流程制造，或称流程工业（Process industry），是指化工、石化 、制药、食品、饮料、金属冶炼、纸浆、烟草等制造业，其生产过程为连续进行，或者发生于同一批次无差别物料，是一个物理变化和化学变化相结合的过程。

    原料和产品多为均一相(固、液或气体)的物料，而非由零部件组装成物品或纯物理性质变化的制造，后者一般称为“离散制造”（Discrete manufacturing）。

    流程制造具有如下一些显著特征，从企业信息化角度，对IT架构提出了相应的要求：

    ●制造过程连续、稳定进行

    ●各工序间衔接紧凑、严密，工业自动化程度高，生产线设备集中化、集成化、整体化程度高

    ●原料及成品的质量特性丰富，包括纯度以及各种物理、化学性质，通常按照批次（batch）进行管理

    ●生产过程（工艺）设计决定设备（生产装置）配置；一套装置，在一个时间周期内只能生产固定的一种产品

    ●设备运行情况决定过程控制，过程控制水平决定产出效率和质量水平，因而强调设备的“安稳长满优”运行

    ●除了原料投入外，产品成本主要决定因素是：设备稳定运行周期、产能充分利用以及能源消耗；因而需要将生产过程的控制参数尽量维持在最优工况状态，有利于降低能耗、提高产出、减少污染

    ●强调安全和环保，相应地对生产环境和设备维护有一系列要求

    注：本文文字可能有些绕，英文单词Process的中文翻译可能是“流程”、“过程”、“工艺”等不同的词，其实意思接近，在本文中可能常有互换使用。

    需要指出，有些制造企业需要对流程制造的产出物，进一步开展具有离散制造特性的加工，这样的企业是“流程制造+离散制造”的前后段组合。例如：食品企业，其内容物的生产是流程制造，而后段的产品包装则是离散制造；造纸企业，前段纸浆制造是流程制造，后段纸品生产是离散制造；类似的，钢铁企业，“铁前”是流程制造：

钢铁企业“铁前”是流程制造

钢铁企业“铁前”是流程制造

    而“钢后”则是离散制造：

钢铁企业“钢后”是离散制造

钢铁企业“钢后”是离散制造

    ISA95标准指出制造业IT应用系统架构由五级构成。最近几年，随着“智能制造”等概念的普及，制造业数字化重点也从过去的管理层系统ERP，向制造执行层、控制层进发，越来越多的企业着手于实施MES、APS系统。

    然而，在流程制造领域内，我观察到有不少企业或解决方案提供商，照搬离散制造企业的信息系统架构，在两个核心系统——ERP、MES——的功能定义、应用边界划分上概念不清，用离散制造的方案来做流程制造，造成不少麻烦和困惑。

    我自己在2005年前后参与多个钢铁企业的信息化系统规划和实施时，曾经面临过同样困惑：

钢铁企业信息化架构设计

来源：2005年，钢铁企业信息化架构设计

    在上图这个总体架构框架下，我和同事们曾经重点研究过两个问题：

    ①ERP的生产部分，是不是一定要用ERP套件的“流程制造”模块？

    ②大量工业实时数据，包括设备运行数据、工艺控制数据、质量数据、产出数据等归集和管理，属不属于MES的范畴？

    首先，制造业存在两种不同类型的ERP系统，离散制造ERP和流程制造ERP；两类制造ERP系统在供应链计划层面的流程和逻辑是完全相同的，但是到制造执行（Production execution）层面，围绕生产指令的数据规格和流向，则有一些区别。

    离散制造的“制造订单”会被投到工艺路线的生产地点上，而对每个生产地点的详细控制，包括生产任务分发、作业指导、物料流转等，则相应在MES系统里处理。

    而以SAP ERP的流程制造模块PP-PI为例，流程制造的制造订单被称为“流程订单（Process Order）”，本身包含了过程控制信息，系统建议的架构是投到自动化过程控制系统（Process Control System，简称PCS）或者手工记录流程订单的过程实绩（这个手工录入的程序称为PI sheet）。

SAP PP-PI数据流

来源：SAP PP-PI数据流，1999年

    按照上面这个图的逻辑，问题就来了：

    ●流程制造的PCS究竟是不是等于离散制造的MES？

    ●如果按照ISA95标准的“制造业五级系统”划分，PCS（SCADA）属于二级系统，ERP直接连到PCS，是不是就可以直接跳过MES了？

制造业五级系统

制造业五级系统

    前面说到钢铁行业属于典型的“一半流程制造，一半制造业”。在ERP选型上，流程制造ERP和离散制造ERP各有优劣，问题难点还变成了三级系统MES和二级系统PCS的功能划分。最后，我们确定了一些选型原则：

    ●ERP是否用流程制造版，并不是必须的，取决于ERP和MES之间的功能分担

    ●如果MES内承担较多的过程控制规范，则流程制造ERP并非必选项，可以通过MES建设，去上接ERP，下接PCS

    ●我们还将钢厂MES分成了两种类型，所谓“数据型MES”和“作业型MES”，前者主要解决制造数据整合的问题，支持制造数据分析，侧重于支持流程制造段业务（炼铁、炼钢），后者主要解决排产优化、物料配送、工序控制，侧重于支持离散制造段业务（轧制、深加工）。

    后来在几个化工厂的IT规划中，我也遇到过类似问题：ERP上来后，究竟需不需要上MES系统？

    这个困惑直到2010年前后，从ERP往制造业底层进发的SAP公司，先后收购了两个制造执行层的软件，新推出的制造业架构图，让人看后豁然开朗：

制造业架构图

制造业架构图

    SAP先是在2005年收购了一家名为Lighthammer的软件公司，支持ERP直接连接制造现场和设备的数据，并进行分析，SAP将软件命名为Mii，意思就是制造数据集成和分析。2008年，SAP又收购了一家名为Visiprise，专做离散制造业的MES软件公司。上面这张图表达的意思简单明了：离散制造用ME，流程制造用MII。

    这样来看，SAP ME就略等于我们在2005年时说的“作业型MES”，SAP Mii就是“数据型MES”。如果按照这样的架构，那流程制造确实可能不一定需要MES这层，或者至少和离散制造的MES含义不同。遵循ISA 95架构框架原则下，系统架构设计上尽量不要叠床架屋，又搞MES，又搞PCS了。

    工厂级的制造数据整合在SAP方案架构中属于SAP Mii，MES对制造数据整合来说，是一个既非充分、也非必要的可选条件。

SAP方案架构

SAP方案架构

    当然，这个结论的前提是企业具有较为完善的ERP。亦即，如果流程制造企业的ERP和PCS（SCADA）都足够完善，产线自带DCS满足业务需求，就没必要单独搞MES，或者MES搞得很薄。

    对于相对简单的流程制造企业来说，例如食品、饮料、医药制造企业，制造执行管理主要是解决五个问题：

    1、无纸化生产运营：将生产指令直接传到设备操作界面上，所有的生产任务分派、流转交接、情况报告等都在车间设备屏幕上的人机交互界面进行：

    2、优化排产：根据制造需求，尤其是小批量、多品种的产品切换生产，优化设备、人员以及其他制造资源的安排，协调成品和中间品的生产，也就是车间的高级排产。

iLog在酸奶生产企业排产中的应用

来源：iLog在酸奶生产企业排产中的应用

    3、实时监控制造的流转、产出和质量的实绩，以及设备运行状态：从设备、传感器以及手工数据源整合各种制造KPI数据，例如产出、物料循环、返工、制造周期、停机原因、设备综合效率（OEE）、物料水平和消耗水平、操作工效率、能源消耗等等；

实时监控

实时监控

    在提升设备运行水平，提高产出效率方面，Gartner将其命名为一个新的软件品类，叫设备绩效管理（Asset Performance Management，简称APM），这也是流程制造企业提升制造能力的重要IT领域：

设备绩效管理

设备绩效管理

    4、用电子化方式记录原料及产成品的物料批次信息，便于品质检查以及未来追溯。

    5、积累工业大数据，支持对产品制造的工艺分析和优化，提升创新能力。

    总之，智能制造的应用系统架构中，对MES的定位——MES做厚、做薄还是甚至就不做——一定要从企业业务实际出发，结合企业现有IT架构，看MES究竟要解决什么业务问题，切不可生搬硬套框架。