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数字工厂:从MES迈向“智”造

来源:智汇工业

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关键词:智慧工厂 MES

    当我们说智能制造时,我们在说什么?是智能装备、智能工厂?还是云、大数据或是服务型制造?抑或是工业互联网?再微观一些,是机器换人,还是AI?

    或许有人说,这都是智能制造的范畴。不过,研发与生产是工厂的核心,智能工厂也成为了智能制造的核心。对于不同发展阶段和不同形态的企业来说,数字化、网络化、智能化的道路各不相同,但在构筑智能工厂、通往智能制造的过程中,不可或缺的一个共同环节就是制造执行系统(MES)。

    定位于整个车间制造过程管理的MES,根据订单、计划进行作业排程,它构筑了计划管理层与底层控制层之间的桥梁,既让ERP得以落地,也优化生产过程。由此,MES成为智能工厂(数字化工厂)的核心,也是精益生产的关键环节。

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    太极智能工厂架构图

    乱花渐欲迷人眼。当前,工业互联网持续发酵,大数据、AI热度持续上升,但工厂智能化之路依然需要因企而异。对此,太极计算机股份有限公司企业业务集团智能制造事业部总经理赵金元博士认为,“通过智能化的算法与先进的管理方法,实现精准控制、透明管理、科学决策”,恐怕应该是大部分企业智能化的着力点。

    我们先看一个流程行业智能化生产的案例。

    成立于2009年4月,总投资70亿元的青海盐湖海纳化工有限公司是青海盐湖工业公司的全资子公司,以烧碱、PVC、电石、水泥等为主打产品,属于典型的间歇式流程制造企业。2013年,海纳化工投产,但出现了产品质量波动性较大、安全问题频出,不能正常生产的情况。与此同时,人员流失率较高,知识的传承存在一些问题;成本核算也不够准确,无法实现量化考核。

    为了解决企业存在的这些问题,海纳把目光投向数字化工厂建设。2017年7月,海纳MES项目进入实质性阶段。经过近两年的项目实施,合作伙伴太极股份为海纳化工建设了生产运营管理指挥系统(广义MES,覆盖整个工厂)。该系统基于太极股份的行业信息物理系统应用解决方案,建设了智能看板、生产计划管理、生产调度管理、质量管理、能源管理、操作管理、安环管理、设备管理、生产统计和成本管理等功能模块,实现了海纳生产管控一体化。

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    公司级智能看板

    目前,海纳MES整体项目只是做了一期,解决了数字化的问题,但效果已完全不一样。通过系统,打通横向管理,消除部门壁垒,真正实现了从公司经营目标到员工绩效的闭环;实现了从公司层面到班组层面的成本核算,过去的成本核算至少需要一周的时间,而现在则是实时统计;所有的生产管控在调度大厅完成,异常情况实时反映到智能看板,调度指令直接在调度管理系统中下达,操作控制直接在控制操作站完成,大大提升了生产管控效率。

    “尤其是,通过平台数据支撑及分析工具的使用,产品尤其是高端产品的质量波动性降低了,产品质量稳定性有了明显的提高;同时安全事故能够提前预警,减少了安全事故发生的频次。”赵金元说。

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    成本实时分析看板

    有人曾言:“不AI,无智能”。如果这不是一种营销,那就是一个偏见或误导。没有定语的智能化,即便不催生时髦的智能化项目,也会造成认识上的混乱。

    毫无疑问,MES项目为海纳化工数字化打下了坚实的基础,在此之上,“下一步要做的就是纵向的精准控制”,这更是智能化工厂的核心要义。但是,为什么是太极?

    也许是因为其工业基因——当太极于1993年开始在铜冶炼行业做在线控制系统、专家系统时,信息化这一概念还未产生。

    1987年,原电子工业部第十五研究所(现中国电子科技集团公司第十五研究所)创建太极计算机公司。2002年公司股改,2010年上市。2018年底,太极做了战略上的调整。太极新战略愿景是做中国最优秀的数字化服务提供商,成为“智能应用的引领者、数据运营的国家队、自主可控的主力军、员工价值的成就者”。以“数据驱动、云领未来、网安天下”三大战略为支撑,以安全可靠能力、数据服务能力、业务流程能力为三大核心技术能力,重点围绕政务、公共安全、国防、企业四大领域开展服务。

    据介绍,2002年,随着企业信息化的兴起,太极逐步向综合IT服务商发展。在这个过程中,太极开始面向工厂仪表、PLC、工业控制系统等底层,打造工厂数据库平台,把所有底层的设备、工艺、质量等数据,都整合到该平台中。在此基础上,逐步在数据平台之上做生产管理、质量管理、物流管理、能源管理等系统,2010年,公司正式形成生产运营管控一体化平台(广义MES)。目前,客户分布在流程行业的钢铁、有色、精细化工以及离散制造领。

    MES定位于生产运营管控,但它是如何实现的?以及是如何成为智能制造的核心?赵金元表示,生产运营管控一体化平台不是单纯的软件的堆砌,里面融合了很多管理的理念。它从两个主线,解决了企业面临的实际问题。

    一个是管理主线。很多企业车间的现场操作工人具有很高的技能,但不可否认,如果企业管理模式没有形成闭环,考核没有量化,员工的积极性会存在问题。生产运营管控系统从企业经营目标开始分解,生成生产计划,从生产计划到作业计划,最后量化到操作岗位上,形成KPI指标。这样每天每个班组在下班时,就能看到量化的结果也就是KPI指标,而这个指标是与绩效奖金挂钩的。

    这样就能大大提高员工的积极性。“这就从管理的纬度,形成一个闭环管控。过去没有这个系统,很难做到这一点。”赵金元说。

    另外一条主线是围绕控制。流程工业生产管控的本质是如何高效、安全、低成本的将进厂原料加工成最后的产品,控制的核心是物质流的均衡变化。这就要求构筑的管控系统,能够实现各装备之间的有效协同、控制指令能够精确执行,最终达到整个生产的安全、高效、绿色生产。

    “因此,作为面向生产的管控系统,其内在的管理思想、管理方法和数据处理技术是衡量不同系统水平的关键因素“。赵金元认为。

    数据是MES产生效能的核心因素,这包括xBOM的数据管理,生产过程的数据信息的收集和管理等等众多方面。智能控制与精益生产,根源就在于此。

    近年来,太极不断加强工厂数据库平台原始数据与批次、投料、工艺、工况关联性的研发,目前,不仅实现上述匹配,在钢厂甚至可以匹配到“每一米”。比如,炼钢可以匹配到每一炉,包括吹氧量,氮气流量,压力、出钢碳含量,磷、硫等成分。到了铸坯的时候,可以匹配到每米上。到了板坯上,可以匹配到0.1米。

    这种精准匹配,对企业意味着什么?

    一方面,当整个过程,所有的参数都在六西格玛的控制之下,质量一定是合格的。另一方面,如果出现问题,不用做检验,不用抽样,系统可以告诉企业:第几米有什么样的质量事件,哪个部分需要做检验。这就大大降低了检验的损耗量。更精准的是,当钢厂能够精准到100毫米,系统就可以告诉企业,哪一卷是高端钢,或这一卷哪个部分是高端的,从而可以实行差异化的营销。这项技术太极已成功应用到化工领域。

    “未来的数字化工厂、智能工厂,实际上就是从两个维度,一个是管理的维度,一个是生产控制的维度,为企业带来效益。但现在大部分人都关注后者,要机器人,要AI,我认为这些控制手段在单点应用上可以,但从系统的角度,难度还是很大的。”赵金元表示。他呼吁,未来的智能工厂,如果能把一线工人的主观能动性发挥出来,将远远大于机器人、人工智能带来的价值。

    数十年来,精益管理不断延伸至企业管理的各个方面,大大提升了制造业的整体效能。当前,我国经济正处于高速增长阶段转向高质量发展阶段,通过数字化、网络化、智能化,提升制造业的高质量发展,更已成为制造业的实际行动。但无论新一代信息技术与制造业如何融合,处于核心层面的生产端不仅始终是制造业的立足之本,其精准化更是高质量的关键路径。

    (审核编辑: 智汇张瑜)