面向軍工智能制造的兩網(wǎng)MOM解決方案

廖慶妙

智能制造的典型特征是動態(tài)感知、實(shí)時分析、自主決策和精準(zhǔn)執(zhí)行，而設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)貫通是基礎(chǔ)，但對保密要求嚴(yán)格的軍工企業(yè)，涉密園區(qū)網(wǎng)（簡稱園區(qū)網(wǎng)）與工業(yè)控制網(wǎng)（簡稱工控網(wǎng)）的物理隔離成為主要障礙。有些企業(yè)已在試點(diǎn)單向網(wǎng)閘，但一方面進(jìn)展比較緩慢，另一方面該項(xiàng)技術(shù)仍然無法徹底解決設(shè)備通訊和數(shù)據(jù)應(yīng)用問題。

金航數(shù)碼（航空工業(yè)信息技術(shù)中心）在充分借鑒多家企業(yè)最佳實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了面向軍工智能制造的兩網(wǎng)MOM（Manufacturing Operation Management，制造運(yùn)行管理）架構(gòu)，滿足由現(xiàn)場數(shù)據(jù)牽引的智能作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度、智能物流配送、數(shù)字化檢測等關(guān)鍵需求，促進(jìn)涉密軍工企業(yè)智能制造理念落地。

1 兩網(wǎng)MOM總體架構(gòu)

按照“架構(gòu)引領(lǐng)、基于模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動、流程貫通”的企業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型理念，參照ISA-95 標(biāo)準(zhǔn)與航空工業(yè)智能制造架構(gòu)V2.0，金航數(shù)碼（航空工業(yè)信息技術(shù)中心）建立了如圖所示的兩網(wǎng)MOM 總體應(yīng)用架構(gòu)。

MOM 以生產(chǎn)運(yùn)行為主線，驅(qū)動庫存、質(zhì)量、維護(hù)三方面的運(yùn)行管理。兩網(wǎng)之間功能劃分以時間為主要考量，涉密園區(qū)網(wǎng)MOM 主要負(fù)責(zé)宏觀、長期和協(xié)同等功能，而工業(yè)控制網(wǎng)MOM 則負(fù)責(zé)短期內(nèi)的實(shí)時執(zhí)行、監(jiān)控與報(bào)警。

2 園區(qū)網(wǎng)MOM

園區(qū)網(wǎng)MOM 實(shí)現(xiàn)包括智能作業(yè)計(jì)劃、智能生產(chǎn)準(zhǔn)備、智能生產(chǎn)協(xié)同、制造數(shù)據(jù)管理和智能車間管控五項(xiàng)功能。

智能作業(yè)計(jì)劃是指在綜合考慮多種能力約束的基礎(chǔ)上，通過啟發(fā)式與人工智能等運(yùn)籌算法，科學(xué)合理地編制作業(yè)計(jì)劃。在計(jì)劃的驅(qū)動下，智能協(xié)同管理實(shí)現(xiàn)委外協(xié)作任務(wù)之間的協(xié)同管理，智能生產(chǎn)準(zhǔn)備對基于工藝模型的“生產(chǎn)準(zhǔn)備包”任務(wù)進(jìn)行管理，從而保障計(jì)劃履約率。

制造數(shù)據(jù)管理既包括產(chǎn)品、工藝和資源等模型定義，也包括工控網(wǎng)傳回的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，支持產(chǎn)品電子履歷生成，是MOM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。智能車間管控采用數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，為各級管理者提供決策依據(jù)，達(dá)到“因數(shù)而智、化智為能”的效果。

3 工控網(wǎng)MOM

工控網(wǎng)MOM在與現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，以作業(yè)調(diào)度為核心、驅(qū)動現(xiàn)場作業(yè)執(zhí)行及庫存、質(zhì)量和維護(hù)等運(yùn)行管理，通過三維可視化、安燈管理及在線健康分析等功能進(jìn)行實(shí)時管控，從而實(shí)現(xiàn)高度協(xié)同的賽博物理系統(tǒng)。

智能作業(yè)調(diào)度采用預(yù)反應(yīng)式調(diào)度方法，對動態(tài)感知的“人機(jī)料法環(huán)測”狀態(tài)快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)、動態(tài)化在線調(diào)度。任務(wù)下達(dá)后，系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)控程序同步下達(dá)、自動生成物料配送計(jì)劃并驅(qū)動物流設(shè)備完成配送。

在作業(yè)執(zhí)行過程中，系統(tǒng)支持基于現(xiàn)場智能終端、AR眼鏡等手段的可視化指導(dǎo)，有效實(shí)現(xiàn)裝配過程中的防錯防漏。任務(wù)交檢后，智能質(zhì)量運(yùn)行管理提供基于模型的數(shù)字化檢測，支持在機(jī)測量、三坐標(biāo)測量等多種手段，能實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)分析與檢測結(jié)果的自動判定。

系統(tǒng)提供三維實(shí)時監(jiān)控功能，通過三維可視化提供沉浸式人機(jī)交互。在線健康分析基于實(shí)時數(shù)據(jù)對生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和預(yù)測，保障生產(chǎn)線平穩(wěn)高效運(yùn)行。出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)支持ANDON 一鍵呼叫，支持廣播和聲傳系統(tǒng)。

4 兩網(wǎng)互聯(lián)方法與技術(shù)

在數(shù)據(jù)安全上，園區(qū)網(wǎng)MOM 系統(tǒng)將脫密后的作業(yè)計(jì)劃與工藝等信息下傳至工控網(wǎng)MOM。脫密處理系統(tǒng)對所有下行的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動過濾，將各類敏感信息轉(zhuǎn)換成隨機(jī)流水碼。在工控網(wǎng)內(nèi)只留存在制品數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)均上傳至園區(qū)網(wǎng)，有效應(yīng)對工控網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)聚集可能產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在兩網(wǎng)互聯(lián)方法上，系統(tǒng)除支持傳統(tǒng)的光盤擺渡和試點(diǎn)的單向網(wǎng)閘方案外，還支持移動終端方式。在這種方式下，移動終端接入園區(qū)網(wǎng)，可短暫離線去掃描工控網(wǎng)終端二維碼，然后再接入園區(qū)網(wǎng)將掃描信息導(dǎo)入，從而實(shí)現(xiàn)少量數(shù)據(jù)的上行傳輸。系統(tǒng)也提供兩網(wǎng)孿生終端技術(shù)，使工人在操作工控終端的同時可在另一屏幕上同步查看產(chǎn)品模型等涉密信息。兩網(wǎng)數(shù)據(jù)交換以每周一次為宜，系統(tǒng)也支持緊急數(shù)據(jù)導(dǎo)入與臨時數(shù)據(jù)維護(hù)。

5 單元級MES

金航數(shù)碼（航空工業(yè)信息技術(shù)中心）自主研發(fā)了面向生產(chǎn)單元的智能運(yùn)行管控系統(tǒng)——單元級MES。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與園區(qū)網(wǎng)MOM 的有效集成，提供強(qiáng)大的生產(chǎn)全要素建模能力、生產(chǎn)過程反應(yīng)式調(diào)度、設(shè)備控制運(yùn)行能力及數(shù)據(jù)驅(qū)動的生產(chǎn)精準(zhǔn)預(yù)測，在實(shí)現(xiàn)虛實(shí)精準(zhǔn)映射的同時進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)賽博空間對物理空間的控制，實(shí)現(xiàn)了單元生產(chǎn)高度智能。系統(tǒng)已在工信部智能示范線成功應(yīng)用驗(yàn)證，目前正在建設(shè)東安、昌飛項(xiàng)目。

6 總結(jié)

通過合理有效地劃分MOM 功能，在遵守軍工保密規(guī)定的情況下，實(shí)現(xiàn)了制造運(yùn)行層與控制層的無縫連接，建立了基于兩網(wǎng)的智能制造MOM 應(yīng)用架構(gòu)，并在實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行了驗(yàn)證，為軍工企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化車間提供了一套可行的解決方案。