先進制造業·導讀

在《如何利用CMMM?開展智能制造系統規劃與實施》中我們描述了產品生命周期和生產生命周期集成的架構，歸納了智能制造系統規劃的流程，并以智能制造系統規劃過程中裝備選型為例講解了如何利用CMMM?開展規劃的要點，本期將從設備管理、生產計劃和運行管控、倉儲管理和配送物流的角度，繼續這一話題。

一般情況下，一個制造系統的組成包括硬件（設備、設施、工具、物料、環境等）、軟件（流程、計劃、管控等）和人員。圖1展示了一個典型車間的業務模型，包含七個模塊：制造資源及基礎設施、工藝管理、計劃與調度、倉儲與物流配送、設備健康管理、質量檢測、系統集成與輔助決策。制造系統要管控的要素無外乎就是人、機、料、法、環、測、能，而制造系統是否智能取決于要管控的這些要素是否具有智能特征，即管控的過程是否具有“動態感知、實時分析、自主決策、精準執行”的特征。

01設備運行管理要考慮的智能特征

設備選型是構成系統整體能力的基礎，設備自身能力決定了企業生產作業、設備管理等水平。

除了設備本身，還要考慮與工藝相關的工裝以及上下料輔助設施，如組成生產單元或生產線需要考慮的自動上下料機構；柔性生產線要考慮柔性工裝和快速換版；人工裝配環節要考慮作業指導書的自動化和可視化；為保證生產質量，還需要考慮相應的防錯糾錯裝置等等。

設備的正常運行是保證制造系統運行的基礎，所以，除了設備的選型外，要保證設備高效運行，還需要在提高設備運行管理能力上下功夫。

一般企業都有設備管理系統，但是傳統的設備管理系統功能往往是信息管理，與設備的物理連接較少，也就是設備沒有聯網，只是對設備的履歷、保養周期等進行管理。在智能制造系統中，設備需要聯入網絡，設備的實時運行參數、信息等要實時上傳到生產管控系統，與生產內容進行關聯，以便通過設備運行與生產過程的共同分析進行工藝優化和生產計劃的優化，所以標準對設備運行管理提出了具體的要求，包括設備運行狀態的獲取方法、設備狀態數據獲取與分析處理、基于設備狀態的運維管理以及智能設備狀態預測性維護、設備運行分析驅動生產過程優化等，如設備的關鍵運行參數要能夠實時采集（三級），要能夠開展設備綜合效率（OEE）的統計分析（三級），并依據OEE的分析結果開展生產工藝和生產作業計劃的優化（四級）；應建立設備故障知識庫（三級），運用知識庫，實現基于設備運行狀態的維修維護閉環管理（四級）等。

設備OEE不僅僅體現在時間稼動上，還應包含性能稼動和質量稼動，在系統中關鍵工序的OEE既可以作為提升設備效率的基準，也可以作為衡量和提升系統管控能力的基線。

02生產計劃與運行管控要考慮的智能特征

利用CMMM?標準，可以對管控系統的開發提出明確的功能要求。CMMM?中有很多能力子域都提出了生產過程中需要管控的具體要求，見圖2。

例如：計劃與調度要考慮的因素包括計劃編制的方式方法、計劃和調度的集成方式、計劃調度的智能化水平。針對主計劃與詳細作業計劃如何制定，標準中也提出了不同等級的具體要求，如在制定主計劃時，要考慮安全庫存、采購提前期、生產提前期、生成過程數據等要素，自動將其納入計算的約束條件，能夠自動生成有限能力的主生產計劃；針對多種產品共線的柔性生產模式，要采用先進排產調度的算法模型，形成滿足多種約束條件的作業排產方案供計劃調度人員選擇合適的作業計劃，可供考慮的排產原則包括先進先出原則、緊急優先原則、加工時間最長優先原則、在制品最少原則等；同時，針對生產執行過程中的變化，能夠及時地對作業計劃進行適宜的調整，以應對異常情況的發生。

在生產過程管控方面，要保證在正確的時間生產正確的產品，需要工藝文件、工藝指令、制造指令與要生產的產品正確匹配，即能夠根據生產作業計劃，自動將工藝文件下發到各生產單元（三級），或自動將生產程序、運行參數或生產指令下發到數字化設備（四級）。生產過程中需要對生產作業計劃、生產資源、質量信息等關鍵數據的動態監測（三級），通過數字化檢驗設備及系統的集成，實現關鍵工序質量在線檢測和在線分析（三級）；基于在線監測的質量數據，建立質量數據算法模型預測生產過程是否發生異常，有異常發生時能夠實時報警（四級）。通過構建模型對生產作業數據進行分析，并根據分析的結果實現生產工藝參數、設備參數、生產資源配置等生產過程的優化（四級），也是智能制造系統的一大特征，在智能管控系統策劃時，需要將生產過程的各類數據進行實時采集和收集，并進行在線或離線分析，作為優化生產過程的基礎。

隨著大規模定制、個性化定制等新模式的應用，對產品的質量追溯要求也越來越高，很多產品在運行過程中出現問題，可能需要追溯到生產過程的某一個零部件的生產過程，甚至到原材料以及某一個工序的設備參數。所以，根據產品特點和應用場景，智能制造系統也需要具備生產過程中原材料、半成品、設備（參數）等質量信息的全面可追溯能力（四級）。

03倉儲管理與配送物流要考慮的智能特征

倉儲和配送是連接生產、檢驗等相關工位的橋梁，且與制造系統布局密切相關。

制造系統的布局遵循以下原則：統一原則、最短距離原則、物流順暢原則、空間利用原則、安全環保原則、靈活機動原則等，這些原則的應用與產品和生產組織方式有關。

智能制造系統規劃時，在倉儲與配送方面要考慮的因素包括倉儲管理自動化、配送自動化/準時化、系統集成化與優化等。

在倉儲自動化方面，包括自動化的倉儲設備、物料自動分揀、物料自動識別以及物料狀態可視化等；配送自動化包括從原材料到工位間、前后工序間、從工位到半成品庫、從半成品庫到后續工序、產品完成入成品庫等過程的自動轉運和及時到位，同時要基于內部信息系統集成實現倉儲配送全過程可視化；通過生產計劃、生產作業和倉儲系統的集成，實現基于產線實時拉動的物料配送，即作業計劃與倉儲配送的實時協同動態調整等。在一個智能化的倉儲系統中，合適的倉儲模型和配送模型是必不可少的，以此實現最優的庫存方式和配送方案。

CMMM?對倉儲與配送與生產系統的集成提出了明確的要求，如三級要求基于倉儲管理系統與MES的集成，依據生產作業計劃實現半自動或自動出入庫管理，而四級要求通過數字化倉儲、配送設備與信息系統集成，實現依據實際生產狀態拉動物料配送，從三級到四級的要求可以看出二者的智能特征實現了跨越。

倉儲與配送追求的是準時和便捷。近年來，很多企業都采用了自動立體庫作為原材料、半成品以及產成品的存儲裝置，大大提高了倉儲配送的智能化水平，此外，AGV/智能叉車、軌道/托盤運輸，以及機器人/機械手上下料、翻轉、搬運等設施的應用，也很大程度上保障了制造系統物料的及時轉運。

智能制造系統規劃時，除了生產能力外，還需要將生產安全、環保和節能作為規劃的一項重要任務。CMMM?在這三個方面也提出了具體的要求，在實際規劃中可以采用危險源監測、作業人員定位跟蹤、特殊區域光柵護欄等措施強化現場安全管控；對于有污染的環節，增加環保數據的監測，并與生產作業數據一起建立數據分析模型，開展生產的污染物排放分析及預測預警；加強高耗能設備管控，采取措施，實現能源的轉化應用等。