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制造執行管理系統MES FOR機器人

日期: 2017-01-04
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1.背景與需求

作為衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志,機器人產業發展越來越受到世界各國的高度關注。中國已經成為工業機器人的最大市場,但未來發展空間依然巨大。當前,各大企業都在加快傳統產業轉型升級,采用機器換人,加快機器人產業發展。

隨著語音、圖像識別、人工智能技術的突破,新材料的發展,全球機器人市場從最早的工業機器人,到現在各種先進自動化機器人在各行業的生產流程中得到大規模使用。例如3C制造、醫療健康、零售、軍事等領域。還涌現出了諸多服務機器人和虛擬機器人的產品形式,如幼兒教育機器人、掃地機器人等。

據相關數據顯示,2013年至2015年,我國工業機器人銷量分別為36560臺、57096臺、66000臺,全球占比分別達20.52%、24.9%、26.66%。其中,我國自主品牌工業機器人銷量分別為9597臺、17000臺和22257臺,全國銷量占比分別為26%、30%和34%,自主品牌工業機器人市場已逐步打開。

然而,目前中國還處于工業智能化的初期發展階段,相關數據顯示,目前中國3C制造業密度僅11臺/萬人,比起歐美發達國家來說未來仍有幾倍以上的提升空間。目前國內機器人企業發展迅速,國產機器人廠家在控制器、伺服系統和減速器上自主研發生產逐步實現,預計未來核心零部件進口替代速度會加快,進口替代空間巨大。

要實現機器人企業的快速發展,傳統的管理方式已經跟不上企業的發展速度,需要通過一套生產管理系統將先進IT技術快速融入企業核心管理思想和先進制造理念,幫助企業迅速措建起柔性化、集成化、智能化的車間數字化綜合集成應用環境,幫助企業切實解決生產計劃管理、作業跟蹤、現場管理和控制等問題,快速提升制造車間響應能力和制造柔性,在合理控制成本的同時,大幅度提高生產效率和效益,從而有力提升企業綜合制造競爭力。

2.建設目標

機器人是一個涉及機械、自動化、控制、人機交互等多方面復雜的系統。

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制造執行管理系統MES FOR機器人


對于機器人各部件的生產制造涉及的內容重多,但是減速器、伺服電機與控制器被認為是三大核心零部件,這三大核心零部件構成了機器人成本的七成以上,也是影響機器人本體性能的關鍵因素。因此對于這三大部件的生產制造管理尤為重要。MES系統主要實現如下功能:

計劃管理:實現從ERP系統接收生產計劃、調整生產順序、生成物料需求計劃、物流計劃、指導生產等。

高級計劃排程(APS):通過基于規則的選擇器、基于線性混合規劃的優化器,實現自動排程優化,達到設定的排程目標,優化計劃結果。

數據采集和傳輸:實現數控機床聯網,對NC代碼進行安全管理和傳輸;對設備數據采集,采集生產進度、設備運行狀態、質量數據以及異常呼叫反饋等信息。

現場看板:在加工工位引入觸摸屏看板,操作者根據當前加工的批次信息和工序,調取相關的工藝文件和圖紙資料;

生產現場可視化:實施工序報工的電子化,建立生產計劃、派工、報工一體化機制,實時監控生產進度;車間現場電子看板實時顯示產品生產進度和客戶訂單情況;

質量作業管理:實現產品生產過程中的質量檢驗、監控和貫徹的管理,并能夠最終形成單臺的電子質量檔案。

產品溯源管理:通過查詢產品條碼可以追溯到組成產品的零件的加工信息,原材料的批次、供應商信息等,通過查詢零件、原材料的條碼可以追溯到零件、原材料裝到哪些產品上。

與其他系統集成:與ERP的生產計劃、投料、庫存、采購等接口功能,與PDM的工藝文件和工藝數據的接口功能,與生產控制層的機床、設備等實時數據的接口功能。

3.系統方案

天河智造MES系統針對企業的生產工藝特點和生產組織情況,搭建統一的MES系統的平臺,量身訂做具有各生產線特點的差異化功能,實現企業級生產計劃下達和反饋、各車間計劃管理、生產作業、數據采集、質量管理、數據統計等主要功能,控制和指揮現場生產執行。


3.1生產計劃管理

MES系統接收ERP下達的車間訂單,將其分解為工序作業計劃,將作業任務派工到現場。計劃管理基于下發-反饋-調整的閉環、持續優化,計劃動態調度思路。


制造執行管理系統MES FOR機器人

圖:基于下發-反饋-調整的閉環、持續作業計劃動態調度思路


3.2高級計劃排程

高級排程模塊,針對不同企業在計劃中遇到問題和干擾因素,提供可定制的算法,解決不同的問題。

圖形化界面:設備作業排產甘特圖,支持時間軸縮放;

綜合調度約束處理:訂單工藝路線、工序配作關系、設備日制、指定人員/刀具附加約束下的自動調度排產;

可以按照天、小時、分鐘的單位進行調度;


制造執行管理系統MES FOR機器人

提供多種排程算法供客戶選擇:


3.3現場管理

操作者在現場終端上,可以接收生產任務所對應的工作指導書(尤其是可視化工藝)和三維數模,在終端計算機上能夠進行三維數模動畫演示,便于操作者準確快速的進行生產作業,提高生產效率。


3.4數據采集

該模塊將監視生產的節拍時間、設備的正常運行時間、故障停機時間以及生產設備的故障。系統通過工業以太網與現場PLC 進行通訊獲取數據。系統還將生產信息和報警信息記錄到數據庫,供今后生成報表使用。

主要是通過與設備的控制系統進行數據交換,實時采集控制系統針對設備的運行控制信號、故障信號、運行參數通過以太網的形式采集到服務器中。服務器通過專用的數據接口將信號轉換成數字信號按要求顯示在畫面中,方便用戶對設備監控。


3.5設備管理

實現管理設備以及其他生產載體,滿足生產計劃的要求對設備做預定和調度,用以保證生產的正常進行;提供資源使用情況的歷史記錄和實時狀態信息,確保設備能夠正常安裝和運轉。

對各類設備的維修管理,包括記錄的設備編號、代碼、類型、型號、規格以及維修部位、維修時間、維修人員和維修結果等信息,后期可提供維修信息統計。當設備發生故障或處于維修狀態時,車間管理層及相關人員能夠盡快獲知設備異常信息,以便對生產計劃以及工序任務做出及時調整。


3.6質量管理:

質量管理模塊是為了滿足質量體系管理要求,完成產品質量標準化,實現可控、可追溯效果的重要管理系統,對深化企業改革,實現生產管理高效發展有著重要的意義。企業用戶對于質量管理的要求不同,質量管理系統的各個部分也是不同的。根據不同企業用戶的質量管理要求所開發的具有針對性功能的系統。


3.6.1質檢信息實時采集

對于質量問題的確定、原因、波及的范圍實現快速準確定位并實現產品隱患的追溯和分析,對工藝過程的穩定性,產品良率、不良缺陷分布的波動狀況進行實時監控并預警,對生產問題進行了有效預防,并將檢驗不合格的產品按批次或條碼進行返工,記錄返工的原因、返工工藝、工位、操作員、時間和返工結果等。


3.6.2生產過程質量管理

對生產過程中的工序進行開工檢驗、工序檢驗、總檢等,基于條碼掃描和數據采集手段實現檢驗結果、檢驗數據的實時采集和分析、預警提示等。對生產檢驗不合格的產品觸發質量管理系統中的質量審理流程,記錄不合格品的產品型號、數量及其他特征、返工的日期和完成時間等關鍵信息。


3.7現場看板管理

通過現場看板,管理人員可以一目了然的了解該產線生產中發生的問題, 可以及時了解生產進度,人員配給和生產品質以及生產效率等情況。可以宏觀了解整個生產車間的每條產線的生產情況,還可以看到車間的生產進度,和生產中發生的不良原因等。


制造執行管理系統MES FOR機器人


3.8產品全程追溯體系

從原材料的供應商,生產批號,到生產中的人員設備, 生產測試記錄,維修記錄,數量等信息,MES系統都會進行記錄以建立完整的追溯檔案。

制造執行管理系統MES FOR機器人


3.9統計分析

對企業海量數據進行深入挖掘,并結合企業的實際需要,為公司管理人員、各類使用人員提供各類統計分析報告,以便對生產計劃執行情況、工段作業情況、物料、質量、成本、設備等幾乎所有的生產信息進行綜合分析,為公司管理與決策提供可靠的量化數據。


制造執行管理系統MES FOR機器人


4.預期實施效果

MES系統建設完成后,可有效提高制造效率和質量,降低制造成本,減少產品制造周期,促進數字化制造技術在各環節中的推廣應用,從而帶動產品設計、工藝和制造方法與工具的創新,管理模式的創新、單位間協作關系的創新。實現傳統研制模式向先進的數字化研制模式的轉變。為全面實現產品設計、制造和管理的信息化、生產過程控制的智能化、協作的網絡化奠定基礎。

提高車間的生產運營效率10-30%

MES系統通過計劃編制、制定、執行、監控、質量跟蹤、庫存管理和資源管理等環節集成建立一個高效的信息管理系統,實現各個環節中的數據的信息共享,減少傳統的紙張傳遞過程、降低了出錯率。將生產計劃、車間執行、質量檢驗、倉庫管理、采購管理間數據流轉成為一個閉環。快速響應計劃變更、及時追溯產品制造過程信息,做到了生產管理最大化的透明,大大減輕了管理人員及員工的工作量,提高了工作效率。

提高生產車間生產效率10-30%

MES系統先進的車間生產調度算法將根據生產能力進行詳細能力平衡,在生產之前就對生產計劃有全方位的了解。經過一段時間的磨合期,系統將有助于計調人員更合理的安排生產任務,提高生產效率。

平衡供需、降低成本、降低庫存、減少庫存占用資金 20%以上

MES系統通過計劃管理、產品流程卡管理、庫存管理,快捷、準確的跟蹤作業任務執行情況、在制量查看、產品質量追溯、工裝管理等。為供需平衡提供了一手準確信息,縮短采購周期,降低了庫存占用資金。

為企業領導提供決策支持,決策準確度提升30-50%

MES系統通過對計劃、庫存、質量、機床運行情況等信息的統計分析及查詢功能,并能提供豐富的圖表,為企業領導的決策提供重要依據。

提高統計效率,降低管理成本,減少日常報表,豐富企業各級人員對信息化的認識,促進企業管理優化意識,提高人員素質。


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