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制造运行管理系统与智能制造(二)

非标设备开发2018-12-05 11:04:48

作者介绍:Fisher Wang 资深电气高级工程师,有在二汽、富士康等大型企业从事自动化工作二十多年的工作经历,对电气控控制系统有着丰富的经验和独到的见解。


【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革命开始,人类共经历了四次大的工业革命,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。


续:制造运行管理系统与智能制造(一)

四,制造运行管理(MOM)体系

如同前文所说的: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。相比之前的MES系统统一后的MOM模型平台具有以下几个特点:

1,重新架构的可配置、可扩展平台

2,与ERP有标准的接口

3,与下层自动化设备有标准的接口

4,标准的生产模型

由不同国际性的标准化组织制定,无论是IEC/ISO 62264标准还是ISA-95标准都是遵循这些原则来定义、规范制造运行管理系统(MON),以代替或升华MES,这也是为了适应智能制造时代的需求。

对这些标准可以这样理解或总结:企业管理层次一般分5层(见上图)。0—2层(可对应设备单元、产品/过程单元、产品/生产线)对应的是现场生产过程控制,根据生产行业类型分3种形态:批量控制(如零件加工),连续控制(如石化,冶金行业),离散控制(如装配型生产线),最新标准将把仓储作为第4种形态。其中第三层制造运行管理系统(MOM)可简单概括:4大制造企业管理活动区域(生产、维护、质量、库存),4类信息流(运行定义、运行能力、运行请求、运行响应),9种生产对象模型(人力、设备、材料、过程段、生产能力、过程段能力、产品定义、生产计划、生产性能),2+6共8种常用生产活动(定义管理、资源管理、详细计划、分派、执行、跟踪、分析和数据采集),12种基本功能(见下图中椭圆内内容)。

上图就是MOM制造运行管理原理模型,定义了与生产制造相关的12种基本功能及各个功能间相互的信息流。其中粗虚线代表企业的业务区域与制造运行区域的边界,即划定MOM的范围;白色椭圆和带箭头的实线分别表示与制造相关的基本功能及各功能之间交互的信息流;阴影区域表示MOM内部细分的4大类不同性质的管理活动区域。

MOM关注的范围主要是制造型企业的工厂,生产运行是整个工厂制造运行的核心,是实现产品增值的制造过程;维护运行为工厂的稳定运行提供设备可靠性保障等,是生产过程得以正常运行的保证;质量运行为生产结果和物料特性提供可靠性保证;库存运行为生产运行提供产品和物料移动的路径保障,并为产品和物料的存储提供保证。这四个运行的业务过程既相互独立又彼此协同,共同服务于企业制造运行的全过程。因此采用生产、维护、质量、库存并重的MOM系统设计框架比片面强调生产执行的MES框架更符合制造型企业的运作方式和特点。另外根据实际需要还可以增加其它次要的运行,如安全、文档等。

通过数据对象模型及其属性的定义可实现数据的标准化,通过通用活动模型的使用可实现管理的规范化,从而实现数据和管理活动的分离,有利于系统设计,产品开发和工程实施。数据对象模型是采用统一建模语言(如UML)进行定义与描述,生产对象模型分4类(资源、能力、产品定义和生产信息)共9种模型。上图所示的活动和信息流结构图就是制造运行管理通用活动模型,通过这些主要活动及信息流的定义和描述,可以清晰的反映各运行区域内部的基本运作过程。MOM通用活动模型可作为统一的系统架构设计模板,对制造运行管理内部的4个运行区域分别进行统一定义与描述。下图即为对应的生产运行管理模块。


生产运行管理模块可细分更多子管理模块,如下面部分子管理模块构造原理图示,具体内容和定义可查看相关资料。这几个图例主要是为大家大致了解一下其模型是如何构造的,实际因应用而定,但我们要了解其模型构造思路及原则。


根据数据和管理活动分离的设计理念,制造运行管理系统体系结构由一个工厂资源信息管理平台和四个运行管理子系统 (生产运行管理子系统、维护运行管理子系统、质量运行管理子系统和库存运行管理子系统) 构成。其中工厂资源信息管理平台通过使用标准中定义的数据对象模型,实现对工厂各类制造数据的集成和统一管理,并向4各运行管理子系统提供结构化的工厂信息和制度化的操作规则,有效解决了该领域信息化实践过程中遇到的信息集成与共享的问题。



上图一个是工厂资源信息管理平台结构,一个是运行管理子系统结构,它们共同构成制造运行管理系统体系。其中工厂资源信息管理平台对工厂的资源进行统一定义、解析、和服务管理,可集成相关的外部数据,定义符合标准规范的数据结构和功能接口,为各个运行管理子系统提供结构化的工厂信息和制度化的操作规则,并提供消息通讯、工作流定义等公共服务。其中对工厂模型的统一定义、解析和使用是平台的核心。具体可通过工厂模型定义类组件和工厂资源服务类组件来实现。工厂信息管理平台还可以根据具体需要,设计与开发其它服务类组件,保证信息管理平台功能的可扩展性,以满足企业制造运行业务的特定服务需求。

生产、维护、质量和库存四个运行管理子系统具有统一的系统实现结构,均包含6个主体功能模块,与MOM通用活动模型中6个主要活动相对应,分别是:调度模块、分派模块、执行管理模块、数据收集模块、跟踪模块和绩效分析模块。每个功能模块都需要在其所属的运行管理子系统内部完成性质相同但具体任务不同的特定功能,并完成系统内部功能模块之间的信息交互,以及特定功能模块与上层业务计划系统和下层过程控制系统之间的信息交互,以实现各个运行管理子系统相对独立的运作业务。MOM通用活动模型中的定义管理和资源管理在工厂资源信息管理平台中统一实现,各个运行管理子系统通过工厂资源信息管理平台获取信息,以保证各子系统对工厂运行规则的定义和制造资源的使用具有一致性。通过各个运行管理子系统的计划/请求信息下达过程和绩效/响应信息反馈过程,可以实现对制造运行过程的闭环管理与优化。

 

五,总结

    从工厂自动化的角度看,MES/MOM是与生产现场控制领域联系最紧密的工厂信息管理层;按信息化建设的观点,现场设备自动化体系是工厂执行层的一部分,信息化的基础资源和管控对象主要也在现场控制层。尤其是智能制造时代的来临,它们之间的联系越来越紧密。

    MES和MOM关注的范围都是工厂制造的信息执行层,差别在于由于应用的广泛,对生产制造认识规律的发展变化,加上技术的演进,人们对信息执行层的活动规律、体系架构有了新的认识。所以说,技术层面从方法论上升到认识论是很重要的步伐。

有一点必须认识到,这些标准、模型其实最主要定义的是生产什么,而不是定义应当如何组织生产;因为实际应用中会因为不同领域,不同公司人、物、产品及生产的不同而不同,这是认识论层面的考量。

企业信息化管理的建设一个根本目的之一就是减少人为干扰的不可控现象,具体到我们国家制造业的情形,目前大量公司基本上是处于工业2.0和3.0的情形,人工参与的现象也很常见,至少在目前阶段还必不可少。因此实际上许多公司的企业信息化建设还很不完善,4.0智能化建设更是任重而道远;再加上成本考虑和生态体系之复杂,以及管理层认识上的问题,因而构建MES还是MOM并非非此即彼的事情,甚至还是建设程度的问题。

信息执行层的建设涉及到供应商、制造商、服务商,但主要在于应用商(客户)的需求和具体应用。虽然MES和MOM系统具备的基本功能相同,但是不同行业、规模的企业对信息执行层的建立要求都会不一样,所以做选择、选型的时候,可根据企业自身情况,选择具有研发团队并且对行业工艺生产流程有深入和全面理解的服务商。

以下的选择和考量是一个很好的方向:

1,建立一个标准的数据模型。

2,考虑一个主数据管理结构。

3,维护一个数据传输的技术标准。

4,需要为你的业务逻辑所属区域采用一个连续的战略。

5,需要与产业标准以及商业软件供应商合作来利用他们的经验。

6,企业信息管理标准化建设还包括产品的标准化,工艺的标准化,设备接口的标准化,物料的标准化,品检的标准化等方面。

—END—


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