寇博聊智造 ▏关于集团MES布置架构的思考

作者：寇怀成

随着各工业企业对于MES系统了解和重视度不断提高，也随着工业互联网和云平台等技术的概念的普及和不断发展，部分集团型制造企业已不满足单个工厂实施MES，而是考虑如何落地实现集团架构的MES系统，在跟各企业沟通中，这个问题也是一个相对普遍的问题。所以，今天我们在这里探讨一下集团MES的部署形式。

01 常规的系统布置架构

集团形式的MES系统几乎没有案例，我们参考其他信息化系统，先谈下常规的OA、ERP等管理系统布置架构。

1）多工厂的集中部署

集中部署，是把集团下属企业的各个生产管理系统统一部署在集团的服务器集群上，采用私有云平台或者超融合服务器的形式，一套中心服务器支持多个工厂的应用。

• 优点

运维相对简单，由集团的IT专业人员对服务器、数据库、系统集中运维以保证系统的稳定。管理系统统一，集团采用一套管理系统，统一管理标准，数据集中管理。系统费用低，单套系统，增加用户授权即可，降低软件费用。

• 缺点

集中节点，必须保证较高中心服务器配置和各节点冗余，如数据库集群、应用服务器集群冗余，网络系统冗余等，所以大多集中部署都会有一套远程灾备系统；由于带宽和网络稳定性问题，系统快速性无法及时保证。

2）多工厂的分布部署

分布部署，每个工厂部署一套服务器，工厂服务器通过专线或VPN方式连接到总部，获得更高层次的业务指令（如有）同时上传工厂管理过程数据和统计数据。

• 优点

集团服务器可以精简，只保留数据存储和展示能力即可；就地服务器也可精简，部分应用集中部署在一台服务器上，例如报表与历史数据库服务器，单机维护成本低；降低了服务器问题导致的停线，一旦服务器、系统或网络有问题，也仅仅是一个工厂出现异常；能够和本地系统进行快速数据交换。

• 缺点

缺点：各工厂需要具备一定的系统运维能力，否则当系统出现问题时，不能及时解决；如果是单一系统，多地部署肯定会增加相关软件和授权费用，增加投资。

所以，如果不考虑MES系统本身的特点，两种方式各有优劣点，但集中部署确实是当前主要的技术趋势。

02 MES系统的特点

IEC/ISO 62264标准将企业的功能划分为五个层次，明确地指出MES系统是企业功能层次中的第3层，目的是实现生产最终产品的工作流活动，包括生产记录的维护和生产过程的协调与优化等。

由此对MES系统的应用主要为两个方面：

1）针对制造运行管理内部的整体结构、主要功能及信息流走向的定义。即生产管理系统的应用构建，能够根据企业生产特征，实现生产过程全面管理和优化；

2） 针对制造运行管理与其外部系统（即第4层的业务计划系统、第2层及其以下的过程控制系统）之间的信息交互的定义。对控制层，及时了解获得现场控制数据，根据生产流程推动生产管理过程，同时记录各管理执行情况。对业务计划层，接收业务计划，上报执行情况，汇总生产数据，用于上级监管和决策支持。

所以，同样是信息化系统，MES系统和ERP、OA等具有完全不同的特点，具体如下：

1. 作为生产过程的管理系统，它与生产过程紧密相关。不同的工艺，不同的产线，意味着完全不同的MES系统，这也是MES定制化程度高最主要原因。甚至同样的工厂，不同管理人员会采用不同的管理方式，那么MES系统也可能不同。
2. MES是生产执行系统，它的使用者是工厂车间生产的参与者，包括操作人员、维护人员、质量人员以及生产负责人等。
3. MES作为当前工厂数据交互的核心，与ERP等经营层和控制层都存在着数据交换。但在关系度上，MES与控制系统的紧密度更高，数据交换频率也更高。
4. MES系统不是单纯的软件系统，而是一个与硬件结合紧密的集成系统。生产管理需要把人机料法环等生产因素数字化，这些都需要硬件的配合，如条码、RFID、考勤机、测厚仪等数字化的采集终端；同时，需要把执行指令过程传到部分设备，如条码打印机等。

03 集团MES系统的部署建议

基于以上特点，我们更建议MES系统采用分布式部署方式，原因如下：

• 基于特点1

不同工厂，管理不同，系统不同，那就意味着50家工厂，就要有50套mes（对于与工艺无关的系统，可以统一建设，集中部署，如设备管理）。而集中的主要目的是采用一套系统，便于集中维护管理，多套系统集中的意义并不大。

• 基于特点2

使用者其实就是系统的需求提供者以及应用评价者，采用集团集中部署的方式，系统远离使用者，不利于需求的变更和适配过程的维护。其次，任何软件本身就是一个不断优化的过程，集中部署，集中维护，不同工厂提出不同的优化需求，在不同系统做不同的改动，这会让集中维护过程异常困难。此外，MES系统与车间的紧密度更高，如果系统出现问题，那就意味着现场生产的停止或者半停止状态。

• 基于特点3

MES系统从基本架构上要靠近控制层、要靠近现场，控制层要以秒级的周期发送数据给MES，这同时要求实时性和更稳定的通讯。这比ERP系统的数据传送量和周期都更高得多，集中部署必然要求更高的带宽、更小的延时和更大的存储空间，这对服务器要求较高。而且这些数据其实管理层并不关注。

MES、控制系统、物联终端三者的密切度非常高，缺少基层的设备支持，MES系统就缺少了眼睛和手脚，从一个集成大脑变成了数字表格，这就失去了建设的根本意义。所以，从设计、建设、部署和维护的各个过程来看，MES系统适合与控制系统同期建设，就近设置。

• 基于特点4

MES需要使用现场设备和终端，集中部署后，数据采集将更加繁琐；此外，当涉及调用设备时，通过BS架构，使用浏览器不支持远程调用现场设备，需要中间转换，这对于工厂管理的数字化实现实际上增加了障碍。

基于以上原因，对于集团性质的MES系统，当前基本都采用分布部署方式，只有对于那些企业生产性质单一的集团，才有集中部署的案例，如水务集团，或者风电行业，其管理模式统一，现场生产过程简单，可以采用集团统一部署生产管理系统的方式。

集团MES系统架构

集团MES部署采用云架构，基于工业互联网平台的模式进行整体架设。

端：是终端设备，主要有现场设备，控制系统，物联仪表等；
边：云的边缘侧，边涉及的概念是云的子集，与云分工协作，可以产生更快的网络服务响应，满足各行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的需求。主要部署厂级应用，包括MES、EMS、厂级管理分析等；
云：云计算的中心节点，边缘计算的管控端，这里主要部署总部应用，如ERP、OA、大数据分析工具、其他集团性质管理或者协同应用等。

集中部署即为单独云的方式，适合实时性要求不高、计算和用户密集型场景，如面向互联网的各种Web服务（这里指ERP等）、AI模型训练、离线大数据处理等。

我们建议采用的分布部署即为云、边协同的方式。适合实时性要求较高、比较重视隐私、与云连接的网络无法实时保证，或数据量过大网络带宽受限的场景。

基于云、边、端架构，按照系统的特性设置合理的区域，端主要为控制系统，部署在车间等现场，数据周期1s以内；边，对于端实现汇聚，部署厂级管理应用，能够直接调用现场设备，数据周期5S以内；云，协同管理的大脑，部署集团级应用，数据无定时周期，按照使用情况调用，但多为慢周期或间歇性数据传输。

数据从端、边、云向上汇集，数据量逐步减少（去除对管理无效的实时控制数据，只留下适用于决策的关键实时数据和管理过程数据），周期逐渐增加。同时，端、边为双向通讯，满足数字工厂的闭环控制和管理特性；边、云为单项传输，满足工厂内部的安全特性。

采用这种架构能充分满足数字工厂的技术要求，满足数据的传输和控制要求，满足系统的安全性要求，是当前技术下相对合理的多工厂MES部署架构。

注：部分图片来源于网络，如有侵权，请联系管理员删除。