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基于MES 的智能工廠研究應用

發(fā)布時間 : 2023-11-13     來源 : 新工網(wǎng)

智能工廠是數(shù)字化、網(wǎng)絡化、自動化、智能化技術(shù)與制造技術(shù)交叉融合,以協(xié)調(diào)生產(chǎn)流程、優(yōu)化生產(chǎn)工藝為核心,實現(xiàn)面向產(chǎn)品研制、試驗、生產(chǎn)、檢驗、物流等各環(huán)節(jié)優(yōu)化和整合的一種高效生產(chǎn)制造模式。構(gòu)建智能工廠的基礎(chǔ)及核心為信息化及自動化管理,通過 MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)、ERP 資源計劃系統(tǒng)、WMS 倉儲系統(tǒng)以及智能化自動化等設(shè)備的互聯(lián)互通、高效協(xié)同實現(xiàn)。MES 系統(tǒng)亦稱制造執(zhí)行系統(tǒng),在工廠生產(chǎn)管理中的應用主要起到 3 個層面的作用:


(1)將工廠的訂單生產(chǎn)計劃自動下發(fā)到生產(chǎn)車間并排產(chǎn),協(xié)同安排來料檢驗、零部件及產(chǎn)成品轉(zhuǎn)運、出廠測試、發(fā)貨等工作。


(2)實時采集生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息并上傳存儲,保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息有效性、可靠性。


(3)對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息和指標進行分析、分類和統(tǒng)計,為工廠管理人員決策提供有效的數(shù)據(jù)信息支持。通過MES 系統(tǒng)的理論研究及應用探索,可有效提升工廠的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)及物流成本,為工廠精細化生產(chǎn)提供技術(shù)和管理支撐,為智能工廠的構(gòu)建實施打下夯實基礎(chǔ)。


1?MES 系統(tǒng)應用


MES 系統(tǒng)覆蓋了生產(chǎn)計劃管理、庫存管理、過程管理、監(jiān)控管理、質(zhì)量管理等的基礎(chǔ)管理功能,從而為生產(chǎn)安排、指令執(zhí)行、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗及指令執(zhí)行結(jié)果反饋等生產(chǎn)過程的高效自動化提供了實現(xiàn)的基礎(chǔ),從而完成“信息化減人,自動化換人”的目標。


1.1? 生產(chǎn)計劃管理


在工廠的生產(chǎn)過程中,生產(chǎn)計劃管理是影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)能的重要因素之一,因此,在生產(chǎn)計劃管理工作中,需要有效提高生產(chǎn)計劃管理的效率以及準確性,杜絕生產(chǎn)計劃安排沖突,影響產(chǎn)品訂單交付或產(chǎn)品質(zhì)量。工廠在收到產(chǎn)品訂單后,MES 系統(tǒng)可自動根據(jù)庫存生產(chǎn)成品、目前實際生產(chǎn)狀態(tài)、物料準備狀態(tài)、設(shè)備負荷狀態(tài)、訂單交付優(yōu)先級等方面的具體情況,對產(chǎn)品訂單進行合理的排產(chǎn)。MES 系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品從訂單簽訂到產(chǎn)成品發(fā)貨一站式傳輸功能,過程無需人員參與,從而確保訂單信息準確性、及時性。同時,在 MES 系統(tǒng)生產(chǎn)任務管理工作中,可實現(xiàn)訂單生產(chǎn)任務的接收與進度展示,并且能夠?qū)Ω黜棜v史生產(chǎn)任務完成情況等狀態(tài)進行查詢,便于工廠管理人員了解實際透明的生產(chǎn)情況。


1.2? 生產(chǎn)庫存管理


生產(chǎn)庫存管理需要管理工廠內(nèi)所有的物資庫存,其中包括原材料、零部件、自制件、外購外協(xié)件、產(chǎn)成品及設(shè)備備品備件等。在MES系統(tǒng)中,可實現(xiàn)對物資庫存情況查詢與檢索、零部件先進先出等功能,同時可查看物資庫存狀態(tài),并查詢歷史使用記錄。此外,還具備庫房調(diào)撥以及庫存盤點功能,在物資庫存不足的情況下,發(fā)出低庫存報警,防止物料或設(shè)備備件缺料,影響產(chǎn)品生產(chǎn)或質(zhì)量保證。例如,MES 系統(tǒng)記錄某一零部件為進口物料,補貨周期較長,系統(tǒng)可根據(jù)該零部件歷史使用經(jīng)驗及工廠管理人員設(shè)置庫存物料警戒線,當此物料庫存小于此警戒線時,系統(tǒng)將自動發(fā)送指令至工廠采購系統(tǒng)完成補貨。


1.3? 生產(chǎn)過程管理


為有效提高工廠生產(chǎn)節(jié)拍及產(chǎn)能,MES 系統(tǒng)可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)可視化控制,實時監(jiān)控生產(chǎn)效率。以生產(chǎn)節(jié)拍測定為依據(jù),結(jié)合生產(chǎn)實際問題,劃分作業(yè)單元,便于工廠工藝人員對瓶頸工序進行作業(yè)分析,力求消除各種等待浪費,減少在制品堆積,保證設(shè)備和人力負荷平衡,實現(xiàn)均衡化生產(chǎn),提高生產(chǎn)線的整體效率,達到產(chǎn)能及效益提升的目的。


1.4? 生產(chǎn)監(jiān)控管理


工廠充足的各項生產(chǎn)資源是確保生產(chǎn)過程能夠順利完成的基礎(chǔ)條件。因此,在對工廠生產(chǎn)進行管理時,需要做好對人、機、料、法、環(huán)、測等相關(guān)要素的監(jiān)控管理,提供這些生產(chǎn)資源的實際狀態(tài)以及歷史監(jiān)控記錄等相關(guān)信息,確保生產(chǎn)活動能夠順利進行。MES 系統(tǒng)可實現(xiàn)從生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況、設(shè)備的運行狀態(tài)以及生產(chǎn)環(huán)境情況等多個方面進行監(jiān)控管理。此外,還可監(jiān)控并管理由于人員、設(shè)備、質(zhì)量等方面的原因引起的報警,實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)問題、迅速處理,并在處理完成后第一時間匯報處理結(jié)果,保證其生產(chǎn)過程在嚴格的監(jiān)控下順利進行。在監(jiān)控功能的實現(xiàn)過程中,采用分布式數(shù)字控制技術(shù),采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及制造終端數(shù)據(jù),并實時監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài),促進設(shè)備利用率的提升。


1.5? 生產(chǎn)質(zhì)量管理


作為車輛被動安全產(chǎn)品的生產(chǎn)工廠,產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要,關(guān)乎終端客戶生命安全。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中,其質(zhì)量管理工作需要通過嚴格的工序檢驗來實現(xiàn),并且實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量追溯,其中包括來料檢驗、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)成品檢驗等環(huán)節(jié)。通過 MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理功能,使來料檢驗、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)成品檢驗環(huán)環(huán)相扣,實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量追溯管理。例如,工廠每只產(chǎn)品均有一個唯一的身份標識碼,通過身份標識碼記錄該產(chǎn)品生產(chǎn)過程中各類數(shù)據(jù),對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的追溯,同時準確的統(tǒng)計產(chǎn)品合格率情況,將這些信息作為提高產(chǎn)品質(zhì)量水平的重要依據(jù)。與此同時,還可以產(chǎn)品的質(zhì)量狀態(tài)為依據(jù),對設(shè)備進行預防性維護,實現(xiàn)質(zhì)量控制閉環(huán),確?!安恢圃?、不接受、不傳遞、不流出”不合格品。



MES 系統(tǒng)充分運用了數(shù)字化、網(wǎng)絡化、自動化、智能化技術(shù),優(yōu)化了工藝設(shè)計與生產(chǎn)流程,將各類生產(chǎn)制造設(shè)備組織起來,組成一個能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)的設(shè)備整體,最終實現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備與管理系統(tǒng)之間、生產(chǎn)各類設(shè)備之間的實時交流溝通與控制。不僅能夠有效的彌補了工廠上層管理軟件與生產(chǎn)信息控制系統(tǒng)之間的空白 , 有助于企業(yè)工廠生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程的跟蹤管理。還能夠?qū)崿F(xiàn)工廠信息資源的集成化管理 , 能更好的利用信息資源 , 從而達到資源共享的目標,對工廠的經(jīng)濟建設(shè)以及管理者決策都有很大的幫助。


2?智能工廠的構(gòu)建思路


MES 系統(tǒng)是智能工廠的核心,在智能工廠的構(gòu)建過程中,MES 系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)過程提供數(shù)字化控制,應用自動化與智能化等方面的技術(shù),以提高生產(chǎn)過程的智能化、透明化、自動化以及集成化程度。


智能工廠的構(gòu)建將以 MES 系統(tǒng)為基礎(chǔ),橫向配置 APS 系統(tǒng)、WMS 系統(tǒng)、PDM 系統(tǒng)等,以柔性制造系統(tǒng)、敏捷制造等信息化建設(shè)為目標,利用傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)、智能數(shù)字化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應用服務平臺技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù),打造基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠。


(1)建立工廠 MES 制造執(zhí)行系統(tǒng),實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、調(diào)度、質(zhì)量、設(shè)備、生產(chǎn)的全過程閉環(huán)管理。


(2)應用數(shù)字化三維設(shè)計與工藝技術(shù)進行產(chǎn)品、工藝設(shè)計與仿真,并通過物理檢測與試驗進行驗證與優(yōu)化。建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDM),實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集成管理。


(3)建立企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP),實現(xiàn)供應鏈、物流、成本等企業(yè)經(jīng)營管理的優(yōu)化。


(4)建立工廠內(nèi)部互聯(lián)互通網(wǎng)絡架構(gòu),實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間,以及與 MES 系統(tǒng)和 ERP 系統(tǒng)的高效協(xié)同與集成,建立全生命周期產(chǎn)品信息統(tǒng)一平臺。


(5)建立工業(yè)信息安全管理制度和技術(shù)防護體系,具備網(wǎng)絡防護、應急響應等信息安全保障能力。建有功能安全保護系統(tǒng),采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。


通過 MES 系統(tǒng)作為基礎(chǔ)框架搭建的智能工廠,使智能設(shè)備、信息技術(shù)兩者在制造過程中達到有機融合,數(shù)字化工作流、信息流、物流和資金流實現(xiàn)資源共享和高度協(xié)同,規(guī)劃、決策、執(zhí)行等全部業(yè)務流程實現(xiàn)一體化智能化運作。通過持續(xù)改進,實現(xiàn)工廠設(shè)計、工藝、制造、管理、物流等環(huán)節(jié)的集成優(yōu)化,推進工廠數(shù)字化設(shè)計、裝備智能化升級、工藝流程優(yōu)化、精益生產(chǎn)、可視化管理、質(zhì)量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。


3?結(jié)語


隨著我國的綜合國力的提升,產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的需求,智能工廠的實現(xiàn)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。為了實現(xiàn)這一目標,我們需要以 MES 系統(tǒng)為基礎(chǔ),積極應用其他先進的生產(chǎn)控制技術(shù),提升智能制造技術(shù)水平,促進制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和智能工廠的實現(xiàn)。



原文刊載于《中國設(shè)備工程》2021年3月刊下 作者:(湖北航鵬化學動力科技有限責任公司 武迪,王妮,張文雯

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