基于智能工廠MES關(guān)鍵技術(shù)研究

黃俊俊

摘要：本文探討了MES在智能工廠整體架構(gòu)實現(xiàn)中的作用、特點，并對所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進行研究。

關(guān)鍵詞：智能工廠；MES；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0122-01

“中國制造2025”提出，要在未來的10年時間內(nèi)，著力發(fā)展以智能研發(fā)、智能制造、智能管理和智能服務為核心的智能化工廠。智能化工廠的落實，首先需要從制造執(zhí)行系統(tǒng)入手，對企業(yè)的制造過程進行功能化集成和優(yōu)化，實現(xiàn)與制造相關(guān)的多個方面的協(xié)同。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，制造企業(yè)的數(shù)字化信息管理水平和加工能力獲得了極大提升，智能工廠作為一種新的模式和理念已經(jīng)成為未來制造的重點發(fā)展方向。

1 智能工廠的內(nèi)涵及整體架構(gòu)

智能工廠的本質(zhì)，是在制造行業(yè)實現(xiàn)信息化和自動化技術(shù)的高度集成，從智能制造的整個規(guī)劃-建造-運行周期內(nèi)，向制造企業(yè)提供更加專業(yè)、高效的管理模式，向客戶以及市場提供更加人性化、個性化的產(chǎn)品及服務。在智能工廠運行模式下，所有的訂單、物料、計劃、設(shè)備、資源、服務等環(huán)節(jié)都將以數(shù)據(jù)形式匯集到統(tǒng)一的管理平臺，這些數(shù)據(jù)將會被更加科學的管理方式，更加快速、準確地得到分析、傳遞和展示[1]。

智能工廠的實現(xiàn)需要依托車間底層的控制，車間的網(wǎng)絡(luò)化管理平臺將采集到的制造詳細信息集中管理保存，并能夠?qū)崟r跟蹤加工狀態(tài)。系統(tǒng)架構(gòu)自下向上分為五層[2]：

（1）網(wǎng)絡(luò)層：實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的企業(yè)外部信息處理，由產(chǎn)業(yè)鏈不同企業(yè)之間通過互聯(lián)網(wǎng)共享信息實現(xiàn)協(xié)同研發(fā)、生產(chǎn)、物流、制造、服務等。（2）企業(yè)層：由企業(yè)的生產(chǎn)計劃、采購管理、銷售管理、人員管理、財務管理等信息化系統(tǒng)所構(gòu)成，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的整體管控。（3）管理層：由控制車間/工廠進行生產(chǎn)的系統(tǒng)所構(gòu)成，主要包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），及產(chǎn)品生命周期管理軟件等。（4）控制層：包括可編程邏輯控制器、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)（DCS）等。（5）設(shè)備層：包括傳感器、儀器儀表等感知和執(zhí)行單元，在工廠的設(shè)備層，雙向的互聯(lián)通信平臺及DNC數(shù)控車床系統(tǒng)將結(jié)合條碼識別、射頻技術(shù)、觸摸屏技術(shù)等實現(xiàn)具體生產(chǎn)工位的數(shù)字化操作。

2 MES系統(tǒng)的功能及特點

（1）在生產(chǎn)過程控制方面：MES管理生產(chǎn)訂單的整個流程，并能夠?qū)ιa(chǎn)中出現(xiàn)的突發(fā)事件做到預防、監(jiān)控和處理，自動糾正錯誤加工信息，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和進度要求。（2）在任務派工及人力資源方面：MES與ERP系統(tǒng)對接，依據(jù)生產(chǎn)計劃以及當前設(shè)備的閑忙狀況，能夠完成自動派單，并且制定出最優(yōu)化的操作安排，這種動態(tài)分配的功能大大提高了智能工廠的柔性化。而且通過車間工位狀態(tài)的跟蹤，能夠更加精細地實現(xiàn)考勤管理，人員考核，優(yōu)化調(diào)度。（3）在數(shù)據(jù)分析利用方面：MES可以對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行詳細的分析和統(tǒng)計，為企業(yè)提供各種生產(chǎn)現(xiàn)場資源的實時狀態(tài)，不僅可以為生產(chǎn)工序配置相應的工具、設(shè)備、物料、文檔等資源，保證各操作按調(diào)度要求準備和執(zhí)行，而且通過對產(chǎn)品編號、批次等信息的記錄保存，對于后期的產(chǎn)品追溯和售后服務提供數(shù)據(jù)支持。

3 MES關(guān)鍵技術(shù)

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫以及現(xiàn)代電子商務已經(jīng)普及，這給MES的實現(xiàn)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)，而作為智能制造重要一環(huán)，MES關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個方面[3]。

3.1 MES與其他系統(tǒng)的集成技術(shù)

根據(jù)智能工廠的整體架構(gòu)可以看出：MES處于企業(yè)的中間層，智能制造的實現(xiàn)離不開MES系統(tǒng)與其他系統(tǒng)集成，通過對信息進行高度整合實現(xiàn)人、機、料的全閉環(huán)、全透明協(xié)同制造。其他系統(tǒng)包括ERP系統(tǒng)、工藝設(shè)計系統(tǒng)以及公司級生產(chǎn)管理系統(tǒng)。技術(shù)實現(xiàn)的基本方法是通過建立統(tǒng)一的物料編碼，對生產(chǎn)過程中的零部件及整機產(chǎn)品進行系統(tǒng)化管理，在工藝設(shè)計系統(tǒng)和公司級的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中通過可靠的接口形式，將工藝的工序信息和公司計劃信息以及生產(chǎn)車間的狀態(tài)信息、物料信息等導入到共享數(shù)據(jù)庫中。當車間調(diào)度人員需要查看產(chǎn)品的工序信息時，查詢共享數(shù)據(jù)庫即可。目前，MES與其他系統(tǒng)的集成技術(shù)已經(jīng)具備應用條件，其技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵在于要保證系統(tǒng)中的信息實時更新，同時也要做好版本控制，以便質(zhì)量問題的處理及追溯。

3.2 生產(chǎn)計劃智能排產(chǎn)技術(shù)

（1）基于全品類產(chǎn)品制造的設(shè)計、工藝、工時數(shù)據(jù)庫。在生產(chǎn)達到高度智能化的階段，公司的產(chǎn)品制造基本擺脫了對人的依賴，而是更多地依賴于歷史數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)。尤其是標準化產(chǎn)品的制造，傳統(tǒng)的做法是通過人的經(jīng)驗，來制定下一步的加工計劃。而這種經(jīng)驗往往并不是可靠和準確的，在加工過程中的突發(fā)因素也會影響到加工的進度安排。而智能排產(chǎn)技術(shù)通過對大量產(chǎn)品加工的歷史數(shù)據(jù)做統(tǒng)計，可以最大程度減少人的不確定因素，并給生產(chǎn)預留一部分冗余度，進而保證計劃的按時保質(zhì)的執(zhí)行。公司產(chǎn)品種類越單一，產(chǎn)品加工歷史數(shù)據(jù)越多，車間人員/設(shè)備狀態(tài)信息越準確則排產(chǎn)計劃執(zhí)行越可靠。（2）智能化的實時排產(chǎn)數(shù)據(jù)處理模型。具備了豐富可靠的產(chǎn)品加工的歷史數(shù)據(jù)信息還無法保證公司的生產(chǎn)計劃智能排產(chǎn)技術(shù)，還需要建立科學的排產(chǎn)數(shù)據(jù)處理模型，如何在突發(fā)狀態(tài)下提高模型輸出的抗干擾能力，保證數(shù)據(jù)模型的健壯性，這是實現(xiàn)智能化排產(chǎn)技術(shù)的難點。數(shù)據(jù)處理模型需要綜合考慮到所有產(chǎn)品的進度和生產(chǎn)，以及產(chǎn)品、部件、零件、工序等多級別管理。并且需要結(jié)合設(shè)備的實際加工能力和維護保養(yǎng)計劃等條件，以綜合產(chǎn)品輸出為目標，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況隨時調(diào)整計劃。

3.3 產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)采集及管理技術(shù)

產(chǎn)品制造過程中涉及到大量的工況參數(shù)和產(chǎn)品加工數(shù)據(jù)信息，這些信息是MES智能排產(chǎn)技術(shù)以及與其他系統(tǒng)集成的關(guān)鍵，其數(shù)據(jù)是否準確及時，直接影響到整個系統(tǒng)的性能。產(chǎn)品制造過程數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要依靠設(shè)備層各種數(shù)控設(shè)備（數(shù)控機床等）以及傳感器（如光感、溫濕度傳感器）等檢測裝置， 對車間信息進行實時采集。底層數(shù)據(jù)的管理主要依靠MES相應的數(shù)據(jù)處理模塊。如采集到的機床故障信息輸送到后臺中央處理單元后，將會有固定的故障處理程序進行處理，進而做出下一步的指令和判斷。

3.4 MES資源信息集成管理平臺構(gòu)建技術(shù)

MES資源信息集成管理平臺主要的工作是構(gòu)建出多視圖、多層次、可擴展以及制造資源全生命周期的模型，包括ERP在采購、制造、庫存、使用以及維護、報廢等過程中制造資源的信息；構(gòu)建公司級的核心制造資源庫，研究制造資源的語義模式及制造資源不同數(shù)據(jù)模式間的映射機制，采用基于視圖以及中間文件的方式集成公司制造資源的信息，在邏輯上集成制造資源的各應用視圖以及業(yè)務視圖。

4 結(jié)語

MES系統(tǒng)作為智能工廠整體架構(gòu)中面向執(zhí)行層的實時信息系統(tǒng)，是實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵。MES系統(tǒng)實現(xiàn)離不開對工藝設(shè)計系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等外部系統(tǒng)的集成、對車間生產(chǎn)計劃作業(yè)的智能化調(diào)度管理以及對設(shè)備層數(shù)據(jù)的準確采集和管理，相信隨著技術(shù)的不斷進步，智能工廠終將會在制造行業(yè)普及開來，造福更多的人。

參考文獻

[1]羅鳳，石宇強.智能工廠MES關(guān)鍵技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動化，2017，（4）：45-49.

[2]羅鳳.智能工廠MES關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南科技大學，2017.

[3]王駿，饒成明，陳高俊，董梅艷.基于可重構(gòu)MES的智能車間工作流管理方法研究[J].制造業(yè)自動化，2014，（12）：12-16.