智能生产体系下MES系统的选型策略与协同发展

据2024年11月21日发布的《中国互联网发展报告2024》显示，中国已建成近万家数字化车间和智能工厂，其中包括421家国家级智能制造示范工厂。随着智能化进程的不断深化，大量仅实现了部分生产环节智能化的工厂，正在加快整体融合的布局。这一进程的关键是引入全局性管理系统，使能够打通各加工环节的信息链路，实现全流程智能化制造。

 

目前的智能生产中，与传感器相互协作的系统主要有：企业资源计划系统（ERP）、制造执行系统（MES）、数据采集与监控系统（SCADA）、过程控制系统（PCS）。随着生产企业自动化程度的不断提高，PCS、SCADA已经成为大部分智能工厂数字化标配。但“比上不足，比下有余”的MES则成为了中小生产企业智能化的分水岭。

 

ISA95标准制造架构

MES系统的主要功能是负责协调生产活动。它通过与生产线上的传感器连接，实时收集生产数据，如产量、质量、设备状态等，进而实现生产调度、质量管理、设备管理、库存管理等功能，并为管理层提供报表和分析工具，帮助其做出基于数据的决策。

由于数字化的基础是数据监测，因此更多企业偏向于SCADA系统，忽视了MES的意义。从位置上来看，MES系统处于企业资源计划（ERP）系统和过程控制系统（PCS）之间。除了实现监测，它还具备业务管理等功能，是更大的车间级管理系统。

MES系统借助集成各类传感器及射频识别（RFID）等先进技术，达成了对生产现场环境的实时监测，涵盖温度、湿度、光照等多项参数，有力确保产品在最为适宜的环境条件下进行生产。

从作用上来看，MES系统能够精准追踪每一个产品的完整生产轨迹，从原材料进入工厂直至成品出库，每一个环节均清晰可追溯。这种高度精细化的管理模式，不但显著提升了生产效率，还极大程度地降低了生产过程中的错误发生率与废品率。

 

制造业应用样例

来看不同行业中，MES系统配合传感器为企业提升效率的案例：

船舶制造行业：大连中远海运川崎船舶制造有限公司通过攻克关键技术，实现了侧重于生产过程管理、设备自动控制、可视化终端等主要功能的MES系统的应用，并与传感器等智能技术相配合。

在多个生产环节建立数据采集和分析系统，利用传感器充分采集制造进度、现场操作、质量检验、安全状况等生产现场信息，实现了造船工时的自动统计，有效降低管理成本，提高工时统计的准确度；还能实时动态掌握生产加工进度，及时发现和纠正瓶颈环节或者问题工序，一期在船体车间和装焊车间覆盖率达到80%以上，可联网机加工设备数据采集率达到80%以上，人员作业工时自动采集率达到80%以上，产品质量可追溯率达到100%。

CNC加工制造领域：某大型机械制造企业主要从事高精度金属零部件的CNC加工，引入MES工业一体机，并在CNC机床上安装传感器。MES系统通过传感器实时收集各类生产数据，如加工时间、工具使用情况、机器运行状态等，并依据这些数据自动进行生产任务的调度，优化各工序的衔接与资源配置。

企业通过数据分析发现设备利用率问题后，利用MES系统对生产流程进行优化，调整了机器的运作时间和作业顺序，大幅提升了设备的利用率，零部件加工速度提高了约30%，生产周期明显缩短，人工调度时间从一个工作日缩短至几分钟，大大满足了客户的交货需求。

电缆制造行业：江苏亨通电力电缆有限公司部署MES制造执行系统，并结合工控系统改造，实施计划与排产、生产执行、物料配送、质量管理、设备管理等模块。通过在生产现场布置专用设备和传感器，对原材料上线到成品出货的整个生产过程实现实时采集数据、控制和监控。

该系统以线缆的技术标准为基础，实现产品结构及工艺管理，并建立生产排产管理体系等，集成了车间的人、机、料、法、环各要素，形成智能协同，最终实现生产效率提升25％。

电气设备制造行业：厦门ABB开关有限公司的开关柜生产线应用了ABB制造执行系统（MES），该系统与传感器等技术配合，将计划、生产、质量、设备等信息集成到同一平台，实现了数据共享。

通过系统图表可一目了然地查看在制品的实时状态，实现生产订单状态的完全透明化与可视化，完善了质量控制，极大地提高了产品质量的一次合格率。此外，MES系统与AGV集成，当产品在工序完成时，MES系统发指令给AGV调度系统，由AGV小车自动搬运产品至下一工序，大大节省了人工搬运工作，提高了效率。

汽车零部件制造行业：实现了对生产过程的精细化管理，涵盖生产计划与调度优化、质量管理与追溯、设备管理与维护等维度。以一家生产汽车发动机零部件的企业为例，引入MES系统后，系统根据订单信息和生产资源自动生成生产计划，并实时监控生产进度。传感器实时采集生产过程中的质量数据，并传输给MES系统。

 

一旦发现质量问题，MES系统能够快速追溯到问题源头，及时采取措施。这使得企业的产品不良率降低了30%，质量追溯时间从原来的数小时缩短至几分钟。企业的生产计划达成率提升了20%。

MES系统在发达国家已普遍推广，应用相对成熟，近年来全球市场规模呈现稳步增长态势。据MarketsandMarkets报告，2024年全球MES系统市场规模预计达到149亿美元，并以9.2%的复合年增长率增长，到2029年有望达到230亿美元。

 

中国MES系统发展

在中国，MES系统同样正迎来超高发展机遇。据IDC发布的报告显示，2022年中国制造执行系统（MES）软件市场（不含咨询、实施服务收入）总规模达到46.2亿元人民币，年增长率为21.1%。中研普华产业研究院则预计2024年中国MES市场总体规模将达到80亿元。

目前我国市场上主流的MES系统有：赛意信息、西门子SIMATIC IT、摩尔元数、新核云、华为、微鳄等，各具特色与亮点。

比如西门子SIMATIC IT具有出色的可扩展性，从生产计划、物料管理到质量控制等各个环节都能得到有效监控。并与其他西门子自动化产品如PLC、HMI等进行无缝集成，实现数据的统一管理和控制；摩尔元数MES系统支持定制化开发，能根据企业的实际需求进行灵活配置，满足企业的个性化需求；新核云MES系统更注重生产过程的可视化和透明化，通过实时展示生产进度、设备状态、产品质量等关键信息，使企业管理者能够直观了解生产情况。可根据市场需求和生产能力进行灵活调整，提高了生产计划的灵活性和准确性；华为MES解决方案则基于华为云能力构建的智慧生产管控方案，引入物联网、大数据等先进技术，支持多种数据采集方式，确保数据的准确性和实时性，还提供强大的数据分析和预测功能。

中国制造业企业选择适合自己的MES系统，可从以下几方面着手：

1、生产类型与模式
确定企业是离散型制造还是流程型制造。离散型制造如汽车、机械制造等，侧重于生产计划与调度、物料管理等功能；流程型制造如化工、医药等，更关注工艺参数控制、质量追溯等功能。

2、功能需求细节
梳理生产过程中的具体管理需求，确定所需的MES系统功能模块。

3、企业规模与发展阶段
不同规模和发展阶段的企业对MES系统的要求不同。中小企业可能更需要性价比高、功能实用、实施周期短的系统；大型企业则可能倾向于功能强大、可扩展性强、能与现有复杂信息系统集成的解决方案。

4、行业针对性
选择具有行业解决方案和实践经验的MES系统。

5、高级功能扩展性
MES系统应具备一定的可扩展性，能够支持如大数据分析、人工智能辅助决策、工业互联网集成等高级功能的扩展和升级。

6、与现有系统的兼容性
MES系统需要与企业已有的ERP、PLM、SCM等信息系统进行集成，确保企业信息系统的整体协同性。

7、系统架构的开放性
选择具有开放架构的MES系统，便于与第三方软件、硬件设备以及未来可能引入的新技术进行集成。

8、技术研发能力
评估供应商的技术实力和研发能力，确保MES系统能够满足企业长期稳定运行的要求，并能够及时跟进技术发展，不断升级和完善系统功能。

9、成本与周期把控
综合考虑采购成本、实施周期等因素。

总的来说，在智能制造中，MES系统的深度融合标志着其不再仅仅是生产流程的外部观察者，而是已然成为企业运营体系中不可或缺的关键组成部分。这种深度融合突出表现在数据采集的高实时性与准确性层面，更重要的是其对生产流程实现了全方位掌控与精细化管理。

展望未来，MES系统将继续引领制造业的创新发展潮流，不断拓展其应用边界，为企业创造更多的价值增长点。企业应以开放的心态拥抱MES系统带来的变革，积极参与行业生态建设，共同探索智能制造的无限可能，实现企业经济效益与社会效益的双赢，为推动中国制造业的高质量发展注入源源不断的动力。

 

来源：荣格-《智能制造纵横》

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