下一代 MES 系统架构分析与选型参考

本文分享自华为云社区《工业互联网系列（十一）：下一代MES系统架构分析与选型参考》，作者：云起 MAE 。

目前国内制造执行系统 MES 市场尚处于“功能机”混战年代，市场集中度不高，大部分厂商人均产出不过几十万，分析原因离不开：MES 系统的标准化程度很低、项目实施周期长、系统难以准确满足企业个性化需求导致项目上线失败率很高（70%左右）等等。究其根本原因，笔者认为不同产品不同工艺的生产流程、管理要求本身就存在差异性，这种运营与管理流程的差异性也是制造企业在产品同质化严重的时代，可以构建区别于同行的核心竞争力之一，换言之，制造企业需要可贴身定制化的制造数字化系统来满足个性化的运营管理诉求。

国内 MES 系统大多以快速二次开发交付为目标，不注重软件产品架构的演进，软件架构严重落后于信息技术的发展。打造低成本、柔性可配置性的下一代制造数字化系统，或许是目前 MES 市场破局的关键。“平台化与组装式应用、面向业务人员的高可配置性、面向业务对象的跨领域建模”是业内普遍认为的 MES 系统技术架构的演进趋势特征。笔者认为“面向业务人员的高可配置性”是下一代制造数字化系统的关键特征，高可配置性有不同的技术实现路线，比如传统的二次开发工具、前些年流行的业务模块化微服务拆分、以及目前流行的低代码开发工具，这几种技术路线解决的还只是技术人员的软件开发效能问题，笔者认为都不太可能真正被国内生产环节的业务人员掌握。通过制造业务对象与领域活动进行可视化建模，支持分行业工艺分企业组织多层扩展，有望解决 MES 系统面向业务人员的柔性可配置性难题。

（一）国外先进架构 MES 系统分析

Critical Manufacturing 凯睿德制造系统于 2022 年在 Gartner MES 魔力象限评选中再次被评为行业领导者：

凯睿德制造系统将低代码平台、IoT 数据平台与 MES 系统面向业务对象整合到同一个数据模型，提供完全模块化的 MES 解决方案，具备强大的可配置性，能够满足不同工艺下的生产运营与管理流程的个性化诉求。

Critical Manufacturing MES 系统架构

Critical Manufacturing 凯睿德制造系统架构的 2 个特点：

• MES 与 IoT 数据平台的结合

面向业务对象，将 MES 与 IoT 数据平台融合到同一个语境上下文，构建一体化、支持流式处理的制造数据平台，采用动态的基于规则的工作流引擎 ，可以自动监控和响应所有工厂事件，无缝集成设备、自动化系统和企业级应用系统的信息流，实现纵向整合制造环节的业务流与控制流。

通过 IoT 数据平台对业务交易数据、设备运行数据的采集、存储与流式处理，结合 MES 的统一语境上下文，可实时支撑生产流程的自动化执行和智能化分析控制，提升生产效能、质量和创新。

• MES 与 3D 数字孪生/增强现实技术的结合

凯睿德制造系统在提供传统数据可视化（BI 报表/工业组态）技术能力的基础上，提供了结合 3D 数字孪生与增强现实 AR 的技术能力，帮助工厂客户构建数字孪生车间 3D 视图，提供更好的交互式体验，提高制造执行操作的效率和可靠性，提升 MES 数据的实时洞察性。

（二）华为云数字工厂平台

华为基于自身建设智能制造系统的实践经验总结，打造了一套专门面向生产制造场景的数字工厂 aPaaS 平台，提供快速开发和交付生产管理类应用软件的能力，并将应用的最后一公里交给生态伙伴，通过开放服务能力，联合生态伙伴共同构建面向各个细分行业轻量级生产管理类 SaaS 应用。

华为云数字工厂平台的总体能力，可以概括为“1 个底座+1 个内核+9 类模型”：

• 1 个底座：为使用数字工厂的每个企业客户提供 1 个 IT/OT 信息统一架构的制造数据平台底座，支持业务、设备和图文档等多种模态数据采集、存储、管理和融合分析，实现制造全过程的数据源与数据标准的统一。基于统一的制造数据底座，能加速企业研产供销服各业务域的信息数据流动，实现数据驱动业务流程的自动化和智能化，将大大提升业务协同效率。

• 1 个内核：平台将构建生产制造场景业务应用的核心技术要素（比如信息字段、业务逻辑流程、数据分析图表等）解构为各种“元数据“，打造了一个元数据模型驱动引擎内核，基于这个内核呢能够实现基于统一的应用元数据标准来按场景对应用进行动态建模，以及应用的动态实例化运行。

• 9 类模型：基于对华为智能制造实践的抽象封装，打造了 9 类制造应用模型配置器，支持企业开发者或者行业伙伴通过图形化配置的方式，就能快速生成面向不同细分行业的制造业务应用系统，经过实践证明业务应用的搭建周期由原本的按月到按周迭代，整体上线周期能够加速 3 倍以上。9 类应用模型配置器支持在行业/企业和组织站点 3 个层级进行扩展与调整，这样能够灵活满足不同行业不同企业不同工艺流程对业务应用系统的个性化需求，降低一半以上的实施及运维成本。

华为云数字工厂平台的主要应用场景：

• 面向企业客户提供生产制造协同管理类应用方案：基于数字工厂平台的 9 类模型配置器，联合行业生态伙伴，将行业伙伴的行业经验快速的转化生成生产制造协同管理应用方案，帮助企业客户打通订单到生产的业务信息流，提升业务协同效率。基于数字工厂平台生成的应用自带 aPaaS 底座，后期可以根据企业特性需求和业务变化，通过调整模型配置，来实现灵活低成本的进行柔性化升级。

• 制造数据运营分析：基于数字工厂平台的制造数据底座能力，可以帮忙中小企业构建轻量级的制造数据中台，对制造过程数据进行统一集成、管理、融合分析以及可视化应用，能够帮助中小企业构建制造数据运营中心，实现基于数据分析来驱动企业的一些业务决策和流程优化。

• 制造协同类应用开发工具：面向有一定 IT 能力或者信息化基础的企业客户，输出数字工厂 aPaaS 平台+行业伙伴的专家顾问服务，帮助企业构建一个制造应用中台，实现将企业已有的多个分散的业务信息化系统基于统一平台整体规划持续重构开发数字化的业务应用系统，帮助企业由无序建设的信息化阶段快速向数字化转型升级。

笔者认为国内发展下一代制造数字化系统，需要有平台化、分层构架的应用技术架构标准引导与商业扶持，通过在通用模型框架、行业/工艺和企业用户三个维度分层统一构架与发展合作伙伴生态，各自分工协同作战：通用模型框架层由实力大厂主导、行业/工艺层由具有行业 Know-How 的应用开发商 ISV 来承担、企业用户层由系统集成商 SI/企业 IT 人员来实施，发挥各自擅长的资源优势，实现 MES 市场的良性整合与快速发展。

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