離散制造業(yè)MOM工業(yè)軟件的發(fā)展難點和趨勢

離散制造業(yè)MOM工業(yè)軟件的發(fā)展難點和趨勢制造運營管理系統(tǒng)（MOM）承接企業(yè)運營管理環(huán)節(jié)的生產指令，與企業(yè)資源計劃（ERP）及產品全生命周期管理（PLM）等系統(tǒng)緊密集成，按照產品設計及工藝要求，組織并管理生產制造相關的人、機、料、法、環(huán)等各類要素，實現從生產訂單下發(fā)到產品完工入庫之間的計劃排產、作業(yè)執(zhí)行、物料配送及流轉、質量檢驗、設備維保等企業(yè)相關業(yè)務的數字化、信息化、智能化，是制造企業(yè)建設智能工廠的核心系統(tǒng)。離散制造業(yè)普遍在生產制造環(huán)節(jié)具有生產組織靈活多變、人工參與度高的特點，尤其是對于復雜裝備制造相關行業(yè)，更是呈現產品結構復雜、定制化程度高、多品種小批量等特點。相對于流程制造業(yè)，離散制造業(yè)在生產制造環(huán)節(jié)的信息化、數字化、智能化的程度相對較低。近年來，隨著“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略工程的推進，制造運營管理系統(tǒng)作為支撐制造企業(yè)生產制造環(huán)節(jié)信息化、數字化的核心工業(yè)軟件，受到越來越多的離散制造企業(yè)的重視和應用。MOM領域的技術和服務水平成為我國離散制造企業(yè)數字化轉型的決定性因素之一。一、MOM發(fā)展歷程及現狀制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）自20世紀70年代出現以來，一直是制造企業(yè)生產環(huán)節(jié)信息化管理必需的信息系統(tǒng)。根據ISA95-2010中的定義，MOM主要覆蓋生產制造過程中12種類型的業(yè)務活動，通常也被認為是MOM系統(tǒng)應該具備的功能模塊（圖1），其中包括基礎資源管理相關業(yè)務（資源分配與控制、文檔控制、人力資源管理三類）、與生產計劃及組織相關的活動（詳細工序排程、生產派工、工藝過程管理、數據采集、生產跟蹤、質量操作管理、物料管理及跟蹤、績效分析）。圖1ISA95—2010定義的MOM所覆蓋的業(yè)務活動其中的物料管理及跟蹤是ISA95-2010在ISA95-2000對MES定義的基礎上新增的一個業(yè)務域，也可以看作是MES和MOM管理業(yè)務域的主要區(qū)別。相比于ERP系統(tǒng)，MOM系統(tǒng)可以將生產計劃和調度的細度由訂單級細化至工序級，將進度采集的顆粒度由周/天細化至天/小時，對于一些特定工藝，更可以實現作業(yè)過程的工步級管控，因此大幅提升了生產管理的精細度和實時性。我國自2000年前后開始出現第一批專業(yè)提供MES系統(tǒng)軟件和服務的供應商。部分企業(yè)從代理歐美國家的成熟MES軟件起步，后逐步開始自研系統(tǒng)。其服務的目標行業(yè)起初主要集中在汽車、電子、電器等相對批量化、流水化，工藝相對穩(wěn)定，基礎管理相對較好的一些離散制造行業(yè)，后來逐步擴展到對MES系統(tǒng)有較大需求的復雜的裝備制造行業(yè)。隨著“中國制造2025”相關戰(zhàn)略的推進，MES成為企業(yè)建設智能工廠/數字化車間所必需的軟件系統(tǒng)，其市場需求猛增，從而帶動了一大批MES廠商的出現。據不完全統(tǒng)計，我國目前MES廠商有數百家，但市場集中度極低，絕大多數MES廠商所服務的行業(yè)局限在特定的行業(yè)，且定制化程度很高，因此很難發(fā)揮軟件的低/零邊際成本復制性的優(yōu)勢，難以壯大自身規(guī)模，使MES行業(yè)呈現出大而不強的明顯態(tài)勢。近年來，隨著離散制造企業(yè)數字化需求的成熟和發(fā)展，MES系統(tǒng)逐漸演變?yōu)橹圃爝\營管理MOM。除了MES系統(tǒng)覆蓋的生產計劃相關業(yè)務活動，MOM還包括倉儲物流管理、質量管理、設備管理。相比于覆蓋某類車間生產執(zhí)行的MES系統(tǒng)，MOM既是一類軟件系統(tǒng)，也是一種管理理念的體現。MOM覆蓋的業(yè)務域更廣泛，包括與生產制造緊密相關的物流、質量、設備，促使生產制造環(huán)節(jié)各業(yè)務緊密集成、協(xié)同的優(yōu)勢更為明顯，更有利于生產制造相關業(yè)務的一體化管控。因此，從MES到MOM發(fā)展的驅動力不是廠商的“圈地”行為，更多的是制造企業(yè)的數字化、信息化的提升需求。二、離散制造業(yè)MOM的壁壘及技術難點作為一種管理類工業(yè)軟件，MOM一直未能像同為管理類軟件的ERP一樣出現大的平臺型產品或者具有較高市場占有率的供應商。根據2022年數字化企業(yè)網的統(tǒng)計和預測，國內年度市場規(guī)模約為60億元，并有超過10%的平均年增長率。而國內目前離散制造業(yè)MOM廠商鮮有MOM業(yè)務規(guī)模超過億元者。以此推算，目前中國尚無整體市場占有率超過5%的產品和廠商,如圖2所示。圖2中國

MES/MOM市場規(guī)模離散制造業(yè)MOM系統(tǒng)未能形成平臺化、規(guī)?；脑蚣捌溥~向規(guī)?；谋趬竞图夹g難點，包括以下幾點（圖3）：圖3當前MOM發(fā)展存在的主要困難和障礙（1）在MOM系統(tǒng)研發(fā)方面，難以形成對不同生產組織模式及工藝類型均能夠高度適配的平臺化產品，即平臺化產品的研發(fā)難度很高；（2）在系統(tǒng)實施應用方面，難以與企業(yè)流程上游的信息系統(tǒng)及下游的設備產生順暢而有效的數據交互，導致其運行不暢，而這背后則是對MOM從業(yè)人員服務能力和用戶企業(yè)基礎數據提升的要求；（3）在知識傳播方面，缺少理論體系的支撐，導致行業(yè)從業(yè)人員及用戶對MOM難以形成共識，從而導致行業(yè)人才的培養(yǎng)以及對MOM的學習、掌握、應用存在一定困難；（4）MOM作為智能工廠的核心系統(tǒng)，其上游關聯(lián)經營管理、設計工藝、供應鏈等多個業(yè)務域，且MOM的成功實施往往需要對上游業(yè)務系統(tǒng)存在的問題進行梳理和解決，因此對實施人員的能力要求較高，但目前行業(yè)從業(yè)人員的水平與用戶對服務能力的需求存在差距，無法滿足行業(yè)快速發(fā)展的需求。（一）對不同需求場景難以實現高度的適配MOM對生產制造相關業(yè)務的適配性包括以下三個方面，如圖4所示。圖4MOM對需求適配性的三個層級1.對各類生產組織模式的適配生產組織主要包括計劃排產、任務分配、物料的領用或配送、質量檢驗模式等[7]。其主要內容是支撐生產管理人員進行生產任務及相關支撐任務活動的組織，并將任務指令傳遞到具體的執(zhí)行人員或者設備進行最終的執(zhí)行。對生產組織模式適配的難點，一方面，根據產品的批量特點、產品結構復雜度、工藝特點等會產生很多細分模式，比如生產物料的領用，有按單個訂單單獨領料、按多個訂單合并匯總領料但仍區(qū)分物料與訂單的對應關系、按多個訂單匯總領料但不區(qū)分物料與訂單的對應關系等多種模式；另一方面，對于離散制造業(yè)，由于大部分企業(yè)具有多品種、小批量、定制化特點，其工藝穩(wěn)定性、供應鏈可靠性不佳的現實導致很多客觀存在的異常，這些異常需要MOM以異常模式進行適配，比如裝配時軟件、領料后物料清單（BOM）變更等場景。若MOM系統(tǒng)不能支持這些異常模式，則會造成系統(tǒng)內信息與實際執(zhí)行的業(yè)務不符，即出現線上線下業(yè)務“兩層皮”的情況，導致系統(tǒng)失去對業(yè)務的支持和管控。2.對不同工藝類型細分場景的適配對于離散制造業(yè)，不同工藝類型車間的生產組織模式及管控重點有很大差異。對于冷加工工藝，如機加工、裝配、下料、沖壓等，管控的重點在于計劃排產、任務調度、物料齊套配送、材料利用率或設備綜合使用效率等，管控的顆粒度一般是在工序或工位任務層級，且根據所生產產品的類型特點會有不同的模式差異；對于熱加工工藝，如焊接、鑄造、熱處理等，管控側重點除了包含生產組織之外，關鍵在于通過工藝執(zhí)行的合規(guī)性管控實現對過程質量的控制，這要求MOM進行工步級細化的數據采集和管控，因此MOM一般需要實現與工藝設備的集成，以進行實際執(zhí)行工藝參數的采集、記錄以及合規(guī)性的實時對比管控。由此可見，不同工藝類型的離散制造車間，對MOM系統(tǒng)的功能要求差異很大。中大型的企業(yè)一般都具有多種工藝類型的車間，且不同車間之間通常有緊密且頻繁的物料供應關系，如鑄造件毛坯供應機加工車間，機加工件供應裝配車間，下料車間毛坯供應焊接車間，下料毛坯和焊接件均供應裝配車間，而車間倉庫對以上車間均有物料供應和接收關系。因此，每類車間部署一套MES/MOM系統(tǒng)會產生大量的系統(tǒng)集成，造成跨系統(tǒng)的計劃和物流協(xié)同，性能和數據一致性難以保證。因此，支持多種車間類型的MOM系統(tǒng)是企業(yè)的最佳選擇，但這對系統(tǒng)功能、工藝的適配性提出了很高的要求。3.對具體操作層面的易用性適配MOM系統(tǒng)是一個管控到工序甚至是工步級細度的系統(tǒng)，生產執(zhí)行最末端的操作工、庫管員、配送人員、質檢員等人員每天需要在系統(tǒng)中進行高頻率的操作。因此，MOM系統(tǒng)必須結合操作的批量、空間、時間等工況，將每個操作的易用性做到最佳，而對于具備與設備集成進行數據自動傳遞的情況，則應盡量實現集成。因此，項目實施過程中需要實現操作頁面的快速高效定制化，并且在后續(xù)使用過程中，隨著現場工藝的升級，MOM系統(tǒng)的相關功能也需要由用戶企業(yè)人員進行修改適配。對此，MOM系統(tǒng)必須具備支持頁面快速開發(fā)和修改的低代碼開發(fā)工具，而這對于團隊規(guī)模普遍不大的多數MOM供應而言也是一個不小的挑戰(zhàn)。（二）與上下游的軟硬件難以實現緊密集成1.上游系統(tǒng)數據的質量差如圖5所示，MOM/MES系統(tǒng)在整個制造企業(yè)智能工廠中的位置決定了其管理的業(yè)務流程處于企業(yè)整體流程的末端。而ERP及PLM系統(tǒng)的物料主數據、計劃數據、制造BOM數據、工藝數據、采購到貨信息是MOM系統(tǒng)運行所必需的輸入，是MOM運行順暢的生命線。但對于大部分離散制造業(yè)而言，這些數據的質量普遍不佳。其中常見的問題包括物料的一物多碼、制造BOM不準確甚至是缺失、工藝數據結構化程度不夠、采購到貨信息不能及時錄入等。這些數據問題對上游系統(tǒng)本身的運行效果會有一定的影響，但一般不會影響其運行過程的順暢性。但對于MOM系統(tǒng)而言，這些數據問題往往會對MOM產生嚴重的阻斷性影響，導致其流程無法順暢運行。以制造BOM不準確問題為例，雖然企業(yè)制造BOM不準確，但依然可以進行物料需求的運算和成本的核算，不會對結果產生大的影響。但對于MOM而言，制造BOM不準確會造成裝配車間的物料無法按照用料時間和用料工序/工位進行物料的配送，造成車間現場缺料或者物料提前配送的混亂狀況。圖5MOM在智能工廠中所集成的數據流信息2.與下游設備集成的難度高MOM系統(tǒng)與生產設備，如機床、焊機、熔煉爐等進行集成，可實現實際工藝參數、生產進度的自動采集，從而減少人工操作，提升使用效果。MOM與設備的集成在技術協(xié)議方面一般不存在問題，問題往往出現在數據交互方面。最常見的問題是MOM系統(tǒng)與設備能夠連通，但MOM需要的數據，設備卻無法提供，而設備能夠提供的數據并非MOM業(yè)務功能所需。尤其是對于企業(yè)已有設備的集成，往往出現難以說服設備廠家臨時開放所需數據變量的情況，或者需要付出昂貴的代價。MOM與設備在集成過程中，存在某個環(huán)節(jié)的關鍵數據無法自動采集的情況，從而造成企業(yè)管理流程無法順暢執(zhí)行，這通常會使MOM的使用效果大打折扣。（三）知識傳播所需的理論體系缺失ERP系統(tǒng)經過多年的發(fā)展，已經具備了較為成熟的理論體系，各類教材資料相對完善。與ERP相比，MOM目前尚無成熟的理論體系，加之MOM系統(tǒng)所管理的生產制造業(yè)務域的多樣性、靈活性等特點，造成MOM行業(yè)整個產業(yè)鏈上知識傳遞的困難。研發(fā)人員、實施人員、集成商、終端用戶等對MOM的知識掌握和傳遞缺乏統(tǒng)一的模型和術語。理論體系的缺失也會造成后備人才培養(yǎng)的乏力，這對MOM行業(yè)的健康發(fā)展有著潛在的深遠影響。（四）從業(yè)人員的能力參差不齊MOM行業(yè)平臺化、規(guī)?；y度高，但行業(yè)的入門門檻很低。針對特定場景開發(fā)一個具有特定功能的MOM系統(tǒng)并不困難，因此MOM行業(yè)沒有大企業(yè)，多數為中小規(guī)模企業(yè)，甚至有大量的微型企業(yè)。行業(yè)缺少大企業(yè)造成行業(yè)對高水平人才的吸引力不足。另外，MOM的主要應用場景在生產現場，要積累業(yè)務知識就需要在工作環(huán)境相對艱苦的車間深耕，這也是留住高水平IT人才的障礙之一。而缺乏理論體系帶來的另一后果就是無法從高等教育階段設置專業(yè)課程從而引導高素質人才進入本行業(yè)。以上種種原因造成MOM行業(yè)從業(yè)人員的整體水平與用戶需求存在差距，因此MOM的平臺化、規(guī)?；愤€很長。三、離散制造業(yè)MOM的發(fā)展趨勢（一）技術架構的發(fā)展趨勢MOM系統(tǒng)需要與設備緊密集成，需要采集并處理大量的實際工藝執(zhí)行參數信息。而所采集的海量工藝參數也需要在設備端進行一定的初步過濾、運算，隨后設備將有效的或者MOM中管理目標所需的數據傳回MOM進行處理利用。例如，對于焊接過程的工藝參數，焊機數據采集系統(tǒng)在采集到焊接的電流、電壓等工藝參數后，需要將真正施焊之前的試焊階段的無效參數過濾掉，只將真正施焊的工藝參數傳回數據采集平臺進行存儲。MOM系統(tǒng)則從數據采集平臺獲取數據工藝參數，與無損檢測的結果數據進行綜合運算后，產生工藝參數，優(yōu)化反饋信息。因此，邊云協(xié)同的架構是MOM系統(tǒng)技術架構的未來趨勢。另一方面，為了支持最終用戶的運維人員根據自身的業(yè)務場景需要進行MOM系統(tǒng)功能頁面的定制、修改、擴展等，MOM系統(tǒng)必須具備低代碼開發(fā)支撐能力。因此，PAAS化是MOM系統(tǒng)技術架構的另一發(fā)展趨勢。（二）系統(tǒng)功能的發(fā)展趨勢MOM除了覆蓋計劃協(xié)同及任務排產、倉儲物流管理、質量管理和設備管理四部分業(yè)務功能外，未來還將會向企業(yè)業(yè)務鏈的上下游擴展，向上游的生產計劃、采購部分等業(yè)務延伸。一方面，MOM作為生產管理的核心系統(tǒng)，物流倉儲、質量檢驗、設備維保等業(yè)務與生產計劃及作業(yè)執(zhí)行緊密相關，生產計劃排產及現場工序作業(yè)執(zhí)行過程中必然存在物料配送及轉運、工序檢驗等過程，將這些業(yè)務通過MOM平臺進行集成并統(tǒng)一管理是生產順暢運行、生產過程受控、提高生產精益化的重要保證。因此，MOM系統(tǒng)將“責無旁貸”地向物流倉儲、質量檢驗、設備維保等業(yè)務延伸。另一方面，MOM將向采購到貨后的業(yè)務延伸。MOM系統(tǒng)實施后，車間現場隨之增加MOM系統(tǒng)運行所必需的工控機、手持終端、工業(yè)平板等設備，因此車間現場的物流人員、操作工等使用統(tǒng)一的MOM系統(tǒng)和所配置的信息化終端進行物料接收等業(yè)務，可以避免同一個角色使用多個軟件或硬件系統(tǒng)導致的軟硬件切換問題，提高操作便捷性，更重要的是能保證采購物料出入庫登記的及時性，保證賬實相符，從而為生產計劃及任務的安排提供更為準確的物料齊套數據支撐。（三）供需關系的發(fā)展趨勢對于離散制造業(yè)，不同規(guī)模的企業(yè)結合自身的需求特點和資源配置，對MOM系統(tǒng)的建設方式各不相同?？傮w上，MOM建設方式呈現出三種趨勢：對于小型制造企業(yè)而言，MOM的SaaS化趨勢明顯。小型企業(yè)的生產相對簡單，管理的復雜度相對較低，對MOM的需求主要集中在進度統(tǒng)計、關鍵物料或產品的掃碼記錄等方面，需求相對簡單，容易標準化，可以通過使用SaaS化MOM進行滿足。另一方面，小型企業(yè)在信息化的資金投入、人員投入等方面相對有限，因此SAAS化的商業(yè)模式也容易緩解其一次性資金投入的壓力，并且為企業(yè)節(jié)省運維人員的投入。因此，中小型制造企業(yè)的MOM向SaaS化發(fā)展是目前的趨勢。對于中大型企業(yè)，選用專業(yè)供應商的第三方平臺產品是目前的趨勢。一方面，中大型企業(yè)的生產制造業(yè)務的復雜度較高，不同生產類型對MOM的需求特點差異化大，管理需求不僅面寬而且部分環(huán)節(jié)管理的精細度也高，業(yè)務量大，數據量也大，因此對MOM系統(tǒng)功能的完備性、適配性、可靠性、擴展性都具有較高的要求，一般不容易通過短期的定制化開發(fā)解決，需要相對成熟的平臺化產品方能滿足。另一方面，多數中大型企業(yè)的信息化團隊并不具有足夠專業(yè)