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中國(guó)制造2025為我國(guó)制造業(yè)發(fā)展繪制了宏偉藍(lán)圖。然而，目前我國(guó)絕大多數(shù)中小離散制造企業(yè)存在著生產(chǎn)管理方式落后、執(zhí)行效率低、資源配置不合理、信息滯后等問(wèn)題，需要從傳統(tǒng)制造向智能制造轉(zhuǎn)型。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)作為連接企業(yè)決策層與車間控制層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，對(duì)于促進(jìn)制造企業(yè)轉(zhuǎn)向智能制造起著重要作用。

產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程并非一帆風(fēng)順。當(dāng)前世界正處于百年未有之大變局，外部形勢(shì)嚴(yán)峻復(fù)雜，我國(guó)經(jīng)濟(jì)已由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，正處在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長(zhǎng)動(dòng)力的攻關(guān)期，內(nèi)部矛盾仍然突出，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)成為一項(xiàng)長(zhǎng)期的艱巨的復(fù)雜的戰(zhàn)略任務(wù)。

1.智能制造的現(xiàn)狀

智能制造是廣義的制造通用概念。它貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)使用各種傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、智能設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析來(lái)促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)品生命周期，使生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平得到提高。

（1）智能制造的演變

第一代智能制造起源于1980年代，數(shù)字信息技術(shù)在制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，從而推動(dòng)了制造行業(yè)的革命性變革。在數(shù)字信息技術(shù)與制造技術(shù)集成的背景下，數(shù)字信息技術(shù)對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行了分析、決策與控制，提高了生產(chǎn)效率。20世紀(jì)末，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始普及，制造行業(yè)不斷推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)的融合發(fā)展。通過(guò)企業(yè)與企業(yè)之間的協(xié)作以及各種社會(huì)資源的共享和整合，推動(dòng)了從數(shù)字制造向數(shù)字網(wǎng)絡(luò)制造的轉(zhuǎn)型。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)的高速發(fā)展和信息環(huán)境的快速變化的共同推動(dòng)下，先進(jìn)技術(shù)與制造技術(shù)的深度集成造就了新一代智能制造的形成。

（2）智能制造的實(shí)現(xiàn)

智能制造系統(tǒng)(IMS)通過(guò)采用新的模型與架構(gòu)，在工業(yè)4.0時(shí)代，通過(guò)面向服務(wù)的體系架構(gòu)(SOA)向用戶提供可協(xié)作、可定制、可靈活配置的系統(tǒng)級(jí)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控、智能分析與智能決策。物料網(wǎng)技術(shù)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與在各種制造資源之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的功能，通過(guò)使用 RFID技術(shù)可以無(wú)縫集成物理制造流程相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID標(biāo)簽和讀取器被部署在車間、裝配線和倉(cāng)庫(kù)等，通過(guò)為制造對(duì)象配備 RFID設(shè)備實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)與異常情況并將其反饋給制造系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)決策效率。云制造技術(shù)可以智能地感應(yīng)各種生產(chǎn)資源并將其連接到云端中，將制造資源和生產(chǎn)能力虛擬化、封裝化并允許外部調(diào)用。

按照預(yù)先給定規(guī)則對(duì)制造服務(wù)進(jìn)行分類，不同用戶能夠通過(guò)云制造，訪問(wèn)和調(diào)用制造服務(wù)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造模型充分利用傳感器采集的歷史或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析與預(yù)測(cè)，基于數(shù)據(jù)與知識(shí)驅(qū)動(dòng)的模型和服務(wù)將在智能制造中被廣泛采用。它將數(shù)據(jù)、知識(shí)集成在一個(gè)平臺(tái)上，從配備傳感器或數(shù)字設(shè)備的制造對(duì)象中收集大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，云上的服務(wù)管理中心通過(guò)生產(chǎn)數(shù)據(jù)使用自學(xué)習(xí)模型來(lái)構(gòu)建知識(shí)決策系統(tǒng)，以用于制造系統(tǒng)中的智能實(shí)時(shí)決策。智能調(diào)度技術(shù)主要包括生產(chǎn)數(shù)學(xué)模型與人工智能算法，通過(guò)人工智能算法對(duì)車間資源進(jìn)行合理化配置，減少人為調(diào)度因素，提高生產(chǎn)效率。

車間數(shù)字化與信息化是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是數(shù)字化與信息化的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過(guò)程中采集又將利用于決策管理的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)模式是中小制造企業(yè)轉(zhuǎn)型智能制造的關(guān)鍵，承載數(shù)據(jù)并展示數(shù)據(jù)的車間管理系統(tǒng)則尤為重要。

2.MES系統(tǒng)的現(xiàn)狀

MES作為制造車間執(zhí)行層的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，越來(lái)越多的制造企業(yè)開(kāi)始投入使用MES，從生產(chǎn)信息化管理中的配角逐漸變?yōu)橹鹘?。制造企業(yè)的需求驅(qū)動(dòng)著MES的進(jìn)一步研究發(fā)展。

（1）模型標(biāo)準(zhǔn)方面

美國(guó)AMR(Advanced Manufacturing Research)組織在1993年提出最早的MES功能模型，包括車間管理、工藝管理、質(zhì)量管理、過(guò)程管理等。1997年，MESA將MES 定義為通過(guò)信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠有實(shí)時(shí)事件發(fā)生時(shí)，MES能及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告并利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提出了MES系統(tǒng)的11個(gè)功能集成模型，同時(shí)規(guī)定只要具備其中一部分功能也屬于MES范疇。2000年起，ISA組織接連發(fā)布了多個(gè)MES標(biāo)準(zhǔn)模型，稱為ISA-95標(biāo)準(zhǔn)，定義了四大類分為九個(gè)功能模型，ISA-95標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

（2）框架方面

美國(guó)NIIP協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)了一種可集成配置的MES架，以SMART命名。日本的制造科學(xué)技術(shù)中心提出了OpenMES系統(tǒng)框架，定義了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模型，指導(dǎo)離散制造行業(yè)MES 軟件開(kāi)發(fā)。俄羅斯的Stepan Bogdanh和Anton Kudinw等提出了智能MES模型和體系框架，并且在石油天然氣行業(yè)中得到成功應(yīng)用。Helo等針對(duì)當(dāng)前的MES解決方案無(wú)法滿足分布式生產(chǎn)需求，提出了一種基于云的下一代MES解決方案的體系結(jié)構(gòu)。

（3）應(yīng)用領(lǐng)域方面

BS Boria等提出了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的MES追溯系統(tǒng),與傳統(tǒng)的基于標(biāo)簽的追溯系統(tǒng)相比，提高了追溯效率。莫太平等根據(jù)MES功能結(jié)構(gòu)建立了一種通用的 Petri網(wǎng)模型并進(jìn)行了性能分析，解決了MES在汽車制造行業(yè)中通用性差的問(wèn)題，為MES軟件開(kāi)發(fā)提供了模型設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

Zhong RY提出了一種基于 RFID的MES 系統(tǒng)，將RFID 備系統(tǒng)地部署在車間，以追蹤制造對(duì)象并收集實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

JKletti指出現(xiàn)代 MES應(yīng)在移動(dòng)設(shè)備(例如智能手機(jī)，平板電腦，PDA)上具有MES功能，從而使操作員能夠進(jìn)行移動(dòng)數(shù)據(jù)采集和訪問(wèn)。王茹設(shè)計(jì)了基于web 的MES移動(dòng)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)PC終端管理系統(tǒng)的局限，實(shí)現(xiàn)靈活生產(chǎn)和移動(dòng)辦公,滿足制造過(guò)程中隨時(shí)隨地跟蹤監(jiān)控車間數(shù)據(jù)。周富燉針對(duì)注塑行業(yè)提出了移動(dòng)MES 解決方案，并進(jìn)行了移動(dòng)MES的開(kāi)發(fā)，使用Echarts技術(shù)在移動(dòng)端上展示數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了智能分析，促進(jìn)了注塑車間生產(chǎn)水平。

Potekhin V V將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于MES系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并用于預(yù)測(cè)未來(lái)數(shù)據(jù)。Y Zhou等提出了一種基于微服務(wù)架構(gòu)的中小制造企業(yè)制造云平臺(tái)，解決了傳統(tǒng)單機(jī)架構(gòu)模式下的業(yè)務(wù)擴(kuò)展與用戶需求不能快速響應(yīng)的問(wèn)題，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了有效支持。Y Wang等設(shè)計(jì)了一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)義模型和云架構(gòu)下的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用分布式與云端技術(shù)架構(gòu)從各設(shè)備采集車間數(shù)據(jù)，解決了數(shù)據(jù)不能充分利用和共享的問(wèn)題，提供了可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。

（4）工業(yè)應(yīng)用方面

由于國(guó)外MES發(fā)展已有幾十年歷史，已有大量的MES系統(tǒng)應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)成功的實(shí)踐案例，具有很好的應(yīng)用效果。德國(guó)Siemens公司推出SIMATIC系列產(chǎn)品，將MES系統(tǒng)應(yīng)用到了諸多行業(yè)，處于業(yè)界領(lǐng)先位置。除此之外如霍尼韋爾、SAP、羅克韋爾等公司也都推出了成熟的MES產(chǎn)品，服務(wù)于制造相關(guān)領(lǐng)域，具有較高的市場(chǎng)占有率。

綜上所述，MES經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，形成了統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與框架，目前正與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物料網(wǎng)以及移動(dòng)技術(shù)等新興技術(shù)相結(jié)合取得了不錯(cuò)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)雖然對(duì)MES的研究與應(yīng)用起步較晚，但正在逐漸被應(yīng)用于制造企業(yè)，已經(jīng)從ERP的輔助成為制造企業(yè)智能制造管理系統(tǒng)的主角。但傳統(tǒng)MES的交付周期長(zhǎng)成本高的問(wèn)題對(duì)中小制造企業(yè)的MES部署造成了困難，基于云計(jì)算平臺(tái)的云MES系統(tǒng)正在逐漸取代傳統(tǒng)MES系統(tǒng)應(yīng)用在制造車間