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當(dāng)然，標(biāo)題很響亮，但是內(nèi)容沒有這么厲害主要的原因是，工業(yè)4.0是一個很大的框架他并不是指一個系統(tǒng)、或演算法、或科技技術(shù)等工業(yè)4.0是一個比起3.0更大的哲學(xué)上幾張圖，感受一下
簡單來說，對于多數(shù)的制造業(yè)組織，營運技術(shù)(operational technology, OT)與資訊科技 (Information technology, IT) 都是共存但分開作業(yè)，之間的藩籬造成了資訊不對等，使數(shù)據(jù)的應(yīng)用效率低落，整體的制造效率仰賴片面的生產(chǎn)線感測資料。
為突破系統(tǒng)之間的藩籬，更收集了內(nèi)外部的所有資訊，集合成平臺，透過演算法及應(yīng)用工具使IT/OT之間的數(shù)據(jù)耦合，行程自主認(rèn)知、自主決策與自主回饋，對內(nèi)部和周圍可能發(fā)生的任何變化更能適應(yīng)、更靈活地反應(yīng)。
工業(yè)4.0不是一個工廠內(nèi)的課題，而是一個產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)，并且與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈不同，是一個整合與融合后的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。從企業(yè)、人、產(chǎn)品、流程之間的互相交錯的所有記錄(數(shù)據(jù))，形成一個能自我認(rèn)知、自我決策及自我改善的循環(huán)。
目標(biāo)是制造 本身的價值化，根 據(jù)生產(chǎn)流程的狀況改變 自動進(jìn)行調(diào)整，并產(chǎn)生洞察。不過數(shù)據(jù)從哪邊來、除了從設(shè)備本身感測之外，有很重要一部分，是從既有的制造作業(yè)流程中取得。
換句話說，不像是工業(yè)3.0，主要的工作是把機(jī)臺換成自動化的機(jī)械，工業(yè)4.0在乎的是大數(shù)據(jù)結(jié)合人工智能的應(yīng)用，從數(shù)據(jù)里面挖出金礦。所以，公司現(xiàn)有的作業(yè)流程系統(tǒng)，包含ERP、PLM等等，變成是重要的整合角度，雖目標(biāo)整合、但并不是把他們都放進(jìn)同一個地方而已，其中重要的是保留這些系統(tǒng)的邏輯、并且增加公司對于數(shù)據(jù)萃取應(yīng)用的彈性
這一篇，主要是要探討這些系統(tǒng)是什么、他原有的邏輯是什么，最后，再提一下這些系統(tǒng)整合的角度、看法。不過因為我本身也不是工業(yè)4.0的專家，只是有機(jī)會碰觸到皮毛，希望這篇整理能對初步認(rèn)識工業(yè)4.0的朋友有所幫助。
企業(yè)資源規(guī)劃
整合企業(yè)各內(nèi)部門的工作流程，統(tǒng)一內(nèi)部資料處理程序即時反應(yīng)企業(yè)內(nèi)部資源使用狀況，提供企業(yè)決策之參考，屬于企業(yè)用的『整合型資訊系統(tǒng)』。
整合哪些系統(tǒng)?
財務(wù)管理、人力資源管理、生產(chǎn)制程管理、供應(yīng)鏈管理
ERP 系統(tǒng)的終極目標(biāo)是整合企業(yè)的產(chǎn)(生產(chǎn))、銷(配銷)、人(人力資源)、發(fā)(研發(fā))、財(財務(wù)會計)等各部門的工作流程及資訊，透過 ERP 系統(tǒng)能有效協(xié)助企業(yè)建立流程、制度、規(guī)範(fàn)、減少人工作業(yè)重覆性，確保企業(yè)的 TQC(交期、品質(zhì)與成本)控制，優(yōu)化營運管理機(jī)制，從而提高企業(yè)核心競爭力。
先插段歷史
最初還沒有ERP時，制造業(yè)開始規(guī)劃如何管理時，是從”Material Requirement Planning”開始，也就是物料需求規(guī)劃。
MRP物料需求計劃的理論基礎(chǔ)，就是以生產(chǎn)產(chǎn)品的用料清單(Bill of Material，簡稱BOM)及生產(chǎn)與采購的前置時間，以及原物料的采購及生產(chǎn)為基本條件，來規(guī)劃何時該采購?何時該生產(chǎn)?采購多少數(shù)量?生產(chǎn)多少數(shù)量?
然而，生產(chǎn)流程的彈性大，經(jīng)常的抽單、插單，造成公司的管理上多變與復(fù)雜(例如資料輸入不夠即時、或庫存不準(zhǔn)確)，所以傳統(tǒng)的MRP系統(tǒng)因為是全系統(tǒng)運算，則會因為電腦資料的輸入不即時，而算出不準(zhǔn)確的資料
MRP是以計畫時間內(nèi)，料件在每一個時間(通常為天)的供需平衡狀態(tài)，來計算每一時間的需求計畫;其計畫量無法追蹤需求來源(訂單或制令工單)。因此當(dāng)訂單取消或變更異動時，企業(yè)就必須重新執(zhí)行MRP以確保每一計畫週期的供需無慮。
所以就有LRP的產(chǎn)生(Lot Requirement Planning, 批次需求計畫)，是假設(shè)前提為企業(yè)依據(jù)訂單生產(chǎn)。其所生產(chǎn)及采購的商品及原物料，都需要追朔訂單來源。故當(dāng)訂單變更時，該訂單連動的采購料件及工單生產(chǎn)計畫都必須跟著有效的連動。
但是只計算物料并不夠，制造流程所影響更多，所以再來就是MRP(Manufacturing Resource Planning, 制造資源需求計劃)，將機(jī)器設(shè)備 & 人工的產(chǎn)能資源納入有效規(guī)劃與控制。另外，因為資源有限，所以會搭配CRP(Capacity Requirement Planning, 產(chǎn)能需求規(guī)劃) ，可先依產(chǎn)能計劃，再來執(zhí)行MRP計劃 ， 這樣就能將設(shè)備產(chǎn)能跟用料計劃互相有效結(jié)合
1990年左右美國Gartner Group Inc.諮詢公司首先提出 ERP，把制造資源觀念擴(kuò)展到企業(yè)整體的資源管理 ，包含財務(wù)、行銷、人事、人力資源整合及研發(fā)等。
最基本的流程是這樣
然后就一個系統(tǒng)串一個系統(tǒng)…變成…(每間廠商的ERP不盡相同)
MES
MESA協(xié)會(Manufacturing Enterprise Solutions Association)成立在美國的非營利組織，推廣制造與資訊系統(tǒng)等相關(guān)知識平臺提供者，藉由分享先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)知識，來協(xié)助企業(yè)達(dá)到商業(yè)目標(biāo)。
MESA對MES的定義強調(diào)了MES是對整個生產(chǎn)線制造過程的生產(chǎn)資訊細(xì)化匯集與及時提供生產(chǎn)訊息，而非為了解決單一生產(chǎn)瓶頸。
從資訊系統(tǒng)的角度來看，首要條件是觀察使用者的需求。也就是從使用者的角度來觀察，需要哪些資訊、如何呈現(xiàn)?
生產(chǎn)過程中，作業(yè)員需要怎樣的資訊系統(tǒng)?
生產(chǎn)過程中，設(shè)備維護(hù)工程師需要怎樣的資訊系統(tǒng)?
生產(chǎn)過程中，制程工程師需要怎樣的資訊系統(tǒng)?
生產(chǎn)過程中，制造部主管需要怎樣的資訊系統(tǒng)?
生產(chǎn)過程中，廠長需要怎樣的資訊系統(tǒng)?
自動化流程的目的、類別，及資訊系統(tǒng)的角色?
MES必須能夠提供即時生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程各種生產(chǎn)資料的功能，并做出相應(yīng)的分析和處理。并且，在生產(chǎn)管理的排程計畫和整體管理資訊能夠進(jìn)行資訊相互溝通與交互，藉此能夠提供工廠整體持續(xù)性的生產(chǎn)管理訊息。
一個完整的MES系統(tǒng)需要包括在生產(chǎn)線執(zhí)行的所有關(guān)鍵功能。如生產(chǎn)線實際生產(chǎn)工序、BOM、MRP、MPS、標(biāo)準(zhǔn)工時以及詳細(xì)生產(chǎn)排程計畫、文件控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、人員管理，品質(zhì)管理，生產(chǎn)流程管理，生產(chǎn)異常管理，設(shè)備保養(yǎng)與維修，產(chǎn)品跟蹤和履歷，生產(chǎn)績效分析。
MES 系統(tǒng)的導(dǎo)入有助于以下問題的改善或者解決 :
資料未有效的利用
現(xiàn)場有過多的文件
現(xiàn)場有過高的在制品存量
不合理的作業(yè)程序
未整合的應(yīng)用系統(tǒng)
生產(chǎn)問題不能即時反應(yīng)給相關(guān)人員
沒有足夠的資訊以供決策
過高的品質(zhì)成本
不足的追蹤能力
現(xiàn)場的料帳不符
總結(jié)而言，使用MES的好處包含預(yù)期基本獲利能力，提升即時交貨和產(chǎn)品品質(zhì)、減少制造週期時間、消除重復(fù)數(shù)據(jù)輸入時間、降低生產(chǎn)線換班之間的文書工作、降低生產(chǎn)線規(guī)劃過程、改善客戶服務(wù)、降低設(shè)置成本，及更可靠和精確的生產(chǎn)排程計畫。
來看一下，現(xiàn)行的MES架構(gòu)，與ERP一樣，每間廠商都有各自不同的流程邏輯，并且都是需要再客制化的。不過大致上的邏輯不會相差太遠(yuǎn)，核心主要是設(shè)備管理、現(xiàn)場監(jiān)控、流程、品管、警示，介接到ERP、報表等模組。
另外，也提一個相當(dāng)重要的PLM
產(chǎn)品生命週期管理系統(tǒng)(PLM, Product Lifecycle Management)，從字面上來看，綜觀產(chǎn)品的上、下游，舉凡需求、規(guī)格、研發(fā)、設(shè)計、工程、制造、銷售、服務(wù)與維護(hù)，每一個階段所衍生出來相關(guān)資料，都在 PLM 的管理範(fàn)圍內(nèi)。而從技術(shù)觀念而言，在企業(yè)內(nèi)所有與產(chǎn)品相關(guān)的資料，以及與這些產(chǎn)品資料相關(guān)的作業(yè)，經(jīng)由資訊系統(tǒng)做有效的整合性管控與運作，此即為 PLM。
產(chǎn)品研發(fā)是企業(yè)競爭命脈之所繫，但往往也是管理上的死角，如果能隨時掌握產(chǎn)品研發(fā)的各項資訊，如各研發(fā)專案的進(jìn)度統(tǒng)計、各派工及產(chǎn)出完成率、延誤率、…等，則可針對各項執(zhí)行缺失，進(jìn)行支援或糾正，縮短產(chǎn)品上市時間、降低工程變更成本、妥善管理研發(fā)成果，大幅提升產(chǎn)品研發(fā)的效率及品質(zhì)。
PLM 的定義
廣義來說，從全企業(yè)的角度來談產(chǎn)品資料(Data)的管理與其作業(yè)程序(Process)的管理，也就是 PLM 是一種概念或方法，協(xié)助企業(yè)管理 Data 與其 Process。若從狹義上來講，指研發(fā)至工程規(guī)劃領(lǐng)域之應(yīng)用，強調(diào)在 R&D 與工程作業(yè)階段如何有效的整合管理產(chǎn)品資料(藍(lán)圖/文件)與作業(yè)流程(工程作業(yè)程序執(zhí)行)，同時探究如何整合后端之 ERP 、 MRP、MRPII 系統(tǒng)及 SCM 、CRM 系統(tǒng)。
PLM 的範(fàn)圍
PLM 的涵蓋範(fàn)圍，由傳統(tǒng) PDM 延伸，重視產(chǎn)品的生命週期，增加綜觀全局的專案管理(PM, Project Management)，統(tǒng)合企業(yè)內(nèi)各相關(guān)資訊，更可將統(tǒng)合后的資訊，提供或整合至與客戶間之協(xié)同作業(yè)或資料交換的平臺，擴(kuò)大 PLM 的涵蓋範(fàn)圍及運用。
利用 PLM，研發(fā)專案的管理透明度能夠大幅提昇，提高研發(fā)部門的效能，研發(fā)過程透過流程管控，可以保障研發(fā)品質(zhì)，透過系統(tǒng)料號管理，品名規(guī)格料號不再重復(fù)且方便 RD 查詢，所有物料需求表 BOM 及承認(rèn)書等文管中心 DDC 存放的文件都可以集中電腦管控并提供隨時查閱，可同步整合 ERP 資訊，使企業(yè)快速因應(yīng)客戶需求變更與市場變化，達(dá)到 Time to Market & Time to Volume 的國際競爭優(yōu)勢。
那最后，這些系統(tǒng)怎么樣co-work?
在工業(yè)4.0的架構(gòu)中，生產(chǎn)系統(tǒng)的逐漸細(xì)化并不意味著未來的工廠規(guī)模就會縮小，生產(chǎn)系統(tǒng)的控制會設(shè)計的更加詳細(xì)，從生產(chǎn)計劃和管理的角度來看，小生產(chǎn)單元的優(yōu)勢在于靈活性更高，且更容易優(yōu)化局部的生產(chǎn)。
智能制造的其中一個特徵是可重新配置生產(chǎn)系統(tǒng)，它將對相關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)的屬性及參數(shù)進(jìn)行改變。要符合實際的生產(chǎn)控制通常需要不斷更新數(shù)據(jù)信息，包括現(xiàn)有資源、資源的當(dāng)前特徵以及今天和未來的訂單情況。
挑戰(zhàn)之處在于：在生產(chǎn)制造和計劃單元要求不斷細(xì)化的情況下，把企業(yè)層的(如ERP)和生產(chǎn)管理層(如MES)之間的各資訊接口進(jìn)行整合。ERP系統(tǒng)控制企業(yè)範(fàn)圍的行政管理和商務(wù)流程，ME系統(tǒng)則與生產(chǎn)線緊密相關(guān)，用于持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)、記錄生產(chǎn)過程信息與技術(shù)參數(shù)。
數(shù)據(jù)包括時間和數(shù)量、質(zhì)量、機(jī)器和設(shè)備狀態(tài)、故障及其原因，這些資訊反映的是生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)，反過來再對ERP系統(tǒng)中的生產(chǎn)計劃產(chǎn)生影響。
我們希望 ERP和 MES系統(tǒng)之間的界限在工業(yè)4.0環(huán)境下會不斷淡化，企業(yè)層會不斷地整合到制造管理中。MES 系統(tǒng)能非常精細(xì)地管理生產(chǎn)過程，根據(jù)單個系統(tǒng)組件提供的功能，與ERP系統(tǒng)的整合存在多種方式。
整合的目標(biāo)是對制造業(yè)務(wù)流程進(jìn)行梳理和改善，透過流程把MES和ERP整合，基于流程在MES和ERP之間的資訊「進(jìn)、出」來設(shè)計兩個系統(tǒng)間的API接口。使ERP與MES一起構(gòu)成計劃、控制、反饋、調(diào)整的完整閉環(huán)系統(tǒng)，通過API進(jìn)行計劃、命令的傳遞和回饋接收，使生產(chǎn)計劃、控制指令、輸出資訊在整個ERP、MES、過程控制系統(tǒng)、基礎(chǔ)自動化的體系中透明、即時、順暢地交互傳遞。
而實現(xiàn)MES與ERP的整合關(guān)鍵，在于業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化和整合以及對所涉及MES和ERP系統(tǒng)的具體分析以充分發(fā)揮各系統(tǒng)的長項。首先，資訊系統(tǒng)都是為了改善制造業(yè)務(wù)，MES和ERP各自解決一部分業(yè)務(wù)問題，分別反映一部分業(yè)務(wù)流程，流程是MES與ERP整合的「黏合劑」，透過流程的整體優(yōu)化劃分出哪些流程在MES中處理、哪些流程在ERP中處理。
需要注意的是，不管MES還是ERP，都有各自實現(xiàn)之邏輯，在決定某功能的「歸屬」時，一定要保證該功能在所選系統(tǒng)中實現(xiàn)邏輯的完整性。
通常來說，相互協(xié)調(diào)的且根據(jù)具體應(yīng)用要求量身定制的集成更具有優(yōu)勢，能達(dá)成一個高度靈活、層級少且高效的生產(chǎn)系統(tǒng)。
舉例而言，假設(shè)今天將ERP與MES交換彼此數(shù)據(jù)，并在其之上建立『X』系統(tǒng)，結(jié)合雙方資料以進(jìn)行下一步?jīng)Q策。我們可以這樣做：讓管理工廠設(shè)備維修保養(yǎng)、庫存管理等資訊的ERP系統(tǒng)，可以透過『X』產(chǎn)生的生產(chǎn)訂單、計劃訂單等資訊，送到管理在制品追蹤、生產(chǎn)過程管理的MES，同樣再透過『X』產(chǎn)生計劃訂單反沖或報廢等資訊，送回到ERP系統(tǒng)。
另外一個案例，若制造工廠決定從系統(tǒng)作業(yè)及管理變革兩個方向做改善，希望能將準(zhǔn)交率提升到90%，MES系統(tǒng)此時就發(fā)揮作用，如預(yù)警資料通知可以透過Line或簡訊完成，生產(chǎn)資訊也改成用條碼掃描，而非人工輸入，生產(chǎn)進(jìn)度、在制品異常警示等資訊都可即時呈現(xiàn)，并將ERP、設(shè)計交期系統(tǒng)及訂單系統(tǒng)串聯(lián)起來后。
更進(jìn)一步的，可以參考下圖，可以集公司管理、作業(yè)、現(xiàn)場層面為大成
由智能型網(wǎng)路連結(jié)物料、機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線、產(chǎn) 品、物流網(wǎng)、生產(chǎn)鏈及客戶，使企業(yè)內(nèi)部所有因素密切連結(jié)，企業(yè)間也能全方位密切合作，且可無限貼近客戶。
同時，生產(chǎn)與行銷等部門與系統(tǒng)軟件互動，挖掘使用在云端平臺的大 量數(shù)據(jù)，生成最符合客戶需求的產(chǎn)品設(shè)計與行銷方案，使企業(yè)由生產(chǎn)型制造轉(zhuǎn)型為服務(wù)型制造。
總結(jié)，幾項重點
工業(yè)4.0 涵蓋著跨領(lǐng)域、從廣到深的公司資源監(jiān)控運用智能感測技術(shù)，從被動到主動的制造流程管理資訊不只被整合、更要產(chǎn)出更有價值的應(yīng)用系統(tǒng)不見得需要重建，重點在開放API架構(gòu)與聯(lián)網(wǎng)邊緣運算、人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，缺一不可從硬、軟到軟硬整合，消彌系統(tǒng)間/軟硬間的界線
