近來，PLM舉起了產品創新的大旗，強調了PLM與MES的集成，并將MES拉進到PLM疆界之內。而數字化制造在車間現場的落地，又使MES充當了產品數據從虛擬世界到現實世界的窗口的作用。MES與PLM的這些互動和發展，引起了工業企業的信息架構的變化。一種以PLM-MES為軸心的、新型的、適應數字制造環境的企業系統架構顯現和發展起來。
MES的概念和應用已經存在20年了，隨著制造技術的進步和制造環境的變化，MES無論在內涵上或形式上都在不斷的擴大和深化，在制造中起著越來越重要的作用。
一、 MES從單項應用發展為企業系統
1990年美國的AMR打造了術語——“制造執行系統MES(Manufacturing Execution System)”用來定義制造現場作業管理的信息系統。在這個時期，企業信息系統架構是以PDM(PLM)與ERP的集成為核心的。PLM貫穿了產品的創新與工程，ERP則是企業業務的執行和對產品制造的支持。MES只是包含在ERP中、作用在價值轉換過程中的一個環節(見圖1)。大的供應商當時都將MES納入了自己的集成企業系統套件的版圖。
圖1 以PLM與ERP集成為核心的企業架構
生產MES經過多年的應用和實踐，將原來在ERP系統但和制造關聯緊密的部分集成起來，發展成為 “將產品制造價值流過程透明化，并在透明化的基礎上，建立起不僅是垂直的(填補了企業級管理到設備控制組件的間隙)，而且是水平集成的(將制造資源如工具工裝、設備維護的管理，技術文檔、勞動工時以及質量和依從性的管理橫向的集中在一個平臺上) 、短周期控制的制造系統”。這時的MES實際上已經成為縱橫交錯的新型企業系統，見圖2。
圖2 MES成為以制造為核心的新的企業系統
二、全局MES的概念和與PLM的集成
從工程的角度出發，制造又是產品生命周期的一個階段。使“制造”處在企業價值流和產品生命周期過程交叉的十字路口(見圖3) 。
圖3 制造在企業價值流和產品生命周期過程交叉的十字路口
盡管產品生命周期管理的概念來由已久，但長期以來PLM系統被封閉在工程領域，所關注的僅僅是設計和工藝信息的管理和傳遞。在產品生命周期管理系統中，存在著制造階段和維護支持階段的信息和作業管理的斷層。
而最近幾年，產品生命周期管理的應用有所回歸。PLM需要用制造和維修過程中獲得的經驗、知識來支持產品的創新。制造過程所發生的故障、例外事件分析、處理的數據等信息向工程領域反饋，形成閉環產品生命周期過程。這種進步必然引發了PLM從MES中獲取信息要求的提升。按照工程即產品生命周期管理的要求，MES向工程方向擴大了功能，如：
● 接收與產品訂單相符的設計和工藝的信息，傳遞給現場的技術人員、管理人員和作業工人和檢驗人員;
● 記錄和采集制造過程的狀態信息和例外信息，記錄每個產品的構型、來源，作為法規依從性審計的依據;
● 具有一定的作業指導書的編輯能力，以應對現場變更和例外時間的處理;
● 形成可以確認單個產品符合設計和技術條件規定的文件或數據包，并和產品同時交付，作為維修使用階段的基線等。
盡管某些傳統的生產MES或多或少的涉及到上述的部分要求，新型的MES開始出現、它在保持生產管理基本功能的基礎上，增加了PLM需要的功能。新型的MES適應了產品生命周期和企業價值鏈兩個過程的能力，我們稱它們是“全局MES(Total MES)”。
全局MES的出現拉近了MES與PLM的關系，制造企業和各大PLM供應商開始重新定義PLM的疆界，PLM除包括產品和工藝設計之外，又將制造和維修環節一并劃入。MES則成為PLM新疆界中的一部分。MES和PLM的緊密集成，形成了產品生命周期的真正閉環。
至此，PLM與MES的關系比ERP更為緊密，驅動了企業信息架構發生了重大的變化。MES作為新型的“作業執行”在企業系統中取代了ERP的位置。而ERP則以“業務執行”的角色對PLM和MES進行支持。這時制造企業的信息化架構的如圖4所示。
圖4 在企業架構中MES取代了ERP的位置
三、數字制造落地和數字化MES的進步
近幾年來，數字化制造Digitizing Manufacturing迅猛發展。不可避免，產品生命周期的下一個階段“制造”，正面臨著產品數字定義在車間現場“落地”的急迫任務。實現工廠的數字化制造將徹底改變制造現場的環境。
數字化工廠的初級階段，根據產品的三維數字模型來定義和通過仿真優化過的制造過程設計，向制造作業的操作者提供基于三維模型的數字化制造指令和作業指導信息;在制造作業中，操作者也用數字化的手段和裝置向上層業務過程(PLM和ERP)反饋數字化的作業狀態信息。數字化工廠成為一種全新的制造能力或制造模式。這其中最重大的進步是制造現場信息傳遞從2D到3D的改變。這讓MES又有了新的發展。其中主要的變化是：
● MES擔負了工程信息從虛擬世界到現實世界的轉換、現實世界的制造信息向虛擬世界回饋的窗口的作用(見圖5);
● 現場所有信息采集和傳遞是無紙化的;
● MES與制造現場所有信息源和信息受體的完全集成。
于是出現了新的、適應數字化環境下的“數字化MES(Digitizing MES)“。它們在全局MES的基礎上，還需要解決例外信息的數字化傳遞、實體產品標識的無紙化問題、現場的例外工藝的編輯問題、質量和依從性信息采集的數字化手段等問題。
數字化MES作為生產現場集成的信息平臺，為數字化設施的集成和互聯提供基礎。分布在各個作業點上的微電腦、移動終端、RFID/條碼設備、軟件PLC、數字化測量設備和無線工業以太網都被集成的連接在MES系統中。數字化MES成為數字化工廠的脊柱。另一方面MES為進行工廠布置和流轉的模擬優化提供訂單、計劃、設備、控制、生產狀態的數字模型和數據。數字化MES又成為虛擬的數字工廠的基礎之一。
圖5 數字化MES成為虛擬世界與現實世界3D信息交互的窗口
四、數字線和MBE及基于模型的MES
洛克希德?馬丁公司在F35制造中，成功的利用三維CAD數據直接輸給計算機數控(CNC)機床進行零件加工,或輸給復合材料編程系統(CPS)進行碳纖維布置的設計，最后成品都可以追溯到原始的計算機模型。從此，自設計開始到加工乃至最終裝配，形成了不間斷的數字化數據的鏈路。洛克希德?馬丁打造了術語“數字線(digital thread)”來描述這種新的非常簡捷的工作方式。數據線的概念被認為是重要的進步而得到迅速的推廣。
基于模型的制造企業MBE被描述為：應用建模和模擬(M&S)技術對產品設計、制造和支持等全部技術的、業務和戰略管理的過程進行徹底的改造，構建的無縫集成的制造企業。MBE中的模型指的是對產品設計和制造的數字化描述。產品的模型是可以用來進行制造、使用和支持的全部屬性的電子表達。MBE簡潔而深刻的3板塊的企業架構：產品的實現和支持、資源管理和戰略管理，見圖6。
一個有效的產品模型包括定義產品所必須的全部要素，并能夠提供產品的詳細信息。MBE保證產品從原理、設計、工藝到制造、到支持和報廢處理的全生命周期的開發過程更加快速、流暢和更經濟。
圖6 MBE形成了新的企業系統構架
在MBE中，制造執行將作為數字線(digital thread)的末梢直接完成加工和裝配的作業。我們將這個階段的MES稱為“基于模型的MES(Model-based MES)”。在中國，實現MBE和基于模型的MES不僅為建立各種與現實狀況相近的模型是一種挑戰，各種基礎數據的補課可能要求付出更艱苦的努力。
五、數字化制造環境下的企業信息構架的研究迫在眉睫
MES的發展和因MES引發的企業信息架構的變化給我們描繪出了以PLM—MES為軸心的新的企業架構的愿景。了解當前制造企業架構的發展趨向，給我們以重要的的啟示：舊的信息架構和信息化規劃的方式已經不能適應數字化制造時代的要求了;也使我們察覺出我們企業差距之大。當前，幾乎所有的制造企業必須盡快的跳出部門的和傳統的觀念，以數字線的貫通為目標，及早構建以產品全生命周期(包括MES和MRO在內)為主線、資源管理為支持的新型企業架構。
