半岛彩票:计算机行业专题报告：制造业升级MES有望迎来持续快速发展
MES（Manufacturing Execution System）即制造企业生产过程执行系统，主要功能包括生产运营管理、产 品质量管理、生产实时管控、生产动态调度等，对生产现场的“人、机、料、法、环、测”均实现了有效管理， 紧扣质量管理理论中的六要素。上接 ERP、PLM 等系统，下接物理生产设备。
1. 从市场规模看，我国 MES 行业的发展仍处于较初期的阶段。这 主要是因为 MES 是智能制造核心系统之一，而我国智能制造的发展距离发达国家仍有较大差距；
2. 在制造业 升级的大背景下，国内 MES 有望迎来持续快速发展：（1）成本提升、技术进步需求使得制造业面临的竞争力升 级挑战在不断增大；（2）2020 年以来，发改委、工信部出台多项政策促进智能制造发展，典型如近期的《工业 互联网创新发展行动计划（2021-2023 年）》，规划到 2023 年，在 10 个重点行业打造 30 个 5G 全连接工厂， 重点企业生产效率提高 20%以上，新模式应用普及率达到 30%；（3）2020 年的疫情使得中国制造业景气度和供应链优势凸显。随疫情影响逐步消退，以家电、3C、通用与专用设备、汽车整车等为代表的部分制造行业的资本开支回暖明显，较高景气度支撑下制造业自发性投资升级具有明显的可持续性；（4）作为智能制造关键系 统之一的 MES，有望迎来持续快速发展，尤其在家电、3C 电子、机械设备、汽车等行业领域或更明显。 l MES 的关键是构建各类待产品完整的生产流程，在信息化角度，就需要对生产流程建模。建模过程中，三大难 点需逐个攻克：工艺建模、工厂建模、数据采集与解析。此外，MES 产品较高程度的模块化有利于实施与配置效率的提升，从而获得边际效应，这均涉及对行业 Know-how 的应用。
MES 特点总结：1. MES 的难点更多是在行业 Know-How，这就包括对不同行业生产工艺、工厂岗位设定、生 产设备数据以及生产管理体系等多方面的深入理解，这也使得 MES 厂商跨行业发展的难度大大提升；2. 由于 工艺建模、工厂建模是企业层级的差异，这使得同一行业内不同企业的 MES 也存在较大差异。此外，由于 MES 需要与上层的 ERP、底层的硬件设备等进行对接，因此，针对每个客户，MES 厂商需要做不同环境下的配置与 实施；3. MES 厂商针对性解决方案的构建能力、现场配置与实施能力均是客户产品选型时的重要参考；4. 尽 管需要较多实施与配置工作，MES 产品仍然可以做到较大程度的模块化，随着不同上下游环境项目实施的不断 累积同样会表现出较好的边际效应，尤其是离散型制造行业的 MES 系统。
MES（Manufacturing Execution System）即制造企业生产过程执行系统， 是实现智能制造的核心系统之一。MES上接ERP、PLM、CAPP等系统，下接各类物 理生产设备，主要负责生产管理和调度执行。 MES提供了一个能够集成诸如订单执行与跟踪、质量控制、生产调度、物料投 入产出管理等功能的统一系统平台，实现ERP系统无法实现的实时生产管理报表功 能。相较于ERP，MES获取生产数据的实时性高，对底层生产的数据把握细；而ERP 是一个功能更广，但对车间生产执行层了解不细致的系统。
大约在2000年前后ERP系统开始进入国内市场，至今已20余年。国内大部分制 造业企业已完成了ERP等相关系统的建设，在企业层（如下图所示）的信息化水平 与发达国家制造业企业差距不大。
而在2008年以来，主要发达国家相继推动“再工业化”进程，智能制造水平迅速提 升。为在全球市场保持较强竞争力，以美的、格力为代表的我国头部制造业企业先 后在2013年前后开始将信息化建设下沉，促进IT（信息技术）与OT（运营技术）的 深度融合，这就需要引入MES系统。各细分行业推进MES建设的时间各有不同，但 MES在各行业的渗透路径较为类似，即整体呈现从终端厂商往上游扩散的现象，这 或主要是因为当前企业间的竞争已经演化为产业链之间的竞争，木桶效应使终端厂 商对其产业链智能化水平有较高的要求。
整体上，产业链整体正从ERP为代表的企业运营软件服务下沉至车间级别的 MES为代表的制造环节信息化阶段，企业应用和设备工艺制造流程之间正进入承上 启下填补空白的新时期。
整体上，当前我国MES的渗透率偏低，市场规模较小。根据e-works数据，2019 年，国内MES市场规模约40亿元，同比增长约20%。而对全球MES市场规模及增速， 不同机构的数据有所差异，但基本在百亿级美元。例如，MarketsandMarkets预测全 球MES市场规模将由2020年的119亿美元增长至2025年的149亿美元，5年CAGR约 4.5%；而Zion Market Research的数据显示，全球MES市场规模将由2017年的92.8 亿美元增长至2024年的217亿美元，7年CAGR约12.9%。
展望未来，我们判断，在我国制造业整体升级的大背景下，国内MES有望迎来持续快速发展。这主要是因为：
(2) 2020年以来，发改委、工信部出台多项政策促进智能制造发展，典型如近 期的《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》，规划到2023年， 在10个重点行业打造30个5G全连接工厂，重点企业生产效率提高20%以 上，新模式应用普及率达到30%；
(3) 2020 年的疫情使得中国制造业景气度和供应链优势凸显。随疫情影响逐步消退，以家电、3C、通用与专用设备、汽车整车等为代表的部分制造行业的资本开支回暖明显，较高景气度支撑下制造业自发性投资升级具有明显的可持续性；
(4) 作为智能制造关键系统之一的MES，有望迎来持续快速发展的机会，尤其在家电、3C电子、机械设备、汽车等行业领域或更明显。
全球化竞争不可避免，制造强国率前开启制造升级，我国企业竞争压力增大。 在2008年金融危机以来，美国率先启动了“再工业化”战略，意图吸引高端制造业回流，促进制造业增长，让美国回归实体经济。此后，更推出一系列的智能制造相关政策方案，提升美国制造业在全球的竞争力。几乎同时期，制造业强国德国、日本也接 连推出智能制造促进政策，增强其制造业竞争力。
在面临较激烈全球化竞争的同时，我国制造业就业人数绝对值与在全部就业人 员中的占比在2013年达到峰值后逐年下滑，这或是制造业企业员工薪酬增幅较大的 主要原因之一。
我们对比了制造业典型4大行业（家电、汽车、电子、机械）过去8年每年员工 总薪酬、总收入以及扣非归母净利润的的累计涨幅（总薪酬计算公式：当年员工总 薪酬=年末应付职工薪酬+支付给职工以及为职工支付的现金-年初应付职工薪酬）， 如下图所示。
以2011年为基底，4大行业员工总薪酬的增幅均高于其总收入的累计增幅。除家电行业外，4大行业员工总薪酬的增幅也高于其扣非归母净利润的增幅。我们判断， 相对其他三个行业，家电行业在智能制造投入时间较长、投入力度更大是其扣非归母净利润的涨幅比员工总薪酬更高的主要原因之一。
综上所述，全球化竞争愈加严峻，而我国制造企业竞争压力较大，且人工成本 压力同样较大。财务指标上已有所体现，如下图所示。从净利润率看，典型制造业 中，除家电行业外，近八年来，汽车行业、电子行业、机械行业整体净利润率呈下滑 趋势。而从ROE角度看，汽车行业、机械行业呈明显下滑趋势，从杜邦分析角度看， 净利润率下滑是ROE下滑的主要原因。家电行业与电子行业的ROE基本保持稳定， 但不同的是，家电行业净利润率呈上升趋势而权益乘数呈下降趋势，电子行业恰好 相反。
因此，成本提升、技术进步需求使得制造业面临的竞争力升级挑战在不断增大， 智能制造升级势在必行。
实际早在2015年，国务院就发布了《中国制造2025》计划，为我国制造业智能 化升级制定了未来近35年的发展规划总纲。而2020年以来，发改委、工信部等部门 更是陆续出台多项政策，推动我国制造业智能化升级。
典型如近期的《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》，规划到2023 年，在10个重点行业打造30个5G全连接工厂，重点企业生产效率提高20%以上，新 模式应用普及率达到30%。
政策的推动是一方面，制造企业盈利支撑下的智能化升级更具持续性，才是智能制造相关行业长期繁荣的保证。
如下图所示，在上一个工业企业利润增长周期（16年至18年），制造业固定资 产投资完成额累计同比增速由下滑趋势逐步企稳，而高技术制造业固定资产投资完 成额累计同比增速迅速反弹。典型的智能制造类产品减速机、工业机器人的产量较 前几年有明显提升。 2020年以来，随着疫情的影响逐步消退，工业企业利润、固定资产投资完成额 也迅速回升。减速机、工业机器人等智能制造设备的产量较2019年增长明显，跨上 新台阶。
具体到制造业细分行业，如下图所示，随疫情影响逐步消退，智能制造相关投资迅速回升的典型行业包括消费品中的家电、3C等，而中游制造业中的通用与专用设备等领域也呈现较明显的回暖趋势。此外，汽车整车的资本开支20Q3增速为4%， 环比Q2已经出现了较大改善。
家电、3C等领域智能制造等固定资产投资强劲复苏背后原因在于其盈利正从底 部迅速回暖。正如前文所述，盈利支撑下制造企业自发性投资比单纯政策推动下的投资更具持久性，也更能反映出智能制造升级的必要性与紧迫性已被大多数制造企业所认识。
综上所述，我们看好此轮以盈利为基础的制造企业自发性投资复苏。作为智能制造关键系统之一的MES，有望迎来持续快速发展的机会，尤其在家电、3C电子、 机械设备、汽车等行业领域或更明显。
在ISA-95的行业标准制定以前，各个MES厂商对MES的定义千差万别，具体包 含的功能各有不同。鉴于MES这个术语此前的定义乱象，因此MOM（Manufacturing Operations Management）概念在ISA-95中被首次提出，包括文档管理、配置，模 型、企业制造智能，报表、计划调度、工单等子系统，整体是一个完整的平台层（如 下图）。现实中大部分公司因为历史原因，其产品名一直被叫做MES，即使功能已 接近或与MOM的定义完全一致。因此，本报告并不将MES与MOM进行严格区分。
MES主要能够帮助制造企业解决如何生产的问题，例如，帮助企业提高设备利用率、降低交货周期、实现质量保障与追溯等目标。具体而言，如下图所示，MES 的主要功能包括生产运营管理、产品质量管理、生产实时管控、生产动态调度等，对 生产现场的“人、机、料、法、环、测”均实现了有效管理，紧扣质量管理理论中的六要素。
③料：实现对生产过程中的物料（包括原材料、半成品等）的管理，主要涉及生产车间物料管理、仓库物料管理等功能；
从功能上看，ERP和MES中确实是有重复的功能模块，比如设备管理、计划管 理等。但在ERP和MES中的角色可能不一样，比如在MES中，维修人员关注设备管 理模块是为了及时得知设备是否有故障、统计设备故障类型等。而在ERP中，高层 管理人员关注设备管理模块是为了得知设备故障是否影响了生产等。数据的颗粒度， MES更细、更实时，而ERP更粗、更滞后。
根据MESA（Manufacturing Enterprise Solutions Association，全球智能制造与 MES/MOM的非盈利组织）的数据，整体上，企业在实施MES后将获得较大收益。例 如，缩短生产周期达到平均45%、缩短订单交货时间达到平均27%、减少产品缺陷 达到平均18%。
一是离散型制造企业，主要特征为生产过程中基本没有发生物质改变，只是物料的形状和组合发生改变，典型包括汽车制造、机械制造等；
二是流程型制造企业，即生产过程中被加工对象不间断地通过各类生产设备， 经过混合、分里、粉碎、加热等物理或化学方法使原材料进行增值，得到最终产品， 典型包括石油化工、化工、钢铁制造等；
三是混合型制造企业，如果流程型制造企业的最终输出产物不是通过管道直接运输走，一般就需要包装等环节，且包装环节价值在产品中价值占比较高，即为混合型制造企业。前期生产是流程、后期包装是离散、例如制药、造纸等。
如前文所述，MES主要帮助制造企业解决如何生产的问题，而在产品品质和批 量、产品结构和生产模型要求、生产计划管理、设备管理等方面，离散型制造企业与 流程型制造企业差距较大，因此，应用于不同行业的MES系统的复杂度差距较大， 离散型制造企业的MES复杂度更高。例如，离散型制造企业MES需要对各个工台/车 间的半产成品进行管理，并还要注意在保证生产所需的前提下如何减少积压，而流 程型制造企业MES基本无半产成品库存管理概念。
产品价格也能反映出离散型制造企业MES的复杂度。根据中国招标网数据，国 内厂商应用于离散行业一套完整的MES系统大约为100万元至300万元左右。而根据 中控技术（流程型制造企业MES厂商）数据，其MES系统的售价平均大约在60万元 左右。
由前文所述， MES主要能够帮助制造企业解决如何生产的问题，例如，帮助企 业提高设备利用率、降低交货周期、实现质量保障与追溯等目标。因此，MES的关 键是构建各类待产品完整的生产流程，在信息化角度，就需要对生产流程建模。 一次完整从订单到生产、最后到交付流程如下图所示。在这个流程中，ERP系 统主要解决两个问题：①在订单到来时，ERP系统通过MRP（Material Requirement Planning）计算原材料如何满足订单需求，解决的问题包括需要什么、现有什么、什 么时候采购（涉及主生产计划、物料清单及库存记录）；②在订单完成后，ERP系统 再通过成本核算计算本次生产是否盈利。 而MES系统主要负责从原材料到产成品的全过程，包括生产调度、工单协调与 执行、现场生产控制与监控、设备管理、质量监控等过程。
为实现生产流程的建模， 三大难点需逐个攻克：工艺建模、工厂建模、数据采集与解析。这三大难点均涉及 对行业Know-how的应用。 此外，由于涉及大量的实施与配置工作，把MES产品做到较大程度的模块化， 能够在较大程度上提升实施配置效率，获得较好边际效应，而这同样涉及对行业 Know-how的应用。
不同行业、不同工厂产品生产流程不一致的原因主要在于车间的生产过程环节， 这些环节与工艺有关。例如，一个常见的小金属玩具就可能有切料、冲压、机加工、 焊接、去毛刺、喷漆、质检等工序环节，而每个环节都要考虑物料供应、与下一道工 序的衔接、加工设备换型等因素。
一般而言，制造企业的核心竞争力之一即为其生产工艺，生产工艺在较大程度 上决定了产品的质量与价格。因此，由不同厂商生产的同一种产品因生产工艺不同， 其工艺建模也会大相径庭。
整体上，制造行业中一套工艺流程涉及的工艺种类较多，而细分种类更多。例 如，根据《机械行业标准：机械制造工艺方法分类与代码》，机械制造工艺共有9大 类，共710细分种类。不同细分工艺的组合就构成的不同企业的制造工艺流程。
因此，标准化的、同时适用于多个企业的MES系统基本不存在，需要MES厂商 为每个企业量身定制符合其自身工艺流程的MES系统，这对MES厂商的工艺流程理 解能力提出了较高要求，同时也延长了MES的实施周期。
工艺建模仅是建立从原材料到产成品的变化路径，而推动原材料质变或形变需 要企业人员的干预，即使在自动化、智能化程度较高的阶段。例如，紧急加工一批短 缺产品时，需要对当前生产任务进行中断，这就需要各级生产管理人员的审批。
因此，工厂建模就必不可少。简单理解，工厂建模即对工厂管理中的生产组织方式（例如车间各级人员架构、管理与从属关系、不同岗位工作职责）、生产流程进行建模，其中需要考虑的是企业本身自动化和信息化水平、员工技能等多个因素。
即使工艺完全一样，生产类似产品的制造企业的生产流程建模也不会完全一样， 因为各企业生产组织方式、自动化和信息化水平等方面可能都不一样。这就使得MES 厂商在实施过程中需要反复向企业确认其生产流程、不同岗位人员职责等个性化特 点，并且，项目实施周期也将随之延长。
对生产设备进行实时控制与调整、故障预警及维修是生产过程建模另一关键步 骤，这就涉及生产设备运行数据的采集与解析。
MES的数据采集功能模块其实是一个包含多种工业协议接口的协议解析器，能 够把具有不同协议类型的设备数据对接到MES的数据库中。而解析数据不仅要能够 解析工业协议，还需要知道解析后的数据每个数据点位所代表的含义。
自动化的数据采集与解析是MES关键的一环。如果MES涉及大量手工输入数据 且员工不需要对输入负责（特别是大多数一线人员的工资与生产的合格产品数量相 关，输入数据的准确与及时并非其核心KPI），则MES实际发挥的作用将非常有限。
实现自动化的数据采集与解析需要MES厂商对各类硬件设备所支持的通讯协议 （数据采集）以及设备输出数据的含义（数据解析）有较深入的了解，而这需要对各 类通讯协议以及行业Know-How有持续的研究。
现实中，不少硬件设备厂商为巩固其竞争地位或迫使客户采购其自产的MES， 不会对外开放其数据接口或通过收费的方式开放部分数据接口，使得第三方MES厂 商无法直接获取数据，而采用诸如机器视觉等方法间接获取数据，这无疑将增加第 三方MES厂商的工作量且在项目效果上打折。
如前文所述，MES系统需要较多实施与配置工作。尽管如此，MES产品仍然可以做到较大程度的模块化，MES厂商在积累多个客户实施案例后也能实现较好的边 际效应。如下图所示，从多个MES项目中抽离出行业层级、工艺层级或工厂层级的 模块，然后在新项目中实现快速组装，以此提升实施效率，获得边际效应。
是否能从多个项目中抽离出合适的、可复用的模块一方面与是否实施过的足够数量的项目有关，更重要的是和行业Know-How是否丰富有关。
因此，行业Know-How在MES的搭建过程中至关重要。追根刨底，MES是一套 管理系统。真正优秀的MES厂商会利用其积累的行业Know-How帮助客户升级生产 管理体系，使其工艺与生产过程更加匹配，从而降低摩擦实现更高的生产效率，这 实际也是全球头部厂商与腰部厂商产品的重要差别之一。
在缺乏行业Know-How时，即使完成了工艺建模、工厂建模、数据采集与解析， 客户也很可能并不认可最终搭建完成的MES。
例如，模具管理系统在很多大公司用得较好，但在生产场景简单的小公司性价 比或并不太高。这主要是因为在模具借用、使用、归还、管理等几个环节中，对生产场景简单的小公司来说，真正耗时的是使用过程中的更换模具，这可能需要花费半 小时以上甚至半天。而模具管理系统能够节省出来的10分钟对这些小企业来说是相 对不重要的，客户也很难认可其价值。
首先，MES的难点更多是在行业Know-How，这就包括对不同行业生产工艺、 工厂岗位设定、生产设备数据以及生产管理体系等多方面的深入理解，这也使得 MES厂商跨行业发展的难度大大提升；
其次，由于工艺建模、工厂建模是企业层级的差异，这使得同一行业内不同企业的MES也存在较大差异。此外，由于MES需要与上层的ERP、底层的硬件设备等进行对接，因此，针对每个客户，MES厂商需要做不同环境下的配置与实施；
最后，尽管需要较多实施与配置工作，MES产品仍然可以做到较大程度的模块化，随着不同上下游环境项目实施的不断累积同样会表现出较好的边际效应，尤其是离散型制造行业的MES系统。
如下图所示， MES位于智能工厂体系架构中间位置，主要负责生产管理和调度执行。从MES供应商的初始业务角度看，MES厂商可分为5类：
(1) 初始为计划层软件（ERP、PLM等）供应商，后通过收购或自研等方式逐步由上至下拓展至MES，典型如SAP、Oracle以及国内的鼎捷软件；
(2) 成立之初即为MES厂商，专注于部分细分行业，例如专注于食品饮料、消费包装等行业的Mountain System（后被GE Fanuc收购）；专注于食品行 业的Compex IT plant solution（后被西门子收购）；
(3) 初始为行业头部厂商产品的实施服务商。在实施的过程中，随着经验及技术的积累，这些厂商通常会从较边缘的功能模块开始，尝试自主开发，甚 至最终推出自主全套MES产品。典型公司包括赛意信息、汉得信息等。
(4) 初始业务主要为硬件设备数据采集与展示，后逐步向MES拓展，典型即为 Wonderware（后并入施耐德），其成立之初的核心产品为InTouch，一款 HMI软件；
(5) 由硬件设备厂商发展而来，典型如西门子、施耐德等，这类厂商一般有较 长的发展历史，且硬件基因较重，往往倾向于通过并购补强其MES能力。
整体看，上述各类MES厂商各有优势。例如，由ERP发展而来的MES厂商拥有 更好打通计划层与执行层的能力；由实施商转型的MES厂商对部分行业的理解较深 有更好服务特定客户的能力；而由生产硬件设备拓展至MES领域的厂商在数据采集与分析以及软硬一体化销售方面优势较大。
从MES产品收入体量来看，全球范围内，MES行业头部公司包括西门子、霍尼韦尔、AVEVA等，而国内相关公司体量仍偏小，整体竞争压力较大。
从下业角度看，国外公司中，西门子覆盖行业较广泛，既包括离散制造行业例如汽车、机械工具、电子&半导体等，又包括流程及混合制造行业，例如医药化学、食品饮料等，而霍尼韦尔主要专注于流程制造行业，尤其是油气行业。国内公司中，中控技术MES产品主要应用于炼油、石化、化工等流程制造行业，而鼎捷软件 MES产品则以汽车零部件、汽车电子等离散制造行业为主。
如下图所示，数字化、网络化、智能化是工业制造发展升级的路径。智能化发展需基于数字化与网络化，目标是实现可预测（即实现未来仿真与预测）及自适应（实现基于数据的自主分析学习，发现知识）。
而MES作为制造企业中关键信息系统之一，其自身的发展与演进自然也在工业制造升级发展的整体框架之中，即最终是基于各个系统的各类数据实现生产决策与 控制的持续优化。
一直以来，制造业企业信息系统建设普遍遵循以ISA-95为代表的金字塔体系架构（类似右上图），其核心是打通企业商业系统与生产控制系统，将订单逐步分解为 企业资源计划、生产计划、直至生产硬件设备的具体指令，主要通过ERP、MES、 PLM等一系列软件系统的协同来驱动制造企业数字化和信息化发展。
但随着智能化发展的进一步深化，现有体系架构的问题也逐渐暴露，主要问题 有两点：一是信息孤岛问题仍然存在，无法形成对海量数据的统一管理与处理，而 这也阻碍了大数据、人工智能等技术在工业领域的应用；二是灵活性欠缺，ERP、 MES系统均属于重应用，即若企业业务发生变化时，需再次定制化开发，无法动态 组装及时响应。
因此，从更长的周期看，我们判断，工业互联网平台将逐步取代以ISA-95为代 表的金字塔体系架构，具体或将有两大的演进趋势：
(1) 传统ERP、MES、PLM等信息化产品的边界将被打破，平台化架构+更轻 量级更灵活的工业APP将成为主流，支持企业快速适应市场变化、满足客户个性化需求；
(2) 数据成为制造企业智能化发展的核心驱动，大数据、人工智能等新兴技术将在更大程度上赋能制造企业，而这需要以数据采集与管理平台为底座。
近年来国内新成立的各类“MES”厂商也能为上述趋势提供佐证，如下表所示， 大部分厂商产品为云MES。详细分析，实际大部分厂商的产品更类似“工业互联网 平台”概念，而非传统的MES产品。
风险提示：制造企业 IT 支出预算波动；国内制造业信息化升级推进不及预期；行业加速发展初期竞争或加剧。