圖1 艾普工華全球CTO 黃剛

一、數字化工廠與智能制造的現狀與趨勢

    1．大背景：信息化與工業(yè)化融合

    信息技術本身的發(fā)展和制造業(yè)需求的增長是國家推行兩化融合的背景，信息化與工業(yè)化的融合主要體現在：

    ·產品本身：信息技術（IT，Information Technology）的應用使機械產品本身向數字化轉變，深刻改變了機械產品的內涵。

    ·生產活動：計算機輔助設計、工藝、制造、測試、管理等先進技術手段使企業(yè)生產的自動化、柔性化、智能化程度大大提高，全面提升了企業(yè)的能力。

    ·制造模式：信息技術向制造業(yè)的全面滲透，還產生了許多新的工業(yè)化理念，如“協(xié)同生產”、“敏捷制造”、  “大規(guī)模客戶化定制”等。

    ·未來發(fā)展：信息技術新的發(fā)展，如下一代互聯(lián)網、云計算、無線傳感、物聯(lián)網等，將更加廣泛而深刻地引起機械工業(yè)的變革。

    2．數字化工廠

    1）數字化工廠的定義

    ·以MES為核心，對工廠內的制造資源、計劃、流程等進行管控。

    ·數字化車間與產品設計層有緊密關聯(lián)，是設計意圖的物化環(huán)節(jié)。

    ·與企業(yè)層和設備控制層實時交換數據，形成制造決策、執(zhí)行和控制等信息流的閉環(huán)。

    2）數字化工廠的層次結構

    數字化工廠可分為三層，分別是：數字化制造決策與管控層、數字化制造執(zhí)行層、數字化制造裝備層，如圖2。

圖2 數字化車間的層次結構

    數字化制造決策與管控層包括：

    ·商業(yè)智能/制造智能（BI/MI）：可針對質量管理、生產績效、依從性、產品總譜和生命周期管理等提供業(yè)務分析報告。

    ·無縫縮放和信息鉆�。和ㄟ^先進的可定制可縮放矢量圖形技術，使用者可充分考慮本企業(yè)需求及行業(yè)特點，輕松創(chuàng)建特定的數據看板、圖形顯示和報表，可快速鉆取至所需要的信息。

    ·實時制造信息展示：無論在車間或是公司辦公室、會議室，通過掌上電腦、PC機、大屏幕顯示器，用戶都可以隨時獲得所需的實時信息

    數字化制造執(zhí)行層包括：

    ·先進排程與任務分派：通過對車間生產的先進排程和對工作任務的合理分派，使制造資源利用率和人均產能更高，有效降低生產成本

    ·質量控制：通過對質量信息的采集、檢測和響應，及時發(fā)現并處理質量問題，杜絕因質量缺陷流入下道工序所帶來的風險

    ·準時化物料配送：通過對生產計劃和物料需求的提前預估，確保在正確的時間將正確的物料送達正確的地點，在降低庫存的同時減少生產中的物料短缺問題

    ·及時響應現場異常：通過對生產狀態(tài)的實時掌控，快速處理車間制造過程中的生產過程中常見的延期交貨、物料短缺、設備故障、人員缺勤等各種異常情形

    數字化制造裝備層（工位層）包括：

    ·實時硬件裝備集成：通過對數控設備、工業(yè)機器人和現場檢測設備的集成，實時獲取制造裝備狀態(tài)、生產過程進度以及質量參數控制的第一手信息，并傳遞給執(zhí)行層與管控層，實現車間制造透明化，為敏捷決策提供依據

    ·多源異構數據采集：采用了先進的數據采集技術，可以通過各種易于使用的車間設備來收集數據，同時確保系統(tǒng)中生產活動信息傳遞的同步化和有效性

    ·生產指令傳遞與反饋：支持向現場工業(yè)計算機、智能終端及制造設備下發(fā)過程控制指令，正確、及時地傳遞設計及工藝意圖

    3）數字化工廠的發(fā)展趨勢

    ·德國：工業(yè)4.0

    ·美國：工業(yè)互聯(lián)網

    ·中國工程院：中國制造2025

二、艾普工華數字化工廠應用案例

    艾普工華是國內制造業(yè)信息化及工業(yè)自動化領域的領先供應商，致力于為離散制造業(yè)客戶提供高效、可靠、智能的數字化制造運營解決方案和專屬服務。

    1．離散制造業(yè)的核心需求

    離散制造業(yè)的制造工藝過程主要可分為機加工、裝配兩種。

    1）機加工生產的核心需求和目標如下：

    ·計劃與庫存管理：根據生產訂單生成加工線生產計劃，根據自定義規(guī)則設定、調整庫存數量，當工件送至裝配車間并上線后庫存自動反沖，并可實時監(jiān)控庫存半成品及數量。

    ·生產管理：通過生產計劃進行開報工跟蹤同時統(tǒng)計毛坯下料數量、成品完工數量、工料廢數量、設備狀態(tài)、通知和日期時間等。

    ·質量管理：質量數據采集：各加工線關鍵工序之后的首檢，抽檢，全檢等。本系統(tǒng)需要實時將上述之間數據上傳到服務器；質量數據分析：對采集到的質量相關數據進行統(tǒng)計分析，計算各種體現過程能力的指數以及生成各種質量管理圖表，包括Cp/Cpk、控制圖、排列圖、合格率以及各種不合格分類統(tǒng)計等；質量追溯：可以通過工件流水號、零件類型、工序號、生產時間、操作人員等實現正向和反向查詢。并可實現工件流水號、工序號、生產時間、操作人員及產品缺陷等信息的查詢。

    ·設備管理：對輔助設備的工作狀態(tài)、生產量、節(jié)拍、設備故章等進行監(jiān)控和管理。

    2）裝配生產的核心需求和目標如下：

    ·可配置系統(tǒng)平臺：提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時使得后期系統(tǒng)可維護性能大大提高。

    ·生產計劃與排程管理：簡化計劃制定流程，提高計劃制定效率。

    ·生產跟蹤數據采集：使得數據采集更為簡單，同時訂單在現場數據能實時監(jiān)控。形成圖形化的監(jiān)控畫面。

    ·作業(yè)指導及防錯：減少錯裝和漏裝的幾率，同時通過設備集成提高現場操作效率。

    ·品質管理：實現全過程的質量記錄及追溯，同時通過集成及終端錄入得道質量數據進行SPC分析。

    ·生產過程監(jiān)控：對車間訂單生產及設備進行實時圖形化數據展示，提高車間透明度及問題處理速度。

    ·防錯系統(tǒng)：依靠自動化系統(tǒng)及設備自動實現防錯及異常信息的記錄，提高生產線效率。

    ·物流配送：實現推拉結合的生產物流體系，優(yōu)化物流配送過程，提高配送的準確性及及時性。

    2．解決方案行業(yè)特性

    除了上述離散制造業(yè)的核心需求外，不同的制造行業(yè)也有其行業(yè)特性需求，以發(fā)動機生產為例。

    發(fā)動機生產關鍵特點與功能如下：

    ·生產計劃協(xié)同：輪番加工型與混流裝配型模式的生產計劃協(xié)同。

    ·多模式物流配送：支持面向安全庫存和下游裝配的綜合多種物流配送模式。

    ·全過程質量控制：關鍵零部件加工和裝配生產全過程質量信息采集與質量控制

    ·嚴密的生產防錯：高效、自動化、嚴密的生產防錯功能。

    ·緊密的設備集成：與生產設備的全方位集成（生產、質量信息）以及自動化控制。

    同時，發(fā)動機的生產具有其行業(yè)的特殊需求，例如返修自動分流，通過與機運線的集成，當通過若干關鍵工位時。PLC自動判斷是否為返修機器，如果是即控制旋轉托架，使發(fā)動機進入返修工位，同時在返修工位能通過TAG獲取異常信息，通過流水號能查詢該機型對應的質量檢測信息，指導返修。

三、艾普工華制造運營管理解決方案

    制造運營管理實施的基本訴求包括實時性、分布式、不可停機、業(yè)務的持續(xù)改進、等待的容忍度、海量數據、數據的完備性、大量的周邊系統(tǒng)、大量的設備集成等方面。對此，艾普工華將國外先進技術，本土科研機構與國內企業(yè)需求相結合，已形成業(yè)內不可復制的獨特競爭力。艾普工華的技術發(fā)展如圖3。

圖3 艾普工華的技術沿革

    艾普工華相關產品體系如圖4

圖4 艾普工華的相關產品體系

    1．Mestar™平臺

    Mestar™平臺是高效靈活的可擴展基礎平臺，支持快速二次開發(fā)，內建技術及二次開發(fā)體系保障開發(fā)一致性（圖4）。具有以下特點：

    ·高穩(wěn)定：系統(tǒng)運行可靠，高訪問安全性，數據完備性

    ·高性能：實時性，快速響應，高運行效率

    ·可擴展：可定制流程引擎與規(guī)則引擎，支持業(yè)務量擴展，歷史數據可歸檔，支持集團級分布式部署

    ·易管理：低維護成本，支持運行時監(jiān)控與預警，問題易于診斷

圖5 Mestar™平臺

    2．UniMax MES™

    UniMax MES™是高性能制造運營管理解決方案（圖6），特點如下：

    ·符合MESA/ISA95國際標準

    ·融合國際廠商行業(yè)最佳實踐

    ·支持國內制造企業(yè)生產模式和管理思想

    ·體現本土化需求和操作習慣的特色功能

    ·由統(tǒng)一的工廠模型和可定制的業(yè)務流程建模引擎驅動

    ·既兼顧系統(tǒng)的靈活性以及運行效能，又能有效地降低用戶的總體擁有成本

圖6 UniMax MES™制造運營管理解決方案

    3．UniMax Xplanner™

    UniMax Xplanner™是高級計劃排程解決方案（圖7），特點如下：

    ·圖形化、交互、拖動，調整工作日歷、作業(yè)任務順序、開完工時間、分拆與合批等

    ·根據不同的異常問題類型，提供計劃調整的處理建議

    ·多套計劃模擬和多級訂單甘特圖分析變更影響及計劃可行性

    ·對計劃結果進行評估，找到接近最優(yōu)的平準化計劃

圖7 UniMax Xplanner™高級計劃排程解決方案

    4．UniMax MCC™

    UniMax MCC™ 是制造過程成本控制解決方案（圖8），特點如下：

    ·深入至制造工藝過程的成本管理粒度

    ·支持車間多維度成本歸集與統(tǒng)計

    ·關鍵制造資源消耗預警

    ·有效制造成本對標與差異分析   

    ·多層級生產組織生產績效分析與改善

    ·成本耗用定額雙向優(yōu)化      

圖8 UniMax MCC™制造過程成本控制解決方案

    5．UniMax MDI™

    UniMax MDI™ 是制造數據集成工具（圖9），特點如下：

    ·支持UniMax系列產品與外部系統(tǒng)集成

    ·通過可視化方式實現對復雜集成操作

    ·接口的監(jiān)控與定時定頻調度

    ·支持常見的絕大部分數據格式

    ·還可用于檢查數據有效性和一致性

    ·提供集成日志，對集成歷史進行反查

圖9 UniMax MDI™ 制造數據集成工具

    6．UniMax PCT™

    UniMax PCT™ 是制造過程可視化解決方案（圖10），特點如下：

    ·采用行業(yè)領先的業(yè)務智能引擎

    ·實現工廠各種環(huán)節(jié)指標數據的動態(tài)分析

    ·對可能發(fā)生的故障和事故進行預警

    ·實時、整體掌控車間生產狀態(tài)，及時修正業(yè)務偏離

    ·準確了解當前質量水平及質量趨勢，提前響應以規(guī)避潛在風險

    ·基于正確實時的生產狀態(tài)數據，提高溝通效率，降低溝通成本

圖10 UniMax PCT™制造過程可視化解決方案

    本文根據艾普工華全球CTO黃剛在“2014中國制造業(yè)MES應用（深圳）年會”上的發(fā)言整理而成，未經本人確認。

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本文標題：創(chuàng)新制造運營管理構建高績效數字化工廠MES/ERP

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