智慧工廠：智能制造路徑探索

文|本刊記者 姜紅德

當(dāng)用戶在超市購買一件物品時，該信息立刻傳回到生產(chǎn)線，其所經(jīng)過的信息網(wǎng)絡(luò)如同人的神經(jīng)，把所有的生產(chǎn)物料和生產(chǎn)能力進(jìn)行統(tǒng)籌，根據(jù)每天的需求和消費(fèi)情況，及生產(chǎn)能力分布情況，對包裝物流進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)零庫存。這就是專家們描繪的“工業(yè)4.0”的場景，而這一幕正和我國剛剛確定智能制造作為主攻方向不謀而合。

東風(fēng)沃爾沃升級“智慧工廠”

目前國內(nèi)制造企業(yè)仍存在效率低下、能源消耗高、人員成本高等問題，向“智慧工廠”升級后，生產(chǎn)的自動化和信息化將取代人工，數(shù)字化為基礎(chǔ)的智能制造模式將取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，而以信息為代表的新生產(chǎn)力將取代原來的以資本驅(qū)動為主要代表的生產(chǎn)力。在這一過程中，工業(yè)軟件MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

東風(fēng)沃爾沃可以看成是向智能制造或者智慧工廠轉(zhuǎn)型的一個典型。它實(shí)際上是東風(fēng)汽車集團(tuán)旗下的中重型商用車事業(yè)部，公司現(xiàn)擁有7個專業(yè)廠和11個子公司，員工總數(shù)近3.5萬人。10年前在豐田和日產(chǎn)生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上，東風(fēng)日產(chǎn)MES開發(fā)出來并在東風(fēng)的多家工廠實(shí)施，今天經(jīng)過升級后的MES系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)制造中取得了很好的效果。

據(jù)了解，東風(fēng)沃爾沃的MES系統(tǒng)經(jīng)過早期的開發(fā)應(yīng)用及后來多次的軟件升級，在系統(tǒng)設(shè)計上引入了數(shù)字化工位、數(shù)字化指揮和數(shù)字化保障等先進(jìn)理念。數(shù)字化工位實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場指示、人工采集、設(shè)備采集、設(shè)備自控、現(xiàn)場呼叫；數(shù)字化指揮保證生產(chǎn)協(xié)同高效，包括調(diào)度和同步；數(shù)字化保障則確保了計劃準(zhǔn)確、工藝精準(zhǔn)、物流準(zhǔn)時、設(shè)備高效、質(zhì)控全面。目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對計劃、制程、工藝、物聯(lián)、質(zhì)量和物流精益管理，實(shí)現(xiàn)管控一體化、智慧化。

作為東風(fēng)沃爾沃的合作伙伴，元工國際CTO丁德宇介紹，其物聯(lián)平臺CPS用于連接生產(chǎn)線、設(shè)備和機(jī)器人等。MDI(MES Device Interface)是工控機(jī)訪問MES數(shù)據(jù)庫的方式，對MES而言，準(zhǔn)備傳出數(shù)據(jù)和傳入數(shù)據(jù)處理都可靈活配置，并方便控制安全性；對工控機(jī)而言，要簡單實(shí)用，無需安裝Oracle Client，直接使用MES提供的DLL即可。MDI交互可由工控機(jī)發(fā)起，也可由MES發(fā)起。不但與設(shè)備的“連接”是可配置的，而且與CPS相關(guān)的業(yè)務(wù)處理(如寫庫、自動控制等)也是可配置的。

升級后的東風(fēng)沃爾沃MES系統(tǒng)包含了MBOM、計劃、調(diào)度、實(shí)績、現(xiàn)場指示、拉料、投料、協(xié)配庫、線邊庫、設(shè)備采控、質(zhì)量、設(shè)備維護(hù)等模塊，已成為組織物料、指導(dǎo)裝配、優(yōu)化生產(chǎn)、信息采集、質(zhì)量追溯不可或缺的支撐平臺。

以采購進(jìn)貨為例，MES拉料是生產(chǎn)組織的前提，使得采購、生產(chǎn)、結(jié)算更加精煉、完美，同時各模塊之間緊密的配合實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)時制生產(chǎn)、精細(xì)化管理。能夠滿足工廠負(fù)責(zé)、多變的要貨/采購需求，保證生產(chǎn)組織的穩(wěn)定、順暢、參數(shù)化、配置化的軟件平臺靈活、強(qiáng)大，強(qiáng)大的版本控制能力能夠應(yīng)對各種變化。

同時在投料（物料上線）方面提供了一整套完整的解決方案，除了解決投料數(shù)量、投料時間、投料批量、備料及投料人員等問題之外，還可以用于解決如投料的物料號、投料的顏色、特類（軍車/出口）、物料的原廠批次等多種問題。

包括汽車、航空、化工等行業(yè)在內(nèi)的一些中大中型企業(yè)基本上上線了MES。

MES 會不會過時？

據(jù)IDC有關(guān)統(tǒng)計數(shù)字顯示，過去包括汽車、航空、化工等行業(yè)在內(nèi)的一些中大中型企業(yè)基本上上線了MES，甚至有些企業(yè)在沒有ERP系統(tǒng)時就開始考慮引入MES，舍本逐末，給企業(yè)信息化的建設(shè)和統(tǒng)一規(guī)劃帶來了困惑和混亂。

MES的好處在于能夠和ERP系統(tǒng)結(jié)合，給制造業(yè)企業(yè)的原材料采購、制造生產(chǎn)打開一扇透明的窗口，過去ERP系統(tǒng)雖然能對企業(yè)的各種人、財、物資源做到統(tǒng)一管理，但是一旦出現(xiàn)故障，原材料出現(xiàn)短缺或剩余，怎么才能第一時間進(jìn)行補(bǔ)充，這些都是不可能完成的任務(wù)，但是MES的加入讓上述生產(chǎn)過程中的事件能得到很好的監(jiān)控，并能實(shí)現(xiàn)快速解決。

近年來汽車制造業(yè)MES系統(tǒng)受到來自各方面的質(zhì)疑，而最大的質(zhì)疑是：在進(jìn)入智能制造階段之后，以CPS系統(tǒng)（信息物理系統(tǒng)）為代表的技術(shù)逐漸成為主流，那么MES還會有必要嗎？

CPS系統(tǒng)代表了當(dāng)前智能制造的主流技術(shù)，而其首倡者德國及美國在制造業(yè)企業(yè)中已經(jīng)開始把它作為未來制造業(yè)發(fā)展的主流技術(shù)。CPS把人(移動、穿戴設(shè)備等)、機(jī)(生產(chǎn)線，設(shè)備，機(jī)器人等)、物(智能產(chǎn)品，滑橇，倉儲系統(tǒng)，搬運(yùn)設(shè)備等)，通過工業(yè)云聯(lián)網(wǎng)并自主控制，這些實(shí)體既與MES交互，又相互協(xié)同?？梢哉f，CPS是實(shí)現(xiàn)“廉價個性化”制造和“少人化工廠”的核心平臺。

對于來勢洶洶的CPS，是繼續(xù)升級還是等待被全部替換，MES何去何從成為當(dāng)前制造業(yè)的一個熱門話題。但是對照國外的工業(yè)4.0或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，專家們認(rèn)為其實(shí)MES在智能制造業(yè)中仍舊不可替代。

“從設(shè)計直到裝配和作業(yè)，MES自始至終都成了核心系統(tǒng)。”丁德宇的觀點(diǎn)也得到了來自國內(nèi)制造業(yè)信息化領(lǐng)域的同行們認(rèn)可。在他看來，即使是美國盛行的“智慧工廠”理念中，MES也是智慧工廠的三個維度的交叉點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，是當(dāng)之無愧的智慧工廠的“大腦” ?！癕ES管理MBOM、輔助工藝或現(xiàn)場工藝，支持差異件指示、裝配指示、現(xiàn)場看圖和裝配仿真等，并根據(jù)關(guān)重件、物流追溯和MBOM等形成產(chǎn)品檔案。在‘個性化生產(chǎn)’時代，產(chǎn)品檔案是客服支持(CSS)的主要數(shù)據(jù)源。”

換句話說，進(jìn)入智能制造時代之后，MES系統(tǒng)仍然難以替代，而中國的智能制造業(yè)一部分也會從MES系統(tǒng)的升級和融合開始。

中國智能制造的近期目標(biāo)

今年1月，工信部提出將智能制造作為兩化深度融合的重要任務(wù)，和“工業(yè)4.0”相比，智能制造顯得更加具體，也更具備可操作性。如何讓現(xiàn)有的企業(yè)自動化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)相融合，實(shí)現(xiàn)從“數(shù)字工廠”到“智慧工廠”升級，這些問題都值得信息主管（CIO）和相關(guān)人士思考。

智能制造的方向確定之后，下一步就是要明確國內(nèi)智能制造業(yè)的近期目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)途徑。工信部電子信息司副司長安筱鵬在最近表示，新一輪產(chǎn)業(yè)革命的本質(zhì)是智能制造生態(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)權(quán)之爭。 “無論是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，還是工業(yè)4.0的背后，都是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和產(chǎn)業(yè)體系。這些體系比拼的背后是智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主導(dǎo)權(quán)。”

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確立往往和各個方面存在關(guān)系，包括終端制造、設(shè)備提供、軟件服務(wù)等多個環(huán)節(jié)，由他們參與定義各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將會掃除目前我國智能制造業(yè)道路上的一系列障礙。1月17日，由清華大學(xué)國家CIMS工程技術(shù)研究中心、北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院、北京市復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、機(jī)械工業(yè)信息研究院戰(zhàn)略與規(guī)劃研究所、中國汽車裝備制造創(chuàng)新聯(lián)盟、中國科技自動化聯(lián)盟、智慧港科技公司等單位發(fā)起的中國智能制造百人會籌備會暨智能制造發(fā)展模式座談會召開。

清華大學(xué)國家CIMS工程技術(shù)研究中心副主任范玉順教授認(rèn)為，工業(yè)4.0即是信息無所不在環(huán)境下的智能制造，其背后的價值主要是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、智能服務(wù)。他說，工業(yè)4.0主要有以下幾個方面的變化：挖掘知識，傳統(tǒng)的ERP向知識型轉(zhuǎn)移，信息系統(tǒng)也在向知識系統(tǒng)變化，現(xiàn)有的信息系統(tǒng)在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的趨勢下是不夠用的；商業(yè)模式的變化，工業(yè)4.0帶來的是眾包經(jīng)濟(jì)的模式，在杰里米.里夫金的新書《零邊際成本社會》中也提出了共享協(xié)作的觀點(diǎn)，“到2050年，協(xié)作共享可能在全球范圍內(nèi)形成主導(dǎo)性的經(jīng)濟(jì)體制”；提供智能化服務(wù)，歐盟在智能制造方面主要提出了4張網(wǎng)的概念，社交、知識、物聯(lián)、服務(wù)等，其中服務(wù)作為重要部分成為工業(yè)4.0的特征之一。

在會上，大家達(dá)成一致共識：智能制造是制造業(yè)產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)、管理和服務(wù)智能化應(yīng)用水平的體現(xiàn)，也是實(shí)現(xiàn)兩個IT融合和倍增發(fā)展的具體表現(xiàn)，更是推進(jìn)兩化深度融合的核心目標(biāo)和最新著力點(diǎn)。