大數(shù)據(jù)環(huán)境下的智慧制造研究——可重構(gòu)MES視角

王萌

摘 要：以可重構(gòu)MES視角，從研究現(xiàn)狀和研究目標(biāo)兩方面，梳理大數(shù)據(jù)環(huán)境下的智慧制造研究，對于充分發(fā)揮企業(yè)制造資源的效益和作用，提高航空、航天產(chǎn)品快速批量生產(chǎn)能力和快速響應(yīng)制造能力，提高航空航天企業(yè)先進制造應(yīng)用水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：MES;大數(shù)據(jù);智慧制造;質(zhì)量改進

中圖分類號：F49 ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A ? ? ?文章編號：1673-291X（2019）18-0154-02

引言

MES（Manufacturing Execution System）是制造企業(yè)底層車間管理應(yīng)用軟件，開始于離散型制造工業(yè)，進而又?jǐn)U展到了各種流程工業(yè)。從生產(chǎn)管理的特點與流程視角來看，離散工業(yè)和流程工業(yè)存在著極大差異。目前，從行業(yè)角度看來，一方面，MES系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用來自于底層自動化供應(yīng)商;另一方面，MES系統(tǒng)來自于企業(yè)資源管理和供應(yīng)鏈管理的供應(yīng)商，因此MES在各種行業(yè)中都存在有較好的原始積累與應(yīng)用基礎(chǔ)。比如，石油化工行業(yè)的MES中，比較知名的供應(yīng)商包括YOKOGAWA（橫河）、Aspen、Honeywell等;冶金行業(yè)的典型MES供應(yīng)商包括PSI、Broner、AIS等。此外，Siemens、Wonderware、Rockwell在離散和流程方面都有相應(yīng)的解決方案和產(chǎn)品。

一、研究現(xiàn)狀

目前這些產(chǎn)品尚不能適應(yīng)于我國航空航天制造業(yè)的需求，存在的問題包括以下幾方面。

1.系統(tǒng)缺少來自于底層的實時響應(yīng)。MES系統(tǒng)的主要功能是收集車間生產(chǎn)的相關(guān)信息，尤其是在制品相關(guān)的物料、工裝、設(shè)備和人員等狀態(tài)信息，對這些信息進行實時的采集和反饋。收集到的實時信息可以幫助上層計劃系統(tǒng)進行實時的計劃調(diào)度及優(yōu)化的智能決策。但是，目前的MES研究表明，MES在收集數(shù)據(jù)的時效性上缺乏有力的工具支持，不能到達實時收集數(shù)據(jù)的效果，導(dǎo)致有MES系統(tǒng)產(chǎn)生的計劃調(diào)度等執(zhí)行方案的可執(zhí)行性差，信息的不及時確實制約著MES算法執(zhí)行的效果和效率。因此，大多企業(yè)還不能夠達到使用MES進行自動化調(diào)度的目標(biāo)。

2.各行業(yè)的MES系統(tǒng)組件化、開放性不足。MES系統(tǒng)是實現(xiàn)上層計劃調(diào)度命令下達和底層狀態(tài)信息反饋等信息交換的中樞。MES系統(tǒng)要求能夠適應(yīng)各種特點的生產(chǎn)需求，要求MES系統(tǒng)的可配置性、可重構(gòu)性。但是，企業(yè)在開發(fā)和使用MES時過分依賴企業(yè)流程缺乏整體規(guī)劃，使得MES軟件的開發(fā)只針對特定的生產(chǎn)模式、車間特點與組織形式，致使現(xiàn)有的MES過分專注于具體的流程，系統(tǒng)的可重用性、重構(gòu)性與開放性都比較差。從系統(tǒng)融合的角度來看，MES與ERP、CAPP等系統(tǒng)信息無法融合與公用，使得企業(yè)整體信息化水平較低。已有的MES軟件缺乏航空、航天產(chǎn)品研制生產(chǎn)急需的產(chǎn)品追蹤、加工信息采集與反饋、裝配齊套性與質(zhì)量控制等功能，系統(tǒng)不完整。

3.MES要適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)定制化生產(chǎn)的特點。高端裝備制造業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的特點要求MES能夠到達由產(chǎn)品快速變批量、快速響應(yīng)制造和混線生產(chǎn)的特點，并在此特點的基礎(chǔ)上到達對生產(chǎn)線及企業(yè)業(yè)務(wù)流程重構(gòu)的需求。隨著生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的變革與生產(chǎn)產(chǎn)品的多元化，原有產(chǎn)品的一次性解決方案開始僵化，無法伴隨高端裝備制造企業(yè)成長，無法滿足這類企業(yè)的特點與要求，需要對MES的架構(gòu)與開發(fā)進行改進。

二、研究目標(biāo)

1.可配置、可重構(gòu)、可集成的MES體系結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有MES系統(tǒng)通常針對特定企業(yè)需求，很難應(yīng)對企業(yè)業(yè)務(wù)流程的變更或重組以及具有較高行業(yè)的適用性，系統(tǒng)的可配置性、可重構(gòu)性、可擴展性較差。可配置、可重構(gòu)、可集成的MES體系結(jié)構(gòu)，其難點主要在于行業(yè)共性的工廠模型建模方法和支持業(yè)務(wù)流程變更的運行平臺。

2.面向離散制造業(yè)工藝、計劃、過程和資源配置的協(xié)同。由于離散制造業(yè)的生產(chǎn)特點，需要工藝規(guī)劃與生產(chǎn)制造的配置化與柔性化，因此面向工藝、計劃、過程和資源配置的系統(tǒng)成為目前MES系統(tǒng)研究的重要問題。利用車間的柔性，充分開發(fā)車間內(nèi)制造資源的應(yīng)用極限，改變車間制造瓶頸，達到解決快速響應(yīng)與車間計劃柔性的目的。

結(jié)語

圍繞國內(nèi)航空航天制造業(yè)MES的實際需求現(xiàn)狀，突破多源動態(tài)信息采集、生產(chǎn)過程可視化、計劃和調(diào)度的智能優(yōu)化、制造資源快速響應(yīng)及優(yōu)化配置等關(guān)鍵技術(shù)，基于集成平臺和支撐工具集構(gòu)建可配置、可適應(yīng)、可集成的離散型MES體系結(jié)構(gòu);針對混合型生產(chǎn)模式，開發(fā)包括多源數(shù)據(jù)采集與集成、制造過程監(jiān)控、資源配置與狀態(tài)管理、制造過程性能分析與仿真等在內(nèi)的軟硬件構(gòu)件與系統(tǒng)集成平臺，選擇典型企業(yè)進行應(yīng)用驗證，最終形成面向航天行業(yè)的MES解決方案和具有市場競爭力的可配置MES產(chǎn)品，并在航空、航天行業(yè)重點離散制造行業(yè)推廣應(yīng)用，從而全面提升我國制造企業(yè)高效和低成本制造的能力，實現(xiàn)快速響應(yīng)制造。

參考文獻：

[1] ?徐匡迪.從制造大國到制造強國[DB/OL].騰訊財經(jīng)，2019-03-22.

[2] ?陳俊芳.質(zhì)量改進與質(zhì)量管理[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2007.

[3] ?鮑爾·克勞士比管理顧問中心.質(zhì)量改進手冊[M].北京：中國城市出版社，2003.

[4] ?盧顯林.零缺陷管理[M].北京：中國商業(yè)出版社，2006.

[5] ?柴邦衡.ISO9000 質(zhì)量管理體系[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.