智能工廠信息化系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃研究

梁 華

（安恒智能科技有限公司，廣東佛山528200）

0 引言

智能工廠信息化系統(tǒng)建設(shè)需要將現(xiàn)代管理理論、智能制造理論與最新信息技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息物理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)等深度融合，通過科學(xué)規(guī)劃和全面集成企業(yè)設(shè)備單元、生產(chǎn)監(jiān)控、制造執(zhí)行、企業(yè)管理、設(shè)計研發(fā)等各類系統(tǒng)，最終構(gòu)建由智能設(shè)計、智能經(jīng)營、智能生產(chǎn)、智能決策組成的智能工廠。

1 規(guī)劃范圍

基于智能工廠所需的主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，主要有：（1）ERP（企業(yè)資源計劃系統(tǒng)）：它是企業(yè)信息化的核心系統(tǒng)，管理銷售、生產(chǎn)、采購、倉庫、質(zhì)量、成本核算等。（2）PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）：它負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計的圖文檔、設(shè)計過程、設(shè)計變更、工程配置的管理，為ERP系統(tǒng)提供最主要的數(shù)據(jù)源BOM表，同時為MES系統(tǒng)提供最主要的數(shù)據(jù)源工藝路線文件。（3）MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）：它負(fù)責(zé)車間中生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)信息與設(shè)備的深度融合，為ERP系統(tǒng)提供完整、及時、準(zhǔn)確的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)，是智能工廠的基礎(chǔ)。（4）WMS（倉庫管理系統(tǒng)）：它具備入庫業(yè)務(wù)、出庫業(yè)務(wù)、倉庫調(diào)撥等功能，從ERP系統(tǒng)接受入出庫物料清單和MES系統(tǒng)中接受入出庫指令，協(xié)同AGV小車完成物料配送的自動化，實(shí)現(xiàn)立體倉庫、平面庫的統(tǒng)一倉儲信息管理。

2 智能工廠信息化總體架構(gòu)

基于企業(yè)系列標(biāo)準(zhǔn)的支持和企業(yè)級別的信息安全要求，在信息物理融合系統(tǒng)（CPS）的支持下，構(gòu)建智能設(shè)計、智能產(chǎn)品、智能經(jīng)營、智能服務(wù)、智能生產(chǎn)、智能決策六大系統(tǒng)。其中，通過服務(wù)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)設(shè)施、設(shè)備、組織、人互通互聯(lián)，集計算機(jī)、通信系統(tǒng)、感知系統(tǒng)一體化，實(shí)現(xiàn)對物理世界的安全、可靠、實(shí)時、協(xié)調(diào)感知和控制；同時，通過企業(yè)信息門戶（EIP）實(shí)現(xiàn)與客戶、供應(yīng)商、合作伙伴的橫向集成（如協(xié)同商務(wù)和信息共享），以及實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的縱向集成（如不同系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)協(xié)同）。構(gòu)建的智能化工廠總體框架如圖1所示。根據(jù)信息化系統(tǒng)規(guī)劃范圍及建設(shè)相關(guān)要求，本文參照智能化工廠的總體框架，構(gòu)建符合企業(yè)業(yè)務(wù)特點(diǎn)的信息化系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。

3 信息化系統(tǒng)規(guī)劃的主要內(nèi)容

3.1 ERP系統(tǒng)

3.1.1 功能和目標(biāo)

圖1 智能化工廠的總體框架

圖2 信息化系統(tǒng)架構(gòu)

ERP系統(tǒng)著重解決物料臺賬、合同、計劃、采購、成本等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：（1）提升管理概念。由定性管理轉(zhuǎn)變?yōu)槎抗芾?；由單一的職能式管理轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源式管理。（2）理順管理流程。理順和制定適應(yīng)單件小批量加工裝配型企業(yè)的生產(chǎn)管理流程，規(guī)范生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)中的各類票據(jù)，根據(jù)崗位說明書制定相應(yīng)的操作制度及條例。（3）實(shí)現(xiàn)物料配送，建立缺件報警制度。將領(lǐng)料制倉庫變成配送制倉庫，在裝配前做缺件分析，推行缺件報警制度。（4）有效控制庫存。提出配套庫存的管理思想，努力降低庫存中長短件的比例。（5）降低成本。從限額發(fā)料、控制庫存、縮短生產(chǎn)周期等方面降低生產(chǎn)成本。（6）縮短生產(chǎn)周期。通過提高設(shè)計及生產(chǎn)環(huán)節(jié)對工程變更的反應(yīng)速度、提高裝配中物料的齊套率、減少生產(chǎn)裝配中停工待料的時間和縮短采購周期等措施，實(shí)現(xiàn)縮短成品的生產(chǎn)周期。（7）建立生產(chǎn)的可預(yù)見性機(jī)制，包括銷售預(yù)測、庫存預(yù)測、缺件預(yù)測、生產(chǎn)過程預(yù)測、客戶定單交貨期預(yù)測、采購到貨期預(yù)測、生產(chǎn)成本預(yù)測等。（8）建立生產(chǎn)計劃的控制和反饋體系，實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)計劃的閉環(huán)管理。（9）建立價格管理和多層次成本控制體系。建立原材料基準(zhǔn)價管理體系、零部件/外協(xié)件的定額成本價、合同的實(shí)際成本計算體系等，形成完善的銷售報價審計、采購合同價格審計、設(shè)計成本審計和完工審計制度。（10）建立高速、專業(yè)、準(zhǔn)確的報價體系。（11）最終實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)、運(yùn)營、財務(wù)一體化管理。

3.1.2 系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃

ERP系統(tǒng)的架構(gòu)規(guī)劃如圖3所示。

3.2 PLM系統(tǒng)

3.2.1 功能和目標(biāo)

圖3 ERP系統(tǒng)的架構(gòu)規(guī)劃

PLM系統(tǒng)著重解決工藝設(shè)計、圖紙管理、設(shè)計變更等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：（1）建立統(tǒng)一、高效、規(guī)范的文控體系，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資料的有效沉淀和有序管理。（2）建立企業(yè)物料標(biāo)準(zhǔn)庫，規(guī)范管理物料。（3）搭建圖文檔管理平臺和工藝信息管理平臺，前端支持各類CAD數(shù)據(jù)的集成，包括常用的AutoCAD、SolidWorks等數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)對CAD數(shù)據(jù)的信息提取、在線瀏覽等。（4）通過圖文檔管理系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)安全共享、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化管理，在審批流程方面，實(shí)現(xiàn)電子審批。（5）通過工藝信息管理平臺，實(shí)現(xiàn)工藝卡片圖文混排編制、工藝路線的編制，通過匯總報表實(shí)現(xiàn)各類BOM的輸出，支撐生產(chǎn)。

3.2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

PLM系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 PLM系統(tǒng)架構(gòu)

3.3 MES系統(tǒng)

3.3.1 功能和目標(biāo)

MES系統(tǒng)著重解決生產(chǎn)過程管控、防錯防呆、產(chǎn)品質(zhì)量追溯、設(shè)備運(yùn)行等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：（1）全面集成。承上啟下，完成公司所有與MES系統(tǒng)鏈接的信息化系統(tǒng)（如ERP、PLM等）、自動化控制系統(tǒng)（如鈑金、銅排、二次裁線、產(chǎn)線等）和設(shè)備（如實(shí)驗(yàn)設(shè)備等）的無縫集成，通過MES系統(tǒng)整合上下游信息流，建立一個業(yè)務(wù)統(tǒng)一、流程順暢、數(shù)據(jù)規(guī)范的生產(chǎn)管理平臺。（2）精益排程。結(jié)合ERP系統(tǒng)建立先進(jìn)的計劃體系，制定在產(chǎn)能和物資等資源約束條件下的詳細(xì)排程計劃，統(tǒng)一指揮控制物料、人員、流程指令和設(shè)備等工廠生產(chǎn)資源。（3）自動化物流和物料管理。MES系統(tǒng)應(yīng)覆蓋部分WMS功能，并實(shí)現(xiàn)與自動化物流系統(tǒng)（如自動化立庫、AGV小車等）一道完成生產(chǎn)物流管理，在數(shù)字化工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)無人化自動物料流轉(zhuǎn)，MES系統(tǒng)指揮和跟蹤物料流動、管理物料消耗、編制物料投料計劃等，同時采用工單、批次管理，實(shí)現(xiàn)對物料的跟蹤和回饋。（4）質(zhì)量管理。質(zhì)量管理以生產(chǎn)過程質(zhì)量信息匯總和控制為核心，建立快速、高效、全過程的質(zhì)量反饋、質(zhì)量處理、質(zhì)量跟蹤控制，MES系統(tǒng)自動生成各類質(zhì)量報告和出廠試驗(yàn)報告等資料。（5）生產(chǎn)過程管理。以全廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立起綜合監(jiān)控系統(tǒng)，包括電子看板、SCADA系統(tǒng)集成、監(jiān)控中心和Andon系統(tǒng)等，實(shí)時顯示整個生產(chǎn)過程的各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并按照預(yù)先設(shè)定的報警條件，出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時報警提醒，并采取相應(yīng)的調(diào)度措施。（6）設(shè)備管理。對生產(chǎn)車間主要生產(chǎn)設(shè)備的使用頻率、運(yùn)行狀況、工時、標(biāo)準(zhǔn)、定額、能耗、產(chǎn)能等有關(guān)信息進(jìn)行采集和分析，對設(shè)備進(jìn)行全面的運(yùn)籌管理，以達(dá)到保持設(shè)備完好率、充分發(fā)揮其效能的目的。（7）統(tǒng)計分析。對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過對大量數(shù)據(jù)的綜合分析，可以對生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行有效評價，為優(yōu)化組織、提高產(chǎn)量質(zhì)量、提高設(shè)備保障能力、降低生產(chǎn)成本提供強(qiáng)有力的手段，如員工績效管理、核算計件工資、設(shè)備效率分析等。（8）移動化應(yīng)用。支持手機(jī)、PDA等移動終端，實(shí)現(xiàn)移動端的派工報工、接料發(fā)料、數(shù)據(jù)錄入、生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤、實(shí)時統(tǒng)計分析展示等。

3.3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

MES系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 MES系統(tǒng)架構(gòu)

3.4 WMS系統(tǒng)

3.4.1 功能和目標(biāo)

WMS系統(tǒng)著重解決實(shí)物倉儲、出入庫、物料質(zhì)檢、組盤等相關(guān)管理目標(biāo)，具體如下：

（1）實(shí)現(xiàn)原材料、成品、備品備件的出入庫、調(diào)撥、轉(zhuǎn)換、質(zhì)檢、在庫等過程的有效的全方位管控。

（2）實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)及庫存實(shí)物信息交互的及時性和一致性。

（3）實(shí)現(xiàn)賬務(wù)相符、物料流轉(zhuǎn)及消耗的精準(zhǔn)追蹤、多樣化盤點(diǎn)功能應(yīng)用。

（4）底層技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動化調(diào)度。

3.4.2 系統(tǒng)架構(gòu)

WMS系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 WMS系統(tǒng)架構(gòu)

4 結(jié)語

企業(yè)信息化建設(shè)可采取“總體規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，避免出現(xiàn)信息孤島，ERP、PLM、MES和WMS系統(tǒng)是智能工廠信息化建設(shè)的重點(diǎn)，各系統(tǒng)的架構(gòu)和功能設(shè)計以及系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的接口設(shè)計是信息化規(guī)劃的關(guān)鍵，各系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息的無縫集成和數(shù)據(jù)交互，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)“智能制造”的最終目標(biāo)。