大數據環境下的智慧制造研究——可重構MES視角

王萌

摘 要：以可重構MES視角，從研究現狀和研究目標兩方面，梳理大數據環境下的智慧制造研究，對于充分發揮企業制造資源的效益和作用，提高航空、航天產品快速批量生產能力和快速響應制造能力，提高航空航天企業先進制造應用水平具有重要意義。

關鍵詞：MES;大數據;智慧制造;質量改進

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

引言

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

一、研究現狀

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

1.系統缺少來自于底層的實時響應。MES系統的主要功能是收集車間生產的相關信息，尤其是在制品相關的物料、工裝、設備和人員等狀態信息，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進行實時的計劃調度及優化的智能決策。但是，目前的MES研究表明，MES在收集數據的時效性上缺乏有力的工具支持，不能到達實時收集數據的效果，導致有MES系統產生的計劃調度等執行方案的可執行性差，信息的不及時確實制約著MES算法執行的效果和效率。因此，大多企業還不能夠達到使用MES進行自動化調度的目標。

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

3.MES要適應現代企業定制化生產的特點。高端裝備制造業產品生產的特點要求MES能夠到達由產品快速變批量、快速響應制造和混線生產的特點，并在此特點的基礎上到達對生產線及企業業務流程重構的需求。隨著生產企業生產技術的變革與生產產品的多元化，原有產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成長，無法滿足這類企業的特點與要求，需要對MES的架構與開發進行改進。

二、研究目標

1.可配置、可重構、可集成的MES體系結構?，F有MES系統通常針對特定企業需求，很難應對企業業務流程的變更或重組以及具有較高行業的適用性，系統的可配置性、可重構性、可擴展性較差。可配置、可重構、可集成的MES體系結構，其難點主要在于行業共性的工廠模型建模方法和支持業務流程變更的運行平臺。

2.面向離散制造業工藝、計劃、過程和資源配置的協同。由于離散制造業的生產特點，需要工藝規劃與生產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成為目前MES系統研究的重要問題。利用車間的柔性，充分開發車間內制造資源的應用極限，改變車間制造瓶頸，達到解決快速響應與車間計劃柔性的目的。

結語

圍繞國內航空航天制造業MES的實際需求現狀，突破多源動態信息采集、生產過程可視化、計劃和調度的智能優化、制造資源快速響應及優化配置等關鍵技術，基于集成平臺和支撐工具集構建可配置、可適應、可集成的離散型MES體系結構;針對混合型生產模式，開發包括多源數據采集與集成、制造過程監控、資源配置與狀態管理、制造過程性能分析與仿真等在內的軟硬件構件與系統集成平臺，選擇典型企業進行應用驗證，最終形成面向航天行業的MES解決方案和具有市場競爭力的可配置MES產品，并在航空、航天行業重點離散制造行業推廣應用，從而全面提升我國制造企業高效和低成本制造的能力，實現快速響應制造。

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