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工業4.0時代,MES路在何方? 發布時間:2022-03-12        瀏覽:

德國提出工業4.0時指出,其兩大核心是智慧工廠與智能制造。而MES是智能制造在智慧工廠范疇內的承載主體,實現“物理工廠”的“信息領域”的投影。那么問題來了,在智能制造背景下,MES有哪些改變呢?MES路在何方?

 

德國提出工業4.0時指出,其兩大核心是智慧工廠與智能制造。工業4.0的目標是生產制造系統的數字化和虛擬化、將虛擬工廠與實際的對象結合起來、全面的點對點的信息通信、自配置和自矯正的適應能力以及使機器能集成人的作用,實現智能制造。

 

西門子工業領域首席執行官魯思沃教授于2014年7月10日在北京的演講中指出,工業4.0的三大支柱是MES、虛擬與現實的結合和CPS,這也是智慧工廠的支撐技術。站在外部的視角,MES系統實現智慧工廠的服務化包裝,對外提供標準服務接口,按照制造過程的“T、Q、C、S、E”組織生產。

 

可以說,MES是智能制造在智慧工廠范疇內的承載主體,實現“物理工廠”的“信息領域”的投影。那么問題來了,在智能制造背景下,MES有哪些改變呢?MES路在何方?

 

一、傳統的集成向過程融合發展

 

從未來的需求來看,尤其是在B2P的商業模式下,制造企業必須能夠快速處理大量的單件制造及特別制造的方式,同時全球化驅動的分散性協同制造成為主流,這就導致了傳統設計、計劃到生產模式的反應遲緩,嚴謹的 PLM、ERP、MES的集成流程太過到剛性。

 

取而代之的是一種新的方式是設計、計劃和生產緊密協作、并行執行,基于同樣的需求、物料、產能等數據,PLM設計結束之前,柔性生產計劃即可快速下達,MES實時開始生產執行,同時實現良好的反饋機制。這種柔性協同也對系統間設計 BOM、生產BOM、數據、模型等一致性和靈活性提出了更高的要求。

 

二、傳統的數字管理向智能管理發展

 

MESA組織給出MES功能模型的定義,強調生產過程“生產、質量、消耗及績效”的業務管理。近十年來MES的發展,也是參考這個功能模型的定義,集中在業務數據采集、業務數據傳遞和業務統計。通過業務過程的數字化,建立了協同工作平臺,并在此基礎上進行數據分析與統計,基本實現了全面的數字化和透明化管理。

 

但在實施MES的過程中都能深切感受到客戶對MES智能化期望較高:希望能夠采用APS自動實現作業任務編排,希望系統能夠根據過程變化自動調整計劃,希望自動調整工藝參數來確保質量最佳。但事實上,傳統基于單據作業模式的MES,在數據分析與處理上并沒有下太多的功夫。

 

在工業4.0時代,生產變化及靈活性更高,生產要素須自動配置,必然要求在生產全過程的數字化的基礎上,增加智能優化方法。工廠的智能化分為兩個層次:

 

  • 一個層次是實現微觀層面的智能優化。比如在工序層面的控制中,在區域協調優化中采用智能化技術?;蛘咴谀骋粋€專業領域,如設備的狀態預測、質量預警及生產預警。

 

  • 另一個層面是宏觀層面,根據生產過程中各要素的數字化,形成計劃、排產、質量控制、過程跟蹤的閉環反饋,采用智能優化算法進行協同優化。

 

三、傳統的車間管理向工廠運營平臺發展

 

工業4.0時代的MES,或許將重新定義,在協同制造方面超越目前內部組織范疇,而擴展至與供應商和客戶的連接;在制造智能方面將不限于收集、分析與展現,而將進一步實現現場實時分析、協同智能決策,及時調整制造執行過程;在業務領域層面,將擴展智能裝備的性能監測與維護、綠色制造的能源管理等內容。在制造執行(Manufacturing Execution) 系統將躍變為卓越制造(Manufacturing Excellence)系統。

 

四、傳統的結構化數據向工業大數據平臺發展

 

中國制造雖然有環境因素、資源因素,但最重要的因素來看,差在哪呢?分析認為,主要差在“軟實力”方面。雖然在硬件層面我們也有明顯的差距,但有大量數據比較得出,即使一樣建設的生產線(如汽車生產線,我國的效率仍然和鄰國日本差一大截,因此不能把責任推到基礎硬件層面。

 

工業4.0時代,技術的發展為數據的產生(物聯網)、存貯、分析(云技術)、使用(移動互聯)更加方便。因此也可以說,工業4.0的變革是數據驅動型的變革。這個“軟實力”提升的主要驅動力是“數據”的利用。

 

MES傳統上處理各類業務單據,數據僅限于結構化的數據,很多企業在此基礎上,也開展了商務智能(BI)的建設與利用,但總體上還在有限的數據范圍內進行事后分析。

 

今天的物聯網(包括設備、物料等IIOT及人工作業過程中的HIOT)將產生大量的實時信息,都是表征了生產過程的全息影像。這些數據在采集、管理、分析與可視化方面,技術上正在逐步可行。

 

五、傳統的功能套件向模型驅動發展

 

在技術實現上,傳統的MES在逐步開發及實施的過程中,功能一點點增加,最終形成覆蓋工廠管理需要的一個功能套件集合,即我們常見的套裝軟件。但這種套裝軟件從設計本質上是以職能管理為核心的,以軟件系統為中心的。在工業4.0時代,面向以客戶為中心價值傳遞,以產品為中心的制造資源重組的要求時,傳統的MES是無能為力的。

 

有調查表明,在MES系統建成的三年內,50%的工藝(模型)將會或多或少隨著生產的持續改進而調整,在工業4.0時代的定制時代這種變化更加劇烈。這就要求MES系統必須是一個可適應、可擴展的系統,其技術的主要特點是采用模型驅動技術來構架系統。將ISA95相關的、在制造業通用功能以組件的方式,而各廠不同的、適應各自管理及工藝流程的、不同應用系統集成的部分,將通過可配置的模型平臺來實現,如下圖所示。當工藝流程發生變化時,只需在線修改模型,而不需調整功能組件,從而實現系統的適應性。

 

六、傳統的視窗界面向虛擬現實發展

 

從人機協同的角度來看,計算機技術發展到今天,主要存在兩個問題沒有很好解決。一是計算機的現場應用,一是信息的展示方法。試想,通過鍵盤、鼠標的信息錄入方法完全是要求人們去適應計算機的需要,采用視窗操作界面,也是今天的計算機操作系統的展示信息的手段。這些都是以計算機為核心,或者說以系統為核心的思想。

 

在工業4.0時代,物聯網技術引發數據海量增加、設備智能化及自主化管理,這些變化將人從“操作員”的角色逐步提升到“監控者及決策者”,人機交互的方式必須更加自然、實時、聚焦要點。

 

虛擬現實及增強現實技術可以有效解決這一點。在工業4.0時代,虛擬世界將與現實世界高度融合。通過計算、自主控制和聯網,人、機器和信息互相聯接,融為一體,所有的生產數據將被全部整合到工廠虛擬現實管理系統中。

 

利用三維可視化技術將生產場景真實展現出來,生產數據實時驅動三維場景中的設備,使其狀態與真實生產場景一致,從而讓管理者充分了解整個生產場景中各設備的運行狀況,達到監測、查看、分析的目的。

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