离散制造业MOM工业软件的发展难点和趋势.pdf
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1、离散制造业 MOM 工业软件的发展难点和趋势孔祥君 高云鹏 吕海洋(国机智能技术研究院有限公司,北京 100190)摘要:制造运营管理MOM是智能工厂的核心系统,负责生产制造环节人机料法环测业务的管理,支持制造企业实现智能化生产。我国离散制造业的 MOM 工业软件一直存在平台化程度低、定制化程度高、缺少规模化供应商、实施成功率低等诸多问题,导致 MOM 对离散制造企业的数字化转型难以形成有力且可持续的支撑。本文回顾了离散制造业 MOM 系统的发展历程及现状,结合我国离散制造业的特点分析了当前离散制造业 MOM 发展的主要壁垒和技术难点,并对 MOM 工业软件未来的技术及行业发展趋势进行了展望。
2、关键词:离散制造;制造运营管理;MOM;工业软件;发展趋势中图分类号:TP11 文献标志码:ADevelopment Difficulties and Trends of MOM IndustrialSoftware for Discrete ManufacturingKong Xiangjun Gao Yunpeng Lv Haiyang(SINOMACH Intelligence Technology Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100190,China)Abstract:Manufacturing Operation Management MO
3、M is the core system of smart factory,and undertakes enterprise operation management and design system,and supports manufacturing enterprises to achieve intelligent production.The manufacturing operation management MOM industrial software in our discrete manufacturing industries always has many prob
4、lems,such as low degree of platform,high degree of customization,lack of large-scale suppliers,and low success rate of implementation,which makes it difficult for MOM to form strong and sustainable support for digital transformation of discrete manufacturing enterprises.This paper reviewed the devel
5、opment history and current situation of MOM system in discrete manufacturing industries,analyzed the main barriers and technical difficulties in the current development of MOM in discrete manufacturing industries combined with the characteristics of Chinese discrete manufacturing industries,and pros
6、pected the future technology and industry development trend of MOM industrial software.Keywords:Discrete Manufacturing;Manufacturing Operation Management;MOM;Industrial Software;Development Trend制造运营管理系统(manufacturing operation management,MOM)承接企业运营管理环节的生产指令,与企业资源计划(enterprise resource planning,ERP)
7、及产品全生命周期管理(product lifecycle management,PLM)等系统紧密集成,按照产品设计及工艺要求,组织并管理生产制造相关的人、机、料、法、环等各类要素,实现从生产订单下发到产品完工入库之间的计划排产、作业执行、物料配送及流转、质量检验、设备维保等企业相关业务的数字化、信息化、智能化,是制造企业建设智能工厂的核心系统。离散制造业普遍在生产制造环节具有生产行业赋能 Industry Empowerment532023 年第 09 期 第 13 卷组织灵活多变、人工参与度高的特点,尤其是对于复杂装备制造相关行业,更是呈现产品结构复杂、定制化程度高、多品种小批量等特点1。
8、相对于流程制造业,离散制造业在生产制造环节的信息化、数字化、智能化的程度相对较低2。近年来,随着“中国制造 2025”等国家战略工程的推进,制造运营管理系统作为支撑制造企业生产制造环节信息化、数字化的核心工业软件,受到越来越多的离散制造企业的重视和应用3。MOM 领域的技术和服务水平成为我国离散制造企业数字化转型的决定性因素之一。一、MOM 发展历程及现状制 造 执 行 系 统(manufacturing execution system,MES)自 20 世纪 70 年代出现以来,一直是制造企业生产环节信息化管理必需的信息系统4-5。根据 ISA95-2010 中的定义,MOM 主要覆盖生产
9、制造过程中 12 种类型的业务活动,通常也被认为是 MOM 系统应该具备的功能模块(图 1),其中包括基础资源管理相关业务(资源分配与控制、文档控制、人力资源管理三类)、与生产计划及组织相关的活动(详细工序排程、生产派工、工艺过程管理、数据采集、生产跟踪、质量操作管理、物料管理及跟踪、绩效分析)。其中的物料管理及跟踪是 ISA95-2010 在 ISA95-2000 对 MES 定义的基础上新增的一个业务域,也可以看作是 MES 和 MOM 管理业务域的主要区别。相比于 ERP 系统,MOM 系统可以将生产计划和调度的细度由订单级细化至工序级,将进度采集的颗粒度由周/天细化至天/小时,对于一些
10、特定工艺,更可以实现作业过程的工步级管控6,因此大幅提升了生产管理的精细度和实时性。我国自 2000 年前后开始出现第一批专业提供 MES 系统软件和服务的供应商。部分企业从代理欧美国家的成熟 MES 软件起步,后逐步开始自研系统。其服务的目标行业起初主要集中在汽车、电子、电器等相对批量化、流水化,工艺相对稳定,基础管理相对较好的一些离散制造行业,后来逐步扩展到对 MES 系统有较大需求的复杂的装备制造行业。随着“中国制造2025”相关战略的推进,MES 成为企业建设智能工厂/数字化车间所必需的软件系统,其市场需求猛增,从而带动了一大批 MES 厂商的出现。据不完全统计,我国目前 MES 厂商
11、有数百家,但市场集中度极低,绝大多数 MES 厂商所服务的行业局限在特定的行业,且定制化程度很高,因此很难发挥软件的低/零边际成本复制性的优势,难以壮大自身规模,使 MES 行业呈现出大而不强的明显态势。近年来,随着离散制造企业数字化需求的成熟和发展,MES 系统逐渐演变为制造运营管理 MOM。除了 MES 系统覆盖的生产计划相关图 1 ISA952010 定义的 MOM 所覆盖的业务活动行业赋能 Industry Empowerment542023 年第 09 期 第 13 卷图 2 中国 MES/MOM 市场规模图 3 当前 MOM 发展存在的主要困难和障碍业务活动,MOM 还包括仓储物流
12、管理、质量管理、设备管理。相比于覆盖某类车间生产执行的 MES 系统,MOM 既是一类软件系统,也是一种管理理念的体现。MOM 覆盖的业务域更广泛,包括与生产制造紧密相关的物流、质量、设备,促使生产制造环节各业务紧密集成、协同的优势更为明显,更有利于生产制造相关业务的一体化管控。因此,从 MES 到 MOM 发展的驱动力不是厂商的“圈地”行为,更多的是制造企业的数字化、信息化的提升需求。二、离散制造业 MOM 的壁垒及技术难点作为一种管理类工业软件,MOM 一直未能像同为管理类软件的 ERP 一样出现大的平台型产品或者具有较高市场占有率的供应商。根据2022 年数字化企业网的统计和预测,国内年
13、度市场规模约为 60 亿元,并有超过 10%的平均年增长率。而国内目前离散制造业 MOM 厂商鲜有MOM 业务规模超过亿元者。以此推算,目前中国尚无整体市场占有率超过 5%的产品和厂商,如图 2 所示。离散制造业 MOM 系统未能形成平台化、规模化的原因及其迈向规模化的壁垒和技术难点,包括以下几点(图 3):(1)在 MOM 系统研发方面,难以形成对不同生产组织模式及工艺类型均能够高度适配的平台化产品,即平台化产品的研发难度很高;(2)在系统实施应用方面,难以与企业流程上游的信息系统及下游的设备产生顺畅而有效的数据交互,导致其运行不畅,而这背后则是对 MOM 从业人员服务能力和用户企业基础数据
14、提升的要求;(3)在知识传播方面,缺少理论体系的支撑,导致行业从业人员及用户对 MOM 难以形成共识,从而导致行业人才的培养以及对 MOM 的学习、掌握、应用存在一定困难;(4)MOM 作为智能工厂的核心系统,其上游关联经营管理、设计工艺、供应链等多个业务域,且 MOM 的成功实施往往需要对上游业务系统存在的问题进行梳理和解决,因此对实施人员的能力要求较高,但目前行业从业人员的水平与用户对服务能力的需求存在差距,无法满足行业快速发展的需求。行业赋能 Industry Empowerment552023 年第 09 期 第 13 卷(一)对不同需求场景难以实现高度的适配MOM 对生产制造相关业务
15、的适配性包括以下三个方面,如图 4 所示。1.对各类生产组织模式的适配生产组织主要包括计划排产、任务分配、物料的领用或配送、质量检验模式等7。其主要内容是支撑生产管理人员进行生产任务及相关支撑任务活动的组织,并将任务指令传递到具体的执行人员或者设备进行最终的执行。对生产组织模式适配的难点,一方面,根据产品的批量特点、产品结构复杂度、工艺特点等会产生很多细分模式,比如生产物料的领用,有按单个订单单独领料、按多个订单合并汇总领料但仍区分物料与订单的对应关系、按多个订单汇总领料但不区分物料与订单的对应关系等多种模式;另一方面,对于离散制造业,由于大部分企业具有多品种、小批量、定制化特点,其工艺稳定性
16、、供应链可靠性不佳的现实导致很多客观存在的异常,这些异常需要 MOM 以异常模式进行适配,比如装配时软件、领料后物料清单(Bill of Materials,BOM)变更等场景。若MOM 系统不能支持这些异常模式,则会造成系统内信息与实际执行的业务不符,即出现线上线下业务“两层皮”的情况,导致系统失去对业务的支持和管控。2.对不同工艺类型细分场景的适配对于离散制造业,不同工艺类型车间的生产组织模式及管控重点有很大差异。对于冷加工工艺,如机加工、装配、下料、冲压等,管控的重点在于计划排产、任务调度、物料齐套配送、材料利用率或设备综合使用效率等,管控的颗粒度一般是在工序或工位任务层级8,且根据所生
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