制造运行管理系统与智能制造

【前言】 工业生产制造是人类最主要的社会活动之一，自从大约300年前发生在英国的第一次工业开始，人类共经历了四次大的工业，即所谓的工业1.0（机械化）、工业2.0（电气化）、工业3.0（信息化）及目前正在来临的工业4.0（智能化）。目前以信息化为应用的工业自动化生产过程与市场、物流、产品设计以及公司管理等各方面联系越来越紧密，它们之间的关系不仅是纵向的，还是横向的，还可能是复杂的闭环生态系统。以智能工厂、智能装备、智能服务等为主题的智能制造已成为未来制造业的发展方向。因此，无论是在未来的智能制造阶段还是在目前信息化制造阶段，工业自动化的制造模型、技术和工具等已发生相应变化。

本文主要是从工业控制的角度来探讨、理解工厂信息化和智能化建设的理论模型、技术、工具及解决思路。

一，企业信息化管理的组成

企业信息化建设牵涉的范围广（如下图示），这些常用的信息管理系统其具体定义和功能不是本文重点，本文主要从工业控制的角度，它们与现场控制层关系的远近，首先简单分析各自特点及其相互关系,本文重点在MES。

从管理理念而言，ERP是提高企业内部资源的计划和控制力，以效益为中心；CRM更关注市场与客户。如果说ERP是企业级的全面管理应用的话，那么CRM就是ERP的前端，可以看作ERP的一部分。

PLM倡导的是创新，以产品研发为中心，其目标是期望通过产品设计及流程的有效管理，从设计源头控制产品质量，实现“开源”、“生钱”；ERP强调的是控制，则侧重于制造领域物流的管理，目的是“节流”、“省钱”。所以有种说法：理想的生产自动化不仅是由设备本身的自动化水平而决定（当然生产设备自动化是最重要的）；还与产品及其工艺的标准化、流程化、自动化有关。

SCM与ERP互补，属于两个不同范畴，ERP基本是企业内部的问题，SCM对企业来说是成本性系统。

BPM组织管理计划、执行、控制、监控和改进等业务流程，关注企业的工作流程制度化、标准化；ERP关注企业如何合理分配资源满足生产和客户的需求，是事务处理系统。实际应用中业务流程往往独立配置于管理系统(ERP、SCM、CRM等)中。

ERP的重点在于财务，也就是从财务的角度出发来对企业的资源进行计划，相关的模块也是以财务为核心的展开，最终的管理数据也是集中到财务报表上。MES重点在于制造，也就是以产品质量、准时交货、设备利用、流程控制等作为管理的目标。ERP管理的范围比MES大，MES管理比ERP细。企业生产资源作为企业资源的一部分，也在ERP管理的范围内，也相应有生产计划、数据采集、质量管理、物料管理等功能模块，所以往往和MES会混淆。但ERP管理的范围主要是以工作中心为单位，MES能更细致到每个制造工序，对每个工序进行任务的下达、执行控制和数据采集、现场调度等。

ERP主要采用填写表单和表单传送的方式实现管理，现场收到的制造任务是通过表单传达，现场制造数据也是通过填写表单完成收集。MES是采用事件的方式实现管理，生产订单的变化和现场的制造情况，通过MES内置的引擎立刻触发相关事件，要求相关人员或设备采取相应的行动。

所以说ERP是事务驱动，MES是事件驱动。而现场设备控制层则是实时驱动，对于即时性要求很高。相比时间紧迫性上，MES要求低点，一般达到及时就可以。而ERP要求更低，能达到事务上一定的相对同步就可以。但到智能制造阶段，时间紧迫标准上要求越来越高，如生产数据即时分析，快速交货，市场快速响应等。

制造企业的信息管理系统都是由许多独立的子系统组成，基于事务处理的各子系统和许多基于实时操作的车间生产子系统，集成难度高、相容性比较低。上面提到的几个企业信息管理系统在现代企业建设中都很重要，虽然不象现场生产控制系统那样必不可少，但一般制造企业或多或少会建立某些信息管理系统。传统的企业信息建立方式是各取所需分别建立，不同企业不同性质的管理系统其功能和内容往往不同。人工和表单、文件等往往是最主要的作业方式；而且人工和表单、文件等往往还是不同系统联系的纽带。但现在企业精细化管理要求下，尤其是智能制造时代来临，不但人工手动作业的方式越来越不适应现代生产制造要求，而且信息自动化的内涵和形式也发生很大变化。

二，智能制造

智能工厂、智能车间，智能设备是智能制造的主要方面，它也是工业自动化关注重点。智能车间以产品生产整体水平提高为核心，关注于生产管理能力提高，产品质量提高，客户需求导向的及时交付能力提高，产品检验设备能力提高，安全生产能力提高，生产设备能力提高，车间信息化建设提高，车间物流能力提高，车间能源管理能力提高等方面。通过网络及软件管理系统把数控自动化设备(生产设备，检测设备，运输设备，机器人等)实现互联互通，达到感知状态(客户需求，生产状况，原材料，人员，设备，生产工艺，环境安全等信息)，实时数据分析，从而实现自动决策和精确执行命令的自组织生产的精益管理境界的车间。

相对于传统制造，智能制造最主要的特点是适应大规模个性化定制生产的柔性制造能力。相对于信息化的3.0时代，从用户到供应商到制造商、应用商，从市场到工厂纵向集成，横向集成，形成一个闭环生态的制造链。

在智能车间，数控机床、机器人、机器视觉、AGV搬运车、仓储等是最常用的智能设备。

根据CIM公共信息管理模型，以面向对象的分析和设计方法，建立通用的信息模型，统一的数据结构，模块化、标准化功能或组件等是建立企业信息化及生产过程自动化最有效的思路。

基于通用信息模型，定义智能制造装备的通用信息模型如：数控机床、机器视觉、机器人等。信息模型是对物理对象的数字化，可反映实际物理对象和数据的关系，信息模型使得不同应用程序对所管理的数据进行重用，可实现对象映射，与现有集成技术的映射，如OPC UA，边缘计算等。可形成标准化的通用集成解决方案，信息模型可通过标准化、程序化的形式进行固化。