MES/APS发展的三个重点

文章来源:APS研究
2020-05-21

2014年的时候,写了一本书《制造执行系统(MES)实现原理与技术》,当时探讨了MES的几个理论发展。已经5年了,现在回头看发现两点:一是结合现在智能制造和工业互联网的发展,个人感觉仍然是需要仔细揣摩的几个方面;二是事实上的进步并不大,或者远未达到自己的期望,不仅有自己的,也有对这个行业的。


    下面的文字一字未改,还是5年前的状态。


    (1)可重构制造系统(RMS)理论及其与MES的结合

       自从KorenY教授与1996年提出可重构制造系统(RMS)以来,其为适应生产任务动态变化而调整制造系统构形的思路就吸引了学术界和企业界进行了大量的研究和应用。但截至目前,RMS研究偏重于静态、阶段性的制造系统构形调整,对于面向动态、执行层次的制造系统构形的持续、演变研究则比较缺乏。而对于制造企业当前普遍的研制性与批产性产品混线生产形式,通过基于RMS理论与方法组织形成局部、逻辑且动态变化的制造单元以应对其中的大批量任务、关键/重要任务、精密加工任务,以实现加工效率和加工质量一致性的提升,而普通或者研制性小批任务则采取穿插形式进行生产以保证柔性,从而实现效率与柔性的统一,是一条值得探索的有效思路。其中涉及到制造单元的动态构建与继承性演变调整、重构调度及其动态调整等技术难点。


       2)复杂排产调度约束处理与智能优化算法

       排产调度是MES的核心支撑技术,虽然目前关于调度的研究文献异常丰富,但实际应用效果普遍不理想,其核心原因在于排产调度需要大量准备的基础数据以及企业实际提出的复杂生产约束,从而制约了排产调度软件的工程化应用。目前制造业信息化的三类主流软件,PDM系统已经基本由国外软件垄断,ERP系统国外软件供应商日益强势,MES系统是最后一个亟需坚守的领域。虽然国外针对作为MES核心的调度相关APS(高级计划排程)理论和软件进行了大量研究,我国处于相对劣势地位,但制造企业呈现出的复杂排产调度约束仍然是国内外尚未有效解决的核心难点,从而也为MES的国产化提供了机遇。

       制造企业目前呈现出的复杂排产调度约束主要体现为三个方面:一是复杂高效的时间约束处理,如面向精密件的配作型生产要求保证一对一、一对多、多对一等形式下的工序时间节点有序协调,如综合考虑热处理的产品组合自动优化以及炉腔容积规则下的工序时间节点有序协调等;二是复杂的制造资源综合约束处理,如面向设备的点资源、面向轨道的线资源、面向场地的空间资源等约束处理,如考虑人员技能水平的柔性、智能化约束等,如面向资源级联的约束处理等;三是高效智能优化算法研究与应用,但目前智能优化算法在MES中的应用存在两个方面的问题:一是应用时机,即智能优化算法比如纳入到整个MES体系中进行应用,能够体现在计划排产与动态调度的相应框架内进行应用,这方面本书给出了初步的探索和尝试;二是智能优化算法对复杂调度约束的处理机制方面,必须能够满足实际的复杂生产约束。


       3)物联网技术及其与MES的结合

       随着物联网和传感器网络为代表的网络化嵌入式感知和计算技术的发展,制造系统中开始集成大量具有感知、信息处理和通信能力的灵巧智能设备,用于数据的采集、事件的探测和决策的执行。该种技术的应用对MES系统的应用对象以及运行形式具有深刻的影响,通过在产品、工具资源、储运装置、加工设备等安装智能感知传感器将极大的改变目前MES的组织与运行形式,能够有效的推动MES从层次化的主动控制演变为扁平化的自主智能适应性控制形式的转变。但对于军工企业,必须提出能够满足保密安全要求的适应性解决方案,以便于实现基于无线传输的智能传感器能够在车间中进行应用。


作者信息:王爱民,北京理工大学数字化制造研究所所长,长期从事MES、APS等技术研究、系统开发与实施应用。



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