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一、制造企業(yè)對(duì)智慧制造的憧憬

    一提到MES，很多制造企業(yè)總是會(huì)對(duì)它有很高的期望值。其中一個(gè)原因是MRP在我國(guó)推行了三十多年效果不是很理想，所以對(duì)于生產(chǎn)管理很多企業(yè)寄希望于MES，覺(jué)得MES一上線(xiàn)，生產(chǎn)就可以有序運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管MES把MRP的弱點(diǎn)做了極大的補(bǔ)充，豐富了MRP往車(chē)間執(zhí)行層延伸的精細(xì)化管理和智能化的功能擴(kuò)充，但是事實(shí)卻是很多企業(yè)在應(yīng)用了MES之后并沒(méi)有達(dá)到預(yù)想的成效。其中有很多企業(yè)對(duì)MES的期望值是智能化，憧憬著MES可以自動(dòng)地排出日生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，自動(dòng)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，自適應(yīng)調(diào)整保質(zhì)量的工藝參數(shù)。總之，希望智能化能夠深入到整個(gè)計(jì)劃和生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，而實(shí)際情況是：離散型MES已經(jīng)推行了將近十年，系統(tǒng)中智能化的體現(xiàn)并不明顯。

    不少企業(yè)實(shí)施MES，對(duì)APS的自動(dòng)排產(chǎn)寄予很大希望，但是運(yùn)行結(jié)果離實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)，用不起來(lái)。多數(shù)企業(yè)比較容易實(shí)現(xiàn)的是基于生產(chǎn)計(jì)劃、物料信息、制造資源狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度等信息共享平臺(tái)的協(xié)同管理，在數(shù)字化基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的透明化，在透明化基礎(chǔ)上的看板提示、預(yù)警和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析等。

二、智能化制造場(chǎng)景及實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)條件

    借助APS 排出精細(xì)化的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求很高，對(duì)復(fù)雜制造而言，希望APS能排出全局的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃是不容易做到的。其中最大的原因就是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確，包括加工工時(shí)不準(zhǔn)，過(guò)渡時(shí)間（檢驗(yàn)、搬運(yùn)、等待等）難以確定等。

    在某些場(chǎng)合，制造設(shè)備自動(dòng)化程度高，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，可以做到利用APS 排程。以XX柔性制造線(xiàn)為例，下圖是車(chē)間應(yīng)用場(chǎng)景。

圖1   MES智能化制造車(chē)間場(chǎng)景

    圖中所示的是XX自動(dòng)化柔性制造線(xiàn)場(chǎng)景，可實(shí)現(xiàn)72小時(shí)無(wú)人工作。圖片后方展示的并不是物料倉(cāng)庫(kù)而是工件托板的立體倉(cāng)庫(kù)，該制造線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了物流系統(tǒng)和前面的加工設(shè)備的緊密集成。這條制造線(xiàn)能實(shí)現(xiàn)智能化管理是因?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化水平達(dá)到一定程度，滿(mǎn)足了以下基礎(chǔ)條件：

    DNC聯(lián)網(wǎng)，自動(dòng)監(jiān)控機(jī)床狀態(tài)

    DNC和MES集成,自動(dòng)接收排產(chǎn)加工指令

    加工中心刀庫(kù)已裝好要用的刀具

    機(jī)床緊連托板自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù),托板上已裝卡好待加工件

    加工工序的加工時(shí)間、工件傳送時(shí)間均有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，提供自動(dòng)作業(yè)計(jì)劃排序的可靠依據(jù)。

    下圖描述了該自動(dòng)化制造線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的PDCA循環(huán)：

    P(Plan)---- 利用APS,自動(dòng)生成每臺(tái)加工中心設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃

    D(Do)  ---- 開(kāi)工執(zhí)行,生產(chǎn)進(jìn)度信息自動(dòng)采集

    C(Check)--- 生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)度展示

    A(Action)-- 在出現(xiàn)異常情況下的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃調(diào)整

圖2 XX自動(dòng)化柔性制造線(xiàn)MES系統(tǒng)PDCA循環(huán)

    制造企業(yè)除了要考慮APS自動(dòng)排產(chǎn)的基礎(chǔ)條件外,還需要了解APS自動(dòng)排產(chǎn)的局限性。APS產(chǎn)生的背景是解決宏觀(guān)問(wèn)題的。例如，基于企業(yè)資源約束模擬排程，回答客戶(hù)訂單能否滿(mǎn)足交貨期要求？又如，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃依據(jù)各個(gè)車(chē)間的制造能力進(jìn)行模擬排產(chǎn)。當(dāng)APS用到MES系統(tǒng)后,功能需要極大的提升。原則上講針對(duì)復(fù)雜離散型制造，APS 可以自動(dòng)排出和動(dòng)態(tài)調(diào)整車(chē)間生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，有的軟件還很方便地用拖拽方式調(diào)整成品計(jì)劃到期望完工時(shí)間，而且做到相關(guān)計(jì)劃相應(yīng)自動(dòng)調(diào)整。但是運(yùn)行結(jié)果只是展現(xiàn)了部分調(diào)整后的計(jì)劃，更多的是提示會(huì)影響到哪些相關(guān)計(jì)劃，并不是給出一連串相關(guān)的重排計(jì)劃。對(duì)于大多數(shù)的離散制造企業(yè)而言，多種零件現(xiàn)場(chǎng)混流，對(duì)加工設(shè)備占用容易產(chǎn)生沖突。針對(duì)某一臺(tái)設(shè)備安排計(jì)劃時(shí)，還必須保證每種零件加工工序的流程順序，可能計(jì)算結(jié)果安排某個(gè)工件某時(shí)上這臺(tái)設(shè)備加工，而前面的工序還沒(méi)有完成，不可能流轉(zhuǎn)到該臺(tái)設(shè)備；也可能生產(chǎn)過(guò)程還有一些混批處理，例如在機(jī)加工過(guò)程中需要熱處理，而熱處理工序需要合理安排批次，要等多久，時(shí)間難說(shuō)。因此，希望APS能排出全局的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃是不容易做到的。相比之下生產(chǎn)過(guò)程中信息自動(dòng)采集相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。數(shù)控加工設(shè)備通過(guò)DNC 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以后就可以實(shí)時(shí)采集設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備處于運(yùn)行、停機(jī)、故障狀態(tài)。但是只采集到設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，還不能知道是不是在干活？在干什么活？如果再把設(shè)備運(yùn)行的開(kāi)工與停機(jī)信息和工序生產(chǎn)指令信息集成，就可以采集到該生產(chǎn)工序的實(shí)際開(kāi)工時(shí)間和完工時(shí)間了。

    目前某些MES廠(chǎng)商將工業(yè)仿真技術(shù)用于虛擬工廠(chǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化，仿真虛擬工廠(chǎng)未來(lái)生產(chǎn)負(fù)荷下的生產(chǎn)能力預(yù)測(cè)，仿真用于優(yōu)化排產(chǎn)、支持真實(shí)生產(chǎn)管理循環(huán)，甚至用3D動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)展現(xiàn)車(chē)間生產(chǎn)狀態(tài)。MES發(fā)展的另一個(gè)趨勢(shì)是MPM即制造規(guī)劃的管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造一體化,簡(jiǎn)化和優(yōu)化了生產(chǎn)過(guò)程管理。

三、數(shù)字化是生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控的基本保障

    如果說(shuō)智能化制造的目標(biāo)是自動(dòng)化智慧工廠(chǎng)，那么數(shù)字化制造的起始目標(biāo)是協(xié)同制造和生產(chǎn)過(guò)程透明化。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的透明化首先要有一個(gè)信息共享和協(xié)同工作平臺(tái)，與生產(chǎn)相關(guān)的各種角色，包括企業(yè)生產(chǎn)處干部、車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃員、車(chē)間調(diào)度員、班組長(zhǎng)、生產(chǎn)工人、質(zhì)檢員、工件搬運(yùn)工、物料庫(kù)管員、工裝管理員、刀具管理員、設(shè)備管理員、經(jīng)濟(jì)核算員等等，大家都在統(tǒng)一平臺(tái)上信息共享，按照生產(chǎn)過(guò)程有序工作。制造資源信息共享，層層下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃，車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)安裝觸摸屏，工人刷本人工作證條碼、加工工藝任務(wù)條碼，在顯示屏上呈現(xiàn)工藝進(jìn)程后，接收工序任務(wù)，完工后匯報(bào)本工序完工數(shù)量、廢品數(shù)量。為保證完工匯報(bào)的及時(shí)性，可以在工作流程中約束，只有在工人匯報(bào)工序完工后才能認(rèn)領(lǐng)下一項(xiàng)任務(wù)。另外通過(guò)生產(chǎn)全過(guò)程的質(zhì)量跟蹤，基于實(shí)物BOM（每個(gè)物料都帶實(shí)際批次號(hào)）、質(zhì)檢記錄，形成產(chǎn)品檔案，并通過(guò)產(chǎn)品檔案，實(shí)現(xiàn)從原材料采購(gòu)到成品產(chǎn)出的質(zhì)量問(wèn)題正向或反向追朔。

圖3 產(chǎn)品檔案形成流程

四、智能化的逐步推進(jìn)

    智能化制造是追求的目標(biāo)，我們一直在智能化的道路上不斷前進(jìn)。但是智能化需要在具備條件基礎(chǔ)上逐步推進(jìn)，需要一個(gè)過(guò)程。為了盡快取得應(yīng)用效果，MES系統(tǒng)可以分步實(shí)施。首先建設(shè)一個(gè)協(xié)同制造的平臺(tái)，然后在數(shù)字化基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程透明化，在透明化的基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)智慧工廠(chǎng)的自動(dòng)化。

    在實(shí)現(xiàn)透明化過(guò)程當(dāng)中也可以加一些BI（商業(yè)智能）分析，有了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，就可以為管理人員提供決策支持依據(jù)。從計(jì)劃層面，開(kāi)始的時(shí)候可能是一種MRP的算法，算到工序的投入/產(chǎn)出計(jì)劃、在下達(dá)日生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃前，查詢(xún)可用制造資源的情況，然后通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)進(jìn)行近日計(jì)劃的調(diào)整。在運(yùn)行過(guò)程中逐漸積累和修訂提前期等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在條件成熟的時(shí)候，再實(shí)現(xiàn)排產(chǎn)計(jì)劃自生成。生產(chǎn)進(jìn)程的自動(dòng)監(jiān)控也可以逐步實(shí)現(xiàn)，一開(kāi)始的采集可能是通過(guò)終端或觸摸屏借助條碼人工匯報(bào)，條件具備后自動(dòng)采集。無(wú)論用哪種方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息采集后，都可以自動(dòng)發(fā)出異常情況預(yù)警信息，提醒相關(guān)人員及時(shí)處理；也可以用看板方式提示有關(guān)人員該馬上去做什么工作，例如檢驗(yàn)員的看板，會(huì)提示他那道工序已加工完，馬上去撿驗(yàn)，以減少生產(chǎn)過(guò)程中的延誤。質(zhì)量信息提取與分析也是這樣，開(kāi)始可以是人工匯報(bào)，隨著現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備越來(lái)越自動(dòng)化，可以從一些數(shù)字化模擬設(shè)備中導(dǎo)出現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集；關(guān)鍵工序還可以應(yīng)用功能強(qiáng)大的SPC（統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制）軟件, 利用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程加工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，科學(xué)地區(qū)分出生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的異常趨勢(shì)提出預(yù)警，以便生產(chǎn)管理人員及時(shí)采取措施，消除異常，恢復(fù)過(guò)程的穩(wěn)定，從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。也就是說(shuō), 質(zhì)量信息采集不止是用于事后統(tǒng)計(jì),而是智能化的預(yù)警，一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)變化已快超出質(zhì)量控制能力線(xiàn)時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示相關(guān)人員及時(shí)調(diào)整，避免出廢品。

    智能化是前景目標(biāo),隨著工業(yè)化進(jìn)程中自動(dòng)化程度的逐步提高,會(huì)給智能化奠定越來(lái)越好的基礎(chǔ)。MES系統(tǒng)的智能化除了體現(xiàn)在自動(dòng)化排產(chǎn)外,在MES系統(tǒng)的很多功能中都可以增加智能化的環(huán)節(jié)。

溫嶺市萬(wàn)新工業(yè)設(shè)備制造有限公司成立于1996年，早在公司成立以前的1992年就開(kāi)始專(zhuān)注于自動(dòng)化設(shè)備的研發(fā)與制造，萬(wàn)新公司積極參與國(guó)際技術(shù)交流與合作，經(jīng)萬(wàn)新人鍥而不舍的開(kāi)拓進(jìn)取，已成為國(guó)內(nèi)外最具競(jìng)爭(zhēng)力的自動(dòng)化設(shè)備制造供應(yīng)商。

公司現(xiàn)階段致力于電力、電機(jī)、電梯、物流、汽車(chē)等行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、整合。為高低壓開(kāi)關(guān)柜、真空斷路器、電機(jī)以及新能源汽車(chē)等領(lǐng)域的新老客戶(hù)提供全面完善的生產(chǎn)自動(dòng)化解決方案。