订单驱动智能制造技术研究 本文关键词：技术研究，订单，驱动，智能，制造
订单驱动智能制造技术研究 本文简介：摘要：21世纪是信息高速发达的时代，在互联网的冲击下，制造业面临着更严峻的市场压力，如何快速及时地交付满足客户需求、质量过硬的产品成为了制造业的重点；同时也为制造型企业带来了一次飞速发展的机遇，不少因循守旧，不愿意革新的企业可能面临着淘汰的风险，唯有与时俱进，不断开拓创新才能成为行业领导者。关键词：
订单驱动智能制造技术研究 本文内容：
摘要：21世纪是信息高速发达的时代，在互联网的冲击下，制造业面临着更严峻的市场压力，如何快速及时地交付满足客户需求、质量过硬的产品成为了制造业的重点；同时也为制造型企业带来了一次飞速发展的机遇，不少因循守旧，不愿意革新的企业可能面临着淘汰的风险，唯有与时俱进，不断开拓创新才能成为行业领导者。
关键词：信息化；工业4.0；智能制造；两化融合
当前传统制造主要有三大需求：提高生产效率、缩短产品上市时间、增加制造的灵活性。在传统的制造条件下，要同时满足这三大需求并不容易，企业通常通过牺牲灵活性来提升生产效率和缩短产品上市时间。要同时满足这三大需求，保障并提升产品质量，势必要进入工业4.0时代：第一次工业革命是蒸汽时代，第二次工业革命是电气时代，第三次工业革命是计算机技术开始应用在制造业上，提升自动化水平，即将到来的工业4.0时代将是第四次工业革命。“工业4.0”有三个要素：第一是跨企业的生产网络融合。MES（ManufacturingExcutionSystem制造执行管理系统）将会起更加重要的作用，自动化层和MES之间的对接会变得更加重要，且更加的无缝化，还能跨企业来实现柔性的生产。所有的信息都要实时可用，供生产网络化环节使用。数据自动采集成为必然[1]。第二是虚拟与现实的结合。也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和现实世界的融合，这就使我们能够满足生产效率越来越高、产品上市周期越来越短、产品日趋多样性等带来的挑战[2]。第三是信息物理融合系统（CPS）。未来的智能工厂中，产品信息都被输入到产品零部件本身，它们会根据自身生产需求，直接与生产系统和设备沟通，发出接下来所需生产过程的指令，指挥设备把自己生产出来。这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求[3]。工业4.0和智能制造的基础是数字化，产品数字化、工艺数字化、工厂数字化、数据实时化，最终实现虚实贯通。在数字化的基础上，伴生网络化，从全球站点到现场设备，实现网络的互联互通。
1总体集成架构
整体方案主要由设计研发平台PLM，企业资源管理系统ERP，生产过程管理系统MES，生产自动化设备，数据中心和云平台六大部分组成，其系统集成架构如图1。通过在设计研发平台PLM的建立，实现产品三维设计和数字化工艺，并通过仿真分析进行组装、实验等，以建立起完整数字化双胞胎。通过企业资源管理系统ERP的应用，及时将销售信息转变为生产计划，并控制各环节库存周转效率，实现制造一体化和业务财务一体化管理。基于工业以太网，通过生产过程管理系统MES和生产自动化设备的高度集成，实时管理多品种混线生产，且车间数据实时透明，可以大幅降低车间管理的复杂度。通过引入云平台，实现用户需求的同步共享和整条生产线的高度协同。用户提交订单后，订单信息实时传到企业资源管理系统ERP，通过生产计划优化排产，将信息自动传递给各个工序生产线及库房。不同的工序根据指令生产相对应的零部件，最后在总装线上进行组装[4]。企业的管理者及企业授权的用户可以在云端实现智能商务、智能管控、智能服务和线上虚拟工厂，整合产品、运营设备、价值链数据，实现大数据分析及决策支持。通过数据中心建设，实现企业基础数据的统一管理，对企业各类数据进行集中安全管控，同时为公司管理层提供准确及时的决策信息。
1.1产线建设
智能制造的基础是实现自动化，通过自动化改造实现生产布局优化，物流方式改进，进而实现生产效率的提升，物流的优化，减少搬运浪费及在制品堆积，等待浪费；提升工序能力及自动化率，缩短生产周期，减少人力成本投入；消除瓶颈工序，实现线平衡率提升，改善现有生产方式，提升制造力水平，是实现智能制造的基础及关键[5]。生产过程中采用RFID作为物料流转的识别技术。产品的物料型号等信息存储于托盘上的RFID标签内。在整个流转周期，物料与RFID完全匹配，不发生脱离[6]。以工艺优化为基础设置合理的挡停点，实现产线的自动运转和产能均衡。
1.2设计研发平台PLM系统建设
1.2.1基于MBD的设计师基于设计研发平台系统平台，全面采用基于MBD的三维数字化设计方法，实现全三维建模和三维标注，以三维数据为产品的最终设计结果，并传递到下游的工艺部门和制造部门，实现设计到制造工厂的全三维一体化流程、实现从设计到制造的全三维模式、实现设计与制造环节的有机结合，提高和加速产品数字化研发能力，缩短产品开发周期，降低产品成本，提高产品质量。1.2.2知识库创建基于大量产品设计经验的基础上，总结出各个专业的知识和经验，并在系统中通过分类库、工艺资源库等形式固化下来，形成企业的知识共享库，能够及时提供给相关的设计人员进行参考和借鉴，减少重复错误，提高设计能力和设计质量。统一的设计和制造知识库，是基于知识库的设计/制造协同系统最重要的组成部分。主要由产品设计知识库和制造知识库构成，其内容需包含：①标准与规范。即产品研发中需遵循的约定和要求，例如国家标准、行业标准、企业标准等，其表现形式通常为文档资料；②典型流程。针对典型产品研发的过程总结，它集中体现了产品研发过程中的实际经验，是多年、反复的经验总结，它表现为指导书的形式供产品研发人员参阅；③重用库。即可重用的特征库和零件库，为产品的模块化、系列化研发提供了技术保障；④典型案例。即成熟的产品案例，它们既可作为新产品研发的起点，也可作为新的技术人员学习的好素材；通用件库和制造资源库；基于质量体系的设计经验库、缺陷库。1.2.3仿真分析在完成概念设计或者详细设计后，不需要进行物理样机制造和测试，通过设计仿真业务模拟产品各种实际测试环境，通过设计仿真业务了解产品实际性能，从而指导设计，优化设计方案。根据产品的设计仿真需要，设计仿真应具备静力学、高级非线性、动态响应、热分析、热固耦合和电热耦合等多物理场耦合分析能力，后处理功能能够通过云图、动画、曲线图等方式查看电连接器的仿真结果[7-8]。同时，还需进行容差分析，进行严格的公差设计，保证产品的加工精度和装配精度，对产品零部件的装配尺寸精确度和尺寸链进行评估和仿真分析，从而科学的确定各零部件的加工精度和装配要求，确保产品的尺寸精度。最后通过仿真管理平台进行仿真数据的管理和运用。1.2.4协同管理在产品设计过程中，设计人员能够在数字化设计工艺制造一体化平台中，实现设计数据的提交、审批、管理和共享，实现研制过程的协同和高效。在研制过程中，管理信息、设计信息、工艺信息、资源信息、制造信息、质量信息被有效整合和管理，实现在一体化平台下的设计和生产协同体系、科研生产的高效运行模式、科研生产的管控流程。
1.3企业资源管理ERP系统建设
1.3.1统一的编码管理建立统一的主数据平台，对主数据（物料、客户、供应商、组织、会计科目）进行统一管理，实现主数据的新增、更改、停用统一在编码系统（软件模块）中进行，其他系统不单独增加编码，实现平台数据的抽取汇总，能与十院的主数据平台进行对接。1.3.2销售与分销管理SD实现销售订单的按行管理；实现销售计划的集团化统一管理，按分公司进行计划分解与下达；对销售计划的生产执行情况进行跟踪监控与协调；建立销售计划更改处理机制，明确当销售计划更改后，正在执行节点的处理方式；产销协同管理，销售订单能够自动关联到成品仓库，查询现有成库存；对客户开展信用管理（军民品客户一致），比如分ABC三类，A类：先发货后收款，B类：款清发货，C类：款到发货，民品按协议期回款，报账三个月，做发货控制；实现预测计划管理，并对预测计划按照标准BOM进行用料预先分解（现有BOM内不包含原材料外购件）；建立大客户管理和服务平台，从售前、售中、售后建立绿色通道，比如订单紧急处理，订单生产状态信息开放和对接；实现APP移动化办公应用，比如销售员在外面就可以查询产品成本价等。销售管理包括销售预测、订单管理等各种类型的需求，覆盖从合同需求管理、任务订单整理下达、销售发货、装箱运输、销售开票结算、销售统计分析、信用管理等；同时要实现与制造、供应链、财务、质量等各业务环节的对接集成，并能够通过系统进行过程管理和数据统计分析等。1.3.3生产管理生产计划管理属于ERP核心内容，集团化ERP的主要任务是管理各分公司之间计划运作与计划协同。MPS与MRP需要按照一定条件进行运算，比如可以选择只运算苏州华旃事业部。或者进行整体运算后各子公司计划员能区分自身的建议计划数据；齐套情况分析管理，齐套分析包括已经齐套列表，按照指定仓库的模拟齐套（有库存但未发放），缺件列表。计划协同，各分公司之间可以相互下达计划，同时可以进行计划调整。生产批次细化，可对同一销售订单进行同时、分批量多批次生产计划下达。预测计划下达，可根据销售预测计划下达生产订单。具有非ATO、LP物料销售订单按单下达生产，可根据销售订单（物料非ATO件、非LP件），下达参照生产订单。1.3.4采购管理实现供应商的集中统一管理，供应商采购数据的自动收集，形成对比报表，年度供应商目录，修订，考核；实现大宗物资的集中招标采购，招标后的分单及发货、到货、开票结算等，按照招标结果，实现采购订单的配额管理，系统按配额控制采购订单和采购价格。具有合格供应商目录（AVL）管理，能实现合格供应商物料的导入、暂停、启用、删除等；并提供供应商证照管理。实现供应商价格管控，具备物料最低价供应商提示和管理，具备该供应商单价异常提示采购（含委外）订单容错管理，可实现订单未完全到货的容错；委外核销的精细化管控：具备同一委外订单，已入库和已核销数量提示；对IQC检验不良记录，并记录供应商改善分析，改善效果追踪与供应商建立供应链关系，包括采购订单的下达与分单、供应商接收开工、供应商发货、到货、入库等供应链管理。1.3.5财务管理实现财务集中管理，包括总账管理、票据管理、资金管理等，实现现金流量表、合并报表的自动编制；实现各核算单元独立成本核算。总账核算管理，覆盖从本部到分公司统一的财务核算制度、核算流程和报表管理等应用，在凭证制单、会计分录、单据归档和财务结账等业务环节制定统一的管理规范；另一方面，支持实现财务核算同时满足外部要求的规定和管理核算要求，并为合并报表管理提供数据基础。实现业务与财务一体化集成（采购、生产、库存、销售、人力、项目管理、费用报销等），避免人工登账的麻烦与失误，确保财务信息及时反映业务情况，避免数据的重复输入和重复存储，提高数据的准确性和一致性，实现物流、资金流、信息流的统一。
1.4生产过程管理系统MES系统建设
MES系统作为智能制造中的重要一环，前端衔接ERP系统的计划规划，后端控制设备任务和监控设备状态。MES的需要将企业资源进行数字化定义，形成信息系统可识别、可利用数据模型。资源管理包括部门、班组、生产线、工位、设备、工序、物料、人员等数字化定义，以及将生产业务流程和管理思路等模型化定义[9-10]。工艺集成：系统需具备工艺集成接口，接受数字化、结构化的工艺数据，向工艺系统反馈生产过程中实际采集到的过程数据；当企业的工艺未实现数字化结构化，能在系统中进行数字化、结构化的工艺管理。实现ERP集成、设备集成、生产排程、过程管控、跟踪与追溯，系统提供生产分析报表，包括任务完成率、任务实时进度、订单插单率等。质量分析报表、设备分析报表，包括设备OEE、设备利用率、设备可用率等。工时报表，包括车间输入和输出工时统计、工人工时统计，以实际加工工时与额定工时的对比报告等。
1.5企业云平台
以企业云平台为基础，通过数字（虚拟）工厂、现场设备数据实时采集技术以及生产过程数据的实时管控等手段，实现包括设备状态、产品状态、能耗等设备之间信息的互联互通信，以及生产进度、产品质量等管理信息流的快速流转，从而实现“事先仿真验证，事中实时监控，事后大数据分析优化”的基于云平台的数据透明的运营管控模式，降低运营成本，提升企业运营管控的透明化水平。
2结语
智能制造的实施重点在于业务流程环节的全面打通，消除信息孤岛，可能会牵涉到业务流程、工作职责甚至组织架构的变革，一成不变的将现有流程搬入信息系统，将会事倍功半，且达不到该有的效果。智能车间不等同于无人化车间，产品工序是否做自动化要综合产品设计、工艺是否满足自动化条件，必要时需要对产品设计和工艺进行优化，并综合考虑与人工相比投入产出是否会有提升，不为自动化而自动化。才能实现符合企业生产实际的智能制造车间。
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作者：吕江涛 单位：贵州航天电器股份有限公司
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