制造執行系統（MES）作為連接企業計劃層與控制層的橋梁，其在提升生產效率、確保產品質量方面發揮著至關重要的作用。本文將深入探討MES在工業生產中的應用，分享作者在實施MES產品建設過程中的思考與感悟，以期為同行業的同仁提供一些啟示和借鑒。

2022年初，我從物聯網智能硬件行業轉向生產制造領域，參與項目制企業的B端產品軟件建設。在過去一年半的時間里，我接觸了多個項目，訪談了不少客戶，并完成了一些B端產品的設計?，F在，我想針對工業生產中的MES系統分享一些個人的觀點和看法。

我接觸工業生產制造領域的時間不長，對各個行業的特性了解有限。本文的背景是基于企業內部實施MES產品建設后的思考，所提出的觀點不一定適用于所有行業或企業。在實施MES產品之前，我們對汽車座椅生產企業、食品加工企業和汽車整裝企業進行了調研，這些案例具有一定的代表性，但也存在相應的局限性。希望能與大家進行友好的交流，互相理解，共同進步。

一、MES的業務定位

在實際的項目交付過程中，MES項目的定義多種多樣，所涉及的業務內容也各具特色，此處不作詳細討論。

根據網絡上公開的定義，以及結合我們在項目中的實踐交流，以下是我們對MES的業務定位：一種嚴格控制生產過程、保障生產質量的管理軟件。

“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)的當前狀態。

—-美國先進制造研究機構AMR（Advanced Manufacturing Research）

“MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠發生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。這種對狀態變化的迅速響應使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息?！?/p>

—-制造執行系統協會(Manufacturing Execution System Association，MESA）

【以上信息來源：百度百科】

在工業生產制造的“人、機、料、法、環”五字箴言中，MES更側重于“法”的維度，它是一種管理生產過程并確保產品質量的方法。生產制造企業選擇MES，旨在通過嚴格控制生產過程中的每一處細節和每一道工序，確保所有產品的生產工藝符合標準。因此，MES的價值定位應當聚焦于生產品控。

或許有人認為，MES的價值在于提高生產效率。然而，“效率”這一詞語相對模糊，不太適合用于描述具體問題。在生產制造執行的過程中，我們認為生產效率應包括【質量】和【節拍】兩個方面。生產質量決定了產品是否能夠成功變現，而生產節拍則決定了產品可以變現的數量。這兩者之間存在類似于“1”和“0”的關系。因此，從業務價值優先級的角度來看，產品的質量和品控無疑是MES的重中之重。

二、MES的業務分析

MES的復雜性和難度在于其設計與規劃需要軟硬件的結合能力，僅僅了解其中某一方面是不足以完成MES產品設計的。接下來，將結合自身的理解，探討MES業務的本質。

1. 場景抽象

如圖所示，通過業務的高度抽離之后，我們認為：在生產制造的過程中，MES業務的核心就是約束產線工人在“特定工位通過特定設備，采用特定方法加工特定零件”。

根據這種方法，在設計MES的業務功能細節時，我們需要著重厘清以“工位（有的企業習慣叫站點）”為核心的業務對應關系，以及每個工位參與的加工細節。

對于廠區、車間、產線這三個層級，除了產線這個對象存在部分業務屬性以外，廠區、車間這2個層級并無特別重要的屬性，在現實企業管理中也只是強調地理位置或空間屬性，真正發生業務的地點實際上是在工位這一維度上。產線這個維度之所以存在部分業務屬性，是因為產線是多個工位有序的集合，產線更加強調生產工位之間的順序。至于產品在各個工位之間的生產順序問題，下文會通過“工藝路徑”功能來具體說明。

1）【設備】

設備是生產過程中至關重要的業務對象。通過走訪了解，許多企業對于不使用專業設備的工位并不需要通過MES進行管理。相反，對于適用MES進行生產過程管理的工位，必然要求使用專業的生產工具和設備。在這種情況下，生產工人需要根據MES的要求，將工具和設備操作至規范的數值范圍。

在產品生產制造過程中，設備持續不斷地產生大量的工況數據，通過這些數據，設備參與到生產制造的各個環節。設備的工況數據是MES判斷生產過程是否合格、是否符合生產要求的重要標準。設備運行數據的采集需要依賴工業物聯網技術，將設備采用物模型的方法進行數字化和虛擬化。通常，我們會從屬性、功能和事件三個維度對設備進行建模，使得設備以數字形態在MES中呈現。

構建物模型是設備聯網的基本方式，這已經成為物聯網行業的普遍共識。雖然其他設備聯網方法也能實現聯網目的，但大多數并不具備標準化和通用化的特點。此外，工業物聯網與普通物聯網在實施過程中存在顯著差異。普通物聯網行業應用更強調數據應用能力，而工業物聯網則重視工業協議的接入能力以及數據采集的穩定性和可靠性。這兩者在突出能力和價值方面各有不同。

2）【零件】

根據行業通行的習慣，“零件”通常被稱為“物料”。然而，我們仍然使用“零件”這個詞，因為“物料”更偏向于指代“原料”。在工業生產中，存在產成品與半成品、來料加工和原料混合生產的情況，因此在工位操作過程中將所有物料稱為“零件”更加合理。

談到生產加工的零件，就不得不提到另一個重要概念——BOM（物料清單）。根據企業業務場景的不同，BOM可以分為成本BOM、設計BOM、工程BOM、生產BOM等，每種BOM在應用上各有不同。而在生產執行過程中，使用的BOM通常被稱為生產BOM。

關于BOM的定義和不同BOM之間的用途，感興趣的可以自己查詢。

BOM（物料清單）在MES中的作用是規范產品所需的生產零件種類及數量。在實際構建BOM時，需要充分理解企業的生產步驟和產品體系。不同的生產步驟導致BOM的層級和組合關系各異，而在同一產品體系中，不同的產品屬性配置所需的生產零件也會有所不同。

如圖所示，BOM1與BOM2的主要區別在于生產過程中的工序步驟不同。BOM1是在頭枕生產完成后，再進行整個座椅的生產；而BOM2則是在頭枕和骨架生產結束后，再進行整個座椅的生產。除了生產順序的差異，在零件維度上還會影響“骨架”這個零件編號的存在。這個影響在其他生產細節中也會體現得更多，具體情況不一一列舉。

BOM3與BOM4的主要區別在于面套的顏色屬性。由于顏色不同，相應的零件將會有不同的零件編號。在實際操作中，產品通常會有多種配置，不同的配置通過不同的BOM屬性來表示，因此會用到“乘數倍”的物料。

3）【加工】

加工主要是指用于處理零件的具體加工方法，通常在行業中被稱為工序。在實際的生產制造過程中，企業會對參與生產的員工進行必要的崗前培訓，以確保他們能夠正確完成生產任務。因此，在生產過程中，MES系統僅需提示當前生產步驟中正在加工的零件及其相應的加工要求。整個工序的核心在于判斷當前加工動作是否按照規定正確執行，并確認其符合生產工藝要求。

為了更好地滿足生產過程中的管理需求，在設置工序時通常采用時序的方式來定義當前工序的加工行為。在某類工序定義中，會將參與當前工序的設備配置到工序邏輯中，然后將設備所具備的功能、屬性、事件等參數作為判斷條件。當加工設備工況參數滿足生產工藝參數要求時，系統將依次執行到下一個工序；若不滿足，則會發出錯誤提示。

需要特別說明的是，在軟件設計思路中，存在一個名為標準工序模板的虛擬實體對象。構建這一虛擬實體的主要目的是為了方便工位工序的構建，使得工位工序能夠直接繼承標準工序模板。因此，在創建標準工序模板時選擇設備時，也是選擇的一個設備類，并不是具體的某個設備實體。在軟件實體ER關系中，設備關聯工位，工序關聯工位，自然可以建立起工序與設備的關聯關系。

在設備的物聯通訊方面，需要應用“邊緣采集”的相關產品來實現，具體內容不作深入介紹，感興趣的朋友可以了解一些工業物聯網的技術解決方案和實踐方法。指出邊緣采集的重要性，是因為工業設備物聯程度在這一環節至關重要。

在工業生產制造現場，產線生產節拍極為迅速和高效，工業生產環節通常以毫秒為計量單位，這與一般物聯網產品對通信時效性的要求大相徑庭。如果設備聯網時效性的問題得不到解決，將會導致整個MES實施效果極差。此外，由于現場的工業設備普遍存在“強通信、弱交互”的特點（強通信指的是工業設備具備較強的單通道、高頻次通信能力，弱交互則指設備在多通道通信、安全冗余、上報條件等方面的能力相對較弱），因此在工業設備物聯網化的過程中，常常會出現離線、假死和阻塞等情況。這些問題將嚴重影響設備數據交互的時效性，從而阻礙MES的有效實施。

2. 業務建模

前文以工位的角度對業務場景進行了抽象剝離，接下來將探討我們在實施MES時對業務流程建模的思考與看法。

在工業生產制造中，產品是由一個個零件構成的，而產線則是由一個個工位組成的。因此，我們需要將產品按照組成的零件以及每個零件的生產工序進行業務建模，以實現產品在MES中的實體數字化和生產環節的模塊化。

在前文中關于BOM的描述中，我們已經闡述了一些關于產品業務建模的觀點與想法。接下來，我們將進一步說明BOM在整個生產過程管理中的重要性及其與業務之間的關聯性。

在整個業務建模過程中，零件是核心實體。不同的零件決定了不同的加工行為，而不同的產品則需要使用不同的零件。因此，我們將零件作為核心，抽離了BOM與零件、工序之間的關聯關系。在構建業務模型時，我們調研了市場上多種實施方案，發現每個產品都有其獨特的思考和定位，各具特點和側重點。同時，內部也存在不同的意見。經過多方討論和預演，我們最終決定采用上述角度來構建基本業務模型。

從開發與實施的角度來看，構建實體對象之間的業務關系是至關重要的。無論采用何種方案，這三者的關聯關系必須得到明確構建，否則生產制造過程將無法順利執行。然而，經過我們的分析，構建這三者關系的時機和方式存在很大差異，這些差異將直接影響用戶體驗。

在構建上述業務關系時，我們采用了雙維度的方式將BOM與零件進行關聯，并與工序相結合。對于同一個零件，它在不同的BOM層級中被視作一個新的實體，并以單一的零件維度與工序關聯。例如，同型號的螺釘在不同的BOM層級中所使用的工序（加工行為）可能存在差異。

在定義產品的BOM結構后，產品的結構建模便已完成。BOM關聯了零件的類型和數量，從而實現了產品與零件之間的對應關系。同時，定義每個零件的生產工序也明確了整個產品在生產過程中需完成的具體生產行為。

需要特別說明的是，在生產過程中，雖然不同的產品可能會采用相同的生產工序，但它們可能會使用不同的工藝標準，簡單來說就是“不同產品在加工時設備的參數值不同”。因此，在實施基本業務建模時，需要根據產品的生產工業標準，維護不同的生產參數。

3. 業務流程

在業務建模過程中，我們約定了生產所需的零件、各零件的數量，以及每個零件生產過程中需要的加工工序。這些要素雖然明確了生產過程的內容和邊界，但尚未規定產品生產工序的具體順序。工藝路徑則用于維護和管理這一生產工序的順序。

在實際業務中，工廠的生產線和工位是根據產品的制造要求進行定制的，設計時也會兼顧多個產品的生產需求。因此，在設置產品生產工藝路徑時，需要將其與具體的產線和工位關聯，且在每個工位上配置相應的生產零件及工序。需要特別強調的是，如果生產工藝路徑關聯的是產線，那么在配置工藝時，也必須將零件分配到具體的工位。

一旦確定了產品的生產工藝路徑，生產過程中每個零件以及每個加工工序都會具體到每一個工位，從而實現對各個工位生產過程的有效管理。

當與零件相關的工序被分配到具體的工位后，該工序從標準工序模板轉變為工位工序，后者繼承了標準工序的業務邏輯。由于不同零件之間以及同一零件在不同空間位置上的差異，被分配到工位的工位工序需要配置不同的加工工藝參數。工藝參數在硬件層面上是與設備加工過程相關的工況參數，而在業務層面上則是產品的生產合格標準。

三、MES的實體關系

下圖是我們為MES設計的實體ER圖，一共分為：產品物料建模、產品生產模型、生產執行管理、生產運營管理四部分。

在我們產品體系的建設中，用戶、角色等基礎功能被歸類為平臺層的業務功能，而具體的業務層應用并不涉及這些基礎功能。

與市面上其他應用軟件不同，本應用的功能邊界不涵蓋排程、質檢、倉儲等業務模塊，其主要定位在于管理工業生產制造中的生產執行環節。

四、實施總結與感悟

1. 產品建設方面

在過去幾年接觸生產制造行業的過程中，我親自參與了一些項目的實施與交付，也觀察了同行業企業的交付情況?？傮w來看，這個行業的項目大多以商務關系為主，交付品質仍然存在較大問題。這些問題既有現實因素，也與行業風氣有關，具體細節不再贅述，下面主要分享一些關于MES產品建設的感悟。

在B端產品的交付中，通常采用“標準+定制”的模式。標準產品主要用于構建核心業務流程，而特殊業務內容則需要進行定制化開發。沒有一個B端產品能夠滿足客戶企業全部的業務，也不可能滿足企業所有人的需求。企業在實現信息化的過程中，不僅僅是實施一個信息交互軟件，有時也會涉及到相關當事方利益的調整。

在項目實施過程中，我們必須尊重企業實際生產的業務場景，抽離出業務核心，以提高業務的擴展性。我個人發現，許多功能設計的目的在于解決功能本身，而非真正滿足客戶需求。如果在項目實施和交付過程中，無法將客戶需求進行高度抽象和剝離，無法提升功能的復用性，那么整個軟件的功能將顯得臃腫且缺乏擴展性，無法適應企業發展與變革所帶來的業務變化。

尊重一線員工的需求，體現共贏的商業價值。然而，許多企業往往忽視一線員工對項目交付的看法和實際使用感受。這些問題可能不會直接影響企業的回款，但卻會深刻影響企業的營收能力。大多數一線員工對企業的信息化進程存在抵觸情緒，因為信息化的本質在于提高企業的管理能力和效率，這往往意味著對員工管理力度的加大，因此一線員工本能的會產生反抗心理。當一線員工長時間頻繁地吐槽時，盡管領導層可能明白這只是員工的表達方式，仍然會對推動事宜的時機產生懷疑。

2. 業務建設方面

在MES實施過程中，必須特別強調數據交互的準確性、穩定性和可靠性。在工業生產制造中，企業對生產節拍的關注至關重要，而生產節拍又直接反映了企業的營收能力。因此，MES實施時對軟件系統的穩定性、安全性和可靠性都有著極為嚴格的要求。

產品終檢工位的質量檢驗與產品質量檢驗是兩個不同的業務需求。終檢工位主要對產品的生產環節和生產過程進行復查，屬于生產流程中的一個步驟；而產品質量檢驗則是在生產結束后進行的質量抽檢。由于兩者的性質、目的和檢查范圍不同，因此針對產品的質量檢驗體系也需要配備專業的質量檢驗軟件進行管理。

在實際應用中，現場掃碼交互面臨諸多挑戰，尤其是掃碼槍與現場工控機之間的連接問題，使得數據傳輸變得復雜。針對這一情況，我們考慮了多種解決方案，但每個方案都存在其優缺點。最終，為了規范業務邏輯，我們決定將現場工位的屏幕視為工業生產中的一個物聯網設備，按照物聯網數據傳輸的辦法將現場掃碼讀取的標簽數據傳遞到MES后端，確保數據高效交互。這樣的選擇旨在實現數據交互路徑的可控性和穩定性。

在MES中，大多數工序主要用于定義設備與數據、設備與設備之間的交互邏輯關系。然而，我們仍需設定一些非數據交互類的工序，例如引導、提示和延遲等。這些工序雖然不是必需的業務功能，但在實際交付過程中，它們能夠顯著提升MES的適應能力和項目的匹配度。