MES系統(tǒng)智能化的逐步實現(xiàn)
一、制造企業(yè)對智慧制造的憧憬
一提到MES，很多制造企業(yè)總是會對它有很高的期望值。其中一個原因是MRP在我國推行了三十多年效果不是很理想，所以對于生產(chǎn)管理很多企業(yè)寄希望于MES，覺得MES一上線，生產(chǎn)就可以有序運轉(zhuǎn)。盡管MES把MRP的弱點做了極大的補充，豐富了MRP往車間執(zhí)行層延伸的精細化管理和智能化的功能擴充，但是事實卻是很多企業(yè)在應(yīng)用了MES之后并沒有達到預(yù)想的成效。其中有很多企業(yè)對MES的期望值是智能化，憧憬著MES可以自動地排出日生產(chǎn)作業(yè)計劃，自動采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，自動調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)計劃，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計劃和生產(chǎn)過程當中，而實際情況是：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)實施MES，對APS的自動排產(chǎn)寄予很大希望，但是運行結(jié)果離實際情況相差甚遠，用不起來。多數(shù)企業(yè)比較容易實現(xiàn)的是基于生產(chǎn)計劃、物料信息、制造資源狀態(tài)、生產(chǎn)進度等信息共享平臺的協(xié)同管理，在數(shù)字化基礎(chǔ)上實現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化，在透明化基礎(chǔ)上的看板提示、預(yù)警和生產(chǎn)統(tǒng)計分析等。
二、智能化制造場景及實現(xiàn)的基礎(chǔ)條件
借助APS 排出精細化的生產(chǎn)作業(yè)計劃對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性要求很高，對復(fù)雜制造而言，希望APS能排出全局的動態(tài)生產(chǎn)作業(yè)計劃是不容易做到的。其中最大的原因就是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以準確，包括加工工時不準，過渡時間（檢驗、搬運、等待等）難以確定等。
在某些場合，制造設(shè)備自動化程度高，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較準確，可以做到利用APS 排程。以XX柔性制造線為例，下圖是車間應(yīng)用場景。
圖1 MES智能化制造車間場景
圖中所示的是XX自動化柔性制造線場景，可實現(xiàn)72小時無人工作。圖片后方展示的并不是物料倉庫而是工件托板的立體倉庫，該制造線實現(xiàn)了物流系統(tǒng)和前面的加工設(shè)備的緊密集成。這條制造線能實現(xiàn)智能化管理是因為工業(yè)自動化水平達到一定程度，滿足了以下基礎(chǔ)條件：
DNC聯(lián)網(wǎng)，自動監(jiān)控機床狀態(tài)
DNC和MES集成,自動接收排產(chǎn)加工指令
加工中心刀庫已裝好要用的刀具
機床緊連托板自動化倉庫,托板上已裝卡好待加工件
加工工序的加工時間、工件傳送時間均有標準數(shù)據(jù)，提供自動作業(yè)計劃排序的可靠依據(jù)。
下圖描述了該自動化制造線實現(xiàn)的PDCA循環(huán)：
P(Plan)---- 利用APS,自動生成每臺加工中心設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)計劃
D(Do) ---- 開工執(zhí)行,生產(chǎn)進度信息自動采集
C(Check)--- 生產(chǎn)作業(yè)進度展示
A(Action)-- 在出現(xiàn)異常情況下的生產(chǎn)作業(yè)計劃調(diào)整
圖2 XX自動化柔性制造線MES系統(tǒng)PDCA循環(huán)
制造企業(yè)除了要考慮APS自動排產(chǎn)的基礎(chǔ)條件外,還需要了解APS自動排產(chǎn)的局限性。APS產(chǎn)生的背景是解決宏觀問題的。例如，基于企業(yè)資源約束模擬排程，回答客戶訂單能否滿足交貨期要求？又如，對企業(yè)生產(chǎn)計劃依據(jù)各個車間的制造能力進行模擬排產(chǎn)。當APS用到MES系統(tǒng)后,功能需要極大的提升。原則上講針對復(fù)雜離散型制造，APS 可以自動排出和動態(tài)調(diào)整車間生產(chǎn)作業(yè)計劃，有的軟件還很方便地用拖拽方式調(diào)整成品計劃到期望完工時間，而且做到相關(guān)計劃相應(yīng)自動調(diào)整。但是運行結(jié)果只是展現(xiàn)了部分調(diào)整后的計劃，更多的是提示會影響到哪些相關(guān)計劃，并不是給出一連串相關(guān)的重排計劃。對于大多數(shù)的離散制造企業(yè)而言，多種零件現(xiàn)場混流，對加工設(shè)備占用容易產(chǎn)生沖突。針對某一臺設(shè)備安排計劃時，還必須保證每種零件加工工序的流程順序，可能計算結(jié)果安排某個工件某時上這臺設(shè)備加工，而前面的工序還沒有完成，不可能流轉(zhuǎn)到該臺設(shè)備；也可能生產(chǎn)過程還有一些混批處理，例如在機加工過程中需要熱處理，而熱處理工序需要合理安排批次，要等多久，時間難說。因此，希望APS能排出全局的動態(tài)生產(chǎn)作業(yè)計劃是不容易做到的。相比之下生產(chǎn)過程中信息自動采集相對容易實現(xiàn)。數(shù)控加工設(shè)備通過DNC 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以后就可以實時采集設(shè)備狀態(tài)，實時監(jiān)控設(shè)備處于運行、停機、故障狀態(tài)。但是只采集到設(shè)備處于運行狀態(tài)，還不能知道是不是在干活？在干什么活？如果再把設(shè)備運行的開工與停機信息和工序生產(chǎn)指令信息集成，就可以采集到該生產(chǎn)工序的實際開工時間和完工時間了。
目前某些MES廠商將工業(yè)仿真技術(shù)用于虛擬工廠設(shè)計和運營優(yōu)化，仿真虛擬工廠未來生產(chǎn)負荷下的生產(chǎn)能力預(yù)測，仿真用于優(yōu)化排產(chǎn)、支持真實生產(chǎn)管理循環(huán)，甚至用3D動畫實時展現(xiàn)車間生產(chǎn)狀態(tài)。MES發(fā)展的另一個趨勢是MPM即制造規(guī)劃的管理，實現(xiàn)設(shè)計、制造一體化,簡化和優(yōu)化了生產(chǎn)過程管理。
三、數(shù)字化是生產(chǎn)過程監(jiān)控的基本保障
如果說智能化制造的目標是自動化智慧工廠，那么數(shù)字化制造的起始目標是協(xié)同制造和生產(chǎn)過程透明化。實現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化首先要有一個信息共享和協(xié)同工作平臺，與生產(chǎn)相關(guān)的各種角色，包括企業(yè)生產(chǎn)處干部、車間生產(chǎn)計劃員、車間調(diào)度員、班組長、生產(chǎn)工人、質(zhì)檢員、工件搬運工、物料庫管員、工裝管理員、刀具管理員、設(shè)備管理員、經(jīng)濟核算員等等，大家都在統(tǒng)一平臺上信息共享，按照生產(chǎn)過程有序工作。制造資源信息共享，層層下達生產(chǎn)計劃，車間現(xiàn)場安裝觸摸屏，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)工藝進程后，接收工序任務(wù)，完工后匯報本工序完工數(shù)量、廢品數(shù)量。為保證完工匯報的及時性，可以在工作流程中約束，只有在工人匯報工序完工后才能認領(lǐng)下一項任務(wù)。另外通過生產(chǎn)全過程的質(zhì)量跟蹤，基于實物BOM（每個物料都帶實際批次號）、質(zhì)檢記錄，形成產(chǎn)品檔案，并通過產(chǎn)品檔案，實現(xiàn)從原材料采購到成品產(chǎn)出的質(zhì)量問題正向或反向追朔。
圖3 產(chǎn)品檔案形成流程
四、智能化的逐步推進
智能化制造是追求的目標，我們一直在智能化的道路上不斷前進。但是智能化需要在具備條件基礎(chǔ)上逐步推進，需要一個過程。為了盡快取得應(yīng)用效果，MES系統(tǒng)可以分步實施。首先建設(shè)一個協(xié)同制造的平臺，然后在數(shù)字化基礎(chǔ)上實現(xiàn)生產(chǎn)過程透明化，在透明化的基礎(chǔ)上再實現(xiàn)智慧工廠的自動化。
在實現(xiàn)透明化過程當中也可以加一些BI（商業(yè)智能）分析，有了現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，就可以為管理人員提供決策支持依據(jù)。從計劃層面，開始的時候可能是一種MRP的算法，算到工序的投入/產(chǎn)出計劃、在下達日生產(chǎn)作業(yè)計劃前，查詢可用制造資源的情況，然后通過人機對話進行近日計劃的調(diào)整。在運行過程中逐漸積累和修訂提前期等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在條件成熟的時候，再實現(xiàn)排產(chǎn)計劃自生成。生產(chǎn)進程的自動監(jiān)控也可以逐步實現(xiàn)，一開始的采集可能是通過終端或觸摸屏借助條碼人工匯報，條件具備后自動采集。無論用哪種方式對現(xiàn)場信息采集后，都可以自動發(fā)出異常情況預(yù)警信息，提醒相關(guān)人員及時處理；也可以用看板方式提示有關(guān)人員該馬上去做什么工作，例如檢驗員的看板，會提示他那道工序已加工完，馬上去撿驗，以減少生產(chǎn)過程中的延誤。質(zhì)量信息提取與分析也是這樣，開始可以是人工匯報，隨著現(xiàn)場的檢測設(shè)備、試驗設(shè)備越來越自動化，可以從一些數(shù)字化模擬設(shè)備中導(dǎo)出現(xiàn)場工藝參數(shù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動采集；關(guān)鍵工序還可以應(yīng)用功能強大的SPC（統(tǒng)計過程控制）軟件, 利用統(tǒng)計分析技術(shù)對生產(chǎn)過程加工質(zhì)量進行實時監(jiān)控，科學地區(qū)分出生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機波動與異常波動，從而對生產(chǎn)過程的異常趨勢提出預(yù)警，以便生產(chǎn)管理人員及時采取措施，消除異常，恢復(fù)過程的穩(wěn)定，從而達到提高和控制質(zhì)量的目的。也就是說, 質(zhì)量信息采集不止是用于事后統(tǒng)計,而是智能化的預(yù)警，一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場工藝參數(shù)變化已快超出質(zhì)量控制能力線時會自動報警，提示相關(guān)人員及時調(diào)整，避免出廢品。
智能化是前景目標,隨著工業(yè)化進程中自動化程度的逐步提高,會給智能化奠定越來越好的基礎(chǔ)。MES系統(tǒng)的智能化除了體現(xiàn)在自動化排產(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年就開始專注于自動化設(shè)備的研發(fā)與制造，萬新公司積極參與國際技術(shù)交流與合作，經(jīng)萬新人鍥而不舍的開拓進取，已成為國內(nèi)外最具競爭力的自動化設(shè)備制造供應(yīng)商。
公司現(xiàn)階段致力于電力、電機、電梯、物流、汽車等行業(yè)的自動化設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、整合。為高低壓開關(guān)柜、真空斷路器、電機以及新能源汽車等領(lǐng)域的新老客戶提供全面完善的生產(chǎn)自動化解決方案。
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