MES/MOM的未來：低代碼與模型驅動（2）

05 面向業務領域建模

我們的確需要功能強大的通用建模工具，用于去開發應用系統。同時，我們也需要面向不同領域的一系列更簡潔、更易用的專用建模工具，這些工具可以提供給不同的領域工程師使用，更高效的開發和維護應用系統，而不是IT工程師。

那么什么是專用建模工具？對于MES/MOM系統來說，系統需要提供哪些領域相關的建模能力？我們舉個實際的例子。如下圖，對于一個高度柔性自動化的數字孿生智能工廠，我們對生產排程、倉儲物流、質量監控、設備監控、設備運維等進行建模。

圖 基于模型定義高度柔性自動化的數字孿生智能工廠

建模包括兩個方面：靜態的部分和動態的部分。

結構建模通常是靜態的，用于映射工廠的對象和結構關系，例如組織結構、班組/工段、車間布局、工位和連接關系、工位配備的資源，如設備、人力、工具工裝，倉庫、存儲分區、貨位結構、車間緩存區、物流配送點、物流設備/容器、配送路線等。

行為建模通常是動態的，用于定義系統的行為，包括數據處理、分析、預測、優化和控制等，例如：用戶權限規則、日歷/資源產能配置、生產排程和調度策略、倉儲上/下架策略、物流拉動/配送規則、物流擁塞控制規則、質量預警規則、設備預防性維護策等。

通常需要提供一系列建模工具，分別提供給不同角色的業務人員使用，當工廠的生產布局、工藝流程、組織架構、生產設備、物流路線等發生變化時，主要由這些業務工程師負責對相關的模型進行調整，調整之后不需要生成代碼立刻生效，不需要交給程序員去修改代碼。

圖 面向業務工程師的建模能力

圖 生產監控圖形化布局設計

圖 設備聯網建模工具

通過這些建模工具，實際上MES/MOM系統面向業務工程師開放了某種業務領域的建模能力，或者提供了一種面向領域，更加圖形化、簡單和易于使用的用戶界面，或提供了一系列面向領域的建模語言（DSMLs，Domain-Specific Modeling Languages），用來幫助業務人員更高效地創建系統可動態解析的模型。

需要說明的是：雖然提供了面向不同業務領域的建模工具，但是這些建模工具所定義的模型不是彼此獨立的，而是互相關聯的，大家共同創建和持續維護和優化整個工廠模型。例如，物流模型配送點通常會連接到車間布局中的工位，生產工藝、生產計劃也需要與生產資源相匹配。

系統提供通用建模能力當然是必要的，因為通用，所以更復雜，有更高的門檻，這些通用建模工具通常應該面向IT工程師。業務人員并不需要學習一種強大的、且通用的建模語言，而只需要掌握與各自業務相關的建模工具，熟悉相關的概念和建模方法就可以，這極大降低了系統使用的門檻。

圖 同時提供面向IT和業務的建模工具

06 分層擴展的架構

當然有好的架構還不夠，有遠見的MES廠商必須注重產品的標準化、實現分層擴展、打造合作伙伴生態，否則將很難做大規模。對于MES和MOM來說，下圖是建議的分層的擴展方式。

圖 MES/MOM更好的拆分方式是分層

技術平臺可以解決架構和技術問題，屏蔽技術細節和復雜性，并提供低代碼開發的相關能力，提高整個系統的擴展性和靈活性。

MES/MOM產品平臺解決提供覆蓋制造運營全業務流程的共性模塊，從而最大限度實現重用，滿足共性需求，滿足跨組織的協同要求，封裝內部的復雜性。

行業擴展滿足特定行業的擴展，例如提供各個行業層的擴展，實現對細分領域的深耕，從而更好為細分領域客戶創造價值。

客戶擴展是為單個客戶而開發的，滿足單個客戶的共性需求。

其中，第1、2層應該由業界有實力的公司研發，需要很大的投入。第3、4層可以由具有領域Know How和商業資源的集成服務商、實施服務商承擔，這樣可以很好分工，發揮各自優勢，建立合作伙伴生態。

圖  MES/MOM產品線業務范圍、知識產權范圍

這里所說的分層擴展并不僅限于基于模型的擴展，系統可提供快速模塊化選配能力，包括開發新的插件，采用層次化、模塊化、可插拔的體系架構，可通過現有模塊的選配、替換和擴展開發提供快速滿足需求的能力，而且在需求調整后可靈活調整。

07 突破技術方面的限制

基于運行時模型驅動（Runtime Model-Driven）的MES/MOM系統架構顯然具有很高的技術門檻，這種能力一旦建立，將是難以被復制和模仿的，將形成獨特的競爭力，這些挑戰主要包括：

首先，不但提供通用建模能力，還需要提供領域建模能力，這需要一套元建模（Metamodeling）設施，可以用來實現模型的持久化、定義建模工具、模型解釋器等，對這方面感興趣的朋友可以去了解一下MOF元建模框架的四層架構，分別是：元元模型層（M3）、元模型層（M2）、模型層（M1）、運行時（M0）。

另一個挑戰是性能，系統可以在運行時修改模型，模型改變后系統的行為隨之動態改變，可以顯著提高MES產品應對需求變化的能力。然而，這種方法需要在運行時動態讀取和解釋模型，這導致系統的性能下降，使用多級緩存系統優化系統性能，減少數據庫訪問次數，可以優化系統的運行效率。

圖 支持Web及運行時模型驅動的多級緩存系統

筆者對性能進行了測試，系統啟動一段時間后，元數據加載到緩存系統后，累計命中率可超過95%。三級緩存系統將運行時間優化為沒有添加任何緩存運行時間的1.08％！由此證明了運行時模型驅動的MES系統，多級緩存系統在性能優化方面的巨大威力，系統的整體運行性能接近硬編碼的MES系統，但系統的靈活性和擴展性卻與硬編碼的系統有了巨大的提升。

其中的一個難點是，如何對程序員屏蔽多級緩存系統的復雜性，將緩存系統的復雜性必須封裝在底層框架，而不需要MES產品開發人員、二次開發人員面向緩存系統編程，這就需要一套支持多級緩存機制的元數據驅動的對象關系映射框架（Metadata-Driven ORM-Mapping Framework）。這就好像你開車并不需要關注汽車的轉向系統、動力系統、剎車系統等汽車的內部結構和原理。 

圖 對程序員屏蔽多級緩存系統的復雜性

另一個難點是如何實現模型在不同環境中的同步，通常建模在開發環境中進行，需要將模型同步到測試環境，通過測試以后，將模型同步到生產環境。考慮到系統的復雜性，通常建模是一個多人并行開發的環境，需要解決多人建模的模型合并問題。為此，可能需要定義通用模型描述語言，可以用于在不同環境中錄制（類似VBA）、傳遞并重建模型。

這對于絕大多數MES廠商來說，存在著較高的技術壁壘，這正是工業軟件的成功難以復制、沒法彎道超車的原因吧。

08 運行時模型驅動代表未來

目前中國的MES市場正處于群雄并起，魚龍混雜的競爭階段，市場集中度并不高。筆者認為未來5年，將有90%的MES廠商退出歷史舞臺，主流MES廠商將集中到5到10家。隨著部分MES廠商做大規模并上市，形成主流廠商品牌效應，業務會迅速集中到這些主流MES廠商，會加速其他MES廠商的退出。

未來幾年國內MES軟件市場的競爭將越演越烈，筆者認為，基于運行時模型驅動的架構的MES/MOM系統將更具競爭力，因為面向業務領域的建模是讓業務人員低門檻參與MES/MOM系統開發和運維幾乎唯一的方法。雖然這條道路上充滿了荊棘，困難重重。

09 總結

低代碼平臺背后的實現技術正是模型驅動，使用模型可以提高抽象層次、降低軟件的復雜性，大幅提升系統的開發效率。

運行時模型驅動（Run-time Model-Driven）架構可以更加有利于MES/MOM的開發和運維。

我們的確需要功能強大的通用建模工具，用于去開發應用系統。同時，我們也需要面向不同領域的一系列更簡潔、更易用的專用建模工具。

當然有好的架構還不夠，有遠見的MES廠商必須注重產品的標準化、實現分層擴展、打造合作伙伴生態，否則將很難做大規模。

基于運行時模型驅動（Runtime Model-Driven）的MES/MOM系統架構具有很高的技術門檻，這種能力一旦建立，將是難以被復制和模仿的。