智能生产的现状与未来

导 读 ( 文/ 北自所 蒋明炜 )

长期以来我国劳动力成本偏低，装备的自动化、数控化、智能化方面的资金投入不足，使得我国生产自动化、智能化的总体水平不高。目前的智能生产还存在一些问题。

北京机械工业自动化研究所首席专家蒋明炜先生是我国最早投身企业管理及其信息化事业的专家之一，积累了宝贵的理论实践经验，在国家提出《中国制造2025》之后，蒋明炜先生作为该领域资深专家，先后组织领导多家企业的两化融合贯标、智能制造咨询、智能工厂规划工作。

凭借自身几十年来丰富的理论实践经验，以及对中国制造2025、两化融合、智能制造的独到见解，2017年蒋明炜先生编著《机械制造业智能工厂规划设计》一书，阐述智能设计系统、制造业智能工厂的总体框架，解读智能生产、智能产品、智能服务等模块，给出智能工厂实施的一揽子解决方案。

在此，对蒋明炜先生编著的《机械制造业智能工厂规划设计》做出系列摘录。

一、智能生产目前存在的问题

智能生产所包含的就是使用智能装备、传感器、过程控制、智能物流、制造执行系统、信息物理系统组成的人机一体化系统；按照工艺设计要求，实现整个生产制造过程的智能化生产、有限能力排产、物料自动配送、状态跟踪、优化控制、智能调度、设备运行状态监控、质量追溯和管理、车间绩效等；对生产、设备、质量的异常做出正确的判断和处置；实现制造执行与运营管理、研发设计、智能装备的集成；实现设计制造一体化，管控一体化。

长期以来我国劳动力成本偏低，装备的自动化、数控化、智能化方面的资金投入不足，使得我国生产自动化、智能化的总体水平不高。目前的智能生产还存在以下问题：

1）生产装备的数字化、智能化水平不高，联网率低，严重妨碍了数字化、智能化车间的建设。

2）物流的自动化、智能化水平低，进出厂物流、自动化立体仓库不多，生产现场的物料配送、工序间的物料传输自动化水平更低。

3）车间实施MES的比例很低，造成车间生产作业计划粗放，设备负荷不均，物料供应协同性差。还有车间物料管理混乱、车间作业进度监控不力等。

4）有些企业购置数量相当的数控机床或自动化生产线，但系统的集成性差。

5）数据采集严重不足，生产工序进度、质量状况、设备运行状态、物料配送情况等信息不能及时反馈，整个生产系统的透明度、可视化程度不高，生产调度的科学性大打折扣。

二、智能生产系统设计的目标

目标

1）装备数字化、智能化

2）仓储、物流智能化

3）生产执行管理智能化

4）效益目标

三、智能生产系统分项描述

智能装备与控制系统

智能装备与控制系统是智能生产系统的基础装备，它由若干柔性制造系统FMS组成。按照国家军用标准定义：“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”

柔性制造系统有以下特征：机器柔性、工艺柔性、生产能力柔性、维护柔性、扩展柔性、运行柔性。

智能仓储和物流系统

从精益生产的角度，我们希望库存越少越好，但是受到供货批量、供货半径、运输成本等因素的影响，有时库存又是必需的。建设智能仓储和物流配送系统是实现智能生产的重要组成部分。

智能仓储和物流系统由仓储物流信息管理系统、自动控制系统、物流设施设备系统组成。

智能制造执行系统

制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）是美国先进制造研究机构AMR于20世纪90年代提出的概念。AMR将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。

制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，MESA）对MES所下的定义是：“MES在工厂综合自动化系统中起着中间层的作用，在ERP系统产生的长期计划指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，对短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程进行优化。”

制造执行系统为企业创造的价值是：缩短在制品周转和等待时间，提高设备利用率和车间生产能力，提高现场异常情况的响应和处理能力，缩短计划编制周期，以及计划人员的人力成本，提高计划准确性，从计划的粗放式管理向细化到工序的详细计划转变，提高生产统计的准确性和及时性，降低库存水平和在制品数量，不断改善质量控制过程，提高产品质量。

生产指挥系统以及智能生产系统

与其他系统的集成

生产指挥系统

① 生产动态的综合展现

② 生产现场实时呈现

③ 生产指挥系统

集成

智能生产系统与企业资源计划ERP、研发设计系统CAX/PLM有密切的集成关系，它们通过智能生产系统中的MES与其进行集成。MES再将这些信息传递至智能装备与控制系统、智能物流系统，实现从底层设备至经营管理、研发设计系统的全面集成。

① 与ERP系统的集成

ERP系统向MES系统传递的信息包括生产任务、采购（外协）在途、库存信息、物料配送计划。MES系统向ERP系统传递的信息包括生产完成情况、物料再制、物料配送情况、异常信息、生产过程的质量。

② 与研发设计系统的集成

研发设计系统CAD/CAPP/CAM/PLM系统向MES系统传递的信息包括物料主数据、物料清单、设计文档、工艺文档、数控程序、技术变更，实现设计、工艺、制造一体化。MES系统向智能设计系统反馈工艺异常和设计异常数据。

③ 与智能服务系统的集成

MES系统向智能服务系统传递产品质量追溯信息，以便进行产品召回、索赔等。智能服务系统向MES传递用户反馈信息。