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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，所以對于生產管理很多企業(yè)寄希望于MES，覺得MES一上線，生產就可以有序運轉。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)在應用了MES之后并沒有達到預想的成效。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作業(yè)計劃，自動采集生產現(xiàn)場數(shù)據(jù)，自動調整生產作業(yè)計劃，自適應調整保質量的工藝參數(shù)。總之，希望智能化能夠深入到整個計劃和生產過程當中，而實際情況是：離散型MES已經推行了將近十年，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的自動排產寄予很大希望，但是運行結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)的是基于生產計劃、物料信息、制造資源狀態(tài)、生產進度等信息共享平臺的協(xié)同管理，在數(shù)字化基礎上實現(xiàn)生產過程的透明化，在透明化基礎上的看板提示、預警和生產統(tǒng)計分析等。

二、智能化制造場景及實現(xiàn)的基礎條件

    借助APS 排出精細化的生產作業(yè)計劃對基礎數(shù)據(jù)的準確性要求很高，對復雜制造而言，希望APS能排出全局的動態(tài)生產作業(yè)計劃是不容易做到的。其中最大的原因就是基礎數(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，制造設備自動化程度高，基礎數(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備的生產作業(yè)計劃

    D(Do)  ---- 開工執(zhí)行,生產進度信息自動采集

    C(Check)--- 生產作業(yè)進度展示

    A(Action)-- 在出現(xiàn)異常情況下的生產作業(yè)計劃調整

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自動排產的基礎條件外,還需要了解APS自動排產的局限性。APS產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)生產計劃依據(jù)各個車間的制造能力進行模擬排產。當APS用到MES系統(tǒng)后,功能需要極大的提升。原則上講針對復雜離散型制造，APS 可以自動排出和動態(tài)調整車間生產作業(yè)計劃，有的軟件還很方便地用拖拽方式調整成品計劃到期望完工時間，而且做到相關計劃相應自動調整。但是運行結果只是展現(xiàn)了部分調整后的計劃，更多的是提示會影響到哪些相關計劃，并不是給出一連串相關的重排計劃。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，對加工設備占用容易產生沖突。針對某一臺設備安排計劃時，還必須保證每種零件加工工序的流程順序，可能計算結果安排某個工件某時上這臺設備加工，而前面的工序還沒有完成，不可能流轉到該臺設備；也可能生產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)生產作業(yè)計劃是不容易做到的。相比之下生產過程中信息自動采集相對容易實現(xiàn)。數(shù)控加工設備通過DNC 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以后就可以實時采集設備狀態(tài)，實時監(jiān)控設備處于運行、停機、故障狀態(tài)。但是只采集到設備處于運行狀態(tài)，還不能知道是不是在干活？在干什么活？如果再把設備運行的開工與停機信息和工序生產指令信息集成，就可以采集到該生產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)仿真技術用于虛擬工廠設計和運營優(yōu)化，仿真虛擬工廠未來生產負荷下的生產能力預測，仿真用于優(yōu)化排產、支持真實生產管理循環(huán)，甚至用3D動畫實時展現(xiàn)車間生產狀態(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)設計、制造一體化,簡化和優(yōu)化了生產過程管理。

三、數(shù)字化是生產過程監(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)同制造和生產過程透明化。實現(xiàn)生產過程的透明化首先要有一個信息共享和協(xié)同工作平臺，與生產相關的各種角色，包括企業(yè)生產處干部、車間生產計劃員、車間調度員、班組長、生產工人、質檢員、工件搬運工、物料庫管員、工裝管理員、刀具管理員、設備管理員、經濟核算員等等，大家都在統(tǒng)一平臺上信息共享，按照生產過程有序工作。制造資源信息共享，層層下達生產計劃，車間現(xiàn)場安裝觸摸屏，工人刷本人工作證條碼、加工工藝任務條碼，在顯示屏上呈現(xiàn)工藝進程后，接收工序任務，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下一項任務。另外通過生產全過程的質量跟蹤，基于實物BOM（每個物料都帶實際批次號）、質檢記錄，形成產品檔案，并通過產品檔案，實現(xiàn)從原材料采購到成品產出的質量問題正向或反向追朔。

圖3 產品檔案形成流程

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上逐步推進，需要一個過程。為了盡快取得應用效果，MES系統(tǒng)可以分步實施。首先建設一個協(xié)同制造的平臺，然后在數(shù)字化基礎上實現(xiàn)生產過程透明化，在透明化的基礎上再實現(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/產出計劃、在下達日生產作業(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整。在運行過程中逐漸積累和修訂提前期等基礎數(shù)據(jù)，在條件成熟的時候，再實現(xiàn)排產計劃自生成。生產進程的自動監(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)出異常情況預警信息，提醒相關人員及時處理；也可以用看板方式提示有關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，以減少生產過程中的延誤。質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)場的檢測設備、試驗設備越來越自動化，可以從一些數(shù)字化模擬設備中導出現(xiàn)場工藝參數(shù)和質量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動采集；關鍵工序還可以應用功能強大的SPC（統(tǒng)計過程控制）軟件, 利用統(tǒng)計分析技術對生產過程加工質量進行實時監(jiān)控，科學地區(qū)分出生產過程中產品質量的隨機波動與異常波動，從而對生產過程的異常趨勢提出預警，以便生產管理人員及時采取措施，消除異常，恢復過程的穩(wěn)定，從而達到提高和控制質量的目的。也就是說, 質量信息采集不止是用于事后統(tǒng)計,而是智能化的預警，一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場工藝參數(shù)變化已快超出質量控制能力線時會自動報警，提示相關人員及時調整，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。MES系統(tǒng)的智能化除了體現(xiàn)在自動化排產外,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備的研發(fā)與制造，萬新公司積極參與國際技術交流與合作，經萬新人鍥而不舍的開拓進取，已成為國內外最具競爭力的自動化設備制造供應商。

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