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工业4.0与智能工厂

2015/3/28    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:工业4.0  智能工厂  MES  供应链  
2015年3月19日-20日,由e-works主办、中国机电一体化技术应用协会支持的“2015(第四届)中国信息化与工业化融合发展高峰论坛”在北京成功召开。会上,元工国际技术总监丁德宇发表了题为《工业4.0与智能工厂》的演讲。本文根据演讲内容整理而成。
元工国际技术总监丁德宇
 
元工国际技术总监丁德宇
 
一、工业4.0智能制造
 
    不久前李克强总理在报告中提出中国制造2025,中国制造要向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌三大转变,推动中国到2025年基本实现工业化,迈入制造强国行列。
 
    说到智能工厂,不可避免的要谈到德国的工业4.0。德国人提出工业4.0是私人定制的需要。以前的工业革命在实现大规模生产以后,就把人的个性化需求降低了,大规模制造出来的是基本一致的产品。私人定制或者是个性化的生产是人类消费多样性的基本需求。有人说工程机械很多也是定制化生产。但是工业4.0强调的定制化是廉价的定制化,而不是高成本。工业4.0的另一个愿景是尽可能减少人工,增加自动化含量。它的基础和手段就是CPS,要实现柔性的敏捷生产。
 
    *CPS-Cyber-Physical System。把人(移动终端,穿戴设备等)、机(生产线,生产设备,机器人等)、物(智能产品,智能滑橇,仓储系统,搬运设备,AGV/RGV,运输车辆等),通过工业云联网并自主控制,这些实体既与MES交互,又相互协同,是工业4.0的核心系统。
 
    *CPS是实现工业4.0的基础,要实现“廉价个性化”制造,制造系统就必须具有“充分”的柔性和敏捷性,能够适应定制化生产对计划、协同、物流等的要求。
 
    *CPS也是实现“少人化工厂”的技术平台,通过工业云联网,可以远程对设备进行配置、监控、排除异常等,设备可以自主控制、自主适应。
 
    *物联平台CPS用于连接生产线、设备和机器人等。OPC方式主要用于DCS/PLC联网,MDI(MES Device Interface)方式主要用于工控机联网,工控机也可使用OPC方式联网。 DNC方式主要用于数控机床、数控加工中心等数控设备联网。
 
    *如果设备已经组成系统且有中心数据库,可考虑使用“接口平台IPS”建立系统间接口。
 
    *不但与设备的“连接”是可配置的,而且CPS相关的“业务处理(如写库、自动控制等)”也是可配置的。
 
    *移动配置开发平台PAW,用于实现手持机、手机、PAD和穿戴设备等的应用开发,一个配置多平台运行。
 
    对于工业4.0,我个人的观点是到现在为止没有看到新的革命新的IT技术出现,都是利用原有的技术。MES的厂商要帮助企业实现工业4.0,各种互联是没有任何技术问题的。比如通过PLC方式将机器人和设备联网,我们一般是通过OPC的接口规范。对于数控车床和数控中心,国内用的比较多的MDI。对于人的互联,手机、手持机和穿戴设备的互联,我们专门有移动的开发平台可以接入整个系统。
 
    德国的工业4.0强调三个整合,一个是横向的供应链的整合,零部件的供应商和下游的销售商、维护商和服务商的整合。其次是纵向的整合,包括订单、排产、排程,直到装配和加工的整合。最后是设计的整合,含众包设计和客户设计。在工业4.0的文档里强调了MES的核心作用,从设计到装配和运行,MES自始至终都是核心的系统。
 
    换另一个角度,从美国的提法来提智能工厂。从三个方面的纬度来描述一个智慧工厂,第一个纬度是生产制造,从ERP的产品计划出发,通过计划MRP展开上游生产环节的生产计划,把生产计划细化并派工到设备/人工,详细排程,并根据生产进展和异常进行动态排程,分批次管控或单台管控,设备联网采集和控制,采集实绩并报工。第二个是供应链,通过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,批量或单件管控,支持智能料架、AGV和集配等,并对在线库、扣料、在制品和成品进行管控,支持生产判断和缺料预警。第三个纬度就是工程技术的纬度,MES管理MBOM、辅助工艺或现场工艺,支持差异件指示、装配指示、现场看图和装配仿真等,并根据关重件、物流追溯和MBOM等形成产品档案。在“个性化生产”时代,产品档案是客服支持(CSS)的主要数据源。MES是三个纬度的交差点和关键点,是当之无愧的智慧工厂的大脑。如何去构思一个MES,如何定位?可以从这三个纬度去考虑。
 
二、元工MES
 
图1 全价值MES
 
图1 全价值MES
 
    1. 高级排产排程APS
 
    高级计划排产排程APS(Advanced Planning and Scheduling),用于主计划的高级排产、流水顺序计划的高级排程、离散作业计划的高级排程(作业/工序级),以便利用有限资源高效生产。
 
    经多年潜心研发,向业界提供支持离散生产排程的POEM计算平台,元工MES在该平台基础上实现了APS。上图是APS示例,用户可以直接对工序或作业进行图形化交互。
 
    模型描述使用NCL(Natural Constraint Language),客户人员也可学习使用。NCL能有效求解各类组合优化、计划与排程、线性/非线性问题、随机问题,支持智能算法及启发式算法。
 
    2. 流水制造LMS
 
    乘用车、商用车、发动机、量产工程机械、铁路车辆、家用电器等,生产多是流水制造。主线可有分装线、预装线,主线可有分段,分段间可分支、并行、汇合和回绕。储备区(Buffer)为生产线间的柔性连接机制,提供暂存及调序能力,常见的有WBS/PBS。元工MES实现了流水制造的滚动和动态排程。
 
    3. 离散制造DMS
 
    用于下料、焊接、机加、热处理等非流水模式的生产加工。通过APS排程,系统给出经过组合优化的“派工”结果。制造过程管理的重点是相互协同,“开工条件”用于给出每个加工任务“预计”何时具备开工条件,系统给出各设备的当班各加工任务的紧迫指示(紧迫排序,按照这个顺序加工就能做到相互协调)。
 
    4. 项目制造PMS
 
    PMS是飞机、船舶、装备和工程等所适用的,设计、制造、采购和施工一体化的,以集成产品设计和项目管理为基础的综合管理软件。通过生产/采购订单连接流水制造、离散制造、采购物流和制造物流。
 
    通过产品导入、组块导入建立产品树,也可在设计过程中逐步细化产品树;把项目分成若干阶段,每个阶段对产品树中的节点进行设置,以此为基础生成项目任务,进行项目管理;项目任务也可从元项目生成,可以启动审批流程;支持图纸标注和CAD提取等;可根据进度需要发布生产/采购订单。
 
    5. 辅助工艺CAPP
 
    元工CAPP包括MBOM管理、图纸下达、工艺设计、工装管理等功能。
 
    MBOM主要用于从EBOM或PBOM着手制作MBOM,主要功能有:物料编码,智能分工位,差错反馈/修正,转产,型号选配,版本管理和零件回归等功能。
 
    图纸下达主要针对现场技术指导或工人作业指示,包括:图纸启用管理,3D图纸的爆炸图、装配过程仿真,网上或手机交互看图等。
 
    工艺设计包括工艺过程设计和工艺卡的编制,支持参数化,通过用户易于定制的平台,实现“所见即所得”式的工艺卡编辑。
 
    6. 质控/档案QCA
 
    质量控制包括:依据检验策略的检验分工,进货质检(拉料质检和直投质检及相应流程控制),自制质检(自制件的质检及相应流程控制),制程质控(缺陷及相应流程控制,还包括应检查项目设置,重/再发分析,漏检分析等)。依据GB2828的质量检验管理。
 
    质量稽查主要用于质量部门对非质量部门的稽查,QRQC用于现场质量改善,可灵活配置各种质量审批流程。
 
    重保件(关重件)采集的关键在于通过核对提高数据质量,“重保MRP得到的应采集重保件”是核对的关键,防止乱采、少采、多采、一物多头。

责任编辑:卢玉琴
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