MES在數(shù)控車間信息化中有什么作用

　　近年來，伴隨著電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，蓬勃的中國制造業(yè)帶來了數(shù)控應(yīng)用的普及，數(shù)控機(jī)床已不再是少數(shù)科研院所、大型軍工企業(yè)特有的專利，數(shù)控設(shè)備已經(jīng)走進(jìn)尋常企業(yè)中，而且這些企業(yè)應(yīng)用數(shù)控的規(guī)模也不再是靠一兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床來加工關(guān)鍵零件或給企業(yè)撐門面，擁有十幾臺(tái)、甚至幾十臺(tái)數(shù)控設(shè)備的企業(yè)比比皆是，形成了具有相當(dāng)規(guī)模的數(shù)控車間。為了能對生產(chǎn)需求做出快速反應(yīng)，迫切地需要對車間的數(shù)控設(shè)備與生產(chǎn)過程進(jìn)行全面的信息管理，從而有效地提高機(jī)床的利用率和柔性生產(chǎn)能力。因此，當(dāng)數(shù)控車間具有相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模后，采用MES提高數(shù)控車間信息集成與整合能力就成為迫在眉睫的工作。

　　近年來，MES開展得如火如荼，而離散型企業(yè)卻悄無聲息。MES填補(bǔ)了制造信息鏈條上最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)車間信息化的利器，期盼著MES能夠大幅度推進(jìn)制造業(yè)信息化的進(jìn)程。

　　尋找MES在離散制造業(yè)應(yīng)用的突破口

　　從原理上講MES并沒有區(qū)分流程制造業(yè)與離散制造業(yè)，但由于生產(chǎn)模式的不同，對執(zhí)行層的控制方式和控制頻度不同，導(dǎo)致在兩種模式下MES的實(shí)施對象、工作內(nèi)容以及處理策略存在著巨大差異。MES之所以特別青睞流程制造業(yè)，是由于流程工業(yè)自動(dòng)化程度很高，普遍采用自動(dòng)生產(chǎn)線、智能儀表、數(shù)字傳感器，甚至是計(jì)算機(jī)控制。連續(xù)生產(chǎn)的制造流程清晰、工序控制嚴(yán)格，流程行業(yè)生產(chǎn)管理的著眼點(diǎn)在于數(shù)據(jù)采集、檢測，以保證生產(chǎn)進(jìn)度與產(chǎn)品質(zhì)量，而這些靠自動(dòng)化設(shè)備就能自動(dòng)準(zhǔn)確記錄各種生產(chǎn)現(xiàn)場信息。因此，流程制造項(xiàng)目實(shí)施的重點(diǎn)工作是在MES系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)為這些自動(dòng)化設(shè)備做好數(shù)據(jù)接口，這對于以工業(yè)自動(dòng)化見長的廠商來講如魚得水，自動(dòng)化領(lǐng)域里像GE、西門子這樣的頂級公司都加入到MES廠商的行列，它們的電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用在自動(dòng)生產(chǎn)線上，所以實(shí)施MES起來得心應(yīng)手。有頂級廠商的參與，MES在流程行業(yè)的業(yè)務(wù)迅速增長，不乏成功案例，這為一直處于疲軟的制造業(yè)信息化贏得了很好的口碑。

　　而對于一般的離散制造企業(yè)，由于設(shè)備自動(dòng)化水平低，底層缺乏甚至根本就沒有控制系統(tǒng)，所有的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)都需要人工鍵入，在這種生產(chǎn)管理狀態(tài)下MES根本無法發(fā)揮作用。即便是對于有條件、有需求上MES的離散型制造企業(yè)，由于物流不連續(xù)，工藝過程可調(diào)整、可改變，且生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集的人為因素多，使得制造過程的生產(chǎn)管理非常復(fù)雜，因此，離散制造業(yè)的MES比流程行業(yè)的MES要繁雜得多，涉及到的實(shí)施難題也要多得多。

　　綜上所述，常規(guī)離散型企業(yè)采用MES的必要性值得商榷，但不能因此武斷的認(rèn)為MES在裝備制造業(yè)就無用武之地。盡管已經(jīng)給MES冷落離散制造業(yè)找出各種理由和借口，但我們依然不甘心，因?yàn)閲釳ES的應(yīng)用最重要的領(lǐng)域就是在離散制造業(yè)。還是從MES的工作機(jī)理上找出路，MES的工作基礎(chǔ)是底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)，包括DCS、PLC、NC/CNC和SCADA或這幾種類型的組合。請注意：其中NC/CNC，即數(shù)控單元也在其中，而數(shù)控加工屬于離散制造范疇，是裝備制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式。我認(rèn)為在裝備制造企業(yè)的數(shù)控車間最適合上MES，也最需要上MES，所以數(shù)控車間應(yīng)該是MES在離散制造業(yè)應(yīng)用的突破口。

　　數(shù)控車間的生產(chǎn)規(guī)模需要MES

　　近年來，伴隨著電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，蓬勃的中國制造業(yè)帶來了數(shù)控應(yīng)用的普及，數(shù)控機(jī)床已不再是少數(shù)科研院所、大型軍工企業(yè)特有的專利，數(shù)控設(shè)備已經(jīng)走進(jìn)尋常企業(yè)中，而且這些企業(yè)應(yīng)用數(shù)控的規(guī)模也不再是靠一兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床來加工關(guān)鍵零件或給企業(yè)撐門面，擁有十幾臺(tái)、甚至幾十臺(tái)數(shù)控設(shè)備的企業(yè)比比皆是，形成了具有相當(dāng)規(guī)模的數(shù)控車間。

　　在這樣的數(shù)控車間到處充斥著信息技術(shù)：數(shù)控設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)編程、加工程序傳輸、甚至刀具都是信息的載體，如此多的信息需要整合，可惜的是這樣一個(gè)用先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)軟硬件武裝起來的現(xiàn)代化車間，目前的管理手段、管理模式仍處于傳統(tǒng)的機(jī)械加工模式，數(shù)控機(jī)床的有效利用率很低，由于沒有系統(tǒng)地建立數(shù)控加工的生產(chǎn)管理和相關(guān)輔助系統(tǒng)的技術(shù)準(zhǔn)備體系，嚴(yán)重制約著先進(jìn)數(shù)控設(shè)備能力的發(fā)揮。

　　為了能對生產(chǎn)需求做出快速反應(yīng)，迫切地需要對車間的數(shù)控設(shè)備與生產(chǎn)過程進(jìn)行全面的信息管理，從而有效地提高機(jī)床的利用率和柔性生產(chǎn)能力。因此，當(dāng)數(shù)控車間具有相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模后，采用MES提高數(shù)控車間信息集成與整合能力就成為迫在眉睫的工作。

　　數(shù)控生產(chǎn)的信息管理需要MES

　　數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到今天已不再是早年的專有、封閉的NC 單元，現(xiàn)代的數(shù)控裝置實(shí)際上就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，甚至是一臺(tái)高性能的通用計(jì)算機(jī)，當(dāng)然承擔(dān)的工作也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出數(shù)控功能本身。另外，數(shù)控生產(chǎn)靠加工程序，手工編程僅能應(yīng)付簡單零件的加工，編制復(fù)雜零件的加工程序必須在計(jì)算機(jī)上完成，以數(shù)控編程為主的CAM技術(shù)就是用計(jì)算機(jī)直接為數(shù)控加工生產(chǎn)服務(wù)。

　　隨著加工對象的日趨復(fù)雜，靠手工錄入的加工程序越來越少，加工程序的傳輸變得越來越頻繁，且數(shù)控設(shè)備反饋的狀態(tài)信息、監(jiān)控信息、檢測信息等對生產(chǎn)管理提供了非常有價(jià)值的決策依據(jù)，通過DNC、通過網(wǎng)絡(luò)雙向傳輸程序已經(jīng)成為數(shù)控車間必須具備的通訊能力；同時(shí)，數(shù)控計(jì)算機(jī)還能把計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)、完成信息都提供給生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

　　此外，在數(shù)控加工中刀具已不再是單純的加工工具，而是直接參加編程加工的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，刀具要預(yù)調(diào)，預(yù)調(diào)信息要帶入系統(tǒng)；刀具號、刀補(bǔ)號、刀具參數(shù)、刀具檢測以及換刀等指令信息都作為不可或缺的重要信息資源參與生產(chǎn)過程。還有CAPP系統(tǒng)生成的機(jī)加工藝、數(shù)控工藝和 CAM系統(tǒng)自動(dòng)生成工藝過程、加工參數(shù)都需要集成在一起，當(dāng)然維系制造過程還有必不可少的生產(chǎn)組織，物料定額、輔助工具等都要參加信息管理。所以，數(shù)控生產(chǎn)除了具備常規(guī)的切削加工功能外，還包括了一系列信息處理應(yīng)用的集成，因此數(shù)控生產(chǎn)的信息管理需要MES。

　　裝備制造業(yè)不乏MES的成功案例

　　在裝備制造業(yè)基于制造執(zhí)行過程管理的實(shí)踐要遠(yuǎn)早于MES在流程生產(chǎn)中的應(yīng)用，而且這些實(shí)踐都是以數(shù)控技術(shù)為核心展開的，只是當(dāng)年沒有MES這樣明晰的理念，也不具備大面積普及推廣的需求。

　　早在上個(gè)世紀(jì)80年代就開展的FMC單元和FMS系統(tǒng)的試點(diǎn)，其中的執(zhí)行過程管理就有MES的雛形；而后，90年代的CIMS樣板工程中也不乏制造執(zhí)行管理技術(shù)的支撐。盡管FMS、CIMS僅起到示范工程的作用，不具備大面積的推廣條件，但從技術(shù)路線上、從工程實(shí)踐上用信息技術(shù)打通了生產(chǎn)現(xiàn)場控制環(huán)節(jié)，為裝備制造業(yè)在數(shù)控生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用MES鋪平了道路。

　　以成飛CIMS項(xiàng)目為例，在國家CIMS示范工程中成飛CIMS被公認(rèn)是最實(shí)用的，其核心部分是3C系統(tǒng)與FA控制器， FA是管理信息、工程信息和底層設(shè)備信息的匯集點(diǎn)，與3C系統(tǒng)、工藝文件管理系統(tǒng)緊密集成，在數(shù)控中心擔(dān)起了MES的重任。在成飛一萬四千平方米的數(shù)控廠房建立了FDNC生產(chǎn)線、物料立體庫和刀具立體庫，F(xiàn)A的車間控制器和單元控制器實(shí)現(xiàn)了車間生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度的計(jì)算機(jī)管理，物料工作站、刀具工作站和工藝準(zhǔn)備工作站取代了手工管理；建立了數(shù)控車間網(wǎng)絡(luò)集成環(huán)境，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式數(shù)據(jù)庫支持下實(shí)現(xiàn)了車間計(jì)劃、管理、控制信息反饋、統(tǒng)計(jì)和查詢等信息集成；以MES應(yīng)用為核心的生產(chǎn)管理體系，實(shí)現(xiàn)了基于零件訂單的制造管理。成飛CIMS的運(yùn)行取得了良好的效益，生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制周期明顯縮短，計(jì)劃合理性明顯提高；作業(yè)計(jì)劃與資源管理的集成，使資源準(zhǔn)備向集中配送方式轉(zhuǎn)變，減少了機(jī)床停工時(shí)間；生產(chǎn)現(xiàn)場由DNC應(yīng)用逐步向網(wǎng)絡(luò)化制造數(shù)據(jù)管理階段過渡，生產(chǎn)現(xiàn)場的快速響應(yīng)能力和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性有了很大的提高；生產(chǎn)管理的進(jìn)步大大提高了數(shù)控設(shè)備利用率。

　　從某種意義上講，成飛CIMS是九五 期間采用MES的成功案例，十五期間也涌現(xiàn)出北一大隈、寧夏小巨人等一批高度數(shù)字化的工廠，成為在數(shù)控方面成功實(shí)踐MES的典范。

　　以上鮮活的案例充分證明MES完全適合高度數(shù)字化、信息化的數(shù)控車間，MES在離散制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)大有用武之地。

　　頂級PLM廠商瞄準(zhǔn)MES市場

　　離散型行業(yè)的MES市場是一塊很大蛋糕，現(xiàn)在國際、國內(nèi)已有專業(yè)公司開發(fā)面向離散型制造的MES軟件系統(tǒng)，值得注意是，面對MES軟件的巨大潛在市場已有國際頂級軟件廠商的加盟，足以證明這個(gè)蛋糕的誘人之處。

　　PLM領(lǐng)域全球三大頂級廠商達(dá)索公司、UGS公司與PTC公司，在引領(lǐng)裝備制造業(yè)數(shù)字化技術(shù)、推進(jìn)CAX、PDM/PLM應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用，在新一輪的角逐中，三大廠商同時(shí)把目標(biāo)鎖定在數(shù)字化制造和生產(chǎn)過程的信息化上。達(dá)索公司首先擁有了Delmia系統(tǒng)，UGS 公司也將Tecnomatix系統(tǒng)收于麾下， PTC公司行動(dòng)最遲，終于在2006年成功收購了Polyplan 系統(tǒng)，三大廠商都擁有了完整的數(shù)字化制造解決方案，在又一輪競爭中達(dá)成了新的平衡。號稱數(shù)字化工廠（eMPower）和制造過程管理（MPM）的軟件Delmia、Tecnomatix、Polyplan都把制造執(zhí)行系統(tǒng)MES作為重要的組成部分，三大廠商的參與顯而易見要拉動(dòng)裝備制造業(yè)MES市場新的格局。對于離散制造業(yè)來講，有全球三大PLM廠商作后盾當(dāng)然是好事，離散型行業(yè)MES的應(yīng)用與發(fā)展有了可靠保障。三大PLM廠商都有非常成熟的CAD、CAM產(chǎn)品，都深深地涉足數(shù)控加工領(lǐng)域，所以用各自擁有的MES產(chǎn)品推進(jìn)數(shù)控車間信息化是順理成章的事。

　　青云公司MES的設(shè)想與方案

　　北京青云航空儀表公司是中國一航的機(jī)載設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，青云數(shù)控的現(xiàn)狀與許多企業(yè)差不多：經(jīng)過十余年的技改，數(shù)控機(jī)床從當(dāng)初的一臺(tái)陸續(xù)增加到二十多臺(tái)，且分布在幾個(gè)廠房，由于缺少系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整體規(guī)劃，這些先進(jìn)設(shè)備的生產(chǎn)能力沒有得到充分施展，且管理信息化程度低，管理手段落后、管理工具缺乏、管理流程不暢已經(jīng)成為束縛先進(jìn)生產(chǎn)力的羈絆。青云的數(shù)控制造體系亟待進(jìn)行信息化、網(wǎng)絡(luò)化的改造、整合、提高，對青云數(shù)控的現(xiàn)狀本人一直耿耿于懷，MES的出現(xiàn)進(jìn)一步增強(qiáng)了本人開展數(shù)控車間自動(dòng)化的動(dòng)力。

　　在青云信息化建設(shè)的規(guī)劃與方案中納入了MES的相關(guān)內(nèi)容，在數(shù)控車間建設(shè)的信息化配套方案中提出了準(zhǔn)MES的信息管理模式，將編程、工藝、刀具管理、工裝管理、DNC、程序管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理等都集成、整合到MES體系之中。

　　網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是MES運(yùn)行的前提，新廠房的建設(shè)為統(tǒng)一構(gòu)建數(shù)控車間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供的絕好的機(jī)會(huì)，DNC通訊網(wǎng)和車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與控制網(wǎng)絡(luò)為MES 實(shí)施與運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

　　將原處于分散的數(shù)控設(shè)備集中到一起，并陸續(xù)引進(jìn)一批新的高性能加工中心，三十幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床在新廠房里按6S管理定置標(biāo)準(zhǔn)依次排列，為展示青云實(shí)力增色不少，也為MES創(chuàng)造了集中的實(shí)施與運(yùn)行環(huán)境。

　　由于早期引進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)自身的計(jì)算機(jī)能力不強(qiáng)，為此將設(shè)計(jì)部門淘汰的計(jì)算機(jī)配置給數(shù)控機(jī)床作為機(jī)側(cè)計(jì)算機(jī)，參與DNC網(wǎng)絡(luò)通信、加工程序的編輯，同時(shí)作為管理信息終端，及時(shí)向生產(chǎn)管理系統(tǒng)反饋現(xiàn)場信息，這樣每一個(gè)數(shù)控工位都成為MES系統(tǒng)忠實(shí)的信息節(jié)點(diǎn)。

　　數(shù)控中心信息化集成系統(tǒng)包括車間CAM、車間DNC、車間MES三大功能模塊。

　　車間CAM：強(qiáng)化數(shù)控車間CAM系統(tǒng)，以解決由于編程能力不足、編程水平不高導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床利用率低，零件數(shù)控加工覆蓋率低的難題。通過擴(kuò)大CAM應(yīng)用可充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的加工潛力，極大地提高數(shù)控機(jī)床利用率，將數(shù)控應(yīng)用覆蓋到所有應(yīng)該采用數(shù)控加工的零件。

　　車間DNC：建設(shè)數(shù)控車間DNC系統(tǒng)，以擯棄目前采用的人工聯(lián)機(jī)傳輸程序代碼的落后數(shù)控通訊方式，通過 DNC網(wǎng)絡(luò)不僅可以實(shí)現(xiàn)程序代碼高速、暢通的傳輸與通訊和集成化管理，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的在線加工和機(jī)床運(yùn)行信息的采集與系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控，為MES提供生產(chǎn)一線信息。

　　車間MES：啟動(dòng)數(shù)控車間MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控加工程序的存儲(chǔ)管理與權(quán)限管理；對刀具庫、工裝庫、工藝規(guī)程、機(jī)床設(shè)備等制造資源、工藝資源的有效管理與充分利用；對車間生產(chǎn)信息（計(jì)劃、調(diào)度、統(tǒng)計(jì)、采集、監(jiān)控）的綜合管理與決策支持。即通過車間MES系統(tǒng)把與數(shù)控加工相關(guān)的所有數(shù)據(jù)、流程、業(yè)務(wù)、資源用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)管理起來，使數(shù)控中心的運(yùn)營效率和管理水平與先進(jìn)制造能力相匹配。

　　CAM、DNC、MES三大功能模塊各盡其職又相輔相成，覆蓋了數(shù)控生產(chǎn)的技術(shù)、運(yùn)行、管理的全過程。雄厚的數(shù)控編程實(shí)力和一流的數(shù)控編程水平，暢通的數(shù)控程序傳輸和規(guī)范的程序代碼管理，實(shí)時(shí)、透明、協(xié)調(diào)的生產(chǎn)運(yùn)營與制造資源的信息化管理，構(gòu)成數(shù)控中心信息化的集成解決方案。

　　可以預(yù)見，有MES管理的加盟將大幅度提高零件加工的數(shù)控化率、數(shù)控設(shè)備的有效利用率、數(shù)控加工效率與產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)字化生產(chǎn)線的柔性加工能力、產(chǎn)品的異地協(xié)同制造能力，從而大幅度提高企業(yè)市場應(yīng)變能力，全面提高企業(yè)核心競爭力。

　　中國一航要用信息化帶動(dòng)航空工業(yè)的騰飛，要推進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在制造車間大力推動(dòng)MES的工程應(yīng)用、DNC和網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)，建立數(shù)字化制造車間，實(shí)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)（制造信息）、管理和過程與加工質(zhì)量控制的信息集成，提高設(shè)備利用率、加工效率、和產(chǎn)品質(zhì)量和快速研制及批量生產(chǎn)能力。所以青云只有加速推進(jìn)MES才能與中國一航的數(shù)字化進(jìn)程保持同步，青云數(shù)控才能成為數(shù)字軍工的重要組成部分。

　　在數(shù)控車間推進(jìn)準(zhǔn)MES的應(yīng)用只是青云MES建設(shè)的第一步，青云是UGS公司的CAD/CAM軟件和PLM系統(tǒng)的企業(yè)用戶，與UGS公司有著長期合作的歷史，現(xiàn)在UGS公司的Tecnomatix系統(tǒng)能夠全方位提供MPM與MES的功能模塊，這些模塊可以與UGS公司的數(shù)字化設(shè)計(jì)工具與數(shù)字化管理工具無縫整合，因此，青云在上MES項(xiàng)目時(shí)將把UGS公司的Tecnomatix系統(tǒng)作為優(yōu)選方案，MES的應(yīng)用重點(diǎn)也將從數(shù)控車間逐步拓展到航空儀表的裝配生產(chǎn)線。

　　十一五科技部提出了兩甩的工作目標(biāo)， 甩圖紙要通過CAX、PLM實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化， 甩帳表 要通過ERP實(shí)現(xiàn)經(jīng)營管理一體化，而兩甩要見實(shí)效，還必須有MES在生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)的鼎力支持。十一五MES將成為信息化發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)，在制造業(yè)中得到更廣泛、更深入的應(yīng)用，借本次大會(huì)交流之際，讓我們共同為提升離散制造業(yè)的MES應(yīng)用出謀劃策，讓流程行業(yè)與離散型行業(yè)插上MES的翅膀比翼齊飛，讓MES在制造業(yè)全面發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)我們共同的制造強(qiáng)國之夢。