山歌寥哉！生产制造系统需要新治理框架

2023-08-03 14:24 由华为云开发者联盟发表于 #其他

本文分享自华为云社区《工业互联网系列（九）：山歌寥哉！生产制造系统需要新治理框架》，作者：云起MAE 。

前面文章介绍国内生产制造系统MES/MOM市场现状时，分析过因为目前MES/MOM类系统产品标准化程度低、行业碎片化严重、以定制化项目交付模式为主，导致市场处于同质化低水平竞争状态、企业用户和服务商供需两端都很痛苦。

近年来，随着软件开发技术门槛的大幅度降低、制造模式从“供应拉动”走向“需求拉动”、资本热钱加持、以及国内企业管理者在中国制造业整体格局提升下变得日益自信等多种环境因素下，传统以PLM/ERP/MES系统为核心的信息化架构在加速解构，国内涌现了一批单点应用厂商，传统ERP范畴的业务模块几被分拆干净，日益式微走向“财务管理”后台系统，尚未完成标准化的传统MES系统也不能幸免，沿着计划层/执行层/控制层被解构分拆。国内单点应用的头部厂商的营收能做到2亿以上，但是人效依然低（30多万）、入不敷出、靠资本续命，以至于单点SaaS应用的投资人绝望到想转行为“脱口秀演员”，在“雪球”社区发出了“中国不需要SaaS”的灵魂呐喊。

随着外部环境的不断变化,生产管理的复杂度及规模性也发生了很大变化,企业必须能够迅速响应市场多样化和不确定的需求，多品种小批量的快速制造提供能够满足顾客需求的产品。在这种新的常态化的制造模式下，制造企业尤其是中小型企业是否真的需要购买使用这么多单点应用？应用的碎片化和前端市场要求企业后端生产能快速响应是否存在矛盾？传统ERP/MES需要改造的方向究竟是应该继续分拆干净、还是应该在保持“业务一体化”框架理念下提升单点业务模块的精细化运营管理能力和用户体验? 这些问题需要先从软件系统对最终客户的业务价值和生命周期使用成本上综合考量清楚。

现代工业制造产业的运作模式由早期的福特“超级工厂”为标杆，到延专业分工解构分拆为上下游各类相互配套协同的“单点工厂”，到近年来再重新出现特斯拉“超级工厂”模式。信息软件产业的构架模式同样经历了由“软硬一体集中式”到“软硬分离单体分布式”，再回归到出现“集中式”的云计算形态和“软硬一体”的智能体产品形态。变的是技术路线和方案模式，不变的是背后满足企业用户需求同时追求经济适用的原则。

回归聚焦到MES/MOM类生产制造系统的构架问题上，我们在重新构架设计MES/MOM类系统时需要重点考虑其所支撑业务板块所处的业务环境背景：

生产是制造型企业的核心业务，生产环节从来就是各种信息和各种业务的汇集地，工厂几乎其他所有的业务环节都是为生产产品服务的，这一点本质上决定了支撑生产业务的MES/MOM类系统是“四战之地”，与支撑其他业务板块的系统存在复杂的信息交互和紧密的业务协作。
在“多品种小批量个性化定制”制造模式的某些行业，面向差异性更大的定制化服务、更小的生产批量、不可预知的供应链变更和中断等困难，MES/MOM类系统需要能够适应快速变化。
随着制造业面临的用工问题等挑战，推动生产环节加速自动化，业务计划执行层与自动化设备控制层的信息交互趋于实时化，MES/MOM类系统需要能支撑这种异构系统间的数据实时流动。
即使是同一个企业，不同产品类型、不同工艺流程或者不同制造模式下，对于生产执行运营管控的需求都存在一定的差异性，MES/MOM类系统需要能够灵活适配这种差异性。

基于以上几点业务背景，我们审视下如何重新解构MES/MOM类系统，构架新的可持续运营与治理框架。

（一）业界常见的基于“微服务模块化”的构架思路

基于“微服务化”的技术架构，对MES/MOM类系统进行分拆重构是目前业界主流的做法，常见的有三种思路：

面向过程重构：承袭沿用ISA95架构，按计划/生产/质量/仓储等业务环节分拆成多个微服务应用，再通过内外部API集成平台将它们互相集成起来。

某知名工业互联网厂商MES系统架构图

面向对象解构：主张按照按“人、机、料、法、安、环、测”等生产要素对象进行解构拆分，每个生产要素都提供一些单点应用或融入到已有的应用，借助集成平台、微服务、容器化、工作流引擎等将他们互相集成起来。（相关作者观点：打死MES）
中间路线：主张将“人、机、料、法”等制造资源主数据对象抽离重构为标准数据模型服务，再面向生产过程的各个业务环节分拆重构为多个单点应用，通过API编排工具来串联单点应用间的信息流。

基于主数据共享的MES/MOM系统分拆架构图

以上三种构架思路本质上大同小异，通过新的“微服务、容器化”技术框架来重构传统单体式的信息化架构系统，试图将传统架构笨重迭代缓慢的MES系统分拆做轻做敏捷，笔者认为这些手段更多是技术层面的改良，面向上面介绍的MES类系统所处的业务环境背景，存在以下2个无法解决的问题：

业务环节间协作紧密、网状强耦合缺一不可：生产环节从计划管理、过程执行到设备控制的各个业务环节相互驱动与制约，各个业务环节不完全是前后线性关系，需要形成一个可持续改善的闭环，才能敏捷响应前端市场需求。微服务框架的本质是实现复杂应用系统模块化的“高内聚低耦合”，要求各个单点应用模块的业务耦合关系尽量低，对于生产制造管理，各个业务环节是个强耦合关系、缺一不可，拆分成多个单点微服务应用后，应用之间的耦合关系变得更为复杂，应用测试/部署/治理的成本变得更高，微服务框架没有发挥出优势，关键也没有解决业务问题。微服务框架的后期运维比传统单体应用复杂，对制造业工厂客户的要求过高，也超出了绝大多数的集成服务商和咨询公司所能驾驭的能力。
各个单点应用厂商边界问题、难持续运维升级：MES/MOM系统的计划排程/生产执行/质量检验/仓储管理/物流执行/设备维护等这些业务环节如果分拆为多个单点应用服务，这些应用服务之间存在双向的数据集成和业务协同，一方面这与微服务框架 “尽量解耦、单向依赖”的原则是冲突的。另一方面没有分拆之前，这些业务模块间集成和测试是单个系统厂商内部的事情，但是一旦拆分为多个单点应用服务，那么这种集成就变成多个外部第三方供应商之间协作，任何变动造成的协作问题将变得非常复杂。因为生产过程各个业务环节的信息交互频繁和协作紧密，造成不同供应商应用之间的边界不够清晰，要进行这样的协作，经常会触及到某些供应商的利益。这时技术的或非技术性的集成问题、人为的或非人为的配合问题，不仅伤及集成服务商，企业自身也会付出很大的无用成本。

（二）新框架思路参考

MES/MOM类生产系统的核心是业务流程驱动的各业务环节模块间高效紧密协同，要满足企业个性化需求及未来的扩展需求。对于MES和MOM来说，更有价值的不是按生产过程的业务环节或生产要素进行拆分，而是基于统一的数据与应用平台底座构建一体化的业务应用同时在框架层面进行分层扩展：平台基础模型层/行业扩展层/企业扩展层，真正解决MES/MOM类生产系统不同业务模块间可高效紧密协同，以及系统可快速定制、低成本可持续升级运维的问题。

MES/MOM类生产系统的新框架思路

基础技术平台：解决架构和技术统一问题，屏蔽技术细节和复杂性，补齐关键基础能力，并提供零/低代码扩展开发的相关能力，提高整个系统的扩展性和灵活性。
MES/MOM应用平台：解决提供覆盖制造运营全业务流程的共性模块，从而最大限度实现重用可扩展，满足共性需求，并做适度的“模型化”抽象封装，满足跨组织协同对数据标准一致性的要求，同时屏蔽业务内部细节的复杂性、保证支撑业务功能目标达成的能力深度、避免复杂场景下的演进瓶颈。
行业扩展应用：基于平台层的基础功能模型，面向各个细分行业进行扩展，满足特定行业的共性需求，实现对细分领域的深耕，从而更好为细分领域客户创造价值。
企业扩展应用：基于行业扩展应用为单个客户而定制化开发，满足某个特定企业客户的个性化需求。

其中，前两层的对技术能力和产品力/品牌力要求高、投入大，建议由业界有实力的大厂公司研发。后面两层可以由具有细分行业领域Know How和商业资源的集成服务商、实施服务商承担，这样可以很好分工，发挥各自优势，快速建立其良性的市场生态体系、提升商业价值。

（三）对中小企业的建议

对于中小型制造企业，普遍缺少数字化关键基础能力和相应的数字化人才储备，很难自行完成总体规划和系统选型，容易形成各个业务部门采用“自下向上、各自为战、头痛医头、脚痛医脚”的方式建设多个单点业务应用系统。后期集成这些来自不同厂家的单点应用难度很大，企业发展以后，不少应用只能抛弃，成本和时间的代价非常高。建议中小企业从解决业务和管理的痛点出发，以经济实用为目标，应该专注于业务本身，尽量可以选择成熟一体化可扩展的应用平台，先从核心业务开始逐步构建生产数字化系统，避免单打独斗。

（四）华为云数字工厂MOM平台介绍

华为自己就是一个“多工厂、多产品工艺类型、多生产模式”的大型制造企业，华为在过去几年构建了满足多个业务线多种生产模式的智能制造系统，华为云根据对华为智能制造系统的实践和国外成熟生产管理软件的学习，进行相应的产品化抽象封装，打造了一套专门面向中小型企业生产制造场景的数字化工厂MOM平台。平台提供快速开发和交付生产数字化系统的能力，并考虑到不同行业不同工艺流程的差异化需求，选择将应用的最后一公里交给企业开发者或生态伙伴，支撑成长型中小企业或生态伙伴能够基于统一的制造数字化平台底座，快速补齐数字化升级的关键基础能力，实现自主构建与持续演进敏捷柔性化的生产数字化系统。

华为云数字工厂MOM平台的产品框架图

基于对华为智能制造实践的抽象封装，华为云数字工厂平台打造了9类工厂应用模型配置器，支持企业开发者或者行业伙伴通过图形化配置的方式，就能快速生成与调整面向不同细分行业的生产管理系统，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、企业和业务组织3个层级进行扩展与调整，来灵活满足不同行业不同企业不同工艺流程对生产管理系统的个性化需求，大大降低中小制造企业建设生产数字化系统的实施和运维成本。

在MOM平台层之上，华为云数字工厂平台面向多个重点行业联合多家优质生态伙伴，把生态伙伴丰富的行业数字化服务经验转换为制造数字化应用，为企业客户提供开箱即用的行业扩展应用，让企业基于行业最佳实践，快速补齐和完善数字化管理经验，在后期的使用中，企业可以利用平台提供的易学易用的应用扩展与构建能力，持续改善生产数字化系统。

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