界定义

MOM确立了四大部分并重的新框架，生产是制造企业最核心的职能，质量、库存、维护对于制造企业是不可或缺的。虽然生产、维护、质量和库存的具体业务过程有一定的独立性，但是只有这4个部分相互作用、彼此协同，才能使得企业得以有机地运转。

图 MOM平台定义的生产、维护、质量和库存并重的新框架

浙江大学苏宏业、肖力墉等人在《制造运行管理（MOM）研究与应用综述》一文中认为：MES是对MOM覆盖范围内活动进行管理的系统，无论MES的范围如何变化与扩展，都不可能超越MOM的界限，即MOM所定义的范围是MES可扩展范围的上限。然而，这个定义与MESA关于MES的定义一样存在MES边界模糊不清的问题。

只有少数模块的MES系统也称为MES，这导致MES系统鱼目混珠。如果企业所选择的MES系统功能模块不能覆盖MOM所要求的功能范围，可能就需要实施另外一些软件系统，例如QMS、WMS、EAM、LES等系统，来弥补MES系统功能的不足，这容易导致信息孤岛、数据分散、集成困难，使得不同业务板块之间的协同变得困难和低效。

为了区别于传统的MES系统，近年来MOM平台代替MES的概念，逐渐被更多企业认可与接受。MOM平台使用统一的框架，单一的数据源，覆盖ISA-95、IEC/ISO62264、GB20720标准所定义的生产执行、质量控制、库存控制、维护运行四大领域的制造活动，并对这些领域之间的协作进行管理。

图 MOM的范围正在扩大

MOM的范围正在扩大，除了标准所定义的制造活动，现在MOM平台现在已经扩展到更多的制造活动，例如安全管理、环境管理、人员健康、采购协同等。以采购为例，制造企业的采购是为生产服务的，采

购“采”和“购”，“采”关注于战略寻源，而“购”关注于购买，为了更好支撑实现精益生产，更多企业开始实施JIT采购，将采购纳入MOM有助于更好实现JIT采购，保证准时供应，同时降低库存。如下图的佰思杰MOM平台，就包含了采购协同SRM模块。

图 佰思杰MOM平台包含采购协同模块

下图展示了PLM、ERP、MOM等系统集成关系，可以帮助我们更清晰理解MOM与PLM、ERP的关系。

图 MOM平台相关的核心流程

上图也体现了研发与生产、计划与生产、生产与质量、生产与采购、仓储与生产、生产与设备管理等跨职能部门的紧密协同关系。

那么谈了这么多，读者应该对MES系统与MOM平台的区别有了大致的了解。那么如何辨别一个平台是不是MOM平台呢？真正的MOM平台又应该具有哪些关键能力呢？

笔者在MES/MOM相关领域有十多年的研发和应用经验，所在的佰思杰公司拥有数十个MES/MOM成功案例，并积累了一些理论基础与实践经验，下面就与您一起讨论一下这些问题。

笔者认为，MOM平台的关键能力通常需要考虑：

图 MOM平台关键能力要求

相关的内容后续章节会加以介绍。

MES系统通常只关注工厂内部的管理，这对于中小企业可能就足够了，但是对于大型企业，通常会存在异地多工厂的协同、与外部供应商的协同、与客户的协同，需要在全制造链的角度进行优化和管理，传统的MES就无能为力了。

图 全供应链协同管控

MOM平台能够打破单个工厂空间、时间的约束，基于互联网实现全供应链上的供应商、工厂、客户的协同，包括工厂内车间之间的协同、多个工厂之间的协同、供应商与工厂之间协同、工厂与客户的协同。

图 MOM平台应该覆盖全制造链

协同制造模式将各个部门与工厂之间的信息流有机地结合起来，将从手工的信息传递和统计转换到基于计划规划、以及事件驱动的协同制造管理信息流程中，企业不同工厂将不再是一个个独立的控制环，而是企业内完整的控制环。

例如，离散制造企业经常受制于供应商物料的准时供应，为了确保JIT生产实现，需要实施JIT采购，按JIT的思想拉动供应商的生产与物流，并对过程进行监控，对问题进行及时处理，这样才能确保采购物料的齐套，从而实现JIT生产。

全制造链的协同对复杂的装备制造企业更有价值。这类企业生产的产品结构复杂、工艺流程复杂、供应关系复杂，计划编制与执行情况跟踪困难、物料成套/齐套困难、高物料库存、制造周期长等因素都导致难以按时交货。

全制造链协同制造可以优化供应链上的生产计划和物流，提高整个制造链的运作效率，减少在制品的呆滞和数量，提高物料齐套水平，提高订单按时交货率，缩短制造提前期，进而提高企业的竞争力。

MOM平台不仅仅重视生产，对制造相关质量控制、设备管理、库存控制、采购执行的支持和协同同等重视。MOM平台帮助建立一种跨部门的横向协作流程，而不像传统基于直线职能组织的协作，打破部门、地域的限制，可以显著提高协作效率。

制造企业跨部门协作有很多种类型，MOM平台提供组织横向协作关系建模功能，包括计划部门与生产部门的协同、生产部门与仓储物流部门的协同、采购与生产的协同、生产部门与供应商的协同、设备维护与生产计划的协同等，这也是系统控制数据隔离、访问控制，但不影响业务协作的基础配置。

图 MOM平台应该支持跨职能部门的分工与协同

建立统一架构的、单数据源的MOM平台，实现全制造链多工厂、跨职能部门、跨地域的协同，消除数据孤岛，统一部署和管理，不同工厂、外部组织，基于互联网、移动互联网分布式应用。

另外为了确保系统的运行效率，应对大并发、海量数据，系统总体基于B/S架构，采用集群、负载均衡技术，针对不同的数据采用不同的管理方式，除了使用关系数据库，还可以使用NoSQL数据库和时序数据库。

图 高性能、高并发的后台支撑

MOM平台提供系列配置建模工具，可快速建模以满足个性化需求，并能通过调整模型应对需求的快速变化。对系统的扩展不应该直接修改产品平台本身，而是基于产品平台提供的工具扩展实现，这样以后可以升级产品平台到新版本而不需要移植定制开发的部分。

下图展示了一种基于“需求的共性/个性分层”的扩展方法，下层聚焦于满足通用需求，上层聚焦于满足行业或单个客户个性需求。上层依赖于下层，下层不依赖于上层。上层通过接口访问下层，下层对上层接口保持向下兼容。产品平台针对特定行业或特定客户进行扩展以后，仍然方便对产品平台进行升级。

图 基于产品平台的扩展

从IT角度仅仅提供API是不够的，还需提供数据库结构建模、用户界面表单设计、菜单结构设计、报表看板设计、工作流设计、基于脚本的插件开发、组织结构建模、权限建模等方面工具。这些建模工具应该针对特定的用途分别设计，低门槛，易于使用，便于集成服务商或用户执行对系统进行持续维护。

传统二次开发更多依赖于编写代码，通常会直接修改产品层的源代码，还需要编译部署，而且通常周期比较长，而且会影响产品层升级后的定制部分代码移植。而建模工具建模的模型作为一种数据保存在数据库中，服务器对模型进行解释来满足个性化需求，从而实现比代码开发十倍以上的开发和维护效率提升，模型可以随时修改，而不需要重新编译和重启服务器。

图 开发建模运行环境一体化

如下图，数据结构建模工具可以基于图形化方式，对数据模型进行扩展，由建模工具自动更新数据库的结构。

图 基于图形的数据结构建模

如下图，表单设计器可以采用所见即所得的方式对用户界面进行设计。

图 所见即所得的表单设计

下图的示例提供了基于Web轻量级Web service，Web API开发工具，不依赖专业的开发工具，就可以开发Web API，Web service。

图 基于Web的集成接口开发

从业务方面可以包含生产线建模、产能建模、物流建模、仓库建模、设备维护建模、质量分析建模等。

图 图形化生产线建模

通过这些工具建模，可以快速满足企业的各种个性化需求，并方便对系统进行维护。

借助MOM平台这个信息化工具，帮助实现精益生产理念的落地。精益生产的理念是减少浪费，消除制造多余的、不必要的消耗。精益管理的水平依赖于数据管理水平，这就需要通过IT系统掌握具体的、实时的生产信息，支撑对生产过程瓶颈问题的准确分析，而MOM平台是传统精益管理工具、自动化工具的信息化工具支撑。

图  基于MOM平台的信息化工具是对精益的重要支撑

过去更多的精益是在单点级、车间级、工厂内部完成的，对于离散生产企业，精益生产的持续推进越来越多受制于供应链，需要将MOM平台延伸到供应商，实现供应链级的计划拉动、物料成套监控、物流配送管理，实现更高层次的精益管理，这可以借助MOM平台实现。

图 MOM平台支撑的精益层级

精益生产既是智能制造的基础，也是智能制造的目标，必须让精益生产贯穿制造整个生命周期。MOM平台是支撑精益和智能制造的重要平台，智能制造在MOM平台中的技术手段主要包括：拉动式供应链规划、有限产能排程、智能物流管控、制造过程的防呆防错、预防性质量控制、工艺参数优化、预防性设备维护、管理的自动化、自适应与自主决策，人机协同与决策等。

图 智能制造的手段

基于MOM平台获取准确、实时的采购、生产、质量、物流、设备、安全、环境、人员等数据，推让数据驱动业务和管理，进行监控、预测、控制和决策优化，实现精益成长，用数据说话，而不是依靠经验和直觉。

图 数据驱动与管理提升

传统模式下，缺少量化绩效体系，问题不容易暴露，失去了改善的机会。而且以不信任的方式去监管、控制，给干部或员工很不好的感觉。MOM平台变主观的监控为客观的监控，变人的监管为数据的监管，这些问题得以解决。

管理提升是企业数据驱动的核心目标。MOM平台不能仅仅利用数据为日常的生产运作提供支持，更重要的是，利用MOM平台的数据，为不同的业务部门、以及更高层的管理对计划、生产、物流、质量等进行持续优化，实现管理提升。

现在MOM平台的一大趋势就是实现软件与硬件的更深度的融合，这与佰思杰公司提出的三化融合思想不谋而合。借助工业物联网平台，MOM平台可以更及时获取实时的生产、质量、物流、设备信息，并对这些信息进行监控，依据状态和环境信息的变化，对生产计划、生产执行、质量控制、物流、设备运行进行调度和优化，从而实现精益化和柔性化。

图 佰思杰提出的三化融合思想

IOT平台可以帮助实现异地多工厂的生产设备、产品、物料、质量等信息的采集和监控，实现实物的数字化孪生，MOM平台对生产、仓储、物流、检验等资源进行综合调度优化，将实时调度指令下发到生产线、生产设备、机器人、AGV、自动立体库，实现包含生产计划、生产执行、仓库和物流、质量检验的智能调度。

图 佰思杰基于工业互联网的IOT平台

MOM平台基于所掌握的全面的信息，可以更好地对制造过程进行智能调度。借助IOT平台的边缘网关，可以实现分布式管理，例如实现本地设备的集成与控制，数据清洗等。MOM平台与IOT平台的结合，还有助于建立柔性工厂和柔性制造系统，如下图所示：

 图 佰思杰MOM平台下柔性制造系统的新架构

选择符合ISA-95、IEC/ISO62264、GBT20720标准的MOM平台，因为这些标准可以确保所研发的MOM平台基于坚实的基础，确保MOM平台的通用性和广泛适应性，以满足大型集团（企业）不同业务领域、不同的生产组织、不同生产工艺、不同职能部门的差异化需求。

符合国际标准对于大型企业，集团企业尤为重要，因为集团企业的业务领域更为广泛，产品特点和生产工艺更为多样化，工厂之间、部门之间的协同更为复杂，对系统的灵活性和扩展性要求也更高，基于国际标准的MOM平台可以更好满足集团企业的复杂性、多样性、灵活性和扩展性需求。

国际环境风云变换，中兴事件、华为事件，无不昭示国人，核心技术问题不解决，不管是在硬件还是软件领域，中国的制造和持续发展就会始终受制于人。知识产权自主可控对于大型集团型企业，尤其是国防军工企业是至关重要的，甚至是生死攸关的。

图 MOM平台安全自主可控的要求

一般来说，国产产品和服务容易符合自主可控要求，实行国产MOM平台替代国外MOM平台对于达到自主可控是完全必要的。在国家政策强力推动及需求快速提升的双重作用下，包括佰思杰公司在内的国产MOM平台正在快速完善，与国外MOM产品差距越来越小，在很多方面比国外品牌还更有优势。