智能MES将成工业4.0发展关键
- 2015/12/19 9:46:02 33319
- 来源：中国自动化学会仪表与装置专业委员会
此次会议由中国自动化学会仪表与装置专业委员会、中国电子工业标准化技术协会企业信息化标准工作委员会、上海市自动化学会自动化仪表及其应用专业委员会共同举办。这届研讨会吸引了来自全国各地的自动化软硬件制造商、系统集成商、终用户、设计与科研院所、大专院校等代表220余人参会。
研讨会有8位专家作精彩的主题报告：上海工业自动化仪表研究院涂煊工程师，思爱普（北京）软件系统有限公司架构师孙敦圣，上海宝信软件股份有限公司技术总监毕英杰，上海交通大学智能制造与信息工程研究所张洁教授，上海工业自动化仪表研究院彭瑜教授级高工，北京兰光创新科技有限公司总经理朱铎先，北京亚控科技发展有限公司营销总监郑炳权，浙江恩大施福软件科技有限公司常务副总李霄峰。
会场全景
上下午会议分别由中国自动化学会理事、PLCopen中国组织名誉主席彭瑜教授级高工与中国电子工业标准化技术协会企业信息化标准工作委员会秘书长欧阳树生教授级高工主持。
本届专题研讨会有诸多亮点，其中一大亮点是通过对工业4.0、中国2025战略内涵的深入研讨，揭示了MES在数字化工厂、智能制造中的核心地位与作用，从而使代表们兴奋地认识到MES发展的春天已经来到。
研讨会首先由上海工业自动化仪表研究院涂煊工程师讲述《智能制造创新与实践》。他说：面临新一轮科技革命和产业变革，美、德等制造强国纷纷提出了制造业升级的思路和规划，今年我国也颁布了《中国制造2025》，这是我国政府总揽国内外发展大势，站在增强国力、提升竞争力、保障国家安全的战略高度做出的重大战略部署，其核心是加快推进制造业创新发展、提质增效、实现从制造大国向制造强国的转变。中国2025是我国实施制造强国战略个10年的行动纲领，它明确五项重大工程、重点领域；要求发挥行业骨干企业的主导作用和高等院校、科研院所的基础作用，建立一批产业创新联盟；开展政产学研用协同创新，攻克一批对产业竞争力整体提升具有全局性影响，带动性强的关键共性技术，加快成果转化；提出到2020年，重点形成15家左右制造业创新中心（工业技术研究基地），力争到2025年形成40家左右制造业创新中心。现在已确定在北京要建设全国科技创新中心，在上海要建设影响力的科技创新中心。上海市2015年一号课题计划建设“上海智能制造中心”，其功能定位是科技研发与产业化，智能制造标准制订与验证，人才培育基地，实施创新联盟与企业孵化。上海工业自动化仪表研究院积极参与以智能制造为主攻方向的实践，从2013年起，先后投入的示范应用工程有：清洁锅炉智能制造数字化车间、高压开关智能制造数字化工厂、变压器产品数字化工厂、我国自主研制的大型客机商用发动机总装智能装配新模式。此外，当前智能制造的一项重要工作是智能制造标准化体系的制订，由于这类标准化建设没有完整的参考，均需创新建立。目前该院着手起草的标准有3个，其中之一是智能制造工厂通用标准。
思爱普（北京）软件系统有限公司架构师孙敦圣介绍《SAP Connected Manufacturing制造互联解决方案》。他说，第四次工业革命的大特点是基于信息物理系统CPS（cyber physical systems），实现工厂业务的监视、分析和自动化。而实施工业4.0的关键因素有5个：垂直集成（管理系统、生产系统、机器/自动化设备），横向集成（构思、设计、计划、制造、运营、服务），价值链集成（OEM、创新/研发合作伙伴、多层级供应商网络），新的商业模式，新的社交经济。思爱普公司的SAP制造互联解决方案涵盖：①SAP物联网，由制造互联、物流互联、预测维护和服务等环节构成；②产品网络，能提供包括设计、生产、运营的个性化解决方案，以及该公司的SAPME（即制造执行系统MES）核心软件，使延伸的供应链增加价值；③需求网络，具有需求驱动的业务计划（供需平衡、优化库存、预测与补货），响应和供应链协同（生产计划、生产调度、外包制度），的物流和订单履行（仓储管理、物流网络管理、装车调度）。实施SAP制造互联解决方案：在企业内部，能提升内在价值，能使批次到“1”（单件）的制造、灵活性、追溯性、生产文件和执行无缝集成从业务管理顶层到车间底层的业务流程；在企业外部通过IOP物联网使所有的智能设备和物品无论何时何地都可以被互联。后，孙先生还列举了应用案例和投资课题，指出SAP制造互联解决方案是工业4.0和物联网平台的一部分；它注重个性化数据的访问和交付；可提供多个可部署的软件选项，以适应不同用户的需求。
上海宝信软件股份有限公司技术总监毕英杰教授级高工综述《工业4.0背景下MES未来发展方向的思考》。他介绍，德国工业4.0提出的利用互联网实现智能工厂、智能生产以及智能供应链的思想，对我国冶金企业具有重要的指导意义。工业4.0为我们描绘了未来的智能工厂：就是一个将生产原料、智能工厂、物流配送、消费者全部编织在一起的大网，消费者只需用手机下单，网络就会自动将订单和个性化要求发送给智能工厂，由其采购原料、设计并生产，再通过网络配送直接交付给消费者。国外新智能工厂发展带给我们许多启示，其中一个重要启示是MES在未来智能工厂中将发挥更重要的作用。由此，对我国MES未来发展方向的思考有4点。①MES有整体优化的计划与设计、事件能触发的实时数据处理、应对突发事件的实时调度、生产状态的实时监控等四大功能，是实现智能制造的重要基础。②工业4.0体现了纵向、横向、端到端的集成；MES也体现了纵向、横向的综合集成。③MES构建了财务、全流程订单跟踪、全流程质量跟踪与控制、全流程资源供应与物料、生产计划与排程、成品发货计划等“五个一贯”的管理模式。④以MES为核心的整体架构要基于知识的制造智能闭环管理，以改善工艺；知识的设备预防性维修管理，在线决策，支持制造现场多工序一贯质量控制分析；集中智慧监控与可视化；CPS管控一体化，改善在线表面检测质量控制；预测制造的工厂生产仿真系统；移动应用，实现智能化的设备点检管理，以及备件全生命周期跟踪管理；实现实时可视化的智慧供应链；与无人化行车仓库的有机集成。⑤变当今MES功能的层级架构为网状控制结构，是MES发展的目标。
上海交通大学智能制造与信息工程研究所张洁教授阐述《大数据：MES迈向iMES的关键》。她介绍，德国工业4.0、美国工业互联网、中国制造2025的共同特征：工业联网是基石，大数据是驱动力，智能工厂是目标。中国制造2025认为要顺应“互联网 ”的发展趋势，以信息化与工业化深度融合为主线重点促进云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、生产性服务业等的融合创新，发展壮大新兴产业，打造新的产业增长点。当前我国制造业面临诸多挑战，所以必须大力发展智能制造。智能制造体系包括智能制造装备、智能制造系统（含智能制造执行系统iMES）、智能制造服务。制造智能具体应体现在感知与测控网络，机器学习与制造知识发现，面向制造的综合推理，图形化建模与仿真，智能全息人机交互等。制造过程智能管控需要拥抱大数据，也是传统MES迈向智能MES（iMES）的关键。iMES也有11个功能模块：智能产品跟踪、智能感知、智能质量管理、知识库管理和控制、智能设备维修维护、智能性能分析、资源状态实时监控、智能过程管理、智能调度、智能作业人员管理、智能生产单元分配。iMES核心技术为智能感知与互联技术，数据融合与分析技术，基于数据的优化技术，基于云计算的服务技术。在应用方面：①我们已将大数据驱动的制造过程优化技术应用于“大数据驱动的智能车间运行分析与决策研究”项目；②已将智能调度云服务技术应用于半导体产业的晶圆智慧制造。
上海工业自动化仪表研究院彭瑜教授级高工论述《中国制造2025大背景下的MES发展思考》。他介绍，德国技术咨询机构Bearing Point对100多家公司（占被调查公司总数的2/3以上）为工业4.0做好准备，计划在未来三年内要增加或扩大投资MES。MES是实现工业4.0的一个关键环节，这在美、德等制造强国中已以取得了共识。在我国，由于对MES的需求大幅增加，因此业内认为“MES的春天来了”的人越来越多。工业4.0的组成部分主要有信息物理系统CPS、物联网、服务互联网、智慧工厂（其中关键的是MES）。从这4个组成部分可以导出工业4.0的6个设计原理：互操作性、可视化、分布化、实时能力和性能、面向服务、模块化。当前我国虽然已成为世界制造大国（2014年我国制造业增加值为3.2万亿美元，居世界），但制造业大而不强，面临重大挑战，因此今年国务院正式颁布《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略，其核心是创新驱动发展，主线是信息化与工业化融合，主攻方向是智能制造。而MES是智能制造、工业4.0和中国制造2025的基础性管控平台，因为据美国ARC公司绘制的数字化工厂有三个维度：一是工程技术；二是工厂生产制造；三是产品与订货。MES是这三个维度的交汇点。因此，MES是实时反映各个环节活动和交换数据的节点，是实时贯通各个环节的交集点，也是工厂所有活动的核心。当今，MES面临新的发展机遇和动力。近20年来MES系统结构已演进到第四代（基于面向服务的体系结构SOA）；制造厂对MES的需求也从以往的生产管理、协调生产管理CPM、推进到制造营运管理MOM。近年来在工业4.0背景下，MES在生产运营环境下的核心作用及其在工业物联网和服务互联网发展下的功能又进一步扩充。因此，传统MESA的MES经典功能模型因问题较多已不适用，而应采用ISA95MES模型。实践证明，ISA95规定的MES不但是一种有效的信息交换的标准化方法，而且是一种制造企业运营性能的分析工具。经过多年努力，标准组织已对MES系统范畴内的各种活动进行了定义，常规典型的活动为产品定义管理、资源管理、调度（生产过程）、发送生产指令、生产指令执行、生产数据采集、生产执行性能分析、生产跟踪和追溯，将生产记录的全部予以数字化，并推入数据库，数据跟踪检查接口。MES在生产制造运营环境下与L、L4层内的其他多个管控软件（如LIM、WMS、CMMS以及ERP、PLM、CRM、HRM、PDES等）之间进行有效的信息交换。后，彭教授认为：①我们应该把MES对行业的依赖看成是MES的基本属性，只有针对某个特定行业的MES公司在MES工程实施中才可能有足够的效率和盈利空间；②美国近年出现“操作技术OT”一词，是泛指企业和工厂中从设备控制、工艺流程控制和优化，一直到运营管理相关的软硬件技术，这是相对于IT技术而言的。MES作为OT中的一种核心软件和运行平台，将会受到这一发展趋势的深刻影响。
北京兰光创新科技有限公司朱铎先总经理叙述《以工业4.0为纲，打造CPS特色的智能MES》。他介绍，德国于2013年4月推出工业4.0；美国于2011年6月和2012年2月相继启动《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》实施“再工业化”，在此情况下通用电气（GE）于2012年秋季提出工业互联网概念；我国于今年5月19日推出《中国制造2025》。上述德、美、中三国推出的战略都以智能制造为主导，以CPS为特色的智能MES系统为突破口，依靠智能MES进行工厂设备的互联互通、生产过程的管理与控制。为构建国内的“设备自动化 管理信息化 人员化”的智能MES系统，需从六个方面（“6维智能理论”）入手，达到智能的计划排产、生产协同、互联互通、决策支持、质量管理、资源管理。该公司推出兰光智能MES，由生产管理、资源管理、数据采集、展现集成四部分的模块组成。兰光智能MES整体解决方案遵循上述“6维智能理论”，其特色为：①智能设备互联互通，设备网络化分布式通信，加工程序集中式管理，程序虚拟化制造，基于工业互联网的智能化数据采集；②智能的计划排产，支持多种自动化排产算法，图形化的有限能力排产，排产中的能力平衡与预警机制；③智能化的生产过程协同，车间级的协同制造，多种数据文件的3D可视化；④智能化的生产资源管理，生产资源（物料、刀具、量具、夹具）出入库、查询、盘点、报损、并行准备、切削专家库、统计分析等功能，实现库存的精益化管理；⑤质量管控智能，生产工艺参数的实时监测、动态预警、质量追溯、生产参数优化；⑥智能化决策支持，包括计划制订、生产准备、计划执行情况、产品质量信息、库存成本统计，可提供各种直观的统计、分析报表，为相关人员决策提供帮助，并实现用户在智能手机、IPAD等移动设备上对现场生产、设备运行、质量情况的数据浏览与异常处理。兰光MES已有效地用于多个工程项目，如兵器工业某公司的多品种、小批量生产，海尔模具有限公司的单件生产模式；中信戴卡股份有限公司车轮的制造等。
北京亚控科技发展有限公司营销总监郑炳权先生作《浅谈MES中数据采集的重要性》介绍。他说，现代制造业有规模生产、定制生产等多种生产方式，因此MES面临需要解决的问题是生产柔性化、智能化，进一步缩短交付时间，提供佳的质量，消耗更低廉的成本。亚控的MES品牌为KingMES，其有三大特性：强大的数据采集能力，让用户系统真正做到“随需而变”；开放的平台，保护用户投送和确保未来的持续改进。亚控KingMES实施步骤有五步：数据采集、设备效率分析、生产计划分析、人员管理分析、产品生产追踪。总之，KingMES的管控是从生产计划开始，直到产品出厂。报告要阐述上述步数据采集。MES对数据采集的要求是实时性、准确性、完整性。MES中数据采集面临的挑战是数据种类多、设备种类多、采集难度大。我们对MES中数据采集的建议是：①统一规划，建立管理闭环的数据采集，从系统功能性需求出发设计采集系统，一步到位，采集后建立并基于原始数据的存储平台；②统一协议，建立基于以太网的连接转换，力求统一采集协议；③分散采集。亚控数据采集方案为：①可本地采集、异地采集；②核心功能，独立采集模块，多线程并行，数据块采集；③驱动和接口支持，有1500多个厂家近5400种驱动，OPC、API接口；④高可靠性，采用设备冗余、链法冗余、采集冗余；⑤远程管理，在线组态、远程诊断、远程监视。亚控KingMES已用于多个工程项目，如茅台酒厂生产调度系统；日本Jatco变速箱设备优化管理项目；深圳PCB电路板生产公司MES项目；长城汽车APS模块项目等，都取得了明显的成效。
浙江恩大施福软件科技有限公司常务副总李霄峰先生叙述《中国企业如何拥抱工业4.0》。他介绍，智能制造是工业4.0的核心，其内涵包括产品、装备、生产、管理、服务的智能化。智能工厂有四部分相关系统：①面向管理的系统，如ERP、PLM、SMS（销售管理系统）、SCM（供应链管理系统）、DPS（分散管理系统）、LES（物流管理系统）、OA（办公自动化系统）；②面向生产的系统，如APS（排程）、MES、EMS（能源管理系统）、EAM（企业资产管理系统）、Andon（安灯系统）、FMCS（工厂设施控制系统）、SCADA系统；③可物联的智能设备，如CNC（加工中心）、AGV（自动化导引小车）、自动化立体仓库、自动化检测设备、传感器、条码/RFID系统；④大数据平台，包括设计、产品、生产的大数据，可用于数据分析挖掘、产品设计优化、工艺参数优化、设备故障诊断。其中，MES是智能工厂的IT核心，它填补了计划与控制之间的鸿沟。他们公司的核心产品是智慧企业集成管控平台系统（IEIS），其组件包括排程、设备效率管理、生产管理、质量管理、智能仓储管理、可视化管理、统计过程控制、安全管理。该公司产品已用于许多工程项目。如应用于浙江临安磁性材料数字化工厂，实现了自动化、数字化，年增效益467万元，人员从190人减至52人，仓库积压资金从960万元降至470万元。
本届MES专题研讨会，紧紧围绕工业4.0与中国制造2025的战略内涵，MES在工业4.0大背景下的地位、作用、进展、趋势和应用实践，进行了深入的研讨与剖析，使代表们普遍感到受益匪浅，启发很大，并对下述问题更有了深入的认识。
①MES是工业4.0的三大支柱之一。工业4.0的三大支柱是MES、虚拟和现实的结合、CPS物理信息融合系统。德国、美国、中国的制造业发展战略都是以智能制造为主导，以CPS为特色的智能MES系统为突破口，依靠智能MES进行工厂设备的互联互通、基于大数据的决策支持、可视化展现、生产过程和管理控制。因此，MES是实现工业4.0的一个关键环节，是实时贯通数字化工厂各个环节的交集点，也是智能工厂信息技术IT的核心。本次研讨会深入交流了几个厂商的MES解决方案与应用案例，许多国内外MES工程实践表明，MES是强壮制造业根基的关键技术，随着制造业对MES需求的明显增长，MES的春天随之到来。
②当今工业4.0时代MES的功能在与时俱进。智能MES的核心技术为智能感知与互联技术，数据融合与分析技术，基于数据的优化技术，基于云计算的服务技术。具体来说，现今的MES系统正在从多方面达到智能，如计划排产、生产协同、互联互通、决策支持、质量管理、资源管理等。为了满足制造营运管理MOM的需求，MES系统结构已演进到第四代（基于面向服务的体系结构SOA），在工业物联网和服务互联网发展下的功能正在进一步扩充。为了适合所有类型工厂的需求，摈弃MESA的MES功能模型，而采用具有许多优点的ISA95功能模型，已经成为一种趋势。今后，MES作为智能工厂信息技术的核心软件和运行平台，将受到新一代信息技术（如大数据、云计算、物联网、操作技术OT、移动应用等）发展趋势的深刻影响。而未来，MES变当今的层级架构为网状控制结构是MES发展的重要方向。
③在工业4.0时代，制造业面临大数据的挑战。德、美、中三国制造业战略的共同特征：工业联网是基石，大数据是驱动，智能工厂是目标。所以，要重视运用大数据技术来提高MES的性能。当今，如何有效处理和快速共享包括物流数据、生产数据、分析数据、服务数据和设备数据等形式多样的数据，让这些数据融入企业成本控制、业务可行性分析以及资源消耗等价值链环节，已变得越来越重要。有了决策还需要强有力的实时执行，所以大数据的挑战，意味着ERP和MES都需要具有技术创新能力的解决方案。如何利用制造大数据提升数字化工厂的运行效率，是传统MES迈向智能MES的关键之一。
④对大多数传统的制造业来说，通往工业4.0之路将是一个渐进的过程。我国目前工业1.0、工业2.0、工业3.0并存，有些企业工厂内部数据共享都难，更不要说企业之间信息孤岛的打通了。所以，首先要做好基础工作，包括企业管理的信息化，装备的自动化、智能化，信息采集的泛在化，以及企业间价值链的网络化等基础建设。
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