汇森投资行研组 ｜ 原创
2021年，工业软件领域的融资热度还在持续上涨。
根据亿欧智库的数据，仅截至1到9月，工业软件领域的融资达到26起，已经接近2020年融资数量的2倍。在所有工业软件项目中，MES产品相关的融资总额累积达20亿，其中专注在半导体产业的近10亿，约占整个MES赛道的50%，备受青睐。
作为一种生产制造类应用软件，从1990年提出MES概念到现在已30多年，但在中国成规模的企业仍然很少。反观HR、CRM、财务、ERP等经营管理类应用软件领域，不但厂商众多、集中度高，而且已和世界领先企业同步。两者差别的背后，有基础与发展的不同，也有应用软件类型的不同。
当下MES领域的火爆也表明，有了取得一定进步与基础的中国制造业，将迎来新的阶段。在2018年，中国制造业增加值占全世界的份额达28%以上。制造业是大国经济的“压舱石”，是立国之本、强国之基，对推动中国经济增长和提高就业质量至关重要，这已成为共识。在4月工信部发布的《“十四五”智能制造发展规划》（征求意见稿）中，2025年的具体目标是，规模以上制造业企业智能制造能力成熟度达2级及以上的企业超过50%，重点行业、区域达 3 级及以上的企业分别超过20%和15%。制造业企业生产效率、产品良率、能源资源利用率等大幅提升。
（图一 制造企业智能制造成熟度等级）
市场也在驱动制造企业改变。“先个性化定制、再制造、后消费”模式已成为市场需求的常态。同时，劳动力人口逐年下降，制造业人均工资增长较快，成本上升与利润下降。越来越多的企业从犹豫逐步转到主动参与，不断提高企业管理与生产制造水平。制造企业持续推进阿米巴、责任考核、5M1E、6S、精益制造、JIT等同制造相关的管理思想与方法不断落地，从自动化+信息化开始不断进行智能制造升级，内生需求不断增强。
根据《中国智能制造系统解决方案市场研究报告》，2017年中国智能制造系统解决方案市场规模为1280 亿元，其中加工环节数字化系统、智能输送系统、智能仓储系统合计占比为 32%，约为410亿元；2020 年中国智能制造系统解决方案市场规模预计将增长至 2,380 亿元，假设加工环节数字化系统、智能输送系统、智能仓储系统市场规模占比不变，其规模合计将增长至 762 亿元，较 2017年增加352亿元。因此，数字化工厂解决方案，尤其是作为智能制造的引擎、数字工厂的核心MES等，具有广阔市场空间。
MES到MOM的进化
在中国制造产业迎来关键发展的同时，生产制造系统的理念、模型与实践也同样发生改变。美国先进制造研究机构AMR提出MES概念后，在1997年，制造执行系统协会MESA进一步提出了MES的功能组件和集成模型，主要包括11个功能，同时规定，只要具备11个功能之中的某一个或几个，也属于MES系列的单一功能产品。
但由于产业发展迅速，相关内容迟迟没有更新。因此，在2000年，美国仪器、系统和自动化协会ISA发布了ISA-95标准，在其中首次确立了MOM（Manufacturing Operation Management）概念，中文译为“制造运营管理”。从提出到现在已经过了20多年，但直到最近几年才逐步走进大众视野，为更多制造企业与市场认可和接受。
MOM实际上是制造管理理念升级的产物。从范围上，MOM重新定义了制造运营管理的边界，涵盖了企业制造运行区域内的全部活动，使用通用活动模型将其构建为生产、维护、质量和库存4类主要运行区域，并用统一的通用活动模型的模板来描述，还详细定义了通用活动模型内部的主要功能及各功能之间的信息流与相互联系。从图二可以看到MOM在基于传统CIM金字塔5层结构中的范围。基于MOM理念的优势，2016年2月，美国国家标准与技术研究院在发布的《智能制造系统现行标准体系》报告中对定义的智能制造系统模型，用MOM取代了MES。
（图二 MOM的定位）
从架构上来说，MOM可以说是制造管理的核心运营平台，主张将整体生产运营及制造过程控管统一在一个全局运行模型框架下，将生产、维护、质量和库存等管理并列起来，并对模型框架内部主要应用模块及其关联关系进行了细化，让每部分既能够独立进行强化和升级, 同时彼此间又能紧密的串连与协作。这样，整个制造运营管理将变得比原来更加灵活、更加厚实，同时也能够让相关深化应用的软件功能更容易的集成到制造运营管理平台中，更有效地提升企业的整个制造管理体系。
因此，MOM可以说是扩展了MES的应用边界，同时也更促进了MES应用的整体发展。一些应用模块从MES中独立出来获得更深化与更快速的发展，另一些还在MES中的模块功能也持续得到了增强，除此之外，MOM还包括了与制造管理相关的用于解决具体问题的功能延伸与价值增值部分。
（图三 MOM与MES关系）
从全球市场看，MES也是正进入MOM阶段，如图四所示。目前很多还是智能化第二代MES，主要是加强数据记录与处理和设备自动化管理，通过更精确的过程状态跟踪和更完整的数据记录，获取更多的数据来优化生产管理，并通过分布在设备中的智能芯片、传感器及工业控制软件来保证车间生产的自动化。基于MOM理念的新一代MES，不但采用全新理念与架构，而且更强调生产协同与同步性，支持网络化制造，MES可以同时对多个地点的多个工厂实现实时生产信息同步和过程管理，并能够建立基于过程的多级别与敏捷化的管理组织，使得企业所有生产活动与生产经营同步。
（图四 从MES到MOM的进化）
反观中国MES市场，虽然已有星火燎原之势，还处于群雄逐鹿的初级阶段。据赛迪顾问相关数据，从2017年到2020年，中国 MES市场规模三年复合增长率16%，2020年为111亿元，预计2023中国MES市场将达到173亿元。但在IDC发布《中国制造业MES市场份额报告》中，市场份额排名前8的企业整体收入才12.26亿元，收入过亿的只有5家企业，有2家是中国企业。排名第一的西门子收入3.42亿，宝信软件收入2.34亿，SAP收入2.22亿，排名第四的鼎捷软件收入1.14亿（鼎捷软件MES主要由旗下全资子公司鼎华智能负责）。
中国MES没有发展起来的原因，表面是工业知识积累相对有限，但实际却是由MES的工业软件属性和市场现状决定。MES有非常强的行业属性，虽然只有离散、流程与混合等三种制造类型，但千行百业，不同行业特点不同，对软件的要求差异化大，制造企业在进行MES建设时，常以自身的独特需求为主进行，投入通常也不高，甚至可以说是代工或外包性质的开发，这直接导致工业机理提炼与沉淀困难，形成规范与标准不足，MES产品标准化程度自然也不会高，要想形成规模企业，难度自然大。
即使是同一个行业内，不同领域差别仍然很大。以半导体产业为例，大家都知道芯片除去设计环节，还要经过晶圆生产、芯片制造、封装、测试等几个阶段才能生产出最终产品，每个阶段生产管理的重点都不相同。即使相同的阶段，不同类型芯片的制造技术也会不同，工艺与流程也不同。因此，想要在半导体大行业里占有一定市场份额，MES服务商即要将细分流程做深，又要对行业全面了解，扩展更多细分行业，门槛高、难度大。
当然，这恰恰是中国MES公司的机会，随着资本的进入，在擅长领域深耕细作，将行业知识浓缩到工业软件中，为行业客户提供最专业的服务，让MES直接进入MOM阶段，如同中国支付直接跨越信用卡阶段进入移动支付时代一样，就不畏所谓“国际巨头”的竞争。
（图五 全球及中国MES市场规模）
（图六 中国制造业MES厂商TOP 8）
APS应用的崛起与数据层的争夺
作为MOM应用领域中负责计划排产的高级计划与排程APS模块，现在也越来越受到国内市场的关注。同样是解决生产排程和生产调度问题，为什么叫高级呢，实际是相对于传统无限产能规划逻辑的主生产计划系统MPS及物料需求计划系统 MRP而言。再具体一点来说，APS主要目标还是解决制造过程中的关键产能资源配置和和时间成本最小化的问题，在离散行业是解决多工序、多资源的优化调度问题，在流程行业解决顺序优化问题，独立后功能更专注更强大，同ERP或传统MES中附带的APS相比，优势明显。
APS的快速发展是在计算机模拟技术应用到计划领域和约束理论成为其基础支撑后。1984年AT&T推出的 Karmarkar’s 算法，线性规划获得了突破。随后，在此基础上不断优化APS引擎的核心算法，目前已经到第四代，以智能算法进行静态排程，以多Agent代理协商进行分布计算动态调整。
具体到实际应用中，仍然以芯片行业生产为例，在2020年美国突然发布对华为最严禁令后，在开始执行日期到来之前，台积电要加急提前交付时间，才能为华为按量生产出芯片，这种临时进行调整，在制造业叫插单，即要保证按时产品交付，又要保证生产线不间断高效生产，就需要通过APS综合考虑产能、工装、加工批次等约束条件，还要从生产线运行和供应链保障两个层面出发，还要与MES协同实现滚动排产。从这个案例也可以看出MOM在理念与架构上的优势与价值，APS的排产管理，现在已经不只是针对企业生产线级，也扩展到了产业链级。
在大规模个性化定制与按订单生产的市场环境下，APS的重要性更加突出。
由于APS关键核心排程引擎的开发, 需要较深厚的学理功底及多年行业排程应用实务经验的积淀, 加上早前制造商在MES及车间数字化上的基础比较薄弱、致使APS应用实施的难度颇高, 因此国内市场上独立运营的专业APS厂商并不多见。随着这几年下来, 国内制造业在自动化及数字化车间的投入与普及, 精细化及自动化排产的需求预期将快速增长, 这些十年磨一剑的专业APS软件厂商, 将会有一波可期待的大幅增长空间。
（图七 APS需求持续高增长）
另外，在MOM框架下，生产制造正形成一个巨大的数据源池，这些数据将成为非常有价值的生产资料。从应用与技术发展趋势看，数据整理管理在制造运营管理层中会做一个独立部分出现，这也引发不同厂商对该数据层主导权的争夺。
制造管理的数据类型多，包括工艺、设备、物料、产品、质量、人员、生产过程与控制等，数据分散在不同地方，要统一管理就要有不同采集方式。比如，随着AIoT设备的互联，对设备数据采集、一部分新设备可能过DCS、SCADA、DNC、PLC、传感器等方式与采集系统集成，从设备中直接采集相关数据，一部分老设备通过采用粘贴条形码的形式，通过人工扫描来收集相关数据。对于工艺数据，可采用条码或RFID的方式来逐步实现全车间的工艺数据采集，当RFID成熟时，可逐步替换为RFID标签来采集数据。对于物料类数据，可采用二维条码或条形码进行数据采集。对于人员类数据，可考虑通过RFID标签或IC卡的形式采集（人员数据采集需要高射频的标签），但RFID或IC卡存在可顶替的风险，未来可考虑通过视网膜等更先进的采集技术来代替。
数据价值也已经开始凸显。比如困扰很多企业的质量问题，在个性化定制过程中，对于不同订单或不同批次的产品，如何保证质量稳定一致，像芯片制造业的良品率一样，这些都可以通过数据找到规律与原因。比如对熔炼、压铸、热处理、涂装等数字化生产设备进行数据采集与智能化管理，对各类工艺过程数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等，实现对加工过程实时的、动态的、严格的工艺控制，确保产品生产过程完全受控。经过一段时间的生产，质量出现一定的规律时，通过对工序过程的主要工艺参数与产品质量进行综合分析，为技术人员与管理人员进行工艺改进提供科学、量化的参考数据，在后续生产过程中，通过确保最优的生产参数，从而保证产品的一致性与稳定性。
其实，数据的价值远不止这些，随着越来越多制造活动的数字化，数据反过来会更大的推动制造向前发展，也会出现服务新模式。
三位一体，“平台+应用+数据服务”
面对基于MOM的生产制造类软件市场新机会，领域里原有企业纷纷升级，更多新企业也开始进入，包括自动化硬件与自动化控制软件厂商以及独立软件创新企业等，市场面临新一轮重构。
国内的宝信软件就是抓住了以离散与流程混合模式的大钢铁行业，从上海宝钢开始，持续深耕多年得到了大发展，目前又拓展到了医药大行业。现在，另一家中国独立软件企业鼎华智能，也在半导体行业中开拓出一条自己的路，正成为提供制造管理整体解决方案的行业领跑者。
鼎华智能的全部产品与解决方案基于MOM理念构建，产品线涵盖了从计划到执行，紧密结合离散制造的工艺流程特性，以制造执行系统MES、先进规划排程系统APS为核心，覆盖由地端设备边缘层到云端数据协作层的完整产品线，从而为制造企业提供整体MOM解决方案。产品包括MES智车间、APS智排程、QMS智质量、WMS智物流、FWR（智能车间战情系统）智战情五大应用产品，以及IIoT平台产品MMP智中台。同时，以前述产品与方案为基础，鼎华智能正着手发展制造数据增值应用的SaaS订阅式数据服务，形成“５＋１＋Ｎ”的三位一体服务模式。
（图八 鼎华智能MOM解决方案产品线布局）
拥有深刻理解并服务行业的团队。尤其核心团队深耕半导体、电子及离散行业二十年，具备半导体、电子组装及离散制造(机加、注塑、汽配及装备)等行业的丰富知识与经验，能够快速产品化，打造贴合企业需求的产品，产品化率处于行业较高水平。同时，与传统企业相比，鼎华智能采用新一代技术架构使得产品迭代更快；与新创企业相比，鼎华智能拥有深厚的工业知识积累，在产品、客户、团队、合作伙伴等方面有明显先发优势，这些也是鼎华智能产品与解决方案满足客户并持续领先的保证。
基于MOM框架，产品与平台先天具备开放与集成优势，方便同ERP、PLM、SRM等集成。所以，鼎华智能的产品与方案可以向下连接设备层，向上连接到运营层，能快速延展到下游，进而实现了从工厂到产业链的运营，覆盖全流程和全数据。
鼎华智能的MES是以专注行业应用为发展为主轴，目前包含半导体、电子组装及离散制造等三大MES产品。其中，智车间iMES主要面向半导体行业，紧密结合各类半导体生产流程，覆盖最全面的业务环节。基于二十多年半导体行业经验打磨出来的行业属性化产品，能快速完成客户交付。iMES半导体客户数已经超过150家，其中非常多的客户是头部客户，也是行业标杆。包括国内首家打通碳化硅MOSFET全产业链量产平台的企业三安集成就是由鼎华智能提供服务。除半导体芯片制造外，鼎华智能iMES的应用领域还包含长晶、集成电路封测、分立器件封测、光伏、LED、外延等。
鼎华智能的APS是国内最完整的APS解决方案。拥有自行构建的启发式排产模拟系统,方便模拟计划与排程给出效果；拥有数百个法则，支持硬性与软性两类约束引擎，支持排产与物料两类规则引擎；包括生产途程、生产资源、工厂日历、品项与BOM、订单与预测、库存、制令与清采购单等全要素。APS拥有的高级排产算法，可按照交货期、生产周期等多种排产方式，将每一道工序分解到每一设备达到分钟级别，能最大程度地减少交期延误，从整体上提升设备利用率。鼎华智能APS的代表客户包含：全球第一大的印刷电路板制造商——鹏鼎科技 ，亚洲最大塑料家居用品生产企业——茶花现代家居，等等。
在数据应用与服务方面，鼎华智能的IIoT平台产品MMP智中台包括云地结合的IT及OT数据池服务平台，服务平台与分析平台。基于该平台，能够挖掘数据价值为企业管理赋能。可提供云地协作数据通道，支持机联整合应用服务，增强设备机台连接与交互能力。可整合多平台数据，实现数据可视与监督，透过工厂看板及行动装置即时展现人、机、料、法、测、环等车间动态，透过数据透明化，建立异常监控预警机制，让企业数据管理有迹可循。可为客户提供高效的生产数据分析能力，优化工艺产能，提高车间效率。
面向国内积极扶持的"专精特新"核心企业, 如何运用数字科技挖掘数据价值, 将会是重要的战略关键。然而在企业达到一定营运体量及规模前, 如何应对数据应用建设与配套算法、算力资源上的高昂成本, 是一个经营上的难题。鼎华智能通过发展云地混合数据应用，为广大核心制造企业提供订阅式的数据服务。通过边缘计算，将服务部署在核心企业周边，通过MES系统与设备连接，将在边缘端发生的数据同云端做交互流动，提供数据的融合分析跟机理的运算数据服务，直接提供算法或帮助优化核心企业流程等，以实现为其赋能。
建立行业的“深度”与“宽度”
中国MES厂商在半导体产业虽然已经发展多年，但直到在市场与政策双轮驱动下，中国半导体迎来新一轮大升级的背景下，才迎来新机会。如今半导体产业MES相关融资数量突然增多是好事，但最终要胜出，必须在行业中建立“深度”与“宽度”，鼎华智能产品处总经理苏斌雄说。
随着5G开启大规模建设，手机、消费电子、新能源汽车、AI、IoT等下游应用层出不穷，迭代更新加速，市场容量速度增长。以新能源车为例，传统单辆车的平均芯片价值为350美元，而纯电动车的芯片价值可达770美元，高档电动车的则可以超过1500美元，芯片需求量是原来的２-４倍。新市场机会使得新智能手机模组、组装、各类电子零部件、制造厂商不断涌现应对市场需求，消费电子元器件和模组为主营业务的厂商也持续加大资本开支，围绕下游客户需求扩产产品线和产能规模。
（图九 2021-2022全球新建晶圆厂数量）
华为禁运事件也为国产供应商打开进入下游领域的验证窗口。国务院发布《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，在财税、投融资、知识产权、市场引导等各个方面正对国产科技企业实施大力支持；科创板则明确指出，以半导体集成电路为代表的信息产业是其重点支持的对象。因此，未来可能会有7500家企业做半导体，晶圆生产企业可能达到3000多家，随着半导体行业产品线与产能的扩充，工厂数字化改造也会增长。
在半导体大行业中发展MES等工业软件，建立的“深度”与“宽度”需要不断延展。
前面提到半导体制造的基本流程，每个流程还可以再细分。比如在晶圆生产流程中，实际上还可以再细分为晶棒制造与晶片制造两个大步骤。如同钢铁制造行业一样，将铁矿石为原料经过一系工艺流程后，制作成为不同类型的钢材，然后将钢材再加工成各类零部件产品。晶棒生产只是以砂为原材料制造成晶棒，然后切割成晶片，供生产不同类型的芯片。
同时，晶圆厂生产的自动化水平也在不断升级，从人工生产线到半自动生产线、再到全自动生产线，包括生产设备、工艺与工序等都在不断变化。虽然制造过程是水平产业分工，但各流程是相互协作的链条，如果掌握更多流程，产业know-how会更深，提供给客户服务就会更优更快，MES等产品化率会就更高。前者是制造过程的“纵”，后者是制造过程的“横”，苏斌雄介绍说。
同样都是前述这些制造流程框架，不同芯片在生产过程的技术也有差异。按制造技术分类，半导体还可分为集成电路、分立器件、光电半导体、存储器、逻辑IC与模拟IC等。所以，鼎华智能针对半导体产业链下之细部切片行业进行专属MES应用方案发展，根据不同的细分切片行业的运作特性及控管需求，将其打包为特定的”半导体切片行业方案包” ，面向不同的切片行业客群。如此一来，既能降低实施周期，又能形成可复制的产品。比如在封装测试环节，就被细分为集成电路封测包、LED封测包、以及分立器件封测包。
半导体材料、尺寸规格、规模、应用等的变化，工艺路线与工序对MES等要求也不同。比如：对于从4英寸、6英寸、8英寸到12英寸等不同尺寸的晶圆，晶圆越大，精度要求越高，量产规模也就越大。在不同领域，比如：车规级的芯片要求满足工作温度在零下40度到零上125度，民用消费则要求工作温度在０度到零上40度，前者要比后者要求高。这些都是细分行业与技术发展领域的“纵”与“横”。
在半导体产业，要争取做行业头部客户或龙头客户。龙头客户是行业标杆，不但客单价高，能够保证企业生存，而且通过标杆客户累计应用场景，能够形成最佳实践，加速完善产品。不过，同价值数十亿乃至百亿级的晶圆厂、芯片制造等生产线投入费用相比，MES的投入费用少很多。但与半导体设备只影响相关工序不同，MES影响的却是生产线。MES系统一旦完成上线后，同生产过程融合紧密，很难轻易替换。
因此，半导体行业的客户在MES选择上不会轻易冒险，行业MES服务商的马太效应也就非常明显。而且，有了头部客户实践，自然就能很好满足其他企业需求。这是客户群体的"纵"与"横"，也造成了领先的半导体MES等系统厂商在行业市场份额会越来越高，且行业壁垒极高，新玩家很难进入这一市场。
在中国制造业迎来更大发展背景下，这只是中国MES产业在半导体行业中前进的一个缩影，相信MES等生产制造类应用软件会在更多行业获得进步，从而实现工业软件的整体突破。
云化与未来
软件云化的目的是能够以更便捷更低的成本为客户提供更好的服务，MOM工业软件也如此。其云化通常分为两部分，一是产品技术与架构层面的云化，二是实施交付与应用的商业模式的变化。
对于中小企业客户群体，主要满足企业的效率提高与规范化管理的需求，个性化需求不强烈，产品比较轻薄，对于时延要求不高，跨行业半径大，通过技术将产品SaaS化，能够提高整个SaaS产品标准化程度。而且采用订阅商业模式，拥有一定数量客户群体后，还能帮助中小企业降低成本。目前市场上已经有为中小企业提供SaaS服务的服务商。
对于大型或大中型制造业客户群体，基于MOM的工业软件，行业属性很强，时延要求很低，标准化通常不能完全满足客户需求，个性化需求是常态。另一方面，如果是对于工厂车间的产品与方案基于采用微服务架构开发，也可能会增加客户部署的成本。参考西门子与鼎华智能的方案可以看到，西门子与鼎华在各应用系统上都是软件套件，差异在数据服务上，西门子仍然是套件，鼎华智能则将数据服务做成订阅式的服务应用，为客户提供数据展示、数据分析及其他服务。
目前，市场上低代码平台的云服务也开始进入制造业。对于中小型制造企业，主要是有机会以较高效及较经济的方式提供 MES个性化应用开发服务。对于中大型制造企业，则用来提供制造业企业内部自主配置或开发定制化应用的可能性，满足企业个体独特性需求，比如在有些行业用于设备维修，当有设备出现故障时，扫描设备二维码，拍摄一张照片，直接将信息通过智能终端发出，后端根据反馈情况选派不同工程师进行维修。
站在制造运营管理层面，虽然很多企业进行了各种云化探索，但进展速度仍然比较缓慢。不过，随着云技术的发展，尤其是边缘计算与云网融合，相信工业软件的云服务一定会有一片天地。
