馬德光
摘 要
隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展,以及生產(chǎn)智能化的步伐進(jìn)一步加快,MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))在智能制造領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。MES是智能制造的重要組成部分,是智能制造建設(shè)的核心,MES的生產(chǎn)的管控能力直接決定了智能制造的工作效率。本文主要介紹MES與智能制造的基本概念,并以模具智能制造車間為例,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)流程、系統(tǒng)優(yōu)化等方面,對(duì)MES在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究。
關(guān)鍵詞
MES(制造執(zhí)行系統(tǒng));智能制造
中圖分類號(hào): ?F270.7;F273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.082
MES系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)智能制造進(jìn)行過程管控,在生產(chǎn)制造的整個(gè)流程中都離不開MES系統(tǒng),MES系統(tǒng)是智能制造的核心。如果企業(yè)在生產(chǎn)執(zhí)行層面沒辦法做到信息的及時(shí)、準(zhǔn)確的收集,在更高層面沒辦法對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行整理、分析、加工和判斷,就很難做到對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、制造流程、人員調(diào)配進(jìn)行有效的管控,企業(yè)的智能化改造就很難實(shí)施。MES作為智能制造建設(shè)的基礎(chǔ),它覆蓋了整個(gè)智能制造的生產(chǎn)過程,它與制造企業(yè)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)緊密相連,所以MES系統(tǒng)被人們稱為智能制造建設(shè)的“最后一公里”工程。MES與企業(yè)的生產(chǎn)信息采集、工藝設(shè)計(jì)、排程管理、生產(chǎn)流程、資源管理和調(diào)度、設(shè)備調(diào)度等都有密切聯(lián)系,是智能制造重點(diǎn)建設(shè)的內(nèi)容。
1 MES系統(tǒng)介紹
MES系統(tǒng)即制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system,簡(jiǎn)稱MES)是美國AMR公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在90年代初提出的,旨在提高制造業(yè)生產(chǎn)過程管控能力,將計(jì)劃生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)管理聯(lián)系起來,通過MES信息化系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行合理調(diào)配,以達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。MES系統(tǒng)管控的設(shè)備包括可編程序控制器、二維碼、機(jī)電設(shè)備、傳感器、檢測(cè)儀表、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控車床等。MES系統(tǒng)運(yùn)用精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)更新的數(shù)據(jù),指導(dǎo)、啟動(dòng)、響應(yīng)并記錄車間生產(chǎn)活動(dòng),能夠?qū)ιa(chǎn)條件的變化做出迅速的響應(yīng),從而減少非增值活動(dòng),提高效率。MES不但可以改善資本運(yùn)作收益率,而且有助于及時(shí)交貨、加快存貨周轉(zhuǎn)、增加企業(yè)利潤和提高資金利用率。MES通過多通道信息交互形式,在企業(yè)與供應(yīng)鏈之間提供生產(chǎn)活動(dòng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)信息。MES系統(tǒng)發(fā)展至今,已經(jīng)發(fā)展成一套較為成熟的面向制造型企業(yè)的生產(chǎn)信息綜合管理、控制系統(tǒng)。
2 智能制造的概念介紹
智能制造系統(tǒng)(IntelligentManufacturingSystem---IMS)是一種由智能設(shè)備和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng),它強(qiáng)調(diào)在制造環(huán)節(jié)中的可調(diào)節(jié)性和易更改性,借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力模擬人類專家的思維方式,對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行信息采集、信息整理、信息判斷、信息決策,以達(dá)到在生產(chǎn)過程中替代部分的人力勞動(dòng)的目的。
3 MES系統(tǒng)在模具智能制造中的應(yīng)用
3.1 模具智能制造車間MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析
MES系統(tǒng)被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,不同領(lǐng)域的應(yīng)用都反映出該領(lǐng)域的一些特點(diǎn),根據(jù)MES在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用中相關(guān)企業(yè)的不同訴求,MES應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)也不盡相同。雖然應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不同,但是MES應(yīng)用的總體框架基本一致,即應(yīng)用生產(chǎn)過程信息化管理的模式,對(duì)生產(chǎn)全過程進(jìn)行信息采集,信息分析,信息判斷,最終結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況做出決策,以此達(dá)到生產(chǎn)制造智能化的目的。在模具生產(chǎn)領(lǐng)域,受模具外形獨(dú)特性、模具生產(chǎn)數(shù)量差異性的影響,在生產(chǎn)過程中所需調(diào)配原料、技術(shù)、設(shè)備、人員有很大的不確定性,這嚴(yán)重影響到模具生產(chǎn)的生產(chǎn)過程管控。
本文針對(duì)以上問題開展研究,在某企業(yè)建立模具車間MES信息化管控系統(tǒng),該系統(tǒng)包括項(xiàng)目管理,生產(chǎn)管理,物料管理等功能,還集成了CAD、CAM、CAE、CAPP等相關(guān)的主流軟件。其系統(tǒng)特點(diǎn)如下:
(1)多種數(shù)據(jù)采集技術(shù),為工藝流程靈活配置,可以大幅降低使用成本。
(2)全面的數(shù)字化量化考核監(jiān)管,豐富的實(shí)時(shí)生產(chǎn)績(jī)效考核報(bào)表。
(3)滿足離散流程工業(yè)的生產(chǎn)、品質(zhì)、設(shè)備、工藝等全專業(yè)管控要求,支持大規(guī)模量產(chǎn),加工過程全面受控。
(4)接口設(shè)計(jì)靈活,易與生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化接口,易與ERP系統(tǒng)集成。
(5)業(yè)務(wù)考核規(guī)則可根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行配置,可任意修改,滿足企業(yè)發(fā)展的需要。
(6)信息可視化管理,操作簡(jiǎn)潔,人機(jī)互動(dòng)性強(qiáng)。
(7)機(jī)臺(tái)稼動(dòng)率達(dá)到85%以上。
(8)重復(fù)性工作由計(jì)算機(jī)運(yùn)算執(zhí)行,人只做有創(chuàng)造性的工作。
(9)系統(tǒng)接口豐富,易于與其他平臺(tái)對(duì)接,并可跨平臺(tái)群集部署。
3.2 模具智能制造車間中MES的主要功能
模具智能制造中應(yīng)用的MES系統(tǒng),主要涉及的10項(xiàng)功能如下:
(1)數(shù)據(jù)量化采集:將工作任務(wù)量化,將量化指標(biāo)通過MES系統(tǒng)上傳管理平臺(tái),為平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析提供可靠依據(jù)。同時(shí),在各工作站建立信息采集系統(tǒng)和高速可靠的信息傳輸網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)傳輸采集到的生產(chǎn)加工數(shù)據(jù),為企業(yè)生產(chǎn)管控提供有效依據(jù)。
(2)工序詳細(xì)調(diào)度:通過在MES系統(tǒng)中進(jìn)行EBOM、PBOM等操作對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行合理調(diào)配。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要,由MES自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的工作時(shí)序,避免設(shè)備閑置。設(shè)置生產(chǎn)優(yōu)先級(jí)別,根據(jù)產(chǎn)品的各種屬性特征,設(shè)置合理的生產(chǎn)調(diào)度邏輯,結(jié)合工藝要求自動(dòng)的調(diào)配生產(chǎn)流程,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的最大化,及設(shè)備利用率的最大化。解決生產(chǎn)過程中遇到設(shè)備使用沖突、資源調(diào)配不合理等問題,最大限度地節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間。
(3)車間計(jì)劃與排產(chǎn)管理:模具企業(yè)生產(chǎn)訂單的機(jī)動(dòng)性決定了生產(chǎn)的不確定性,MES系統(tǒng)可以根據(jù)每天訂單的變更及時(shí)的修改訂單加工的方案,以達(dá)到柔性化生產(chǎn)的目的。
(4)加工修補(bǔ):主要是在生產(chǎn)加工完成后,MES自動(dòng)的對(duì)生產(chǎn)出來的模具進(jìn)行測(cè)量,將測(cè)量值與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較,對(duì)不合格品進(jìn)行返修操作,通過反復(fù)的測(cè)量與修復(fù),達(dá)到加工計(jì)精度的要求。
(5)生產(chǎn)過程管控:根據(jù)系統(tǒng)采集到的數(shù)字化信息,對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并參照設(shè)計(jì)好的預(yù)設(shè)值對(duì)當(dāng)前值進(jìn)行比較,及時(shí)糾正偏差,避免再次發(fā)生在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題。同時(shí),對(duì)出現(xiàn)的偏差進(jìn)行記錄,供設(shè)備檢修部門作為參考。
(6)人力資源管理:能實(shí)時(shí)反映每個(gè)工作崗位上,工作人員當(dāng)前的工作狀態(tài),及時(shí)反映工作崗位的移動(dòng),為生產(chǎn)安排的調(diào)配,提供有力的依據(jù)。同時(shí),對(duì)各個(gè)崗位的出勤情況進(jìn)行管理,自動(dòng)生成出勤報(bào)表,為人力資源部門提供可靠的出勤情況數(shù)據(jù)。
(7)維修管理:及時(shí)反映各工作站設(shè)備的工作情況,對(duì)需要維修的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)記錄,為維修部門安排維修工作計(jì)劃提供參考。維修部門可以通過MES上傳每臺(tái)設(shè)備的維修保養(yǎng)計(jì)劃,保障生產(chǎn)部門的生產(chǎn)能夠有序地進(jìn)行。
(8)生產(chǎn)資源跟蹤管理:應(yīng)用二維碼技術(shù),在整個(gè)生產(chǎn)過程中,對(duì)原料進(jìn)行管控、追蹤。應(yīng)用RFID技術(shù),通過對(duì)智能芯片的讀寫,記錄每一個(gè)加工工序過程中生產(chǎn)資源的去向。對(duì)物料的出庫、入庫進(jìn)行全面的管理,確保生產(chǎn)過程中生產(chǎn)資源的有效利用。
(9)文檔控制:對(duì)于大多數(shù)企業(yè)而言,生產(chǎn)工藝文件都是商業(yè)機(jī)密,為了避免商業(yè)機(jī)密的泄露,MES系統(tǒng)通過設(shè)置各種權(quán)限來保障工藝文件的安全,將不同級(jí)別的工藝文件整理、分類,按需求發(fā)放給各個(gè)工作崗位。管理生產(chǎn)工藝文件、配方文件、加工圖紙、加工工序等資料的使用,對(duì)發(fā)放文件的整個(gè)過程進(jìn)行記錄,滿足文件可追溯性的要求。
(10)執(zhí)行分析:通過MES系統(tǒng)提供的邏輯分析算法,計(jì)算出生產(chǎn)執(zhí)行方案的可行性,對(duì)生產(chǎn)加工過程進(jìn)行可行性指導(dǎo),實(shí)時(shí)地對(duì)執(zhí)行后的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析,通過分析報(bào)告的形式,將系統(tǒng)分析的結(jié)果上傳到企業(yè)管理平臺(tái),指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更正執(zhí)行方案過程中的問題。
3.3 模具智能制造車間中MES系統(tǒng)工作流程的分析
根據(jù)模具智能制造的實(shí)際需求,MES系統(tǒng)的總體工作流程為:3D模型設(shè)計(jì)→導(dǎo)出BOM→EBOM編輯及發(fā)行→PBOM編輯及發(fā)行→工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行工藝卡編輯及上傳→程序管理進(jìn)行工序程序綁定→訂單編輯→排程及自動(dòng)化加工等。MES系統(tǒng)的詳細(xì)工作流程如圖1所示。
4 結(jié)論
在智能制造企業(yè)中應(yīng)用MES,能夠幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化和精細(xì)化管理,降低了人力成本,提高了生產(chǎn)效率,是未來智能制造企業(yè)建設(shè)的趨勢(shì)。通過數(shù)據(jù)量化采集、工序詳細(xì)調(diào)度、車間計(jì)劃與排產(chǎn)管理、加工修補(bǔ)、生產(chǎn)過程管控等功能實(shí)現(xiàn)智能制造過程的優(yōu)化。所以,MES的應(yīng)用對(duì)智能制造企業(yè)的發(fā)展具有積極的意義。
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