1 發(fā)展現(xiàn)狀

    中國的能源生產(chǎn)量與消費(fèi)量都極其巨大，同時(shí)中國的主要能源對(duì)煤炭的依賴性較大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染的矛盾比較突出。近年來能源安全問題也日益成為國家生活乃至全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，日益成為中國戰(zhàn)略安全的隱患和制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。現(xiàn)階段，煤炭、石油和天然氣等能源的供應(yīng)都存在缺口，所以發(fā)展新能源發(fā)電勢在必行。而太陽能作為新能源的重要組成部分之一，引起了國家及世界的廣泛關(guān)注，自2007 年末開始，我國廣泛上馬了眾多太陽能發(fā)電項(xiàng)目，但是由于世界經(jīng)濟(jì)不景氣以及行業(yè)整體產(chǎn)能發(fā)展過剩的影響，現(xiàn)在太陽能光伏行業(yè)面臨著整體重組的重大挑戰(zhàn)。而如何提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，就成為了光伏企業(yè)生存的重中之重。

    太陽能光伏面板生產(chǎn)歷來都是技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，許多新的生產(chǎn)理念以及技術(shù)被廣泛使用來達(dá)到提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本的目的，而其中柔性制造系統(tǒng)則是貫穿整個(gè)光伏面板生產(chǎn)的重要技術(shù)。

    所謂柔性，第一方面是指系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，即系統(tǒng)能夠在多大程度上滿足生產(chǎn)新產(chǎn)品或使用新工藝及原材料的要求；第二方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，即系統(tǒng)在多大程度上能夠克服來自系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，如設(shè)備出現(xiàn)故障或者原材料斷流等情況。

    簡單地說,柔性制造系統(tǒng)是由控制層、信息層、設(shè)備層通過大規(guī)模的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成的，基于傳感器、智能控制、數(shù)據(jù)庫、軟件和算法組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。其包含若干設(shè)備、物料運(yùn)貯裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

    柔性制造系統(tǒng)的基本特征

    (1) 設(shè)備柔性，系統(tǒng)的設(shè)備能夠適應(yīng)生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需要；

    (2) 工藝柔性，系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的工藝流程以及工藝參數(shù)的變化；

    (3) 產(chǎn)品柔性，產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)不僅對(duì)老產(chǎn)品的有用特性有繼承能力和兼容能力，而且還具有迅速、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；

    (4) 生產(chǎn)能力柔性，系統(tǒng)能夠針對(duì)不同的生產(chǎn)量進(jìn)行生產(chǎn)排程的安排，使生產(chǎn)更加經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行；

    (5) 維護(hù)柔性，系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同周期的維護(hù)活動(dòng)，并能夠?qū)�故障進(jìn)行自診斷并報(bào)警，提示相關(guān)人員進(jìn)行處理；

    (6) 擴(kuò)展柔性，在需要擴(kuò)大生產(chǎn)或增加工藝設(shè)備或檢測設(shè)備時(shí)，可以方便地通過相應(yīng)接口進(jìn)行擴(kuò)展以提高生產(chǎn)量或?qū)崿F(xiàn)其他功能。

    柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

    柔性制造系統(tǒng)的構(gòu)成基于以下幾種技術(shù)：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、模糊控制技術(shù)、人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)、綜合控制系統(tǒng)技術(shù)。

    技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

    采用柔性制造系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)：

    設(shè)備利用率高、設(shè)備投資少、直接工時(shí)費(fèi)用低、工序中在制品量低、改進(jìn)生產(chǎn)要求有快速應(yīng)變能力強(qiáng)、維持生產(chǎn)的能力強(qiáng)、產(chǎn)品質(zhì)量高、運(yùn)行的靈活性高、產(chǎn)量的靈活性高等。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

    光伏工廠柔性制造系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)組成部分，如圖所示：

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

    ERP 系統(tǒng)就是企業(yè)資源計(jì)劃（EntERPrise Resources Planning）的簡稱，它將企業(yè)的財(cái)務(wù)、采購、生產(chǎn)、銷售、庫存和其它業(yè)務(wù)功能整合到一個(gè)信息管理平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)運(yùn)行集成化、業(yè)務(wù)流程合理化、績效監(jiān)控動(dòng)態(tài)化、管理改善持續(xù)化。

    MES 系統(tǒng)是制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System）的簡稱。其是位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng),它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)。

    LCS 系統(tǒng)是生產(chǎn)線控制系統(tǒng)（Line Control System）的簡稱。其直接接受MES 下達(dá)的生產(chǎn)線調(diào)度信息，通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將命令下達(dá)到各個(gè)搬送設(shè)備，由搬送設(shè)備形成的設(shè)備站再將生產(chǎn)信息諸如工件ID，工件狀態(tài)，所使用的工藝等信息下達(dá)給生產(chǎn)設(shè)備，達(dá)到對(duì)整條生產(chǎn)線進(jìn)行搬送、工藝、質(zhì)量標(biāo)記等的控制。

    Equipments & Operators 即生產(chǎn)設(shè)備和操作人員。其通過接受LCS 的相應(yīng)指令，依照指令進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)的生產(chǎn)工作。

3 技術(shù)方案

    1.方案總述

    整體技術(shù)方案思路為在生產(chǎn)流程建模、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、接口和協(xié)議、自動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，以嵌入式設(shè)備和軟件系統(tǒng)的形式對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行集成應(yīng)用。并針對(duì)光伏電池生產(chǎn)線的工藝流程，建立一條虛擬的數(shù)字化生產(chǎn)/裝配線，實(shí)現(xiàn)光伏電池生產(chǎn)/裝配的一體化、數(shù)字化集成管理控制�？傮w技術(shù)方案如圖所示：

圖2 總體技術(shù)方案

    在對(duì)生產(chǎn)資源數(shù)字化建模、業(yè)務(wù)流程建模、生產(chǎn)線虛擬仿真、生產(chǎn)線協(xié)調(diào)控制、生產(chǎn)線狀態(tài)建模的基礎(chǔ)上，針對(duì)工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)、裝配線設(shè)備、資源及管理控制流程進(jìn)行數(shù)字化建模，建立虛擬的數(shù)字化生產(chǎn)/裝配線。

    在多BOM 自動(dòng)生成技術(shù)、生產(chǎn)資源集成整合技術(shù)、以裝配缺件為核心的拉動(dòng)式生產(chǎn)智能計(jì)劃調(diào)度技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)訂單生成生產(chǎn)計(jì)劃安排，并在虛擬的數(shù)字化生產(chǎn)/裝配線上模擬仿真計(jì)劃執(zhí)行過程，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)或關(guān)鍵資源，以在生產(chǎn)過程中重點(diǎn)監(jiān)控，保證生產(chǎn)的順利推進(jìn)。

    在產(chǎn)品制造執(zhí)行過程中，結(jié)合智能圖像分析、數(shù)據(jù)融合、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、人機(jī)功效等數(shù)據(jù)采集技術(shù)，形成智能化的生產(chǎn)線狀態(tài)監(jiān)控報(bào)警設(shè)備，結(jié)合已有的DNC系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備等實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、快速獲取，盡可能達(dá)到實(shí)時(shí)采集。在生產(chǎn)/裝配線海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在制品、設(shè)備、資源、質(zhì)量、成本等生產(chǎn)要素的全面管控。同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛擬生產(chǎn)/裝配線運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)控，對(duì)生產(chǎn)裝配現(xiàn)場的情況進(jìn)行全線快速瀏覽，對(duì)生產(chǎn)線指定部位快速鎖定，對(duì)生產(chǎn)異常報(bào)警快速定位及處置。

    基于生產(chǎn)/裝配線形成的海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，需要工程數(shù)據(jù)分析與挖掘、生產(chǎn)線制造效能建模、制造知識(shí)抽取與積累等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品制造過程追溯、對(duì)生產(chǎn)/裝配線制造效能評(píng)估以及對(duì)制造過程中的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行管理。

    2.關(guān)鍵技術(shù)解決途徑

    （1）以物料配套缺件為核心的拉動(dòng)式生產(chǎn)智能調(diào)度技術(shù)

    以物料配套缺件為核心的拉動(dòng)式生產(chǎn)智能調(diào)度技術(shù)主要針對(duì)目前生產(chǎn)調(diào)度中的問題，研究一種綜合性的生產(chǎn)智能調(diào)度方法，能滿足批產(chǎn)、補(bǔ)料、急件、科研試制等不同特性作業(yè)計(jì)劃的智能調(diào)度安排。

    在光伏電池省產(chǎn)計(jì)劃中，產(chǎn)品數(shù)量大、批次多，材料、工裝、設(shè)備等需求復(fù)雜、準(zhǔn)備時(shí)間長，實(shí)際生產(chǎn)中僅能做到關(guān)注重點(diǎn)工藝的生產(chǎn)進(jìn)度，很難全面平衡掌控。針對(duì)批產(chǎn)計(jì)劃，結(jié)合Petri 網(wǎng)技術(shù)、面向?qū)ο蠓椒ê兔艚葜圃焖枷胙芯恐悄苷{(diào)度方法。首先運(yùn)用敏捷化生產(chǎn)調(diào)度建模(Agile Production Scheduling Modeling，APSM) 方法，將生產(chǎn)過程中的各加工站點(diǎn)進(jìn)行高度抽象，抽象出庫所，構(gòu)建庫所產(chǎn)能函數(shù)，以瓶頸單元為依據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，優(yōu)先滿足瓶頸單元的資源(包括人、機(jī)、料等) 需求；再考慮次瓶頸單元的需求，建立基于產(chǎn)能的敏捷化生產(chǎn)調(diào)度模型；再采用Petri 網(wǎng)技術(shù)，將實(shí)際生產(chǎn)線抽象成基于產(chǎn)能的制造單元模型的串聯(lián)或并聯(lián)的生產(chǎn)線模型。根據(jù)面向?qū)ο笏枷? 建立作業(yè)計(jì)劃的對(duì)象模型。具體的批產(chǎn)計(jì)劃經(jīng)實(shí)例化后，以基于Petri 網(wǎng)的敏捷制造生產(chǎn)線產(chǎn)能模型為基礎(chǔ)，以配套缺件為依據(jù)，按拉動(dòng)式的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)批產(chǎn)計(jì)劃的智能調(diào)度。

    當(dāng)出現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)廢時(shí)，需要及時(shí)下達(dá)報(bào)廢補(bǔ)料計(jì)劃。報(bào)廢補(bǔ)料計(jì)劃需要根據(jù)成套生產(chǎn)的原則，在不影響原有生產(chǎn)任務(wù)的前提下，在有限的資源、有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行合理安排，盡量保證產(chǎn)品整體的生產(chǎn)裝配進(jìn)度。因此，研究一種基于瓶頸分解的調(diào)度啟發(fā)式算法。該算法首先對(duì)生產(chǎn)線情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)找到瓶頸所在，它強(qiáng)調(diào)瓶頸環(huán)節(jié)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)效率的全局性影響，重視對(duì)各工序流程關(guān)系的分析，使復(fù)雜的調(diào)度問題得到簡化，計(jì)算規(guī)模小，對(duì)車間的動(dòng)態(tài)變化能夠做出迅速的反應(yīng)，根據(jù)光伏電池生產(chǎn)中的生產(chǎn)特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)線的特點(diǎn)，快速制定報(bào)廢補(bǔ)料生產(chǎn)計(jì)劃，拉動(dòng)式的調(diào)度模式，將會(huì)更加有效縮短生產(chǎn)周期。

    針對(duì)光伏電池生產(chǎn)線上的急件加工和新品試制，存在隨時(shí)性大、不確定因素多、相關(guān)資源可能不完備等情況，這使計(jì)劃的調(diào)度安排變得十分復(fù)雜。針對(duì)這類計(jì)劃，研究一種基于遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混合策略求解的智能調(diào)度算法。遺傳算法是一類借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)搜索算法，其主要特點(diǎn)是群體搜索策略和種群中個(gè)體之間的信息交換、搜索不依賴于梯度信息，尤其適應(yīng)于處理傳統(tǒng)搜索方法難以解決的復(fù)雜和非線性問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)調(diào)度問題上可實(shí)現(xiàn)克服作業(yè)調(diào)度問題中NP 困難、從優(yōu)化軌跡中提取調(diào)度知識(shí)、以及尋找調(diào)度問題的可行或次優(yōu)調(diào)度等。結(jié)合遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的特點(diǎn)，基于混合策略求解的模式，對(duì)于復(fù)雜的生產(chǎn)調(diào)度問題效果十分明顯，將能有效解決光伏電池生產(chǎn)線上的急件加工、新品試制等單件小批量生產(chǎn)調(diào)度問題。

    （2）基于知識(shí)的產(chǎn)品機(jī)加/裝配過程模擬與仿真技術(shù)

    為有效評(píng)估和確定生產(chǎn)過程中的瓶頸環(huán)節(jié)和關(guān)鍵設(shè)備，研究基于知識(shí)的產(chǎn)品機(jī)加/裝配過程模擬與仿真技術(shù)。在數(shù)字化生產(chǎn)線仿真模型的基礎(chǔ)上，采用基于Petri 網(wǎng)的過程建模和性能分析方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)加/裝配過程模擬仿真。主要研究建立生產(chǎn)線Petri 網(wǎng)理論模型、Petri 網(wǎng)模型轉(zhuǎn)換生產(chǎn)線仿真模型的方法、建立瓶頸環(huán)節(jié)和關(guān)鍵設(shè)備評(píng)估模型、制造知識(shí)與管理知識(shí)集成管理方法等。在Petri 網(wǎng)模型建立過程中，為建模方便和提高建模的真實(shí)性，需要基于知識(shí)設(shè)定設(shè)備運(yùn)行情況、物料及時(shí)可用情況、加工質(zhì)量情況、工裝工具準(zhǔn)備情況等。根據(jù)機(jī)加/裝配線的工藝流程圖及運(yùn)行情況，模擬作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行過程，生產(chǎn)線的變遷時(shí)間是工人完成該工位機(jī)加/裝配所需的時(shí)間。將建立的Petri 網(wǎng)模型中的庫所、變遷與生產(chǎn)線仿真模型中的實(shí)體相對(duì)應(yīng)，并設(shè)置這些實(shí)體的相關(guān)參數(shù)，即可建立生產(chǎn)線的三維仿真模型。然后將作業(yè)計(jì)劃對(duì)象實(shí)例化，在生產(chǎn)線的三維仿真模型上模擬作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行過程，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行評(píng)估分析，確定作業(yè)執(zhí)行過程中的瓶頸環(huán)節(jié)和關(guān)鍵設(shè)備，以便對(duì)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行平衡調(diào)整。

    （3）虛實(shí)融合的生產(chǎn)/裝配過程監(jiān)控技術(shù)

    虛實(shí)融合的生產(chǎn)/裝配過程監(jiān)控技術(shù)是將MES 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)表、真實(shí)生產(chǎn)現(xiàn)場視頻、生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控報(bào)警等信息疊加到虛擬的數(shù)字化生產(chǎn)線模型上，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、信息化技術(shù)手段與真實(shí)生產(chǎn)線場景的無縫融合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池的生產(chǎn)/裝配生產(chǎn)線的運(yùn)行進(jìn)行集成化、可視化、智能化監(jiān)控。虛實(shí)融合的生產(chǎn)/裝配過程監(jiān)控過程為：首先針對(duì)生產(chǎn)線上的瓶頸環(huán)節(jié)和關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)置視頻采集點(diǎn)，并建立生產(chǎn)線仿真模型與生產(chǎn)現(xiàn)場視頻的對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究生產(chǎn)現(xiàn)場智能預(yù)警規(guī)則，然后根據(jù)現(xiàn)場場景視頻，采用智能視頻圖像分析技術(shù)（IVS）對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素的異常情況進(jìn)行自動(dòng)分析、報(bào)警。同時(shí)結(jié)合MES系統(tǒng)采集管理的數(shù)據(jù)信息，在生產(chǎn)線虛擬仿真模型上直觀顯示生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)。通過虛實(shí)融合的機(jī)加/裝配過程監(jiān)控技術(shù)不僅能掌控生產(chǎn)線整體的運(yùn)行狀態(tài)，還可針對(duì)報(bào)警環(huán)節(jié)，快速獲取現(xiàn)場真實(shí)情況和通過對(duì)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的挖掘和分析，快速找出具體的報(bào)警原因。

4 發(fā)展方向

    通過本文對(duì)柔性制造系統(tǒng)的分析，以及計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的發(fā)展，柔性制造系通將向小型化、單元化方向發(fā)展，向模塊化、集成化方向發(fā)展，單項(xiàng)技術(shù)性能與系統(tǒng)性能將不斷提高，應(yīng)用范圍將逐步擴(kuò)大。系統(tǒng)的自反饋、自補(bǔ)償、自適應(yīng)必將有很大程度的提高，使得光伏工廠的運(yùn)行和生產(chǎn)成本得到進(jìn)一步的降低。

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本文標(biāo)題：光伏工廠柔性制造系統(tǒng)MES/ERP的組建

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