智能工廠是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化技術(shù)與制造技術(shù)交叉融合，以協(xié)調(diào)生產(chǎn)流程、優(yōu)化生產(chǎn)工藝為核心，實(shí)現(xiàn)面向產(chǎn)品研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、物流等各環(huán)節(jié)優(yōu)化和整合的一種高效生產(chǎn)制造模式。構(gòu)建智能工廠的基礎(chǔ)及核心為信息化及自動化管理，通過 MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)、ERP 資源計劃系統(tǒng)、WMS 倉儲系統(tǒng)以及智能化自動化等設(shè)備的互聯(lián)互通、高效協(xié)同實(shí)現(xiàn)。MES 系統(tǒng)亦稱制造執(zhí)行系統(tǒng)，在工廠生產(chǎn)管理中的應(yīng)用主要起到 3 個層面的作用：

（1）將工廠的訂單生產(chǎn)計劃自動下發(fā)到生產(chǎn)車間并排產(chǎn)，協(xié)同安排來料檢驗(yàn)、零部件及產(chǎn)成品轉(zhuǎn)運(yùn)、出廠測試、發(fā)貨等工作。

（2）實(shí)時采集生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息并上傳存儲，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息有效性、可靠性。

（3）對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息和指標(biāo)進(jìn)行分析、分類和統(tǒng)計，為工廠管理人員決策提供有效的數(shù)據(jù)信息支持。通過MES 系統(tǒng)的理論研究及應(yīng)用探索，可有效提升工廠的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)及物流成本，為工廠精細(xì)化生產(chǎn)提供技術(shù)和管理支撐，為智能工廠的構(gòu)建實(shí)施打下夯實(shí)基礎(chǔ)。

1?MES 系統(tǒng)應(yīng)用

MES 系統(tǒng)覆蓋了生產(chǎn)計劃管理、庫存管理、過程管理、監(jiān)控管理、質(zhì)量管理等的基礎(chǔ)管理功能，從而為生產(chǎn)安排、指令執(zhí)行、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)及指令執(zhí)行結(jié)果反饋等生產(chǎn)過程的高效自動化提供了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，從而完成“信息化減人，自動化換人”的目標(biāo)。

1.1? 生產(chǎn)計劃管理

在工廠的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)計劃管理是影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)能的重要因素之一，因此，在生產(chǎn)計劃管理工作中，需要有效提高生產(chǎn)計劃管理的效率以及準(zhǔn)確性，杜絕生產(chǎn)計劃安排沖突，影響產(chǎn)品訂單交付或產(chǎn)品質(zhì)量。工廠在收到產(chǎn)品訂單后，MES 系統(tǒng)可自動根據(jù)庫存生產(chǎn)成品、目前實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)、物料準(zhǔn)備狀態(tài)、設(shè)備負(fù)荷狀態(tài)、訂單交付優(yōu)先級等方面的具體情況，對產(chǎn)品訂單進(jìn)行合理的排產(chǎn)。MES 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從訂單簽訂到產(chǎn)成品發(fā)貨一站式傳輸功能，過程無需人員參與，從而確保訂單信息準(zhǔn)確性、及時性。同時，在 MES 系統(tǒng)生產(chǎn)任務(wù)管理工作中，可實(shí)現(xiàn)訂單生產(chǎn)任務(wù)的接收與進(jìn)度展示，并且能夠?qū)Ω黜?xiàng)歷史生產(chǎn)任務(wù)完成情況等狀態(tài)進(jìn)行查詢，便于工廠管理人員了解實(shí)際透明的生產(chǎn)情況。

1.2? 生產(chǎn)庫存管理

生產(chǎn)庫存管理需要管理工廠內(nèi)所有的物資庫存，其中包括原材料、零部件、自制件、外購?fù)鈪f(xié)件、產(chǎn)成品及設(shè)備備品備件等。在MES系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)對物資庫存情況查詢與檢索、零部件先進(jìn)先出等功能，同時可查看物資庫存狀態(tài)，并查詢歷史使用記錄。此外，還具備庫房調(diào)撥以及庫存盤點(diǎn)功能，在物資庫存不足的情況下，發(fā)出低庫存報警，防止物料或設(shè)備備件缺料，影響產(chǎn)品生產(chǎn)或質(zhì)量保證。例如，MES 系統(tǒng)記錄某一零部件為進(jìn)口物料，補(bǔ)貨周期較長，系統(tǒng)可根據(jù)該零部件歷史使用經(jīng)驗(yàn)及工廠管理人員設(shè)置庫存物料警戒線，當(dāng)此物料庫存小于此警戒線時，系統(tǒng)將自動發(fā)送指令至工廠采購系統(tǒng)完成補(bǔ)貨。

1.3? 生產(chǎn)過程管理

為有效提高工廠生產(chǎn)節(jié)拍及產(chǎn)能，MES 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)可視化控制，實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)效率。以生產(chǎn)節(jié)拍測定為依據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際問題，劃分作業(yè)單元，便于工廠工藝人員對瓶頸工序進(jìn)行作業(yè)分析，力求消除各種等待浪費(fèi)，減少在制品堆積，保證設(shè)備和人力負(fù)荷平衡，實(shí)現(xiàn)均衡化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)線的整體效率，達(dá)到產(chǎn)能及效益提升的目的。

1.4? 生產(chǎn)監(jiān)控管理

工廠充足的各項(xiàng)生產(chǎn)資源是確保生產(chǎn)過程能夠順利完成的基礎(chǔ)條件。因此，在對工廠生產(chǎn)進(jìn)行管理時，需要做好對人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等相關(guān)要素的監(jiān)控管理，提供這些生產(chǎn)資源的實(shí)際狀態(tài)以及歷史監(jiān)控記錄等相關(guān)信息，確保生產(chǎn)活動能夠順利進(jìn)行。MES 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及生產(chǎn)環(huán)境情況等多個方面進(jìn)行監(jiān)控管理。此外，還可監(jiān)控并管理由于人員、設(shè)備、質(zhì)量等方面的原因引起的報警，實(shí)現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)問題、迅速處理，并在處理完成后第一時間匯報處理結(jié)果，保證其生產(chǎn)過程在嚴(yán)格的監(jiān)控下順利進(jìn)行。在監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)過程中，采用分布式數(shù)字控制技術(shù)，采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及制造終端數(shù)據(jù)，并實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，促進(jìn)設(shè)備利用率的提升。

1.5? 生產(chǎn)質(zhì)量管理

作為車輛被動安全產(chǎn)品的生產(chǎn)工廠，產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，關(guān)乎終端客戶生命安全。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，其質(zhì)量管理工作需要通過嚴(yán)格的工序檢驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)，并且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量追溯，其中包括來料檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)成品檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。通過 MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理功能，使來料檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)成品檢驗(yàn)環(huán)環(huán)相扣，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量追溯管理。例如，工廠每只產(chǎn)品均有一個唯一的身份標(biāo)識碼，通過身份標(biāo)識碼記錄該產(chǎn)品生產(chǎn)過程中各類數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的追溯，同時準(zhǔn)確的統(tǒng)計產(chǎn)品合格率情況，將這些信息作為提高產(chǎn)品質(zhì)量水平的重要依據(jù)。與此同時，還可以產(chǎn)品的質(zhì)量狀態(tài)為依據(jù)，對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制閉環(huán)，確保“不制造、不接受、不傳遞、不流出”不合格品。

MES 系統(tǒng)充分運(yùn)用了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化技術(shù)，優(yōu)化了工藝設(shè)計與生產(chǎn)流程，將各類生產(chǎn)制造設(shè)備組織起來，組成一個能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)的設(shè)備整體，最終實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備與管理系統(tǒng)之間、生產(chǎn)各類設(shè)備之間的實(shí)時交流溝通與控制。不僅能夠有效的彌補(bǔ)了工廠上層管理軟件與生產(chǎn)信息控制系統(tǒng)之間的空白 , 有助于企業(yè)工廠生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程的跟蹤管理。還能夠?qū)崿F(xiàn)工廠信息資源的集成化管理 , 能更好的利用信息資源 , 從而達(dá)到資源共享的目標(biāo)，對工廠的經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及管理者決策都有很大的幫助。

2?智能工廠的構(gòu)建思路

MES 系統(tǒng)是智能工廠的核心，在智能工廠的構(gòu)建過程中，MES 系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)過程提供數(shù)字化控制，應(yīng)用自動化與智能化等方面的技術(shù)，以提高生產(chǎn)過程的智能化、透明化、自動化以及集成化程度。

智能工廠的構(gòu)建將以 MES 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，橫向配置 APS 系統(tǒng)、WMS 系統(tǒng)、PDM 系統(tǒng)等，以柔性制造系統(tǒng)、敏捷制造等信息化建設(shè)為目標(biāo)，利用傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能數(shù)字化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)平臺技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù)，打造基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠。

（1）建立工廠 MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計劃、調(diào)度、質(zhì)量、設(shè)備、生產(chǎn)的全過程閉環(huán)管理。

（2）應(yīng)用數(shù)字化三維設(shè)計與工藝技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品、工藝設(shè)計與仿真，并通過物理檢測與試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化。建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集成管理。

（3）建立企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP），實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈、物流、成本等企業(yè)經(jīng)營管理的優(yōu)化。

（4）建立工廠內(nèi)部互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造、檢驗(yàn)、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間，以及與 MES 系統(tǒng)和 ERP 系統(tǒng)的高效協(xié)同與集成，建立全生命周期產(chǎn)品信息統(tǒng)一平臺。

（5）建立工業(yè)信息安全管理制度和技術(shù)防護(hù)體系，具備網(wǎng)絡(luò)防護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)等信息安全保障能力。建有功能安全保護(hù)系統(tǒng)，采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。

通過 MES 系統(tǒng)作為基礎(chǔ)框架搭建的智能工廠，使智能設(shè)備、信息技術(shù)兩者在制造過程中達(dá)到有機(jī)融合，數(shù)字化工作流、信息流、物流和資金流實(shí)現(xiàn)資源共享和高度協(xié)同，規(guī)劃、決策、執(zhí)行等全部業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)一體化智能化運(yùn)作。通過持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)計、工藝、制造、管理、物流等環(huán)節(jié)的集成優(yōu)化，推進(jìn)工廠數(shù)字化設(shè)計、裝備智能化升級、工藝流程優(yōu)化、精益生產(chǎn)、可視化管理、質(zhì)量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。

3?結(jié)語

隨著我國的綜合國力的提升，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的需求，智能工廠的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要以 MES 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，積極應(yīng)用其他先進(jìn)的生產(chǎn)控制技術(shù)，提升智能制造技術(shù)水平，促進(jìn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和智能工廠的實(shí)現(xiàn)。

原文刊載于《中國設(shè)備工程》2021年3月刊下 作者：（湖北航鵬化學(xué)動力科技有限責(zé)任公司 武迪，王妮，張文雯