2020-04-14

智能生产的现状与未来！中国智能制造的重点和路径

智能生产所包含的就是使用智能装备、传感器、过程控制、智能物流、制造执行系统、信息物理系统组成的人机一体化系统；按照工艺设计要求，实现整个生产制造过程的智能化生产、有限能力排产、物料自动配送、状态跟踪、优化控制、智能调度、设备运行状态监控、质量追溯和管理、车间绩效等；对生产、设备、质量的异常做出正确的判断和处置；实现制造执行与运营管理、研发设计、智能装备的集成；实现设计制造一体化，管控一体化。 长期以来我国劳动力成本偏低，装备的自动化、数控化、智能化方面的资金投入不足，使得我国生产自动化、智能化的总体水平不高。目前的智能生产还存在以下问题： 1）生产装备的数字化、智能化水平不高，联网率低，严重妨碍了数字化、智能化车间的建设。 2）物流的自动化、智能化水平低，进出厂物流、自动化立体仓库不多，生产现场的物料配送、工序间的物料传输自动化水平更低。 3）车间实施MES的比例很低，造成车间生产作业计划粗放，设备负荷不均，物料供应协同性差。还有车间物料管理混乱、车间作业进度监控不力等。 4）有些企业购置数量相当的数控机床或自动化生产线，但系统的集成性差。 5）数据采集严重不足，生产工序进度、质量状况、设备运行状态、物料配送情况等信息不能及时反馈，整个生产系统的透明度、可视化程度不高，生产调度的科学性大打折扣。 智能生产系统设计的目标 目标 1）装备数字化、智能化 2）仓储、物流智能化 3）生产执行管理智能化 4）效益目标 智能生产系统分项描述 智能装备与控制系统 智能装备与控制系统是智能生产系统的基础装备，它由若干柔性制造系统FMS组成。按照国家军用标准定义：“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。” 柔性制造系统有以下特征：机器柔性、工艺柔性、生产能力柔性、维护柔性、扩展柔性、运行柔性。 智能仓储和物流系统 从精益生产的角度，我们希望库存越少越好，但是受到供货批量、供货半径、运输成本等因素的影响，有时库存又是必需的。建设智能仓储和物流配送系统是实现智能生产的重要组成部分。 智能仓储和物流系统由仓储物流信息管理系统、自动控制系统、物流设施设备系统组成。 智能制造执行系统 制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）是美国先进制造研究机构AMR于20世纪90年代提出的概念。AMR将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。 制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，MESA）对MES所下的定义是：“MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用，在ERP系统产生的长期计划指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。” 制造执行系统为企业创造的价值是：缩短在制品周转和等待时间，提高设备利用率和车间生产能力，提高现场异常情况的响应和处理能力，缩短计划编制周期，以及计划人员的人力成本，提高计划准确性，从计划的粗放式管理向细化到工序的详细计划转变，提高生产统计的准确性和及时性，降低库存水平和在制品数量，不断改善质量控制过程，提高产品质量。 生产指挥系统以及智能生产系统 与其他系统的集成 生产指挥系统 ① 生产动态的综合展现 ② 生产现场实时呈现 ③ 生产指挥系统 集成 智能生产系统与企业资源计划ERP、研发设计系统CAX/PLM有密切的集成关系，它们通过智能生产系统中的MES与其进行集成。MES再将这些信息传递至智能装备与控制系统、智能物流系统，实现从底层设备至经营管理、研发设计系统的全面集成。 ① 与ERP系统的集成 ERP系统向MES系统传递的信息包括生产任务、采购（外协）在途、库存信息、物料配送计划。MES系统向ERP系统传递的信息包括生产完成情况、物料再制、物料配送情况、异常信息、生产过程的质量。 ② 与研发设计系统的集成 研发设计系统CAD/CAPP/CAM/PLM系统向MES系统传递的信息包括物料主数据、物料清单、设计文档、工艺文档、数控程序、技术变更，实现设计、工艺、制造一体化。MES系统向智能设计系统反馈工艺异常和设计异常数据。 ③ 与智能服务系统的集成 MES系统向智能服务系统传递产品质量追溯信息，以便进行产品召回、索赔等。智能服务系统向MES传递用户反馈信息。