智慧工厂是智能制造推进的重要方向之一。赛博物理系统CPS所支持的“全面掌控，精准执行”的执行层和制造执行系统MES所支持的“科学指挥”的指挥层，是智慧工厂实施的核心工作。在精益管理思想指导下，MES/CPS是制造企业构建管控一体化的现代化生产管理模式的软件平台。
August-Wilhelm Scheer教授把MES称为实现工业4.0的枢纽，下图是在制造企业“Y”字形架构的基础上，明确了MES和CPS的关系。在机械制造领域，以前MES是包括CPS的，但是在很多自动化企业的实施中，我们经常把MES的自动控制部分独立出来，有的称为工程管理，目的是简化工程管理系统，提高其稳定性；这样，MES的其它部分，很多就称为生产管理。在流程工业，CPS以前主要为SCADA，与MES是作为两个系统看待的。
CPS把人（移动终端，穿戴设备等）、机（生产线/设备，机器人等）、物（智能产品/滑橇，仓储，AGV/运输车等），通过工业云联网。作为实体，工业4.0强调其自主控制。现在MES驱动自动设备和机器人可不是一件轻松的事情，需要适时传递控制参数。随着智慧工厂的推进，将来通过CPS指挥的人机物，可能会达到成百上千个，有些工厂可能会更多。自主控制，实体需要具备物联能力和一定的智能性，是为了降低CPS控制的难度。
CPS实现人机物联网，是为了实现统一指挥，因为智能化的过程是个渐进的过程，企业需要根据产能和质量要求，逐步把人换成自动设备或机器人，统一指挥降低了这种转换的代价，因为现在自动设备和机器人所需要的控制参数，要比给人工的指挥更具体和更具有操作性，因此通过实施MES实现精益的生产指挥是实施CPS前提。
在机械制造领域，CPS的前身，称为工程管理或设备联网，主要是实现三类联网，一是与DCS/PLC的联网，多数是通过OPC协议方式实现，可以触发或轮询采集，可以自动控制；二是数控车床或数控中心的联网，一般是通过DNC实现NC管理，通过MDC实现完工采集、设备状态或故障码的采集和加工参数采集；三是工控机的联网，这里说的工控机是个广义概念。
物联网技术发展很快，应用层协议之争还没定论，但是我个人认为MQTT协议应该最有可能被广泛接受。基于消息传递的MQTT，确实能够简化CPS的实现并能够实现大规模的实体联网。“人”联目前最方便实用的方式是手机APP，实现人工指示、各类查询和进展反馈。
除了CPS，德国工业4.0强调三个整合：纵向整合、横向整合和设计整合。我个人认为，美国人提出的智慧工厂的三个维度更明确。
制造执行
从ERP的产品计划或订单出发，通过MRP展开上游生产环节的生产计划，详细排程，把生产计划细化并派工到设备/人工，为CPS准备设备（包括各类自动设备、数控和机器人）驱动参数和人工指示（包括各类防呆防错），根据生产进展和异常进行动态排程，按照批次或单台进行制造过程管控，采集实绩并报工。机械制造行业，可把制造执行的模式分成三种：
流水线模式，最具代表性的像汽车或发动机的装配线，还包括成组方式的机加线，一般采用“同步”模式管理，分装、物流等都与主线同步，即按照主线的生产顺序协同生产。首先是主计划管理，考虑一定规则或均衡生产原则的排序，比如涂装线，最理想的是同种颜色挨着生产，能够减少换色的次数，按照排序进行进度编排（排程），排程往往精确到分钟或秒；其次是根据现场实际生产状况的动态排程，比如生产停线了10分钟，那么后续的生产时间点都会向后延迟10分钟。依据主线的生产排序和排程，拉动分装和物流等的作业计划，要与主线顺序协调和时间协调，才能符合精益生产的要求。生产线之间，比如汽车的涂装与总装之间，生产顺序可能不同，需要通过缓冲区（涂装与总装之间一般称为PBS）实现调序和缓冲生产异常，缓冲区的大小也会影响排序的规则。
离散模式，比如机加、下料、热表和锻铸等，生产订单有若干工序，每个工序再去考虑使用的资源（主要是设备）。离散模式主要要解决好两个问题，一是排程，合理而优化的排程至关重要，可以考虑APS的高级排程，也要实现周或班次的滚动排程和动态排程；二是协同，每个设备的生产任务的顺序，受上游影响，更要考虑下游的需要，通过开工条件管理分析出每个任务的可开工时间，通过紧迫分析确定当前可开工任务的生产顺序，按照这个顺序去生产，就能够“照顾”下游。
项目模式，对于大型装备的生产，按照项目管控的方式进行整体控制，分阶段从项目任务发出生产订单，再与流水线制造或离散制造衔接上。
供应链
入场物流方面，通过供应商关系管理SRM、采购物流和制造物流，把外购、自制和外协物料“准时”调达到生产现场，支持生产判断、缺料预警和供应链协同。出场物流方面，通过客户关系管理CRM驱动产品/整车物流和备件物流。
入场物流方面，需要考虑下述问题的解决：
①向供应商的要货预告或要货计划，汽车厂一般可以提前3个月给到供应商，供应商按照要货预告或计划备货或生产，避免单纯靠加大供应商库存来应对主机厂的要货，正真实现“零”库存模式。
②拉料指示，给供应商或其中转库的物流调达指示，一般是调达到主机厂的外购库存，要考虑合理的频率和配合循环取货方式，以便降低整体成本。
③直送方式，有条件的主机厂要加大直送比重，减少外购库入库、分拣等作业的成本，通过线旁库（Pipe line）方式既能通过直送减少分拣作业，又能通过一定的缓冲减少直送的风险。
④物料配送，还包括从外购库配送到生产现场和从自制库配送到生产现场。要对配送过程进行过程监控（告警），减少“管理缺料”。
⑤物料配送，有批量配送、单件配送，要考虑各种指示方式、条码、AGV等的应用。
⑥外购库或直送的供应商库存（VMI）,要加强管控，通过预库存管理和库存预约，实现缺料预警和供应链协同。
设计工艺
设计成果在制造环节的快速准确的应用，包括生产准备和技术变更等所需要的支持功能。主要功能包括维护MBOM、现场看图、现场工艺、NC程序库、质量控制和产品档案（Product Memory）等。
通过产品档案，实现每个产品的可追溯，能够追溯的内容包括生产商、供应商及其生产批次等质量和索赔信息，还包括图纸号、图纸版本、加工参数、测量参数和加工装备等技术信息。
传统方式一般通过关重件（汽车业叫重保件）采集，获得关重件的追溯信息，由于采集工作量大，往往只能针对少数零件。我们通过物流过程获得追溯信息，基本能够做到追溯标准件之外的所有零件。
