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(duì)生產(chǎn)需求做出快速反應(yīng)，迫切地需要對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)，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(chǎng)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(duì)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(jí)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(jí)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(qǐng)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(duì)生產(chǎn)需求做出快速反應(yīng)，迫切地需要對(duì)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(duì)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(cè)信息等對(duì)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(hào)、刀補(bǔ)號(hào)、刀具參數(shù)、刀具檢測(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(jí)PLM廠商瞄準(zhǔn)MES市場(chǎng)

　　離散型行業(yè)的MES市場(chǎng)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(duì)MES軟件的巨大潛在市場(chǎng)已有國際頂級(jí)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(jí)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(jìng)爭中達(dá)成了新的平衡。號(hào)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(chǎng)新的格局。對(duì)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)數(shù)控加工程序的存儲(chǔ)管理與權(quán)限管理；對(duì)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(duì)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(chǎng)應(yīng)變能力，全面提高企業(yè)核心競(jìng)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(mèng)。