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MES—数字化工厂的基石!

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  在制造业信息化进程中,车间级信息化是薄弱环节。发展MES技术是提升车间自动化水平的有效途径。

        MES强调车间级的过程集成、控制和监控,以及合理地配置和组织所有资源,满足车间信息化需要,提高车间对随机事件的快速响应和处理能力,有力地促进企业信息化进程向车间层拓展。

        通过构建以“精益生产、智能制造”为特点的车间管理系统,建立数字化车间,从而实现了精益生产和智能制造。

1      
MES体系架构    

        数字化车间将信息、网络、自动化、现代管理与制造技术相结合,在车间形成数字化制造平台,改善车间的管理和生产等各环节,从而实现了敏捷制造。MES是数字化车间的核心。MES通过数字化生产过程控制,借助自动化和智能化技术手段,实现车间制造控制智能化、生产过程透明化、制造装备数控化和生产信息集成化。车间MES主要包括车间管理系统、质量管理系统、资源管理系统及数据采集和分析系统等,由技术平台层、网络层以及设备层实现。




2    
MES执行系统构成  
 


        MES由车间资源管理、生产任务管理、车间计划与排产管理、生产过程管理、质量过程管理、物料跟踪管理、车间监控管理和统计分析等功能模块组成,涵盖了制造现场管理等方面。MES是一个可自定义的制造管理系统,不同企业的工艺流程和管理需求可以通过现场定义实现。


车间资源管理  


        车间资源是车间制造生产的基础,也是MES运行的基础。车间资源管理主要对车间人员、设备、工装、物料和工时等进行管理,保证生产正常进行,并提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息。


生产任务管理  


        生产任务管理包括生产任务接收与管理、任务进度展示和任务查询等功能。提供所有项目信息,查询指定项目,并展示项目的全部生产周期及完成情况。提供生产进度展示,以日、周和月等展示本日、本周和本月的任务,并以颜色 区分任务所处阶段,对项目任务实施跟踪。


车间计划与排产管理  


        生产计划是车间生产管理的重点和难点。提高计划员排产效率和生产计划准确性是优化生产流程以及改进生产管理水平的重要手段。

        车间接收主生产计划,根据当前的生产状况(能力、生产准备和在制任务等),生产准备条件(图纸、工装和材料等),以及项目的优先级别及计划完成时间等要求,合理制订生产加工计划,监督生产进度和执行状态。

        高级排产工具(APS)结合车间资源实时负荷情况和现有计划执行进度,能力平衡后形成优化的详细排产计划。其充分考虑到每台设备的加工能力,并根据现场实际情况随时调整。在完成自动排产后,进行计划评估与人工调整。在小批量、多品种和多工序的生产环境中,利用高级排产工具可以迅速应对紧急插单的复杂情况。


生产过程管理  


        生产过程管理实现生产过程的闭环可视化控制,以减少等待时间、库存和过量生产等浪费。生产过程中采用条码、触摸屏和机床数据采集等多种方式实时跟踪计划生产进度。生产过程管理旨在控制生产,实施并执行生产调度,追踪车间里工作和工件的状态,对于当前没有能力加工的工序可以外协处理。实现工序派工、工序外协和齐套等管理功能,可通过看板实时显示车间现场信息以及任务进展信息等。


质量过程管理  


        生产制造过程的工序检验与产品质量管理,能够实现对工序检验与产品质量过程追溯,对不合格品以及整改过程进行严格控制。其功能包括:实现生产过程关键要素的全面记录以及完备的质量追溯,准确统计产品的合格率和不合格率,为质量改进提供量化指标。根据产品质量分析结果,对出厂产品进行预防性维护。


生产监控管理  


        生产监控实现从生产计划进度和设备运转情况等多维度对生产过程进行监控,实现对车间报警信息的管理,包括设备故障、人员缺勤、质量及其他原因的报警信息,及时发现问题、汇报问题并处理问题,从而保证生产过程顺利进行并受控。结合分布式数字控制DNC系统、MDC系统进行设备联网和数据采集。实现设备监控,提高瓶颈设备利用率。


物料跟踪管理  


        通过条码技术对生产过程中的物流进行管理和追踪。物料在生产过程中,通过条码扫描跟踪物料在线状态,监控物料流转过程,保证物料在车间生产过程中快速高效流转,并可随时查询。


库存管理  


        库房管理针对车间内的所有库存物资进行管理。车间内物资有自制件、外协件、外购件、刀具、工装和周转原材料等。其功能包括:通过库存管理实现库房存贮物资检索,查询当前库存情况及历史记录;提供库存盘点与库房调拨功能,对于原材料、刀具和工装等库存量不足时,设置告警;提供库房零部件的出入库操作,包括刀具/工装的借入、归还、报修和报废等操作。


统计分析  


        能够对生产过程中产生的数据进行统计查询,分析后形成报表,为后续工作提供参考数据与决策支持。生产过程中的数据丰富,系统根据需要,定制不同的统计查询功能,包括:产品加工进度查询;车间在制品查询;车间和工位任务查询;产品配套齐套查询;质量统计分析;车间产能(人力和设备)利用率分析;废品率/次品率统计分析等。


3    
MES与其他数字化系统关系  
 


        通过MES、ERP系统、PDM/工艺管理(CAPP)系统、数控机床联网(DNC)/机床监控与数据采集(MDC)系统的集成,实现从设计/工艺、管理和制造等多层次数据的充分共享和有效利用。

        ERP系统利用从PDM/CAPP系统中获取的信息制订主生产计划。主生产计划传递给MES,用于车间级排产和车间生产准备。与物料相关的信息需传递给数字化立体仓库,用于指导仓库管理。数字化立体仓库中物料的存储信息以及财务信息反馈给ERP系统,用于指导采购与财务管理。

        MES从ERP系统中获得主生产计划及物料、供应、采购和库存等生产准备相关信息后,进行车间计划排产,并将生产任务下发给DNC系统安排数控加工,将检验任务下发给质量系统用于质量跟踪。同时,MES通过数据采集系统获得生产过程中的任务执行、加工、物料、工时、设备、工装和人员等信息,用于生产过程监控和车间事件处理。

        QMS从CAPP系统中获取物料、结构、工艺、工具和设备等信息,从ERP系统中获取生产计划等信息,获取的质量记录、报告和修正信息等向PDM/CAPP/MES反馈以指导后续的质量管理过程。并利用数字化检测与测量仪对检测信息进行质量监控和分析。

        数据采集和数据分析系统利用DNC系统提供的机床联网自动采集功能和触摸屏、扫描枪等手工采集方式进行车间数据采集,这些数据传递给MES系统用于生产监控,与质量相关的信息则传递给QMS,用于质量跟踪、问题处理及统计分析。

        基于网络与信息化的制造技术是未来先进制造技术发展方向之一。以MES为核心的数字化车间,利用计算机软、硬件及网络环境,实现产品数字化制造,可提高产品制造能力,缩短产品制造周期,降低 制造成本,从而提高企业竞争能力。


来源:友创软件
材料CAPP物流控制工厂数控
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首次发布时间:2022-11-30
最近编辑:1年前
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风电制造企业案例:标准化工作智能化的实践及思考

随着“工业4.0”概念的提出,企业进行电子化、智能化、标准化和模块化的智能研发、智能物流和智能生产工作势在必行。这种形势下,作为企业技术管理的一项重要的基础工作——标准化管理工作也需要开展智能化升级。 今天讲的案例是中国风电整机制造企业,企业一直以来非常重视企业技术管理的标准化工作,由专业标准化工程师负责企业图纸、文档、工艺指导等各类技术文件的标准化审查。过去这些工作主要是基于纸质文件进行,工作量大,费时费力,且容易出现遗漏甚至错误。 2013年以来,公司开始实施产品生命周期管理(PLM)系统(以下简称PLM系统)以实现企业技术管理的电子化和智能化。企业目前已经把标准化工作的大部分内容都集成到该系统中,一步一步践行了标准化智能化的过程。 在这项工作开展的过程中,走了很多弯路,也有找到了很多非常优秀的方法,本文从几方面介绍关于标准化转为智能化工作的方案和典型案例,供正在实施及计划实施智能化平台管理系统的公司借鉴和参考。1 基于PLM系统的智能标准化工作方案介绍 基于PLM系统实施,标准化工作纳入到智能化管理的内容可以分为四类∶一是设计文件标准化的智能化,二是产品图样标准化的智能化,三是技术变更流程和技术变更文件标准化审查的智能化,四是国际标准、国家、行业标准及企业标准电子库的建立、管理及应用。下面依次介绍这四类工作的开展思路和方案。 1.1 设计文件标准化的智能化 设计文件标准化涉及文件完整性和文件签审级别、密级、编号规则等工作。这几项工作的智能化方案如下∶ 1.1.1 产品文件完整性检查工作的实施方案 在标准化审查中,检查产品文件完整性是非常重要的一项,每个公司都会针对不同型号产品在不同的设计阶段规定有不同的文件完整性要求。在不同的设计阶段结束时,标准化工程师都需要企业标准要求逐一检查文件的己归档、正在签审中及未编制情况,工作量很大。 针对这一问题,在实施PLM系统时定制开发了这项工作的智能化管理程序,首先给不同技术难度的产品定义类型,每个类型的产品在各个设计阶段制定产品文件完整性要求,在完整性要求表中有“应归档文件”和“已归档文件”列,并通过编程让系统把检索到的己归档文件和应归档文件进行对比,实现系统自动检查文件的归档情况。当产品某个设计阶段结束时,标准化人员只需查看该产品下的文件完整性比对报表就可以掌握文件的归档情况,不再需要人工核查,工作时间由原来的几个小时变为几秒钟,核查的正确性变为100%。文件完整性对比报表是可以实时导出查看的,这项功能对项目经理和计划管理人员掌握项目进展情况也起到了很大的作用。 1.1.2 文件签审级别、密级、编号及版本管理的实施方案 设计文件签审的完整性是标准化审查的一项重要内容,在审查过程中经常遇到签审多、签审少或超越权限签审的情况,签审节点及签审权限组人员的要求需要上企标标准中查询方可准确执行,签审效率和准确率不易控制。所以在实施PLM系统时把每种文件的签审流程节点全部定义到了系统中,并在每个签审点都设置了权限内签审的人员范围,设计人员提交文件签审时,签审节点和权限内签审人员的范围已显示在系统操作页面中,设计人员根据每一步的提示信息就可以选择正确的签审节点和签审人,避免了之前问题的发生。文件签审功能的开发,使得文件签审的完整性已经全部实现了智能化管理。 设计文件的密级、编号及版本管理同上述情况相同,全部实现了智能化管理。 1.2 产品图样标准化审查的智能化 在JB/T5054.7《产品图样及设计文件标准化审查》标准中,关于总图、装配图、外形图、安装图、零件图以及各种图样的标准化审查内容有详细的规定,标准化审查的主要工作在于审查图样的幅面、格式、名称、代号及各种尺寸的标注、尺寸公差及形位公差的选择、采用标准件、借用件及外购件情况、术语、符号、代号、计量单位、图样明细栏中内容的正确性、图样的绘制是否符合《机械制图》标准等等。针对这项复杂的工作,系统实施时采取了多种智能化措施,以减少人工工作。 以下简要介绍两种措施方案。 1.2.1 电气件及结构件三维模型的推行使用三维设计可实现参数化、基于特征、全相关等,使得产品在设计阶段易于修改,同时也使得并行工作成为可能。三维设计形象、直观,设计结构是否合理让图纸审查人员一目了然。三维设计的自动标注尺寸减少了人为设计错误。可以采用人机交互进行三维图形处理、装配系统自动校验,干涉检查,工艺分析与设计计算等工作,通过三维模型与二维工程图的转换,可以直接生成二维图,用于指导生产装配。基于三维模型搭建的产品树,可以在PLM系统中自动导出设计BOM,即产品物料清单。推行三维模型设计模式,需要制定一系列标准和规范,主要有确定模型建模要求、三维产品几何模型设计要求、三维转二维图样的文字、尺寸、与公差标注规则、模型简化法表示规定、设计基准的命名规定等。这些规范的制定保障了三维模型的顺利推行,也使标准化人员在审查图纸和物料清单的工作量减少了80%以上。 1.2.2 规范各专业设计人员使用设计软件种类,建立各设计软件之间共享数据平台 目前设计软件种类繁多,各有优势,不同公司规定使用的设计软件也不同、设计人员常常根据自己的习惯选择喜好的设计软件,作为标准化工程师工作职责之一就是需要规范设计软件的使用,确保公司的产品数据可以长期有效保存和使用。在实施PLM系统前,设计软件的种类和版本的是有规定,但总因特殊情况而执行得不够坚决。为规范此类问题,在实施PLM系统时,大力推行各设计软件与PLM系统进行集成使用,这样既能提高协同设计效率,又能规范设计软件的使用。在与PLM系统集成前,必须要确定设计软件种类和版本,并制定各设计软件使用规范及各设计软件与PLM系统集成规范,只有这样才可以保证设计软件中的数据检入到系统中,实现数据集成。同时基于PLM系统数据集成下,开发电气、结构、工艺协同设计工作方式,建立各专业设计软件可以共同使用的数据库,实现设计BOM、配线表及布线自动导出,并能快速编制出产品作业指导书及维护安装手册等技术文件,从产品协同设计到系统平台集成再到相关技术文件的自动生成,标准化工作效率的提升不言而喻。 1.3 技术变更流程和技术变更文件标准化审查的智能化 技术变更管理是每个研发制造型企业都必须面临的难题,更是标准化审查工作的难点。主要的难点是对流程的标注化管理,如变更需求来源接口不统一且缺乏记录,变更前评审没有涵盖工艺、计划、采购、仓储、制造等各业务部门,变更过程及所有变更数据需要人工管理,可追溯性差,技术变更执行的效果没有验证等。 为了解决这些问题,首先在PLM系统上建立了技术变更的问题反馈流程,所有的变更需求要求在系统流程中按类别提出,并由该产品负责人接收确认,由产品负责人根据实际情况定期组织变更,并在技术变更方案确定时要逐一核查在问题反馈流程中每个问题的是否已在解决范围内。对于技术变更的需求、变更的必要性及变更对后续部门的影响专门增加并开发了技术变更申请流程,所有相关业务部门通过PLM系统的“同时并发会签”功能实现了多个业务及技术部门可以在系统上同时进行评审,大大提高了评审效率。对于技术变更通知流程主要实现了在同一变更执行流程中多个专业不同变更任务的协同变更、所有变更物料前后对照信息及每个变更物料处理意见可以实现信息自动导入系统、设计BOM与工艺BOM变更的协同、变更前后物料切换使用时间、变更执行涉及部门定向会签、变更物料数据与ERP集成等功能。这些功能的开发保证了变更的输入和输出的一致性,实现了变更流程智能化控制和管理,曾经的标准化审查难点不再是难点。 1.4 国际标准、国家、行业标准及企业标准电子库的建立、管理及应用 在标准化工作职责中有项重要的工作是贯彻国际、国家及行业标准,及时检索各标准信息,给设计人员提供及时准确的标准信息服务。以前每个标准化人员电脑中都会存有各类使用的标准,对于这些标准的管理没有智能化手段,难免会出现因版本更新不及时导致使用错误的问题。为解决此类问题,在公司现有管理平台上定制开发了智能化的标准管理系统,此系统具有可以通过标准号、标准名称、发布日期以及标准当前状态对全库标准数据进行检索,可以提供标准电子文本在线阅览、标准下载等功能。包括企业标准和法律法规。同时可以随时发布标准动态信息,及时掌握国际、国家及行业标准的最新动态。通过这一智能化管理系统的实施,使得标准检索、查询及使用的工作效率有了质的飞跃。2 智能标准化工作的成果分析 基于在PLM系统实施过程中进行的标准化管理工作智能化实践,为了体现其价值和意义,特此针对此项工作给标准化工程师带来的工作效率提升做了如下统计分析和评价。 统计分析及评价思路为∶从标准化各项职责入手,通过每项职责工作与标准化工作总量的占比计算,智能化后工作时间与原方式工作时间的对比计算,计算出智能化后对标准化工作效率的提升。 标准化工程师的职责工作主要分为以下5项∶ (1)贯彻执行国际、国家、行业及企业标准; (2)国外先进标准、国家、行业和地方技术标准的收集、整理、宣传,收集、整理和为技术人员提供标准及标准信息服务; (3)各类技术文件及图样、工艺文件及图样和技术变更的标准化审查; (4)企业技术标准的制(修)订,监督检查公司内部实施标准的情况; (5)参与国际、国家、行业标准的制定以及和标准化相关对外联络工作。 针对以上5项主要工作内容进行分析,根据笔者多年标准化工作经验,确定每项工作占所有工作量的比例,智能化后工作效率提升比例。以一位标准化工程师一周40h工作时间计算,智能化后5项工作所需工作时间累计为17.8h,与原工作时间40h之差,节省工作时间为22.2h,用节省工作时间与原工作时间相比,工作效率总体提升55.5%,具体统计方法见表1和图1所示。表1 智能化前后的各项标准化工作效率提升情况 图1 智能化前后各项标准化工作耗时对比3 结语 标准化工作的智能化是一个长期的过程,因为智能化管理平台系统本身并不具备制定规则的能力,它是通过计算机编程将人工制定好的规则及算法固化在软件中,如果企业的标准化工作薄弱、不规范,再好的管理系统也无济于事,甚至可能导致企业得不偿失。所以标准化人员应积极并充分利用人工智能化手段,汲取国内外开展标准化工作的成功经验,逐步建成支持数字化设计、制造、试验、管理的基础数据库和标准规范,从而进一步完善产品智能化管理的标准化体系,为企业走向“工业4.0”奠定坚实的基础。来源:友创软件

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