3.体现CPS
德国人认为工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命,通过CPS等先进手段,将制造业向智能化转型。
《中国制造2025》也是强调“以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向”。
我们从这些表述中可以看到,无论是德国工业4.0还是中国制造2025,均是以智能制造为主导(或者叫为方向),以CPS技术为技术手段。
作为智能制造核心的MES系统,必须要体现以CPS为特点的智能制造。
德国人认为:“在制造业领域,CPS系统包括智能机器、存储系统和生产设施,能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。CPS将推动生产对象直接或借助互联网通过M2M(Machine to Machine,机器对机器)通信自主实现信息交换、运转和互相操控。”从本段上我们可以了解到,对车间中的机床、机器人等各类数字化设备进行互联互通,就是德国人认为的CPS在车间的具体应用。
在日前工信部发布的《信息物理系统白皮书(2017)》中,工信部信软司副司长安筱鹏博士在序言《关于CPS的几点思考——CPS是什么?如何看?怎么干?》中明确指出:“由传感器、控制终端、组态软件、工业网络等构成的分布式控制系统(DCS)和数据采集与监控系统(SCADA)是系统级CPS,由数控机床、机器人、AGV小车、传送带等构成的智能生产线是系统级CPS,通过制造执行系统(MES)对人、机、物、料、环等生产要素进行生产调度、设备管理、物料配送、计划排产和质量监控而构成的智能车间也是系统级CPS。”从中可以看到,在智能化车间里,CPS并不神秘,具有互联互通功能的智能化生产线就是一种CPS,智能化的MES也是一种CPS,两者结合在一起,以数字化设备、设备互联互通系统、MES系统组成的整个智能化车间就是一个更高级的CPS系统。
因此,在MES中要体现CPS特点,车间中设备的互联互通是基础。
4.智能是趋势
本次工业革命的核心就是智能制造,打造智能化车间,就是要在设备等物理实体、MES等赛博虚体中充分发挥自动化、数字化、网络化、智能化的优势,打造出虚实融合、具有CPS特色的智能化MES系统。
基于这些年的研究与思考,笔者于2015年提出了智能制造下的“六维智能”理论,并用“六维智能”指导兰光MES的研发与实施,取得了很好的应用效果。“六维智能”是分别从计划源头、过程协同、设备底层、资源优化、质量控制、决策支持等6个方面着手,实现生产过程的自动化、数字化、网络化、智能化的管理与控制。
六维智能
1)智能互联互通
通过实施设备物联网系统,将车间中机床、机器人、AGV、热处理设备等数字化设备实现互联互通,包括加工程序的网络化传输、设备状态的远程自动采集、工业大数据智能化分析与可视化展现,生产设备由信息化孤岛变为一个个信息化节点,物理设备融入到赛博空间,构成了一个设备层面的CPS系统,这是智能MES的物理基础。
2)智能计划排产
通过APS高级排产算法,按照交货期、生产周期等多种排产方式,将每一道工序、分解到每一设备的每一分钟,可最大程度地减少交期延误,以及最大程度从整体上提升设备的有效利用率。只有从源头上做到计划的智能化,才能保证生产过程的有序、高效。
3) 智能生产协同
十几年来,兰光创新已经为500余家军工等企业实施了设备物联网系统,根据这些一手的数据,我们发现绝大部分企业的机床利用率徘徊在30%左右,远低于日本90%,欧美70-80%的水平。经过分析发现,企业机床利用率低的原因主要原因是串行准备,比如工人忙于编程序、模拟轨迹、找刀、找料、装夹等各种辅助活动,机床真正干活的时间却少之又少。
早在2009年,兰光创新就提出生产协同的理念,以设备为中心,工人、库房、技术、检验等相关人员并行准备、协同生产,这样,通过智能化的生产协同管理,将串行工作变为并行工工作,从而明显地减少设备等待时间,提升了设备的利用率,缩短了产品生产周期。
4) 智能资源管理
通过对生产资源(物料、刀具、量具、夹具等)进行出入库、查询、盘点、报损、并行准备、切削专家库、统计分析等功能,实现库存的精益化管理,有效地避免因生产资源的积压与短缺,可最大程度地减少因生产资源不足带来的生产延误,也可避免因生产资源的积压造成生产辅助成本居高不下的问题。
5) 智能质量控制
困扰中国很多企业的质量问题,不是不能生产出高质量的产品(超过国外的质量偶尔都是可以的),而是产品质量不稳定,找不出规律与原因,企业不知道如何提升。
通过对熔炼、压铸、热处理、涂装等数字化生产设备进行数据采集与智能化管理,对各类工艺过程数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等功能,可实现对加工过程实时的、动态的、严格的工艺控制,确保产品生产过程完全受控。
当生产一段时间,质量出现一定的规律时,通过对工序过程的主要工艺参数与产品质量进行综合分析,为技术人员与管理人员进行工艺改进提供科学、量化的参考数据,在以后的生产过程中,避免不好的参数,确保最优的生产参数,从而保证产品的一致性与稳定性。
6) 智能决策支持
通过对生产过程中的设备、生产、质量、库存等多维数据的采集、分析、挖掘、展现,为各类人员提供科学、直观的各类统计分析报表,为科学的管理提供决策支持与数据支撑。
兰光智能MES系统正是在以上理论的指导下,结合企业的实际情况,已经成功在众多单位的得到成功应用,并荣获“工业大数据十大创新引领”、“2016年度中国工业软件优秀产品奖”等荣誉。实践证明,这些理念对MES的研发是非常重要的。