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MES系统智能化的逐步实现

—— 北京并捷首席专家杨景宜在第九届中国制造业MES应用年会上的发言

2014/5/12    来源:e-works    作者:e-works  整理      
关键字:MES  MES年会  并捷软件  
2014年4月18日,由e-works数字化企业网主办的第九届主题为“数字化工厂与生产过程管控”的中国制造业MES应用年会在上海兴荣温德姆酒店成功召开。会上北京并捷首席专家杨景宜作了题为《MES系统智能化的逐步实现》的演讲,本文根据演讲内容整理而成。

 北京并捷首席专家 杨景宜

北京并捷首席专家 杨景宜

一、制造企业对智慧制造的憧憬

    一提到MES,很多制造企业总是会对它有很高的期望值。其中一个原因是MRP在我国推行了三十多年效果不是很理想,所以对于生产管理很多企业寄希望于MES,觉得MES一上线,生产就可以有序运转。尽管MES把MRP的弱点做了极大的补充,丰富了MRP往车间执行层延伸的精细化管理和智能化的功能扩充,但是事实却是很多企业在应用了MES之后并没有达到预想的成效。其中有很多企业对MES的期望值是智能化,憧憬着MES可以自动地排出日生产作业计划,自动采集生产现场数据,自动调整生产作业计划,自适应调整保质量的工艺参数。总之,希望智能化能够深入到整个计划和生产过程当中,而实际情况是:离散型MES已经推行了将近十年,系统中智能化的体现并不明显。

    不少企业实施MES,对APS的自动排产寄予很大希望,但是运行结果离实际情况相差甚远,用不起来。多数企业比较容易实现的是基于生产计划、物料信息、制造资源状态、生产进度等信息共享平台的协同管理,在数字化基础上实现生产过程的透明化,在透明化基础上的看板提示、预警和生产统计分析等。

二、智能化制造场景及实现的基础条件

    借助APS 排出精细化的生产作业计划对基础数据的准确性要求很高,对复杂制造而言,希望APS能排出全局的动态生产作业计划是不容易做到的。其中最大的原因就是基础数据难以准确,包括加工工时不准,过渡时间(检验、搬运、等待等)难以确定等。

    在某些场合,制造设备自动化程度高,基础数据比较准确,可以做到利用APS 排程。以北一大隈柔性制造线为例,下图是车间应用场景。

 图1   MES智能化制造车间场景

图1   MES智能化制造车间场景

    图中所示的是北京并捷所实施的北一大隈自动化柔性制造线场景,可实现72小时无人工作。图片后方展示的并不是物料仓库而是工件托板的立体仓库,该制造线实现了物流系统和前面的加工设备的紧密集成。这条制造线能实现智能化管理是因为工业自动化水平达到一定程度,满足了以下基础条件:

    DNC联网,自动监控机床状态

    DNC和MES集成,自动接收排产加工指令

    加工中心刀库已装好要用的刀具

    机床紧连托板自动化仓库,托板上已装卡好待加工件

    加工工序的加工时间、工件传送时间均有标准数据,提供自动作业计划排序的可靠依据。

    下图描述了该自动化制造线实现的PDCA循环:

    P(Plan)---- 利用APS,自动生成每台加工中心设备的生产作业计划

    D(Do)  ---- 开工执行,生产进度信息自动采集

    C(Check)--- 生产作业进度展示

    A(Action)-- 在出现异常情况下的生产作业计划调整

 图2 北一大隈自动化柔性制造线MES系统PDCA循环

图2 北一大隈自动化柔性制造线MES系统PDCA循环

    制造企业除了要考虑APS自动排产的基础条件外,还需要了解APS自动排产的局限性。APS产生的背景是解决宏观问题的。例如,基于企业资源约束模拟排程,回答客户订单能否满足交货期要求?又如,对企业生产计划依据各个车间的制造能力进行模拟排产。当APS用到MES系统后,功能需要极大的提升。原则上讲针对复杂离散型制造,APS 可以自动排出和动态调整车间生产作业计划,有的软件还很方便地用拖拽方式调整成品计划到期望完工时间,而且做到相关计划相应自动调整。但是运行结果只是展现了部分调整后的计划,更多的是提示会影响到哪些相关计划,并不是给出一连串相关的重排计划。对于大多数的离散制造企业而言,多种零件现场混流,对加工设备占用容易产生冲突。针对某一台设备安排计划时,还必须保证每种零件加工工序的流程顺序,可能计算结果安排某个工件某时上这台设备加工,而前面的工序还没有完成,不可能流转到该台设备;也可能生产过程还有一些混批处理,例如在机加工过程中需要热处理,而热处理工序需要合理安排批次,要等多久,时间难说。因此,希望APS能排出全局的动态生产作业计划是不容易做到的。相比之下生产过程中信息自动采集相对容易实现。数控加工设备通过DNC 系统联网以后就可以实时采集设备状态,实时监控设备处于运行、停机、故障状态。但是只采集到设备处于运行状态,还不能知道是不是在干活?在干什么活?如果再把设备运行的开工与停机信息和工序生产指令信息集成,就可以采集到该生产工序的实际开工时间和完工时间了。

    目前某些MES厂商将工业仿真技术用于虚拟工厂设计和运营优化,仿真虚拟工厂未来生产负荷下的生产能力预测,仿真用于优化排产、支持真实生产管理循环,甚至用3D动画实时展现车间生产状态。MES发展的另一个趋势是MPM即制造规划的管理,实现设计、制造一体化,简化和优化了生产过程管理。

三、数字化是生产过程监控的基本保障

    如果说智能化制造的目标是自动化智慧工厂,那么数字化制造的起始目标是协同制造和生产过程透明化。实现生产过程的透明化首先要有一个信息共享和协同工作平台,与生产相关的各种角色,包括企业生产处干部、车间生产计划员、车间调度员、班组长、生产工人、质检员、工件搬运工、物料库管员、工装管理员、刀具管理员、设备管理员、经济核算员等等,大家都在统一平台上信息共享,按照生产过程有序工作。制造资源信息共享,层层下达生产计划,车间现场安装触摸屏,工人刷本人工作证条码、加工工艺任务条码,在显示屏上呈现工艺进程后,接收工序任务,完工后汇报本工序完工数量、废品数量。为保证完工汇报的及时性,可以在工作流程中约束,只有在工人汇报工序完工后才能认领下一项任务。另外通过生产全过程的质量跟踪,基于实物BOM(每个物料都带实际批次号)、质检记录,形成产品档案,并通过产品档案,实现从原材料采购到成品产出的质量问题正向或反向追朔。

 图3 产品档案形成流程

图3 产品档案形成流程

四、智能化的逐步推进

    智能化制造是追求的目标,我们一直在智能化的道路上不断前进。但是智能化需要在具备条件基础上逐步推进,需要一个过程。为了尽快取得应用效果,MES系统可以分步实施。首先建设一个协同制造的平台,然后在数字化基础上实现生产过程透明化,在透明化的基础上再实现智慧工厂的自动化。

    在实现透明化过程当中也可以加一些BI(商业智能)分析,有了现场数据统计和分析,就可以为管理人员提供决策支持依据。从计划层面,开始的时候可能是一种MRP的算法,算到工序的投入/产出计划、在下达日生产作业计划前,查询可用制造资源的情况,然后通过人机对话进行近日计划的调整。在运行过程中逐渐积累和修订提前期等基础数据,在条件成熟的时候,再实现排产计划自生成。生产进程的自动监控也可以逐步实现,一开始的采集可能是通过终端或触摸屏借助条码人工汇报,条件具备后自动采集。无论用哪种方式对现场信息采集后,都可以自动发出异常情况预警信息,提醒相关人员及时处理;也可以用看板方式提示有关人员该马上去做什么工作,例如检验员的看板,会提示他那道工序已加工完,马上去捡验,以减少生产过程中的延误。质量信息提取与分析也是这样,开始可以是人工汇报,随着现场的检测设备、试验设备越来越自动化,可以从一些数字化模拟设备中导出现场工艺参数和质量数据,实现自动采集;关键工序还可以应用功能强大的SPC(统计过程控制)软件, 利用统计分析技术对生产过程加工质量进行实时监控,科学地区分出生产过程中产品质量的随机波动与异常波动,从而对生产过程的异常趋势提出预警,以便生产管理人员及时采取措施,消除异常,恢复过程的稳定,从而达到提高和控制质量的目的。也就是说, 质量信息采集不止是用于事后统计,而是智能化的预警,一旦发现现场工艺参数变化已快超出质量控制能力线时会自动报警,提示相关人员及时调整,避免出废品。

    智能化是前景目标,随着工业化进程中自动化程度的逐步提高,会给智能化奠定越来越好的基础。MES系统的智能化除了体现在自动化排产外,在MES系统的很多功能中都可以增加智能化的环节。

本文根据发言整理,已经本人确认!跟本文更就benwen  

责任编辑:梁曦
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