工业4.0：企业MES系统选型及分析2015

第一篇：工业4.0：企业MES系统选型及分析2015

工业4.0：企业MES系统选型及分析

目前中国的MES市场还处于起步阶段。在钢铁，汽车、烟草等行业，MES应用已取得一定成效，但在更多的行业中，MES的应用价值体现仍不明显。随着信息技术在制造企业中的推广与应用，企业信息化日益得到重视，成为制造企业发展的必然。由于MES系统具有提高企业对生产全过程的监督和控制能力，提高企业生产效率，最大限度地帮助企业有效利用现有生产资源，对企业做到精细化管理，降低企业生产成本等明显的优势，许多企业开始有选择的实施应用MES系统，但是，盲目的跟风而不考虑企业自身情况，选择了不适应企业生产方式的MES系统，企业的生产效率得不到改善，甚至会对现有生产方式造成冲击，导致MES成为“鸡肋”。因此，本文将从MES选型开始，探讨企业应该如何选择适合自己的MES系统，最终力求帮助企业最大化MES应用效果。

1、企业车间生产管理所面临的挑战

生产车间管理是企业生产经营活动的主战场，在目前的激烈的市场竞争环境下，企业的车间生产管理也面临着越来越多的挑战：

产品品种越来越多，产品生命周期缩短； 生产信息不透明，不能实时显示生产状态； 生产计划变更频繁，生产车间柔性得不到保证； 生产过程缺乏有效的防错控制； 生产过程缺乏完整的追溯体系；

在产品的质量控制上，不能及时发现和处理异常； 生产设备的使用状况无法实时掌握，设备利用不均； 在日趋严重的成本压力下，无法跟踪实时成本。

已有许多企业认识到信息管理系统的重要性，ERP、MRPII等管理信息软件已得到了较为广泛的实施与应用，先进的数控装备，生产设备等也已成为许多企业生产的主力。但在两者之间，尚缺乏有效的配合，无法进行良好的信息交互，企业得不到生产状况的实时反应，对于不断变更的市场需求无法快速响应，同时，加工过程的信息不透明也成为导致生产效率得不到提高的重要原因之一。

2、MES概述

美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。

3、MES选型误区

需求宽泛，缺乏针对性；

由于对MES理念和企业的实际业务缺乏一定的理解，企业在提出MES的需求时，往往比较宽泛，缺乏针对性，甚至将目标与需求混为一谈。例如，企业MES需求分析时往往会提出追溯管理的需求，但很多企业停留在，系统需要提供追溯管理的需求，好一点的企业进一步细化到，要实现对原材料、产成品、生产操作过程、生产组织、过程质量、过程工艺参数等的追溯。但由于具体的追溯流程、追溯机理等缺乏针对性的描述，为未来企业实施带来隐患。

贪大求全，唯功能，不切实际；

不少企业在制定需求时，往往不看企业管理现状及信息化应用的情况，将MES中的很多高级功能提出来（例如车间生产高级排程等），好高骛远，不切实际。并不是说这些功能不需要，而是要在整体规划的前提下分清轻重缓急，把握主要矛盾，解决重点问题，而不是眉毛胡子一把抓。

脱离ERP与自动化系统等，不考虑与现有系统的集成；

能考虑实施MES的企业，通常信息化都有一定的基础，因此在考虑需求时，一定要结合信息化的应用现状，把集成问题考虑清楚，例如与ERP系统的集成，与PDM系统的集成，与工艺管理的集成以及车间自动化系统的应用情况等等，而且要明确集成目标、集成机理、如何实现、需要相关系统做什么配合等，都需要明确的描述出来。

用IT语言描述需求，不便于决策；

很多企业在进行MES描述时，往往会用IT的语言进行描述（尤其是由一定软件开发能力的IT人员来进行描述时更是如此），而这些功能需求的描述如果缺乏业务相关联，如何让管理者进行决策？

各供应商特色功能罗列；

不少企业在进行MES需求分析的时候，通过网络（尤其是e-works这样专业的网站已经进行了规整），通过参加会议论坛（e-works的MES年会等），可以便捷的了解到各供应商的解决方案，及特色功能等，于是通过“Ctrl+C”和“Ctrl+V”把各家的特殊功能进行罗列，就完成了需求分析，并用这个来组织招标选型，最后的结果是MES还不成熟，不能满足我们企业的要求。但企业的真正业务需求在哪？在需求的撰写过程中迷失了。

忽视后续维护服务。

在选型过程中，在选择软件厂商的时候，企业通常会忽视考察后续维护服务情况，信息化系统不是普通的软件，买卖完成后便可安然无忧，后续的维护过程极为重要，在考察MES厂商时，企业往往对于对方的实施团队以及方案、价格做了太大的关注，而忽略了厂商的维护服务能力。

4、MES选型要点

制造企业在对MES系统进行选型时，常常会陷入一种盲目的状态，对自身需求缺乏明确的认识，贪大求全，一味的参考同行业其他企业选择情况，过分信赖软件厂商的宣传，企业负责人权责不清等等，这些都会造成MES项目的失败，因此，企业在进行MES选型时，应注意以下几点：

4.1 确定选型团队

企业在选型开始之前，首先需要对自身的项目人员做出确定，由于MES涉及到生产过程的各个部门，牵扯到各个部门之间的协同，为了避免日后项目实施时出现部门之间的争论，达到管理的精细，企业在项目经理人选的确定上应该极为慎重，需要他有资历和能力做好部门之间的协调，因此，企业项目经理最好由企业的高层领导担任，并且最好对各个部门之间都比较了解，有相关的管理经验，在项目中严格的实施一把手原则，负责关键环节的决策，以避免项目开始后再出现众口纷纭的状况。

企业在项目前期分析需求时，通常是由业务部门的人员提出需求，IT部门负责对需求把控。因此，在确定项目经理后，对于项目组成员的确定上，需要选择业务部门以及IT部门的合适的人员参与到MES项目中来，明确各人权责，避免在项目推进过程中，出现权责不明的情况，项目组每个人都有话语权将导致项目由于意见的不统一而出现分歧，影响项目的顺利进行。

另外，若企业缺乏有经验的实施人员，可借由第三方咨询服务机构，介入到企业的选型与实施过程中，起到监督促进作用。

若企业一开始便选择自主开发MES系统，在项目经理的选择上更需慎重，避免在项目开始后受到各个部门之间的刁难与不配合，导致项目推进十分困难。

总之，负责人的选定应做到一把手原则，且由业务部门提出需求，IT部门负责把控等。

4.2 梳理流程，明确需求

目前很多企业在得知MES具有提高生产效率，改善生产状况的特点时，通常会提出两个疑问：MES到底是什么？MES能为我带来哪些效益？这时，企业需要明确观念，不是MES能为我带来什么，而是我需要MES给我带来什么？

众多专家、MES厂商、成功实施MES的企业人员在谈到MES选型时，都会提到5个字，“从需求出发”。

MES具有强烈的行业特征以及个性化，企业在进行选型时，首先应该弄清企业想要的是什么，根据企业所处行业特点，进行详细的需求分析，理顺企业业务流程，找出生产过程中的短板与问题点，再来确定近期的目标与长远需求，分段实施，避免出现一窝蜂全上的情况。只有自身的生产流程理顺了，才能发现问题，通过MES解决问题，否则，项目最终只会失败。在此过程中，企业也可求助于专业的咨询机构，帮助摸清企业流程，找出企业容易忽视的问题点。

另外，对于某些没有成熟解决方案的行业，企业需根据自身情况，确定是自主开发还是联合软件厂商来做针对性的开发。

4.3 合理选择功能模块

MES共具有11个模块，企业在初始选择时不能一味贪大求全，将11个模块一起实施，这样既浪费时间、精力、财力，同时还会由于仓促的上马，出现一系列的问题。通常企业选择MES系统的主要目的在于实现生产过程控制，物料信息及时反馈，设备监控，及时防错与预警，质量控制，产品追溯等方面，对应来说，企业最迫切的需求，在于首先应实施生产资源分配与监控，作业计划和排产，数据采集，过程管理，质量管理等模块。对于员工管理，绩效分析等模块，除了特殊的需求，没有必要在一开始便立刻实施。

对于流程行业来说，在模块选择上通常以数据采集，产品质量管理，设备维护，质量管理，产品追溯等模块为主，而离散行业则侧重于生产资源分配与监控，生产调度，作业计划和排产等模块。

因此，企业在确定实施的模块时，需把握好需求与功能的关系，一方面充分考虑系统的实用性、适应性和可靠性，避免盲目的选择一些目前应用不到的模块，另一方面，在满足近期需求的前提下，还需考虑到系统的开放性和扩展性，为以后系统的升级做好准备。

4.4 数据集成与接口

从三层企业集成模型中可以看出，MES位于计划管理层与底层控制之间，对于与ERP以及底层自动化数据的交互要求非常之高，目前许多企业底层生产控制系统虽已基本实现了基础自动化和过程自动化，并且在此基础上形成了相对独立的系统，但是每个系统都有各自的处理逻辑、数据库、数据模型和通信机制。它们形成一个个信息孤岛，缺乏必要的整合，缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理。更重要的是，以过程控制为核心、侧重工艺参数优化的生产制造过程信息，远没有与以流程管理为核心、侧重资源配置优化的ERP整合起来。在ERP所关注的各项资源中，生产过程信息在企业的管理系统中它始终是“离线”的，生产过程信息始终不能连续、自动、完整的反映在企业管理系统中。这样在管理信息系统和生产控制系统之间，存在一个信息流通上的断层。

因此，考虑到MES承上启下的关键位置和作用，企业在选择MES系统时，需根据企业自身信息化系统应用情况，以及底层自动化设备的应用情况，充分考虑到数据接口的问题，使MES系统能与企业自有的信息系统紧密的结合起来，发挥最大的效用。

5、MES的行业特征

MES是带有很强的行业特征的系统，不同的行业的企业其MES的应用会有很大的差异。

其中，流程制造业以大批量生产为主，如医药、化工、电力、钢铁、能源、水泥、食品、制药等行业都属于典型的流程生产行业，这些企业主要采用按库存、批量、连续的生产方式。因此，将各种不同的自控系统联网，自动采集生产过程的数据实现企业的生产信息集成，建立全厂范围的实时和历史数据库，是流程行业企业实现MES应用最关键、最核心、也是最基础的任务。图3所示为流程行业的MES结构图。

图3.流程行业MES结构图

典型的离散制造业主要包括机械、电子、航空、汽车等行业，这些企业既有按定单生产，也有按库存生产，既有批量生产，也有单件小批生产。那么，注重生产计划的制定，生产的快速响应是离散行业MES系统应用的关键。

无论从工艺流程还是生产组织方式方面，流程制造业和离散制造业都存在较大的差别。企业在选择实施MES系统时，要根据企业自身所处的行业特征区别对待。

表1.流程制造业与离散制造业的MES应用对比分析

6、代表性行业选型分析

除了离散型与流程型制造方式的区别，即使是同属于离散制造业或流程制造业的企业，由于行业的不同对MES的需求也有很大的不同，1）钢铁行业

钢铁企业MES是从企业经营战略到具体实施之间的一道桥梁，它针对钢铁企业生产运行、生产控制与管理信息不及时、不完全、生产与管理脱节、生产指挥滞后等现状，实现上下连通现场控制设备与企业管理平台，实现数据的无缝连接与信息共享；前后贯通整条产线，实现全生产过程的一体化产品与质量设计、计划与物流调度、生产控制与管理、生产成本在线预测和优化控制、设备状态的安全监视和维护等，从而实现整个企业信息的综合集成，对生产过程实现全过程高效协调的控制与管理。钢铁企业MES需求主要体现在：

★ 现场数据采集与过程处理。采集生产现场中的各种必要的数据信息，例如转炉的各控制点温度；投料数量；正在轧制的钢板厚度等等。对采集的数据进行即时分析处理，监控生产过程和自动修正生产中的错误以提高加工活动的效率和质量，或者向操作者提供预警或修正措施指导。

★ 一体化计划编制功能和实时动态优化调整功能。包括全流程的计划编制和调整、冶炼连铸流程设计、连铸热轧流程设计和事件的时序管理。

★ 动态成本控制。通过将实时的生产数据及时“抛帐”到财务系统，动态地收集与核算企业各生产工序的成本，通过对生产成本的控制，优化资金流，对钢铁生产过程全流程进行成本分析和预测，并在此基础上，实现企业整体成本的优化。

★ 质量管理。建立产品规范体系和冶金规范体系，实现按用户需求进行产品设计；对于同一种产品，针对不同的用户、不同的用途分别制定不同的放行条件，体现按用户进行质量管理的模式；根据质量设计结果的放行标准和对产品的检化验实绩，实现对产品实物的自动质量判定。

★ 合同管理。对合同各工序生产欠量进行动态平衡，实时监控合同进度，动态反映合同的欠量、通过量，合同跟踪从销售、质量、生产、出厂直到财务结算为止，实现实时动态的合同跟踪。

★ 能源管理。钢铁厂的能源消耗约占钢铁成本的比例约20%-30%，因此在钢铁企业MES系统中，把能源管理作为一个基本应用，需要对能源统一调度、优化煤气平衡、减少煤气放散、提高环保质量、降低吨钢能耗，并需要制定事故预案策略、事故原因快速分析和及时判断处理、能源供需的合理调整和平衡以及在客观信息基础上的能源实绩分析、能源计划编制、能源质量管理、能源系统的预测。

★ 设备故障监测与分析。实时监测设备的运行情况和负荷，并产生设备的阶段性、周期性和预防性的维护计划，并对突发故障产生响应，提供故障诊断支持；记录设备的历史档案和备品备件管理，方便对设备进行最优化管理与维护。

2）汽车行业

作为一个典型的离散制造业，整个汽车制造过程相当复杂。从最开始用户下订单，销售部门收集订单并定期反馈到财务、物流和制造等部门，到原材料进厂，经过一系列的加工过程，最后产品出厂并通过销售渠道交付给客户，中间牵扯到很多业务部门，有频繁大量的信息产生和传递。这其中JIT成为汽车企业应用MES的一个主要原因，为此汽车企业MES的主要需求点有：

★ 采集成品信息和物料部件信息，以及工件装配状态数据。采集方式可以是多样的，包括RFID技术，激光条码扫描，各类传感设备，网络摄像设备，以及可以由操作人员手工输入数据等方式进行数据采集。

★ 数据处理。将采集到的“现场”数据同“后台”的预设数据（如BOM表或工艺设定值）进行交验，获得交验结果。另外也包括在设备与设备，设备与系统，系统与系统之间的数据交互，如将采集到的数据通过某种通讯模式传输到后台系统接口或数据输出设备。

★ 设备控制。根据状态判断结果，按照业务逻辑进行生产设备控制；在状态异常的情况下可以通过PLC控制流水线停线，关闭生产工具，或指示灯红灯报警等方式提示现场操作人员，同时也可以通过后台的监控程序实时通知车间管理人员。当操作人员或车间管理人员对异常处理完成后，再进行生产放行。

★ 车间生产的无纸化要求。通过电子化的信息传递以提高信息传递的速度和效率，减少不必要的纸张浪费，并逐步实现无纸化生产。

★ 生产管理的实时化要求。要求实时地采集生产过程的相关信息，如进度信息、关键质量信息等，并对变化快速地做出响应。

★ 生产过程的透明化要求。使生产过程不再成为一个“黑盒”，车间管理者和企业管理人员乃至客户能够实时、透明地了解生产的实际状况。

★ 车间在制品库存管理的明细化要求。要求对车间在制品的收、发以及工序件的搬运明细进行记录，减少在制品库存积压，从而降低库存资金占用。

★ 生产管理科学化和辅助决策的要求。能够为ERP系统及企业管理层提供实时准确的生产状态信息，以提高决策的科学性和准确性。

3）化工行业

化工企业存在：生产装置大部分是在连续状态下工作；影响化学反应的因素即工艺参数变化很多；物料变化复杂；生产形式复杂等特点。因此其MES的主要需求点有：

★ 实时数据采集存储。通过控制设备将生产中的实时数据通过数据采集接口获取，降低人工抄写、传送这些数据的困难。

★ 形成生产报表。形成日报、旬报、月报、生产简况等日常报表的同时，提供趋势分析，数据查询，事故追忆，相关曲线分析等功能。

★ 动态成本管理。通过建立动态成本控制模型，以作业为单位收集成本信息，实时得到动态成本信息，分析作业成本效益关系、评价作业环节的价值，满足企业内部成本控制需要、对外产品定价需要和为生产调度提供基础信息。

★ 生产调度。将管理层下达的生产计划，根据生产工艺、流程要求进行物料、能源平衡计算，结合控制系统采集到的设备状况，自动生成调度令，下达到生产作业现场，经确认后控制并监视生产作业的进行。

★ 生产过程跟踪管理。监视、管理、跟踪和提高生产作业过程，对生产现场关键工序控制点(工艺、安全、环保、质量)指标进行动态掌握和实时控制。

★ 在线质量监视管理。对产品质量指标进行在线质量检测、统计、显示，并通过系统的分析、整理，制成动态曲线图、质量控制图。

★ 报警管理。对工艺、安全、环保、质量指标的超限进行多种方式的报警。

★ 设备停机管理。采集并存储生产设备的启停机数据，对停机数据进行统计分析，实现对设备的减量、开、停车情况的监控，并进行设备停机原因分析追踪，达到优化生产过程并通过缩短停机时间来发掘生产潜力的目的。

4）机械行业

机械行业是典型的离散制造业，其特点是多品种、小批量生产；产品种类多，产品复杂，影响生产过程的不确定因素很多，经常出现紧急订单、设备故障等情况，使得生产计划发生改变；制造过程复杂，生产过程中不确定因素多，凭经验调度无法保证整个生产过程的协调，过程控制困难，管理难度大。因此其MES主要需求点如下：

★ 生产作业计划的分解。接受生产计划并将其分解为任务单元、平衡设备能力、指派加工设备、编制作业计划。主要包括对月、周、日计划的编制、调整、查询；能力需求；设备能力负荷；物料需求；工具需求等。

★ 生产调度。在给定生产计划的前提下，针对各故障、供需变动、工艺切换、资源波动等造成的系统状态变化，进行在线作业计划调整，实时地做出生产方案、工艺路线、资源分配的变动决策，以满足实际生产的要求。在进行动态的实时调度时，尽量在原有的调度基础上进行修改，避免大范围调整造成的生产不稳定的状态，以保证各生产工序生产平稳。

★ 物料跟踪。将生产指令下达给车间工作组进行生产，同时由物料跟踪管理进行物料跟踪。从过程控制系统或人机交互系统采集生产实际数据与生产指令完成信息，进行显示和分析整理，向生产调度模块提供所需的生产实际数据。并最终将反馈信息传递给生产计划部门，为物料跟踪和合同跟踪提供准确信息。主要包括：日计划执行结果输入、汇总、查询及反馈；任务完工的确认，确认车间加工完成；零件加工进度跟踪；拖期任务统计；在制品信息查询；生产报表（月、周、日）；工时统计；废品统计等。

★ 数据整理。对设备性能、产品系列、零件种类、工艺卡等各种数据进行整理，形成标准规范化的文本，在此基础上建立相应的数据库。系统资源数据库包括设备库、工艺库、工具库、原料库等。数据库管理主要指对各资源数据库中数据的增加、删除、修改与保存操作。系统数据的维护包括数据库功能的设计以及对过时数据的更新操作，数据库数据的导入/导出操作。

★ 作业计划模块由生产计划驱动，从资源数据库中提取资源信息（包括设备信息、工具信息、工艺信息、原料信息等）结合优化调度算法，生成作业计划单，并下达给车间工作组。而生产调度模块根据物料跟踪模块反馈回来的信息一方面将此信息再反馈给作业计划模块使之进行作业计划的调整，另一方面及时更新资源数据库，同时发挥调度功能，下达指令给车间工作组。

5）食品/饮料行业

食品/饮料行业往往流程化程度高，生产批量大，工艺复杂，对生产管理管理控制精度高，对生产过程的监控、管理、生产分析有很高的要求，多样化的消费者市场以及日益变化的客户需求决定了食品/饮料生产厂家除了在严格控制质量，保证产品的安全和健康以外，还需做到降低成本，增加产品的多样性，缩短产品上市时间等。因此食品/饮料行业的MES需求点在于：

★ 实时数据采集与分析。根据企业生产设备状况，选择合理的数据采集方式，实现与底层自动化设备的无缝对接。

获取与生产设备及生产过程相关的产品及过程参数信息，负责提供生产设备、生产过程的产品及过程参数的历史信息。为批次管理与跟踪、没备管理与维护、质量管理等模块提供数据。

★ 生产优化与管理。实现生产调度与分析、物料管理与控制、成本核算与控制等，根据生产计划结合设备物料等状况制定最优的生产方案，满足成本低，效率高的要求。

★ 生产监控。监督生产状况，根据当前批次生产情况、设备状况、职工信息等为下面的生产做好准备；能够应对各种突发事件并做好再次调度。

★ 批次跟踪。采集当前批次（中间、最终）的生产运行数据，包括在线参数值和离线测量值，对生产质量做出评价，决定生产是否继续；当ERP对某个最终批次的生产情况提出质疑时，将根据此批次的记录进行反冲追查，并把结果上报给ERP和生产优化调度与管理模块。

★ 质量管理。

★ 设备管理。指导企业维护设备的工作以保证生产顺利进行，并产生阶段性，周期性和预防性的维护计划，也提供对紧急问题的响应（报警）；保留过去所发生的事件和问题的历史记录有助于处理可能要出现的问题。

6）电子行业

在电子制造行业，管理中重心在于保证生产过程的稳定性与对制造关键能力的改善与提升，电子产品涉及物料种类众多，因此生产过程透明，上料防错，元件追溯等方面是电子制造企业更为注重的地方。电子行业MES需求点如下：

★ 生产调度。根据生产工单生成工票，下达任务至各工序，分配打印产品SN号；监控工单进度，异常时冻结和解冻作业指令；

★ SMT上料功能。收集贴片机上料信息(站位号/FEEDER/物料等)，并进行合法性校验，建立工票和物料的追溯链；

★ 生产上料功能。收集MI段、AI段、整机段的上料信息，并进行合法性校验，建立工票和物料的追溯链；

★ 生产跟踪功能。根据订单执行进度，引入防呆机制满足混线生产的管理要求；

★ PQC/IPQC检验控制功能。管理生产过程中的检测工作和抽检工作，并从检测设备中获取检测详细结果；检测不良执行维修或返工业务；

★ 不良品维修业务功能。提供维修策略建议，实现不良产品快速再生产,建立产品详细维修档案；

★ 返工生产业务功能。下达返工指令至生产单元，设定返工工艺和返工SN号清单；

★ 产品追溯功能。MES实时监控PCB板/整机生产线上在制品情况；建立质量追溯链，实现正反向追溯。

第二篇：工业4.0 IT解决方案(打造智慧型企业)

工业4.0 IT解决方案（打造智慧型企业）

导读：导读：实施两化融合帮助企业完成从“制造”到“智造”的升级，打造智慧型企业。

一、工业4.0的重点、难点

1、如何将互联网技术融入到工业领域更大的机器设备中，利用软件分析技术充分释放机器的潜能，以更好地提高生产效率，这是工业互联网带来的效益，而完整的工业互联网需要具备两大要素：

第一，机器更为智能化，能够收集诸如生产、环境等各种数据；第二，数据保存与处理分析能力，为企业投资决策做参考。

2、由于与工业互联网密切相关，以下三大领域将迎来良好发展机遇。第一、主动拥抱互联网的工业类上市公司；第二、包括条形码、二维码、传感器等能够收集各项生产、流通、环境数据的物联网设备类上市公司；第三、工业大数据处理类上市公司，大数据应用是工业互联网的基石，是最终提高工业效率的必经途径。

3、工业4.0时代，个性化定制是趋势。企业要考虑如何为了实现小批量、多品种以及个性化定制的流程而又不损失节拍和效率？这是一个不可能通过人的管理来精确做到的复杂过程，这就必须有一套非常严谨的信息化系统去支撑这样的流程。

4、具体来说，企业的信息化系统要考虑在产品的设计、物料供应的设计、生产流程的设计以及生产线的设计上进行非常系统性的规划；需要订单与产品、物料要精确地匹配，并保证准时送达；而这个过程又涉及到不同的车间、不同的部门以及和供应商之间的有效协同。

5、“工业4.0”的生产模式将由集中向分散方式转变，企业要适应产品同质化向个性化的转变，要适应打破传统产业链结构，实现实时优化且自我组织的产业链，要考虑放弃以往传统的自上而下或自下而上的包括原材料开采、多级零部件供应商、多级生产企业、多级经销商再到消费者的商品生产销售模式。

6、在工业4.0时代，现有的组织体系将会被改变，符合智能制造要求的组织模式将会出现。企业如何利用信息技术手段和现代管理理念进行组织管理创新，如何围绕企业获取可续的竞争优势，不断优化企业的业务流程和组织架构？

二、工业4.0详细解读

1、从“制造”到“智造”的工业4.0时代呼之欲出。

2、工业3.0与工业4.0的主要区别体现在“灵活性”上。

3、实施两化融合帮助企业完成从“制造”到“智造”的升级。

两化融合是企业转型升级的必由之路，是中国制造业从“工业3.0”到“工业4.0”的产业必经之步骤。

三、工业4.0 IT解决方案（打造智慧型企业）1智慧型企业两化融合特征

随着我国两化融合管理体系推广力度、广度的不断加强，制造型企业的两化融合水平也随着两化融合项目的实施和投入使用得以持续提升，大多数企业由目前的单项应用水平，逐步过渡到综合集成，最终达到协同创新阶段，伴随着新型能力培育打造、预期的可持续竞争优势形成，企业战略目标顺利实现，工业化和信息化不断的融合升级，企业本身也由数字化企业、网络化企业，最终打造转型升级为智慧型企业。2智慧型企业信息化建设指导思想

企业的信息化建设应该从企业愿景和使命出发，与企业战略保持一致，将IT系统与战略、管理、业务三大系统充分融合。

采用预先规划、关键应用先实施、贯穿流程优化的持续改进，可以很好地避免业务与IT脱节、信息孤岛、IT投资有效性等问题，充分发挥IT技术的作用。建设贯通企业纵向的高中基三层与贯通企业横向的各部门各业务单元以及企业与上游供应商下游客户的价值链，帮助企业实现竞争力的持续提升。

3智慧型企业信息化建设蓝图

4智慧型企业两大体系：智慧管理体系+智能制造体系

智慧型企业应该包含智慧管理和智能制造两大体系，二者之间是相辅相成、共同促进、不可分割的关系。智慧管理体系好比是思维、是大脑的意识，而智能制造是躯体。只有保持两个体系的健全，企业才能保持健康的成长和持续发展。智慧管理体系整体方案

智慧管理体系贯穿决策层、职能管理层和业务管理层。通过信息系统横向到边、纵向到底的全面覆盖，企业日常经营和管理逐渐实现横向协同和纵向集成，最终实现企业智慧管理目标。

我国制造业企业的信息化建设受限于企业自身信息化能力和水平，普遍存在急用先上，实用为主的实用主义导向，较少有统筹战略规划的观念，目前基本形成基层单位“自动化”，中层单位“半自动”，决策部门“手工化”的极端现象。在目前全球制造业面临转型升级的大背景下，企业战略管理系统和商务智能系统的建设对于企业打造战略执行力、市场快速对应能力和保障企业两化融合战略的有效落地，显得尤为重要。智能制造体系整体方案

智能制造体系包含三个核心层：企业运营协同层、工厂优化与执行层、工厂连接与自动化层。三层之间通过基础平台实现基础数据的一致性管理、各层级系统间数据集成及设备自动化集成，通过智能分析平台实现分析和监控来至运营、生产和设备层级的问题。智能制造体系通过应用移动、大数据、智能分析及物联网等先进技术于企业价值链上的不同流程中，支持实时智能化工厂运转。

第三篇：基于GMP的制药企业MES系统设计及研究

基于GMP的制药企业MES系统设计及研

究 前言

药品生产企业是关系到我国国计民生的重要产业群体。GMP作为国际性德《药品生产质量管理规范》，是国内药品生产企业的指导原则和能否进入国际市场的基本条件。GMP认为任何药品质量的形成是生产而不是检验出来的，因此必须强调预防为主，在生产过程中建立质量体系，实现全面质量管理，确保药品质量。ERP、SCM等位代表的信息化系统普遍针对的是企业的上层运营管理，很难深入到生产的现场，难以从生产执行的细节中获取非常详细的信息，来消除产生问题的根源。

文章涉及的基于GMP的MES软件系统，将面向药品生产业务管理层和药品生产车间作业执行层，充分满足制药企业以质量管理为核心的生产业务综合管理需求。系统有机将GMP融入到生产制造执行系统(MES)和整个生产管理过程之中，从企业原材料采购、生产计划、质量检验到库存管理、成本管理、设备管理等业务管理层面，在充分满足制药企业GMP规范化管理的基础上，实现对设备工况、物料状态、计划执行的实时跟踪、回溯以及车间管控流程的可视化管理。

文章在介绍了GMP标准的同时，重点研究了药品生产业务流程设计建模、药品质量闭环管理机制和模型设计、生产过程质量溯源方法设计，以及基于这些分析和设计的MES系统功能和架构。GMP管理规范间接

GMP(Good Manufacturing Practice)在国内名为“药品生产质量管理规范”，是国内所有制造企业必须遵循的规范，其核心内容是全面质量管理。GMP是一套设计用于每一批产品使用的秩序和良好操作规范，所有能为患者提供一致和质量可靠的产品。

任何批次药物的适应性由如下因素决定：起始物料的质量、厂房与设备的质量、程序的合适、没有加工问题、过程中控制的质量、生产者的培训和态度，GMP就是为了寻求这些主要问题在所有时间内有合适控制的保证。

GMP强调的几个方面如下：

(1)物流控制及可追溯性。要求对存储有效期内物资的存放、搬运和保管进行可追溯性控制。

(2)设备的控制和保养。要求对设备的标准、确认、验证和保养进行控制。

(3)关键工序的控制。对该工序设备的准确度、紧密度、操作人员的资格、技能、知识，以及操作环境等进行控制。

(4)文件控制。对文件的标识、保管、使用和变更要进行控制。

(5)工艺更改控制。工艺更改必须满足规定的质量要求，要制定工艺负责人修改和相关部门负责人会签。

(6)验证状态的控制。要求对设备、设施、工艺等验证状态进行标识。

(7)不合格品的控制。要求建立不合格品的评定、处理和统计程序。药品生产业务流程建模分析

只要业一般分为原料药生产和药物制剂生产，原料药是药品生产的物质基础，但必须加工制成合适与服用的药物制剂才成为药品。制药行业作为流程工业的一种，有流程工业所具有的共性。都是通过各种生物、化学、物理变化。产生新物质而达到增值目的。

药品生产又有其特殊性，其生产是一个非常复杂的过程，通常以批量或连续的方式进行生产，需要严格的过程控制和安全措施。这些特殊性包括：药品的工艺机理复杂，同样的操作条件也很难得到相同结果；制药企业主要是大批量生产和面向库存生产，没有作业单的概念；制药行业中体现了以配方为核心的生产模式，以流水线方式组织生产。只存在连续的工艺流程，不存在与离散企业对应的严格的工艺路线；药品生产过程要求有十分严格的批号记录，从原材料、供应商、中间品以及销售给用户的产品，都需要记录，这些批次信息将用来进行生产回溯和问题跟踪，药品批次信息流程图如图1所示。

图1 药品物料批次信息流程图

如上所述，药品的生产过程要满足GMP、FDA等法规的要求，实现规范操作。则从生产计划、质量管理再到产品销售和回收都要以GMP规范和质量管理为核心，设计药品生产运作管理业务流程如图2所示。

图2 药企生产运作流程图 药品生产流程标准机制设计

制药企业生产流程包括：供应商质量控制、原辅料检验、原辅料仓库和配送管理、车间配置生产、成品检验和成品包装管理。在对生产流程进行分析之后，需要结合制药企业面向质量和规范操作的生产运作管理特点。通过对药品生产过程中涉及的检验、验证、质量跟踪、质量过程控制、标准化及质量反馈和质量改进等主要质量管理过程的深入研究，采用多维事件驱动过程网络模型描述和构建药品生产运作管理过程模型，将药品生产过程管理与质量过程控制紧密结合，通过对质量信息流的控制实现对药品质量保证的方法及相关技术措施，在信息集成的基础上。实现药品生产过程与质量控制过程的过程集成和闭环管控。其主要原理设计如图3所示。

图3 药品生产面向质量的闭环管控模型图

闭环管控模型从物流、生产控制流两条主线出发。围绕检验过程进行整个生产质量控制。

闭环实时信息的传递和反馈主要采用基于条码及RFID的身份识别技术实现药品生产全生命周期的信息追踪。药品批生产过程质量溯源方法设计

药品生产是以成品批来组织生产的。一个成品批次生产指令的下达驱动一个药品生产物流过程及一个批次药品的形成。GMP中定义“批”是指：在规定限度内具有同一性质和质量。并在同一生产周期中生产出来的一定数量的药品为一批，主要有物料批和成品批。

药品生产物流过程是一个成品批次的整个形成过程，它始于生产指令的下达，止于成品的入库，通常采用“批号”来标识同一批的产品。系统将采用条码来标识记录药品生产物流各阶段“批号”信息。主要有以下几种情况生成批次：

(1)采购到货，采购原材料到货时要确定原材料的批号；

(2)生产领料，生产部门在生产领用时在领料单上注明原材料的入库批次；

(3)库存调整，在库存盘点或者调整时，有些数量较少的品种原材料的不同批次可能会被合并；

(4)产品生产，生产部门按照批生产指令组织生产，产品的批次按照批生产指令进行标识；

(5)产品销售，销售产品时会生成销售批次。

生成批次以后，为在批次间进行追踪或质量追溯，需要建立新旧批次的关联关系，即批次关联。关联关系表具有双向性。可以正向或者反向进行查询。

通过批次关联将不同的批次联系起来。就可以建立起覆盖供应链上药品物流信息业务流程的批次管理模型，如图4所示。模型将制药企业的采购、库存、生产、销售流程通过批次贯通为一体，打破了原有的各部分信息的界限，建立完善的对应记录。与最终产品的批次号相关联，为产品追踪和质量追溯技术的实现打下了基础。

图4 基于批次的药品物流信息生成流程图 基于GMP的MES系统功能及架构

在生产管控流程和质量溯源方法分析设计之后，设计的基于GMP与制药企业MES系统将包括GMP管理子系统和制药企业生产执行子系统。如图5所示。

图5 药企MES系统整体功能架构图

GMP管理子系统完成包括采购、物料、质量等方面的功能，包括：

(1)采购管理，包括采购计划管理、采购订单管理、采购批次管理、采购到货管理、退货管理、供应商管理等功能；

(2)物料管理，包括仓储库位管理、物料管理、入库验收管理、批号管理、库存控制等功能；

(3)生产管理，包括生产计划管理、生产指令管理、生产物料管理等功能；

(4)成品管理，包括成品入库管理、成品出库管理、其它成品库存管理等功能；

(5)销售管理，包括客户档案管理、销售业务管理、销售业务跟踪管理、销售统计管理、销售分析管理等功能；

(6)质量管理，包括质量检验管理、质量保证管理、质量统计与分析等；

(7)验证管理，包括验证对象及标准管理、验证对象及其验证标准管理、验证类型管理、项目验证过程管理、验证文件管理等功能；

(8)GMP资源管理，包括机构与人员管理、厂房与设施管理、GMP文件管理、设备管理及卫生管理等子模块。

制药企业生产执行系统(MES)则完成与GMP管理系统下达的计划，并完成执行反馈，主要功能包括：

(1)基于条码的物料流转管理，包括：原料入库收货、原料检验QA、材料区数据采集、包装区数据采集等功能；

(2)车间作业人员管理与控制。实现车间班组人员的人员资历、出勤、作业考核、工作绩效、培训资质的管理等；

(3)生产作业过程管理与控制。包括车间作业任务、车间工艺能力等功能；

(4)生产、质检批记录管理，采集各环节生产、质量数据及原材料批次、生产员工、设备等相关数据，实现生产现场各类批记录信息的电子化管理；

(5)药品批跟踪与质量追溯管理，建立各个药品批次的工艺数据档案和生产谱系档案，实现药品批跟踪与质量追溯管理；

(6)关键工序监控与预警，在制药企业关键工序识别的基础上，通过关键工序质控点、监控项目、监控标准的自定义功能，建立关键工序质控点监控管理体系。结语

通过详细分析了制药行业大批次生产管理的特点，提出了以GMP为质量管理核心的制造执行系统(MES)的功能和体系结构。阐述了企业信息集成及生产过程优化方法，解决了生产信息与上层管理信息的集成问题。以本设计为基础开发的MES系统软件已在在大型制药企业推广使用。同时，成果还有望推广到食品、化工等众多以配方批量生产为特点的制造业企业。

第四篇：JobDISPO MES系统组成及功能介绍

MES系统组成及功能介绍

MES系统由精确计划、时间看板、项目管理、能力平衡、派工单管理、成本管理、设备管理、人员管理、客户管理、工作日历管理、数据采集、远程监控、统计分析、数据接口、车间工艺布局等十五部分组成，这十五部分是个有机的整体，共同组成MES系统。

全闭环的MES系统

MES 系统模块构成

生产计划（精确计划）是整个MES系统的核心。MES采用图形化的高级排产算法, 最大程度地优化生产计划。具有按交货期、精益生产、生产周期等多种排产方式，可最大程度地满足各类复杂的排产要求，MES具有即时的图形化计划看板，方便直观的图形看板的形式，以即时和实时的方式提供了真实的交货日期。察看计划看板，便可知道落后于计划的作业，鉴别出哪里是瓶颈、在哪里停工„„。MES是全透明计划系统，便于监控所有产品的进度和生产，一旦一个产品投产后，就可随时监控和控制这个产品的进度情况，如：该订单处是否已经投产？交货期能否准时？是延误还是提前？具体时间是多少？以产品、部件、零件、工序等多级别管理生产，结构清楚，一目了然。可以立即查看一个项目及其子装配或一个零件及其工序的所有相关信息，有限生产能力的排产系统，它能够考虑到实际的能力，并可根据实际情况随时做出调整。

1、精确计划

所有产品、部件、零件、工序全以形象直观的图形化表现，并以不同的颜色来区分。当产品或工序开始后，颜色条的长度将实时地减少，直到最终完成。在不同设备之间通过简单地拖放，就可方便地重新安排该产品或工序，所有因此而受到影响的产品将被重新排产。精确计划看板可非常直观的查看每个订单的完成时间，在交货期内是否能完成。精确计划看板能方便地查看每台设备每天的工作计划，计划每天开始时间、结束时间，机床准备时间。用户可对时间情况进行工序拆分、生产订单拆分、工序合并、外协加工、手工用鼠标拖拽调整机床的生产计划和对订单工序进行编辑。所有的更改只有保存后才会生效，因此您可以进行各种可能排产的尝试。

2、时间看板

在时间看板里，可以用红绿黄三色灯显示该项目的生产状态：提前、延期还是按期生产。

可以很直观地查看每台设备、每天的任务情况以及任务的进展情况，并可根据实际情况进行动态调整。

可以显示出本零件包含的所有工序及工序的先后顺序，可方便定位影响本产品交付的瓶颈工序。

3、项目管理

在一个窗口中显示该产品中各部件、零件、工序的计划信息，可实时显示出各计划的计划日期、是否已开工、能否准时完工等信息，可方便定位制约整个产品、部件、零件的瓶颈。

可直观地通过产品结构树的方式查看产品制造BOM，并可直接进入各部件、零件、工序，进一步查看各详细信息。

在项目管理中，采用有“红绿灯系统”的颜色，使您很容易地查看每个订单和工序的状态。包括是否投产、计划数量、计划交货期、所用时间、提前（或延迟）时间、已完成数量等，所有信息一目了然。

4、能力平衡

通过直观的图形、数字表示，JobDISPO系统提供了一个机床负荷以及每台机床生产任务的视图及分析功能。您能够看到哪些机床负荷过重，哪些机床未充分利用。您可以组织加班工作来对付负荷过重的机床，或重新调整计划工作给其它未充分利用的机床，以便优化生产和平衡机床负荷。

用数字和图形的形式，显示出每个资源的可用能力和计划利用率，并将最大的时间间隙用黄色进行标记。单击最大的时间间隙，窗口将自动跳转到作业计划板。这种方式可以非常容易地回答下面的问题，譬如：“下周我们有空闲的加工能力吗？”，“这个急活能挤进去吗？”等。

通过以上图形显示、统计、拖拽等方式，从而可根据实际生产情况进行生产能力的平衡调整。

5、派工单管理

当生产计划完成后，可自动生成派工单，内容包括产品名称、图号、工序、设备名称、加工时间等各种信息，并可根据客户的实际需求定制各种格式与内容的派工单。

6、成本管理

可自动生成各产品、部件、零件、工序的各种成本报告，如生产时间、制造成本、夹具成本等，内容及格式均可方便地自行定义。

7、设备管理

JobDISPO MES 可以方便设置各设备基本信息、单位时间生产成本、工作时间、排班计划、指定操作人员等。

也可对设备进行分组管理、分工段管理。

并可以随时查看每台设备的所承担的任务及任务的进展情况，包括任务名称、开始日期、计划完工日期、生产数量、实际开工情况、实际完工情况等。点击任务，可直接切换到该任务的计划看板。

8、人员管理

一套成熟的管理软件，必须有非常成熟和完善的系统管理功能，本系统就是用来完成整个系统的用户、用户组、用户权限、组权限、系统运行监控等的管理。本系统的设计目标是使 MES系统能够按部门，按人员分配系统操作权限，真正做到各司其职，每个人能够看到自己该看到的，又不能看到自己不该看到的。

☆可通过工厂日历可定义法定节假日、每天的工作时间、每周的工作时间。

☆通过制造单元定义加工设备、设备加工成本、设备工作时间。

☆可将机床进行分组管理，可按需求将相同属性机床进行分组管理。

☆定义工人的工作时间、分管设备、工资等信息

☆可管理产品客户、供应商的联系方式、税号等可以方便设置各人员基本信息、人工成本、工作时间、排班计划、可操作的机床等。

9、客户信息管理

可对客户各类信息进行详细管理，并可对客户进行分类管理。

10、工厂日历管理

可以方便设置工厂日历、周工作计划等情况，使生产计划更精确。

11、数据采集

通过采集实际的加工数据可以合理地编制生产作业计划和进行生产前的成本核算。计划是柔性可变和准确的，它能随着实际情况的不同进行调整，以保证数据的真实性。这样保证您的整个加工过程是透明的、有效率和可控制的。

JobDISPO MDC机床监控和数据采集系统也具有操作简单的优点，易于为用户所接受。由于担心生产中出现过度控制，进行数据采集和监控是很重要的。基于这样的考虑，FAUSER AG开发的图形作业计划的MDC将工票界面参数化，打开工票的界面，操作员可以输入每个零件的加工工时，也就是输入零件加工的开始时间和结束时间，操作员慢慢学会了半自动方式采集机床数据，数据采集的常用方式包括键盘输入，触摸屏和条码扫描。通过工业级的条码扫描仪来采集数据是最放心可靠的方式，它避免了人为手工输入的失误。JobDISPO MDC经过了实践的考验被证明是方便实用的，可以通过条形码来鉴别操作员的身份，将事件信息做成条形码后，操作员可以将条形码在条码扫描仪上扫描一下输入电脑，表示他的工作任务，点击软件图标开始，就可以进行零件的加工了，就是这样简单！工作任务完成后进行确认也是类似的操作，这样操作员能很好地对生产过程进行控制。软件的另一个好处是操作员完成工作任务后，可以直接借助系统软件就可以申请开始下一个工作任务。例如：某个零部件供应商往往因交货期太短，不能预先计划订单和准备生产任务，使用了JobDISPO MDC后，在进入实际的生产加工前，他就能合理地进行精确的生产作业计划，这样他就能很好地控制加工的小时费用和成本核算。

12、远程监控

JobDISPO eMDC远程监控可采用图形化和文本两种方式来监控生产作业情况。订单在哪台机床加工、哪个操作工人、哪个工序、属于哪个订单、什么时间开始、什么时间结束，加工时间需要多久等详细情况。图形化监控采用不同的颜色来表示作业的不同状态，JobDISPO eMDC软件提供了通过网络在线浏览机床加工信息的功能，下图中机床上侧的红色、黄色、绿色分别代表设备关机、空闲、运行中，并显示出正在加工的产品及其基本信息。

优点：

☆ 简单方便，容易使用。

☆ 满足大众化需求，反馈事件不受数量限制。

☆ 能与你现有的ERP或其它MES进行系统集成。

☆ 为CAD图形文件和其它多媒体数据提供数据接口。

☆ JobDISPO MDC能同时多任务处理多台设备和多个操作员的任务请求。

☆ 对机器设备、操作员、订单和其它数据具备强大分析功能

使用JobDISPO eMDC的用户能通过IE、Mozilla、OPERA等系统就能进行网页浏览数据信息。它是基于微软的ASP.NET架构开发的，使用了IIS网络信息服务，支持广域网和局域网，使用了SSL安全套接层协议确保数据访问的安全可靠，并允许多用户同时访问数据，用户即使是在家里也能通过网络访问数据。用户能通过Internet访问后了解相关信息，如企业加工能力、正在生产的产品及状态等，也可以在线浏览零件CAD的二维图纸和三维模型等。

JobDISPO eMDC基于网络在线浏览生产数据

13、统计分析

JobDISPO MES 还具有强大的任务冲突管理功能，可以方便地查看任务冲突情况及具体原因，比如：刀具未准备到位、原材料未准备到位等。点击任务，可直接切换到该任务的计划看板。

也可以查看每台设备、在任意时间段的任务负荷、任务正点完工、延迟完工、机床利用率等信息，便于进行能力平衡调整。

还可以查看每天、每月、每个产品的完工等各种生产情况。

14、数据接口

JobDISPO MES可以按照月、季度、半年、整年或任意时间段，将产品、部件、零件、机床等相关任务进行输出，可以输出为PROJECT、EXCEL等多种通用格式，各类数据格式均可方便定制。

15、工艺生产布局

从2001年到2004年，由德国国家研发基金会BMBF提供经费，FAUSER公司牵头，多家著名大学与企业共同配合（包括BMW公司、慕尼黑大学、柏林大学都参与了这个项目的研究），成功开发出一套工艺生产布局仿真与优化的系统，最终衍生成JobDISPO MES的FAP 模块。

JobDISPO FAP软件涉及了厂房、后勤、物流和车间的布局规划和管理等多个方面。用户可以将用Autocad画的厂房布局图导入系统，生成新的软件格式，然后可以开始设计工作，进行系统优化和仿真。通过这些仿真结果，系统可以对机床设备布局和物流计划生成改进方案，通过这些改进建议，我们可以降低成本，提高生产效率，使用了JobDISPO FAP系统后，我们企业的生产系统可以不断地持续改进，从而降低了企业成本，增强了企业的市场竞争力。优点：

1.能为您同时完成车间机床布局，物流传输，后勤保障的全面规划。目前市场除我们外找不到其他软件能做到这一点，能与ERP/PPC系统集成，并行处理企业生产过程中的多个任务。

2.能为你的生产活动持续不断的提出改进建议。3.提供高品质和精确的生产计划

4.能对车间生产活动的物流进行模拟仿真。

5.可真实地模拟车间各设备物理位置、设备承担的生产任务、任务的进度情况、各工序间的转移路线等。

第五篇：关于工业4.0智能制造信息及方案流程

关于工业4.0智能制造信息及方案流程

陈志成：中国人工智能学会基础专业委员会常务委员、中国通信学会云计算专家委员会委员、北京格分维科技有限公司总经理

我原来在高校工作了一段时间，是教师，担任计算机学科方面的负责人，现在创办一个公司，做人工智能方面的工作。我从学校出来，有一些背景因素，很多教授、院士，他们做了很多很好的理论研究，但是我们的产学研做的并不是想象中的那么好，企业很难把人工智能中比较超前的理论运用起来。很多老师聊天说，人工智能是不是要死亡了，是不是真的不行了，没有什么用途了，离我们生活太遥远了。我创办企业的想法，是希望将课本上的一些理论，变成日常生活当中可以用的一些产品，不管是小的产品也好，大的产品也好。也许这也是一种情怀，大家都想做一些事情，而我想做人工智能。

我的演讲分为四部分内容：第一，介绍工业4.0的本质，我认为工业4.0的本质是智能制造，目前对于工业4.0的理解各种各样，但是大体而言，还是依据德国的提法来理解。2011年至2013年，德国针对工业4.0给出了一些资料，总体思路还是智能制造的概念。前面说人工智能要死亡了，可是现在机会来了，人工智能可能会有大发展了。第二点介绍我们现在正在做的事情，就是制造企业的机联网，主要是指机器设备的联网，及其管理控制。第三点讲基于机联网之上的云计算服务，以及相关的研究课题。最后跟大家分享一个能源大数据系统的案例。

工业4.0的本质是智能制造

智能时代已经来临，五年之前，老师们在讨论人工智能怎么发展，原中国人工智能学会理事长钟义信老师、何华灿老师等也都在讨论。人类社会的发展经历了三个阶段，第一个阶段是农业社会，人类劳动工具以简单的镰刀、锄头为主。第二个阶段是工业社会，也就是动力机车时代，以蒸汽机、机床为代表的时代。第三个阶段是信息社会，网络时代到来了，电话、电灯、电视，现在的互联网、通信网，这就是目前的信息社会。

我们来看看前面三个时代，从研究者角度来分析，看看它的工具水平、研究的科学问题、及核心基础理论。材料时代主要是简单的材料加工，用树枝就可以获取到一些食物类的东西；能源时代就是动力驱动，主要是蒸汽机为主的；信息时代是信息处理，这个地方加了一个管理，原来认为信息时代是智能工具，现在我们把智能单独拿出来了。到现在为止，我们开发了好多MIS、ERP之类的，但全都是企业信息化的管理系统，其中智能化的程度有没有？有，但确实不高。在这三个时代，从研究的科学问题来看，材料时代更多的是研究物质成分、化学变化及其结构的，认为其基础学科是化学。能源时代更多的是依赖物理，研究蒸汽机、能量的转化、运动状态等，是牛顿的那个时代。信息时代的基础学科是数学与计算科学。

第四个时代，我们认为智能时代一定会来的，智能时代干什么，我们有大量的数据，需要进行决策、判断；我们现在有很多的个性化的东西，进行针对性的个性化服务；进行大数据挖掘，从而进行自动决策，这就是智能化的工具，很多工具是软件，但是也有很多是硬件。这个时代研究的科学问题实际上是网络问题，不管是局域网、还是广域网，或者通信网、还是互联网，目前来看已经进入到所谓的物联网时代。在复杂的网络系统中进行分析挖掘和逻辑推理，从而形成智能化的决策和判断，这个时代的核心基础理论是逻辑与网络。

实际上，我们是做软件出身的，软件编程的发展也有几个阶段：面向机器、面向过程、面向结构程序化设计、面向对象、面向网络，我也在想是不是也有智能化的编程工具，安卓是智能手机的操作系统，为开发者提供了很好的编程环境，相信今后还有更加智能化的开发工具出现。

在2009年7月7号，有一个理事长访谈，邀请中国人工智能学会的主要创始人：钟义信老师，涂序彦老师，何华灿老师。针对人工智能如何发展、人工智能如何产业化等话题进行探讨，钟老师坚定地认为“五年后将迎来人工智能大发展，进入智能时代”，现在来看刚好五年，智能时代确实已经来了。

在高校学科划分中，人工智能属于计算机系的还是电子化系的还是自动化系的，各高校并不一致。2003年提出成立“智能科学与技术”专业，北京大学等几十所高校现在都在招生，近年来发展很快。无论是在人工智能理论、技术、教学、应用等方面，每年都有很多研讨会举行，从前几年的照片来看，老师们确实很早就在思考研究这方面的问题。

在人工智能产业化方面，我们也想联合一些大学老师做一些事情，我们也提出了一个方案，当时是想做中国国产的“人工智能计算平台AICP(ArtificialIntelligence Computing Platform)”。提供一个智能运行环境的平台，其中把若干人工智能算法都实现为功能服务模块，对外提供调用接口。比如神经网络、遗传算法、语音识别、人脸识别等，包括人对着手机一讲话就可以翻页了，通过远程服务提供一些应用，机器人、智能安防，智能家居，智能办公等。

我们当时想做的智能计算平台，包括：核心软件、专业软件、以及应用型软件，主要瞄准机器人、协同计算、自动控制、生产执行系统、智慧医疗、决策支持系统、自然语言翻译等，当时列了这些事情，现在不少公司也都在开发。

智造企业机联网工程

现在回过头来看，德国提出工业4.0，中国怎么办？工业4.0本身是智能制造，能自动焊接的机器人80年代就有了，哈工大的焊接是非常先进的。德国工业 4.0的核心词主要是CPS(Cyber-Physical Systems)，信息物理系统、或网络物理系统，认为CPS是实现工业4.0的基础。

最近我们也还在想，把德国的东西是不是照搬引进来，如何消化吸收？目前主要体现在“机器换人”和“设备机器联网”方面，这是浙江省和广东省重点实施工程，在2013年的时候，浙江省明确下达文件，经信委、科技厅下达的文件，这里介绍其中与机联网相关的一些内容，供大家参考。机联网就是机器联网，指应用物联网、云计算、现代通信技术，对企业制造设备、工艺流程，空调、照明、仓储等辅助设备进行统一的改造升级管理，形成集中管理、资源共享的现代化智能制造模式，以提高生产效率，改善产品质量，促进节能减排，提高企业综合能力。机联网重要的实现途径是机器换人，江浙一带，长三角、珠三角，人力成本提高了，很多工厂倒闭了，这是现实情况，很多企业需要自动化升级改造。浙江省拿出五千个亿，五年之内每年支持五千个机器换人项目，实施企业的升级改造。

机联网到底做哪些事情呢？第一点，还是要加强顶层设计，听起来有点虚，实际上因为中国，包括江浙一带和广东一带，尽管政府拿了很多钱做这件事情，但在很多方面还是不清楚的，需要专家们帮助他们做整体设计，到底国内国外有哪些自动化的设备，国外有哪些自动化设备可以引进，不少企业领导并不是很了解，必须要有专家帮他们进行具体分析，这样的设备，这样一个工艺流程，哪些是可以用机器代替人工的，帮他设计方案。从省里面的角度，国家战略层面的角度，也需要一些设计，这部分工作还是少不了。

第二点，是推动机器联网，这是核心内容，企业(工厂)车间内外的机器设备都需要连接起来，实现远程统一的自动化管理控制。第三点，是系统集成，这里面包含了各种企业计划系统、信息管理系统、生产执行系统、产品生命周期管理系统等的集成。第四点，是加强技术创新，技术创新主要是电子设备和自动化传感器、以及平台软件等关键技术方面的创新，有些需要引进国外的，同时也需要国内的企业参与研发我们自己需要的设备。第五点，是标准化，标准化不可忽略，很重要，机联网也会涉及到若干标准。第六点，加强安全保障，这是重点提了，尤其是涉及国计民生的重点领域。我们想想，车间里面都是机器人，数据都是可以传到后台服务器上的，斯诺登对美国的监控事件曝光之后，中国很担忧。我们从日本引进来机器人以后，是不是通信协议是私有的，如果不公开，我们想修改就不行；从欧洲买来一个机器设备之后，数据传到哪些地方都不知道，甚至我们生产过程当中的数据、参数、故障，保存在机器里面，等维修的时候给我们取走了，我们也不知道。这需要我们现在制定这方面的安全许可，网络检测手段，包括现在的底层系统安全，进网入口安全，很可能以后买机器人不是像今天这样想买就能买了，以后可能像手机一样，需要入网许可，否则，你的设备就不能联网。

机联网设备主要分四种类型：第一类是数控机床联网，这是众多工厂的设备；第二类是行业专用设备联网。义乌做服装和织布的厂，都有自动化生产线，跟他们进行交流，织布参数怎么检测，线断了之后能否自动接上，现在线断了就报警和停机，需要人工接上后再继续运行，是不是可以做一些自动化的设备来实现自动接线、取线轴等。第三类是工厂大型生产机器设备联网，这里面包括了户外的工程机械，挖掘机，也做一些GPS定位，故障检测。第四类是工厂辅助设备，空调和灯怎么节能。这四大类型设备都需要联网。

机联网云服务解决方案

如何把机联网具体实施起来？我们设计了一套云计算、云服务平台的解决方案，这个方案当中，跟通用物联网的方案基本差不多，但是细节不完全一样，内容也不完全一样，因为把物联网大概念具体化到工业4.0了。工业企业中的机器机床都要进行联网，这其中有些标准需要统一，有些新的传感器需要研发，有些新的网络协议需要制定；还有户外的挖掘机，其他的一些工程机械设备也需要联网，可能自己也有一些专用的传感器或者网关控制器；后台是云服务系统；最上面是应用终端设备，这是整体网络结构。

在整个方案中，分成三层，物联网的底层是数据采集，这里具体化就是机联网层，是机器设备的联网，设备的联网细化到工业流程当中，也可能细化到机床设备当中的一个点上，包括了摄像头和各种传感器；也可能还有一些协议不是通用的，也可能利用WIFI，也可能是Zigbee，目前各种协议都有，这是机器联网中最复杂的一块。不同企业的协议不同，标准不同，基本处于混沌状态。我们需要做网关控制器，各个分厂区域中的数据采集出来之后，通过网关往上传，网关不是一般的家里上网那样简单的网关，后面可以看到有好几个功能。机联网层上面是云计算平台层，有些数据在机联网层直接处理了，还有一些数据到后台服务器上，进行数据分析、挖掘之后再处理。最后是应用，应用这一层大家比较容易理解，不多解释。

云服务平台层，有很多工作需要做，这里面分了几大部分。一个是云基础设施服务，在相关的服装行业或者钢铁厂，可以统一建立一个大的云平台，这个服装厂那个服装厂的数据都会传到这里来，政府和企业拿钱建一个平台，也可能这个服装厂不想要服务器，就是远程服务，数据传过来就可以。广东省今年7月18号进行了一个能源管理系统的项目招标，就是全省的管控系统，各个能耗企业需要实时或定期上传相关数据。

解决方案中，除了物联网的三层，还有两个循环控制：第一个是小循环，就是有些信息需要本地实时处理，比如说，车间设备出了故障，会立马进行反馈，反馈当场处理掉，不需要人工干预，比如说空调温度到26度以上，超出了节能控制阈值，控制器就可以自动降温，大型的生产设备当中，也是要进行设定它的一些阈值条件，基本上不需要人工。第二个是大的循环，实际上是大数据分析，当数据传到后台服务器，经过远程分析之后发现某一个流程有异常，比如特别耗能、或太耽误时间(耗时)，这时就需要优化，要进行重新设计这个流程，提一些优化改进方案。如果数据显示，这个流程花一个小时，那个流程花三个小时，下一个工序等着上面的工序很久，这就需要优化。把数据统一传上来，采用大数据分析来实现的，这是流程的优化管控，这是大的循环。所以，该方案中分两级控制，很好地解决了实时监控和远程优化监控。

在具体实施中，涉及到哪些研发内容呢？主要包含两个方案，一个是机联网方案，要有效连接机器设备；一个是云服务方案，可以与通用的IAAS、PAAS的云服务相结合，生产企业需要哪些内容，平台放哪些内容进去就可以提供服务。这里的关键技术，我们想来想去，机器设备联网协议，这可能是一个难题，我们经常讨论这个问题，很难有一个很好的解决方案。还有就是云计算技术、大数据技术、还有空间信息技术、多维呈现技术，移动终端技术等。比如车载设备都在移动，车上的人也在移动，怎么做一个移动终端，可能是手机，也可能配单独的终端设备，比如给医院医生配单独的Pad，上面有相应的软件，有一个传感器可以检测，不同岗位配不同的终端设备，如果能及时传到手机上更好，由于安全原因，手机平时是私人的，不能完全依赖，多数工厂可能需要给相关人员单独配备终端设备。

在总体内容中，包含两个解决方案、七项关键技术、三项行业标准，这里有三方面的硬件开发，软件系统有六个。正如安司长讲的，这是一个大系统，是系统的系统，大系统包含若干子系统。

硬件的开发包含三大部分。第一类硬件是新型传感器，根据某些行业的需求研发新型传感器，并不是一个摄像头就能解决，有些传感器，比如温度、湿度、压力传感等可能还有特殊的需求，现在已经碰到了这样的需求。

第二类硬件是新型融合通信网关，这里的网关，与一般家庭里上网的路由器不太一样，我们列出了三大功能：第一是支持多重协议的网关，WIFI也好，RFID也好，红外也好，工业总线也好，有线无线等等都要支持，我们也在想是不是分开研发，这个盒子就是支持WIFI的，另外一个盒子就是支持Zigbee的，单独做不同的小盒子，但是我们分析之后发现成本并不低，因为设备里面可能放好几个盒子，所以最终很可能是融合通信的网关，需要同时支持多种连接方式，有好几份协议。第二是具备反馈控制的智能控制终端，不仅仅是路由器，还要反馈控制，需要有一套控制策略算法和操作系统的。第三是支持必要的本地化软件服务，实际上是指的前面讲的小循环的本地反馈控制，在大的循环没有的时候，在一定条件下，小循环可以提供监控服务。

第三类硬件是云服务安全认证设备，云服务在提供服务的时候，需要根据工业4.0并结合企业、政府的要求，采用一些指纹等生物特征的识别技术，把可穿戴的技术加进去，提供一些远程服务或者远程的控制，比如说企业的领导，你在外面出差要查看一下公司的运行状况，车间运转是否正常，可能简单的一个密码就可以了；而针对有特殊安全要求场景，查看时则需要进行生物特征识别，这是才可以查看企业的信息。

软件研发内容分为六大子系统：机联网管理控制子系统、云基础设施服务子系统、设备万滚落管理子系统、应用集成子系统、大数据分析子系统、终端服务子系统，主要有这六个方面的子系统。

在标准方面，首先是机联网的协议，要求不同设备能进行统一的协作，需要有方案来实现设备的自识别、自适应。还要做一些数据传输的标准，这个数据怎么组织，怎么去访问，这块要进行考虑。省里面要求上报哪些数据，上报之后有哪些可以进行识别，数据怎么设计的，这方面有哪些标准也需要研究。还有云服务，为政府提供数据服务，政府怎么访问平台的接口，这块也需要制定标准。

把这些问题都讨论清楚，我们可以给出技术路线和一些步骤来具体实施：先进行总体规划，然后研发关键技术和平台，最后集成应用。智造企业的机联网云服务方案，基本内容就这些，这是目前正在做的。通过这些工作，最终把机器设备连成一体，为智能制造奠定基础。

能源大数据系统案例

给大家分享一个案例，这是能源大数据管控的一个项目，是广东盈嘉公司承担的国家物联网专项课题，就是把中国移动机房里面的用电设备，包括主机服务器和辅助空调设备等进行监控管理起来，同时进行大数据分析。

项目在相关设备中安装传感器，通过网关把数据传送上来，可以查看设备动态运行状况，实现了设备运行状态的多角度模拟展示。也可以通过大数据分析，实时或定期查看数据分析图表，并根据结果进行系统的管理控制、优化改进。

除了电信领域之外，在高能耗的工业企业中，比如钢铁厂、水泥厂等，也都面临着升级改造的问题，基于物联网的能源大数据控制与管理系统，可谓是我们在工业4.0时代的一个先行示范。

作为结束，在思考工业4.0的大产业中，我们具体能做些什么呢？大家关注的工业4.0，不管德国怎么做，中国作为生产制造大国，在这4.0时代还是想做点事的，不管是机联网还是其他项目，结合工业4.0，可能最终落地点还是三个方面：一是标准，包括政策规范、数据标准、服务标准等；二是技术，技术有很多，传感器、网络通信、数据分析等技术，都在快速发展；三是应用，企业最终关注的是应用，包括工厂内的应用、户外应用、移动监管应用、以及开放服务应用等，这些是我们大家也在做的。

好了，今天分享到此，感谢相关的合作机构、伙伴企业、及领导专家。谢谢大家！（本文节选自陈志成于2014年12月20日在《工业4.0高峰论坛——新常态与中国工业变革之路》的主题演讲。此次论坛由《清华管理评论》、机械工业出版社、智造大讲堂联合主办）