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：信息化與工業化融合

    信息技術本身的發展和制造業需求的增長是國家推行兩化融合的背景，信息化與工業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，全面提升了企業的能力。

    ·制造模式：信息技術向制造業的全面滲透，還產生了許多新的工業化理念，如“協同生產”、“敏捷制造”、  “大規�？蛻艋�定��”等。

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

    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，是設計意圖的物化環節。

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

    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需求及行業特點，輕松創建特定的數據看板、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、工業機器人和現場檢測設備的集成，實時獲取制造裝備狀態、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：支持向現場工業計算機、智能終端及制造設備下發過程控制指令，正確、及時地傳遞設計及工藝意圖

    3）數字化工廠的發展趨勢

    ·德國：工業4.0

    ·美國：工業互聯網

    ·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信息化及工業自動化領域的領先供應商，致力于為離散制造業客戶提供高效、可靠、智能的數字化制造運營解決方案和專屬服務。

    1．離散制造業的核心需求

    離散制造業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計毛坯下料數量、成品完工數量、工料廢數量、設備狀態、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、生產量、節拍、設備故章等進行監控和管理。

    2）裝配生產的核心需求和目標如下：

    ·可配置系統平臺：提高系統的穩定性和可靠性，同時使得后期系統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控。形成圖形化的監控畫面。

    ·作業指導及防錯：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：依靠自動化系統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．解決方案行業特性

    除了上述離散制造業的核心需求外，不同的制造行業也有其行業特性需求，以發動機生產為例。

    發動機生產關鍵特點與功能如下：

    ·生產計劃協同：輪番加工型與混流裝配型模式的生產計劃協同。

    ·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，發動機的生產具有其行業的特殊需求，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、業務的持續改進、等待的容忍度、海量數據、數據的完備性、大量的周邊系統、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需求相結合，已形成業內不可復制的獨特競爭力。艾普工華的技術發展如圖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，內建技術及二次開發體系保障開發一致性（圖4）。具有以下特點：

    ·高穩定：系統運行可靠，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則引擎，支持業務量擴展，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

    ·融合國際廠商行業最佳實踐

    ·支持國內制造企業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

    ·由統一的工廠模型和可定制的業務流程建模引擎驅動

    ·既兼顧系統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集成

    ·通過可視化方式實現對復雜集成操作

    ·接口的監控與定時定頻調度

    ·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：

    ·采用行業領先的業務智能引擎

    ·實現工廠各種環節指標數據的動態分析

    ·對可能發生的故障和事故進行預警

    ·實時、整體掌控車間生產狀態，及時修正業務偏離

    ·準確了解當前質量水平及質量趨勢，提前響應以規避潛在風險

    ·基于正確實時的生產狀態數據，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MES應用（深圳）年會”上的發言整理而成，未經本人確認。

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本文標題：創新制造運營管理構建高績效數字化工廠MES/ERP

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