专家观点|孟祥曦等：离散制造企业云化业务系统发展路径研究

离散制造通常是指多个零件经过一系列不连续的工序加工，再进行装配而成的制造方式，例如消费电子、汽车制造、航空装备制造等都属于离散制造行业。随着我国新一代信息技术在传统行业领域加速创新融合，离散制造业数字化和智能化水平逐步提高，传统的离散制造企业业务系统开始与云计算结合，形成云化业务系统，并呈现系统化与平台化的特征。

云化业务系统的商业模式与服务能力明显区别基于传统业务系统。一是云化业务系统可以基于工业生产的全生命周期数据，从多个维度开展知识挖掘与智能分析活动，并产出对工业生产的行为导向、价值判断和决策支撑；二是云化业务系统不再以单体产品的方式面向用户提供点对点的服务，而是在云平台的基础上，通过多个业务系统之间的协同工作，形成了企业的统一业务系统。

然而，我国离散制造行业的云化业务系统市场刚刚起步，国产云化业务系统在工业环境中的应用尚处于探索阶段。云化业务系统需要从方法研究、产品实践和业务推广等多方面进行深入研究和探索。本文旨在通过对离散制造行业业务系统云化国内外现状的调研，从云化业务系统框架、企业上云路径、实施方法和未来发展趋势等四个方面进行探讨，以帮助和引导国内企业尽快建立符合市场规律的商业模式，推动国产离散制造行业云化业务系统的发展与应用。

一、云化业务系统国内外现状

随着工业互联网产业的迅速发展，工业领域的软件系统架构正在经历彻底改变。越来越多的工业软件通过云端实现数据的处理、存储、查询、管理和发布，脱离了原有的单机或局域环境部署方式。

欧美发达国家凭借着工业软件的技术优势和经验，已经迅速完成了云化业务系统的布局、发展和应用。2012年，法国达索公司推出了3D EXPERIENCE，为制造业用户提供了从研发设计、仿真管理、生产制造和全生命周期管理的云端平台。2019年，美国参数技术(PTC)收购了 SaaS CAD厂商OnShape，并在云端平台实现了CAE和CAM 集成应用，为用户提供设计、仿真、加工一体化解决方案。德国西门子公司不仅发布了MindSphere、Xcelerator 等云化工业软件产品，而且推出了基于模型的企业(Model Based Enterprise，MBE)和数字孪生(Digital Twin)等构建制造业数字化管理体系的方法论，用以统一工业领域用户对云化业务系统应用模式的认知。

相比之下，我国的云化业务系统行业还处于起步阶段，缺少能够覆盖经营管理、研发设计和生产制造等完整离散制造业务系统产业链的龙头企业。国内厂商面临国外传统工业软件巨头转型和互联网厂商利用云计算技术向工业领域渗透的双重压力。不过，各厂商在云化业务系统产业生态方面也进行了积极布局。传统工业软件企业，如金蝶、用友、安世亚太等，先后推出了云化业务系统产品，通过多个功能模块之间的协同工作，为用户提供从数据采集到智慧决策的完整解决方案。新兴厂商方面，黑湖智造、恒远科技等厂商通过微服务架构为制造企业提供模块化、可订阅的制造协同管理服务。互联网厂商也纷纷布局，阿里、腾讯、华为等均启动了各自的云化业务系统战略。

二、离散制造企业云化业务系统框架

离散制造企业特别是中小企业通常关注成本降低、技术获取、渠道建设、规模生产等内容。然而随着用户个性化需求增长，制造模式逐步向小批量柔性化生产过渡，如何通过数字化系统贯通全要素、全环节、全链条，实现成本精细化控制、研发设计协同、用户需求快速响应、柔性生产和产品全生命周期质量追溯成为制造企业数字化转型的重中之重。

(一)基于工业互联网平台的云化业务系统

通过工业软件系统集成，支撑企业业务运行的数字化系统被称为企业业务系统。传统的企业业务系统供应链复杂、集成难度大、运维成本高且无法实现弹性扩展，仅能满足特定领域的需求，无法灵活应对数字化浪潮带来的新业务与新模式。面对离散制造企业数字化转型的现实需求，基于云平台实现工业软件集成连接，构建云化业务系统实现企业内部数据和业务的一体化是企业数字化转型升级的必然。

传统工业软件搭建的业务系统通常采用横向集成方式，各工业软件之间通过接口相互调用，数据和业务难以贯通。由于工业互联网平台能够向下对接海量工业装备、仪器、产品，向上支撑工业智能化应用的快速开发与部署，因此成了解决工业软件集成的关键基座。工业软件企业在工业互联网平台基础上，构建模块化、可拓展的云化业务系统解决方案成为我国企业业务系统产业发展的最佳路线。

(二)云化业务系统框架

云化业务系统由云化工业软件构成，其主要特点是可以实现数据的实时采集、存储、处理和分析，同时可以提供多种应用服务。相比传统工业软件，云化工业软件突破了传统工业软件的桎梏，打通了数据从采集到决策的流通途径，实现了数据的共享和交流，提高了工业生产的效率和质量。

然而，工业软件厂商通常以提供传统产品的SaaS化服务为主要商业模式，这导致本应具备跨平台访问和跨系统集成能力的云化工业软件仅能在封闭体系内实现效率的提升，不同系统间的数据共享和信息交流依然受限。因此，需要建立统一的云化业务系统框架，通过数据层级、功能模块和应用接口的标准化实现不同系统间的数据交换和共享，从而提高整个工业生产系统的效率和质量。

工业互联网连接了各类设备、系统和数字资产，是实现数据的实时采集、存储、处理和分析的载体。云化业务系统可以与工业互联网紧密结合，实现数据的共享和交流、系统的集成和升级以及数据的安全和可靠。参考现有的工业互联网体系架构，可以总结出离散制造企业的云化业务系统框架。

离散制造企业云化业务系统框架由边缘层、执行层和企业层构成。

边缘层包含了数据采集与监控系统和智能终端，运用边缘计算技术实现设备数据采集、参数调整、远程监控、数据统计、任务调度和设备管理。

执行层打通了生产管理(MES)、质量控制(QMS)、维护管理(EAM)和库存管理(WMS)之间的联系，实现了系统间基础数据、生产资源、生产计划、生产执行、绩效分析、质量测试、设备维护和库存盘点的一体化管理。

企业层可以分为运营系统和数据分析系统两个部分。其中，运营系统负责打通研发管理、项目管理、生产管理、财务管理、质量管理、营销管理、供应链管理和售后管理的各个环节，形成统一的运营管理平台。数据分析系统则是利用数据采集系统、生产制造系统、运营管理系统等各部分产生的数据进行智能分析。通过大数据应用对业务趋势进行研判，规避客户和经营中的风险点，对工作实绩进行数据分析，最终形成经营策略的优化。

三、离散制造企业上云路径选择

理想状态下，企业的业务系统应是打破原有工业软件的边界，将数据和业务功能按照微服务架构重新整合，采用云原生技术在云端构建业务系统。然而，我国企业的数字化程度差异性较大，大型企业基本建设完成了完整的传统业务系统，并对传统业务模式、组织架构等进行了升级和优化。但是现有的业务系统依赖于传统工业软件系统集成，正处于逐步迁移到云化业务系统的阶段。中小型企业普遍数字化程度较低、缺乏工业软件的系统化应用，目前的数字化转型方向应是直接采用云化架构，构建自身的云化业务系统。因此，大型企业和中小型企业在设计自身的云化业务系统时，应采用不同的战略规划和实施路径。

(一)大型离散制造企业上云路径选择

大型离散制造企业普遍具备管理制度完善、业务流程成熟的特点。因此，大型企业的业务系统云化不是为了实现组织与业务的全面变革，而是为企业提供针对具体业务中的某一个环节进行单点深入优化的能力。

传统业务系统中，此类优化对系统开发和运维团队的能力要求非常严格。因为，针对业务环节的优化通常会涉及多个工业软件的不同功能，开发和运维团队需要明确分析出这种单点优化带来的隐藏约束、功能耦合、数据一致性风险和其他不确定性风险，并且需要升级全部涉及的工业软件、进行全系统的完整测试，所需的人力成本和资金成本高昂。因此，在通常情况下，传统业务系统不会得到频繁变更。

由此可见，大型企业实现业务系统的云化迁移是为了获得能够持续优化自身业务的能力。大型企业的云化业务系统可以自行建设，按照自身的组织机构和业务模式梳理数据、流程和功能，打破原有工业软件的边界，按照数据管理与业务功能相分离的原则进行设计。在数据方面，通过数据治理体系建设，实现数据从采集、存储到应用和退役的全生命周期管理体系。在业务功能方面，应采用微服务架构，实现业务的模块化和可扩展性，降低开发和运维成本。

(二)中小型离散制造企业上云路径选择

离散制造业中小企业普遍具备数字化程度较低的特点。由于市场环境快速多变，企业需要具备应对灵活多变业务模式的能力，传统业务系统无法灵活变化的问题直接阻碍了中小型离散制造企业的应用。此外，在数字化转型过程中，中小企业同时承担组织结构和业务模式调整、业务系统建设和运维的成本。这也降低了中小型企业数字化转型的积极性。

云化业务系统的出现为中小型离散制造企业数字化转型提供了全新的解决方案。云化业务系统服务商利用微服务架构功能耦合的特性，支持企业采用订阅方式选择所需的模块来构建企业业务系统。一方面，订阅制或分模块私有部署的模式，可以降低中小企业一次性信息化投入；另一方面，云化工业业务系统的灵活配置也为中小企业快速转型提供了基础。

因此，中小型离散制造企业可以按照自身业务特点，与云化业务系统服务商合作，采用订阅制或按照业务模块单独定制的方式，形成支持增量扩展的云化业务系统。在确定数字化转型的优先级时，应遵循成本优先的原则，对企业业务系统的各模块进行成本效益分析。此外，中小型离散制造企业在与云化业务系统服务商合作时，也应该注意选择具有稳定可靠的技术支持和服务体系的服务商。同时，企业还需要充分了解自身业务特点和数字化转型需求，以便与服务商合作时能够提供准确的业务需求和数据，确保云化业务系统能够满足企业的实际需求。

四、云化业务系统实施方法

由于云化业务系统刚刚起步，行业的研究人员尚处于关注功能实现的阶段，目前缺少如何从原有的信息化系统向云化业务系统迁移的体系化研究工作。

现实中，不论大型、中型还是小型企业对于云化迁移的流程要素和关注重点是一致的，都是依据需求的紧迫程度及先易后难的原则逐步进行云化迁移。具体而言，一般是依照数据分析系统、运营系统、生产管理系统和数据采集系统的顺序进行迁移，以保障业务系统从本地到云端的平稳过渡。

本文通过总结大中小型离散制造企业云化业务系统建设和迁移的经验，提出离散制造业企业业务系统云化的技术路线、实施方法和管理体系，分为规划、设计、实施、验证和维护五个阶段。

(一)规划阶段

规划阶段是企业云化业务系统实施中最重要的阶段，需要详细调研企业现状和发展目标，确定云化业务系统的目标和需求。本阶段需要制定详细的实施计划，作为后续所有阶段的执行依据，具体可分为以下五点：

第一，企业首先建立包含最高决策层领导在内的业务系统上云工作组，工作组应兼顾组织的长远发展和近期目标，促使组织达成深入推进业务系统上云的共识。

第二，依托离散制造企业业务系统框架，按照功能模块对业务系统上云的价值进行充分分析。价值分析可以从业务效率提升、经营成本优化和新型能力效益的角度考量业务系统上云的综合效能。

第三，应收集现有业务流程痛点和需求清单，并从利益相关方分析、痛点与上云相关性分析和业务预期效果确认上云需求的优先级。

第四，应对企业现有的工业软件系统进行全面盘点。盘点过程不仅是收集工业软件系统的清单，也应详细记录工业软件与业务系统框架中的功能点和企业组织架构的对应关系。为确保上云后数字资产不丢失、业务应用资源可用以及上云后业务系统优化做好准备。

第五，应对业务系统上云进行组织、技术和能力上的准备，要形成具备云计算、云架构和云安全开发运维经验的团队。

(二)设计阶段

根据规划阶段的要求，设计阶段应制定完整的云化业务系统方案、数据迁移策略和迁移计划，具体可分为以下五点：

第一，对云化业务系统的设计方案进行详细验证，确保满足实施计划中的系统需求。

第二，对本次迁移的工业软件或信息系统对象和边界进行全面确认，给出迁移的详细步骤和割接方案，并明确迁移后所需实现的功能、性能和负载指标，并准备对应的测试用例。

第三，根据本次云化迁移的功能、性能和负载目标，完成云基础设施的选型，并设计完成对应的云架构。

第四，根据新的架构对业务功能和业务流程进行优化。

第五，全面梳理云化迁移可能遇到的风险，准备好对应的回滚方案和数据备份方案，防止迁移过程中出现数据丢失。

(三)实施阶段

实施阶段需按照设计阶段的要求，开始系统的安装、配置和测试，并进行数据迁移和培训，具体可分为以下三点：

第一，在进行正式的业务系统云化迁移前，应先对整个迁移过程进行模拟，包括回滚和数据备份的一致性检测。

第二，正式进行业务系统的云化迁移，在正式迁移完成前，应保持旧系统的正常运行。

第三，所有业务和数据迁移到云化业务系统后，应采用设计阶段准备好的测试用例，对系统的功能、性能、数据和安全进行全面测试。在全面完成系统测试后再进行业务割接。

(四)验证阶段

验证阶段，不仅需要对系统进行全面测试和验收，确保系统达到预期效果，还需要从组织、业务、系统等各方面进行持续性优化，最大限度提升云化业务系统的效率。具体可分为以下两点：

第一，企业业务系统迁移上云后，需要对系统进行持续性评估与检查，检验是否解决了规划阶段预期的业务痛点问题，是否实现了规划目标。出现差异问题时，要寻找问题根源，并制定相应的解决方案。

第二，业务系统上云后，需要实现数据、技术、业务流程与组织结构相互磨合、动态匹配。企业应确保全面、有效收集各方反馈意见，识别问题或缺陷，并采取适宜的措施，确保其得到及时解决，必要时，应制定调整方案。

(五)维护阶段

维护阶段，企业的运维团队需要对系统进行长期监控和维护，确保系统的稳定性和安全性，具体可分为以下三点：

第一，企业需要建立完善的运营和运维队伍。建设团队应与运营团队进行完整的业务与文档移交，确保业务系统的平稳迁移和运行。

第二，为确保云化业务系统的数据、技术、业务流程和组织结构规范，企业需要建立相关制度。这些制度需要明确规定业务流程、组织结构以及数据和技术的规范使用和保护。

第三，企业需要建立安全管理体系，并持续进行日常维护和系统优化。此外，应该定期对运维人员进行培训，以提高他们的技能水平和应对能力，确保系统的安全、稳定运行。

五、离散制造企业云化业务系统发展趋势及建议

(一)集中发力基于云原生的业务系统

云原生是一套以云操作系统为核心的全新的IT技术体系，具备松耦合、自动化、弹性调度、按需分配计算资源、易于观察、容错性好等特点，因此云原生是云化业务系统的良好载体。云原生技术体系一经面世就在云计算领域迅速扩张。

然而，在工业软件领域，虽然工业软件厂商纷纷开启了云原生产品的推广与发展，但是上下游的工业应用厂商在原本的技术路线上已经持续研发了十年甚至更长时间，各种接口、各种场景进行了完备适配，短时间内无法采用云原生体系进行替代。在基于云原生的云化业务系统领域，国外工业软件巨头的生态优势被极大削弱，出现了国产工业软件从技术领域换道超车的历史性机遇。

因此国产工业软件厂商应积极推动云原生技术体系在业务系统中的应用，一方面，利用云原生灵活快速的特点，实现业务系统部署、订阅、使用的业务闭环，降低运维成本和中小企业工业应用使用门槛；另一方面，积极扶持行业生态体系，采用开源软件战略，丰富云原生业务系统的工业协议、适用场景和系统功能，建立起我国工业软件的护城河。

(二)亟须完善云化业务系统标准体系

经过几十年的发展，工业软件领域已经建立了完备的标准体系。然而，随着工业软件云化的兴起，如何在新兴技术架构下保持工业软件既能够兼容原有的技术标准，又能够通过新特性、新能力实现创新发展，是云化业务系统标准体系面临的重要问题。

为解决上述问题，云化业务系统标准体系应包括基础标准、开发标准、集成部署标准、产品标准和安全标准。其中，基础标准用来统一对云化业务系统的认识，给出云化业务系统的定义，并对云化业务系统术语、体系结构以及实施方法提出总体要求。开发标准负责指导云化业务系统开发的过程和方法，解决共性关键问题。集成部署标准围绕云化业务系统之间、云化业务系统与不同软件和平台之间的互联互通互操作，对云化业务系统的接口、协议、数据和集成部署环境等提出要求。产品标准用于规范各种类云化业务系统具备的产品质量和测试要求。安全标准用于指导实现云化业务系统的隐私和安全。

由于云化业务系统应以工业互联网平台为基础，采用云原生技术体系，构建无缝集成、相互融通的业务系统。因此，云化业务系统标准体系应由政府牵头，工业互联网行业、工业软件行业、离散制造业的服务商研究机构和用户共同参与研制，共同促进云化业务系统行业的健康发展。

(三)加快探索业务系统上云路径

随着工业软件云化的不断推进，离散制造企业在上云路径上依然面临许多问题。工业软件种类繁多，并非全部适用于云化迁移，有些工业软件还需根据用户的具体应用场景才能判断是否适合云化，难以形成统一的判断标准。这就需要通过加强以下两方面的研究来解决这些问题。

首先，云化业务系统的底层架构适配方面需要加强研究。这方面的研究主要集中在如何将本地数据迁移到云端、如何实现工业通信协议与云架构的适配等问题。在工业企业中，数据的安全性和稳定性非常重要，因此需要研究如何实现数据的安全传输和存储，同时也需要考虑如何保证工业软件在云端的稳定性和可靠性。此外，针对不同的工业软件，需要研究不同的迁移方案和适配方案，以实现业务系统的顺利上云。

其次，云化迁移过程中的数据治理方面也需要加强研究。在工业企业中，数据的质量和有效性对于生产和管理的决策至关重要，因此需要研究如何针对业务特征分配数据离线或者在线存储，实现企业数据的有效整合。此外，还需要研究如何实现数据的分析和挖掘，以提高生产效率和降低成本。

综上所述，我国的云化业务系统发展仍需要从技术架构、标准体系和实施路径方面加强研究投入，这样才能更好地解决工业企业在数字化转型过程中面临的问题，提高企业的生产效率和竞争力。

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