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　　摘要：“十三五”和《中國制造2025》規(guī)劃的快速推進，智能制造工廠成為工業(yè)發(fā)展的一大趨勢。政府的諸多行動也向市場傳遞出強烈信號，顯示工業(yè)轉(zhuǎn)型將迎來大突破、大提速。在生產(chǎn)制造過程中，推進新一代信息技術和制造技術的深度融合，成為制造企業(yè)擺脫傳統(tǒng)加工模式的著力點與突破點。作為國內(nèi)第一家門窗幕墻專用設備上市企業(yè)，天辰鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）機一直立足于行業(yè)需求，為客戶提供性能穩(wěn)定、技術先進的加工設備和智能生產(chǎn)線解決方案。自主研發(fā)了智能化的天辰MES生產(chǎn)執(zhí)行制造系統(tǒng)，構建了在MES管理下的集成多種高度自動化加工設備、工業(yè)機器人、智能分揀線、組裝臺等諸多工序單元的智能生產(chǎn)線。

　　關鍵詞：天辰MES;智能制造;二維碼自動打印粘貼;工業(yè)機器人;掃碼加工;智能分揀;物流組裝

　　1 基于天辰MES的鋁合金門窗加工智能生產(chǎn)線模式的設備構成與功能介紹

圖1 智能生產(chǎn)線布置圖

　　如上圖所示，設備構成主要由鋸切中心(含二維條碼自動打印自動粘貼)、R1工業(yè)機器人、數(shù)控轉(zhuǎn)序工作臺、R2工業(yè)機器人(帶地軌及數(shù)控第七軸)、高速數(shù)控鉆銑中心、智能分揀線、多頭鉆、數(shù)控端面銑、沖床、存儲料車、數(shù)控四頭組角機、物流組裝臺等主要部分構成。

　　自主研發(fā)的天辰MES系統(tǒng)可無縫對接門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）廠的ERP系統(tǒng)，自動導入門窗企業(yè)工程作業(yè)單生成優(yōu)化加工數(shù)據(jù)，整條智能生產(chǎn)線通過MES進行動態(tài)物流管控與加工數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)自執(zhí)行的設備加工管控。

　　1.1智能生產(chǎn)線前段設備構成與功能介紹

圖2 智能生產(chǎn)線前段設備布置圖

　　R1工業(yè)機器人布局于鋸切中心出料端，負責鋸切中心的出料抓取及智能分揀。R2工業(yè)機器人布局于鉆銑中心加工端，可以沿地軌進行長距離的移動，負責鉆銑中心的上下料，智能生產(chǎn)線的前段部分在天辰MES系統(tǒng)的管控下負責物料的分揀，整個操作過程通天辰MES實時管控，無需人工干預。

　　鋸切出的型材首先進行自動貼碼作業(yè)，然后由R1機器人抓取;

　　需要鉆銑中心加工孔槽的型材，R1機器人將型材放置于轉(zhuǎn)序工作臺上，通過該裝置將型材傳送至R2機器人處，然后通過R2機器人精準的將型材放置于鉆銑中心上，進行孔槽的加工，加工完畢后，R2機器人再將型材取出并放置于智能分揀線上，通過二維碼識別，智能分揀線自動進行分流傳送至所需加工工位;

　　不需要鉆銑中心加工孔槽的型材，R1機器人直接將型材放置于智能分揀線上，通過二維碼自動識別，智能分揀線自動進行分流傳送至所需加工工位;

　　智能分揀線通過條碼掃描，根據(jù)天辰MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，將輸送中的型材自動傳輸至后續(xù)的數(shù)控端面銑床（詞條“端面銑床”由行業(yè)大百科提供）、沖床或多頭鉆床（詞條“鉆床”由行業(yè)大百科提供）等加工工位，完成相應工序加工;無需加工的型材由智能分揀線直接輸送到系統(tǒng)末端;

圖3 粘貼與工件表面上的二維碼與二維碼掃描儀

　　在智能分揀線的末端，依據(jù)智能排產(chǎn)優(yōu)化方案，按天辰MES系統(tǒng)指令，將ERP的生產(chǎn)計劃再次進行每根型材的智能分揀，建立同窗型通過智能分揀快速裝滿料車的策略算法模型，實現(xiàn)同窗型在同料車的物流優(yōu)化方案;

　　1.2 智能生產(chǎn)線后段設備構成與功能介紹

圖4 智能生產(chǎn)線后段設備布置圖

　　加工完全部孔槽的型材按照天辰MES系統(tǒng)的指示，按尺寸規(guī)格分揀到對應編號的料車中，運輸至數(shù)控四頭組角生產(chǎn)線(或單頭組角機)工位。此處設置有看板計算機，指導完成角碼、鋼片等的穿入。數(shù)控四頭組角生產(chǎn)線完成快速的批量組角加工，組角后窗體自動送入組裝流水線，完成各個工序的組裝作業(yè)。窗扇加工時使用玻璃吸吊機完成玻璃安裝，數(shù)控壓條（詞條“壓條”由行業(yè)大百科提供）鋸完成壓條切割，由自動打膠機完成窗扇打膠。

　　綜上所述，本智能生產(chǎn)線包含以下優(yōu)勢：

　　每個單元通過天辰MES系統(tǒng)串接在一起，完成各加工工序之間的任務與數(shù)據(jù)的傳輸。每個單元設置工作站，工作站之間通過局域網(wǎng)相連;

　　機器人智能分揀單元主要將鋸切單元加工完的型材，根據(jù)MES系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)信息，將型材分揀到孔槽鉆銑中心或者智能分揀線上;

　　孔槽加工單元主要完成對型材上所需孔槽的加工，根據(jù)MES系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)信息，自動讀取孔槽加工的種類、位置等信息，清晰準確的完成門窗所需孔槽的加工;

　　智能分揀線通過對粘貼于型材表面二維碼的掃描識別，讀取工件的加工信息，自動將工件輸送到所需加工工位，實現(xiàn)后續(xù)工位的加工;

　　加工完的型材按窗型信息智能存儲，獨立開發(fā)了物料智能分揀及存儲軟件;

　　根據(jù)MES提供的數(shù)據(jù)信息，組角工作站顯示屏顯示需要組角的型材料倉位置，成窗尺寸信息，清晰精確的完成門窗四個角的組角加工;

　　 組角后門窗直接通過物流輸送單元，逐步由人工完成中梃拼裝、注膠、膠條安裝、鉸鏈孔加工、五金安裝、壓線安裝等門窗生產(chǎn)所必需的加工工序;

　　2 天辰MES工廠執(zhí)行系統(tǒng)

　　2.1 鋁合金門（詞條“鋁合金門”由行業(yè)大百科提供）窗生產(chǎn)線MES概述

　　MES全稱為Manufacturing Execution System，即工廠執(zhí)行系統(tǒng)，或者車間執(zhí)行系統(tǒng)，重點是在執(zhí)行這個層面。但目前很多企業(yè)所宣導的MES，并不是真正意義上的MES，不是工廠的執(zhí)行系統(tǒng)，而是工時或者成本的記錄系統(tǒng)，只是純做記錄而已。而在MES的定義里，執(zhí)行是非常重要的一部分，專注于自動化的表現(xiàn)，即生產(chǎn)指令通過生產(chǎn)、搬運等，或者是履帶、傳輸帶等等這些東西統(tǒng)籌起來，去執(zhí)行生產(chǎn)工單，這個才是真正意義上的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。

　　上層ERP下發(fā)的門窗作業(yè)單傳輸至生產(chǎn)車間，由MES系統(tǒng)接收訂單信息后，進行計劃的優(yōu)化排產(chǎn)，通常稱作APS先進排產(chǎn)模塊。優(yōu)化后的計劃將存儲到MES數(shù)據(jù)庫，再由MES執(zhí)行模塊動態(tài)完成給生產(chǎn)線上的各個設備下達具體加工計劃，其中包括發(fā)送給鋸切中心的計劃，一般包括下料切割的長度、角度、型材類型等信息;與鋸切中心配合生產(chǎn)的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，如智能機器人或者移動料倉等;以及后續(xù)的諸多機械加工設備。在整個計劃執(zhí)行過程中需要動態(tài)識別設備的計劃執(zhí)行狀態(tài)，實現(xiàn)全流程的物料定位管理與識別，智能化的安排物料流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)自動化甚至無人化的加工過程。如果只是純粹的停留在記錄和管理上面，用于記錄生產(chǎn)設備上的數(shù)據(jù)，以及工時、損耗等成本相關的數(shù)據(jù)，并通過這些數(shù)據(jù)分析生產(chǎn)過程中的一些問題，雖然能提高生產(chǎn)效率，但仍不是MES系統(tǒng)，如果沒有自動化和半自動化的關聯(lián)，我們只可以稱之為工廠大數(shù)據(jù)平臺。

　　2.2 MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息流的管控

　　MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息流管控主要組成：

　　ERP計劃接入和MES計劃執(zhí)行反饋。完成生產(chǎn)計劃來源的數(shù)據(jù)接收以及當前生產(chǎn)計劃執(zhí)行狀態(tài)反饋給ERP等上層管理系統(tǒng).

　　ERP計劃轉(zhuǎn)換為MES的優(yōu)化排產(chǎn)計劃，實現(xiàn)APS先進計劃排產(chǎn)。

　　各個工序讀取、執(zhí)行和回饋MES的工序生產(chǎn)計劃。

　　物流設備與工序設備配合，讀取、執(zhí)行和回饋MES的工序生產(chǎn)計劃。

　　MES的整體協(xié)調(diào)管控以及管控信息的展示。

　　在集成的前提下實現(xiàn)可視化，在可視化的基礎上實現(xiàn)精細化，在精細化的前提下實現(xiàn)均衡化，透明的目的在于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化，實現(xiàn)精細化生產(chǎn)。

　　首先，要實現(xiàn)生產(chǎn)信息的采集，這是企業(yè)實施MES系統(tǒng)軟件的初衷，也是很容易見效的環(huán)節(jié)。但要實現(xiàn)真正“透明”，不僅要完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，還要實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成，即物料數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等高度集成。

　　其次，要實現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化。即在實現(xiàn)了集成后，通過逐步的細化(從控制的力度：車間→工序→機臺→工步等;從控制的范圍：計劃執(zhí)行→物料→工藝→人員→環(huán)境等)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化管理。

　　第三，在透明的基礎上，實現(xiàn)均衡生產(chǎn)。企業(yè)只有實現(xiàn)了均衡的生產(chǎn)，才能實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品成本、產(chǎn)品交貨期的均衡發(fā)展。均衡生產(chǎn)是質(zhì)量穩(wěn)定、降低制造成本的基礎。

　　最后，實現(xiàn)高效生產(chǎn)，即在生產(chǎn)均衡的前提下，通過優(yōu)化，實現(xiàn)高效的生產(chǎn)。

　　2.3 天辰MES二維碼全流程管控鋁合金門窗智能生產(chǎn)線

　　為了實現(xiàn)天辰MES-TCi系統(tǒng)與ERP等上層計劃系統(tǒng)進行銜接，研發(fā)完成了與用戶ERP系統(tǒng)的網(wǎng)絡文件夾共享方式或者移動存儲的文件拷貝形式接口，采用了標準Excel模板完成計劃數(shù)據(jù)的接收，同時研發(fā)了對接ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的共享數(shù)據(jù)接口方式。方便快捷的實現(xiàn)了ERP系統(tǒng)和天辰MES-TCi系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接標準化。

圖5 ERP系統(tǒng)排產(chǎn)計劃導入示意圖

　　根據(jù)客戶工程作業(yè)單，天辰MES系統(tǒng)可實現(xiàn)智能化排產(chǎn)。天辰MES作為上承上級計劃管理系統(tǒng)(ERP)，下接加工設備的核心環(huán)節(jié)，是IT系統(tǒng)的最后一站。在天辰MES的智能排產(chǎn)模塊實現(xiàn)了智能邊緣計算，具備了計劃即預見生產(chǎn)過程的超前預計算功能。天辰MES智能排產(chǎn)模塊在接收到生產(chǎn)計劃后，將自動生成可預見性的計算計劃(如下圖所示)。天辰MES在生成預見性計算計劃過程中，應用了分治算法、動態(tài)劃分算法、貪心算法、分支限界算法與窮舉算法等相結(jié)合的優(yōu)化計算方式，基本解決了大數(shù)據(jù)計算模式與計算速度之間的矛盾。采取了加工計劃與物流計劃同步計算、同步控制的生產(chǎn)策略。引入了精益生產(chǎn)的管理理念，優(yōu)化加工計劃的排序、物流分揀計劃的策略，極大的減少了物料周轉(zhuǎn)。深入研究分析精益生產(chǎn)的動作，并運用到系統(tǒng)優(yōu)化中來，按照動作經(jīng)濟原則盡可能減少人工數(shù)量并降低人工的勞動強度、提高生產(chǎn)效率，合理設計物流與分揀流程。在關鍵、易出錯、勞動強度大的工位，合理使用工業(yè)機器人技術。從而實現(xiàn)智能化制造系統(tǒng)的重要特征，達到系統(tǒng)化的效率最高，成本最低，物料轉(zhuǎn)運與加工準確度最高。比如在門窗生產(chǎn)中，創(chuàng)新性的實現(xiàn)了鋸切后同類窗型物料一次集中分揀到位，大大減少了常規(guī)生產(chǎn)流程中多次分揀的消耗時間，具備全流程加工計劃、物流計劃設計的MES管理也使得生產(chǎn)線的錯誤率極大降低。

　　對于生產(chǎn)的異常狀態(tài)等影響因素，天辰MES提供了人工干預的接口，天辰MES的設計原則是：人工干預是為了維護MES的計劃正常執(zhí)行，而不是改變計劃。

圖6 每根原料生產(chǎn)后的料車情況預見性計算計劃

圖7 每車次的料車預見性計算計劃

圖8 每根原料加工計劃的智能再排序計劃

圖9 每根原料細化后的設備加工計劃與追蹤信息

圖10 每個車位的料車安排預見性計算計劃

　　MES加工數(shù)據(jù)管理是MES智能排產(chǎn)模塊預計算排產(chǎn)計劃正確執(zhí)行的保障。它負責解析排產(chǎn)計劃，進行設備和物流計劃的再分解、數(shù)據(jù)協(xié)議重組、物料計劃協(xié)調(diào)，通過各個子接口模塊下達給生產(chǎn)線上的每一臺需要MES管理排產(chǎn)的設備。其中包括了多種多樣的設備通信接口，以及多種工藝設備的計劃控制子模塊。其中包括：鋸切下料模塊、機器人動態(tài)路徑模塊、銑削模塊、沖壓工序模塊、四頭組角模塊、物流傳送模塊等等。

圖11 設備物料自動追蹤的示意圖

　　制造業(yè)中采用離散（詞條“離散”由行業(yè)大百科提供）型生產(chǎn)模式的企業(yè)占據(jù)了絕大多數(shù)。MES動態(tài)物流管控是按照MES智能排產(chǎn)下達給設備的上下料計劃，執(zhí)行加工自動排程。采用物流自動化技術、機器人技術、條形碼或二維碼、RFID技術實現(xiàn)對每個物料的定置定位追蹤與控制管理，使得每個物料每時每刻都在MES的掌控之下，確保每道工序都嚴格按照MES智能排產(chǎn)模塊設定的預見性計劃進行生產(chǎn)。

　　MES系統(tǒng)直接管理著機器人、鋸切中心、鉆銑中心、數(shù)控端面銑床、數(shù)控四頭組角線等各種生產(chǎn)線設備以及物流控制系統(tǒng)，實現(xiàn)實時下達加工計劃、優(yōu)化產(chǎn)線計劃、協(xié)調(diào)工序加工、管理物流緩存、異常處理等功能。對于在生產(chǎn)線中也可能存在著少量純?nèi)斯げ僮鞯脑O備，比如小型沖床、手工裝配臺等，這類設備通常沒有自動化接口，MES系統(tǒng)則采用看板形式指導工人完成加工，能夠更方便靈活的適應實際生產(chǎn)的個性化要求。

圖12 物流自動追蹤的示意圖

　　3 結(jié)束語

　　1999年，“物聯(lián)網(wǎng)”概念初步提出;

　　2009年，美國提出“智慧地球”概念;

　　2010年，中國進入智慧時代準備階段;

　　2017年，黨的十九大提出推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合;

　　2018年，“十三五”和《中國制造2025》規(guī)劃的快速推進，智能制造工廠成為工業(yè)發(fā)展的一大趨勢。

　　在鋁合金門窗幕墻專用加工設備領域，天辰股份在現(xiàn)有技術的基礎上，結(jié)合自動化程度高、生產(chǎn)效率高的鋸切類設備、銑削類設備、組角類以及物流傳輸?shù)燃庸ぴO備，引入工業(yè)機器人、自主研發(fā)天辰MES系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng))，基于工作站式的局域網(wǎng)數(shù)據(jù)管理，有效的實現(xiàn)了鋁門窗加工組裝領域的智能制造生產(chǎn)線的生產(chǎn)模式。

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)流和控制流在管理層與控制層之間存在著巨大的鴻溝。業(yè)務管理系統(tǒng)與車間自動化系統(tǒng)之間存在著信息壁壘，排產(chǎn)和調(diào)度過于依賴經(jīng)驗，計劃的可行性和應變能力較差，生產(chǎn)執(zhí)行過程不透明，管理層難以及時準確地獲取生產(chǎn)信息。所以我們要把人工系統(tǒng)變成MES軟件系統(tǒng)，它集成了各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過較少的人工干預進行運行操作，即要從原來的人工環(huán)境，變成由人員參與管理的集成系統(tǒng)，把管理層和控制層進行順暢的流通。

　　智能制造是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是門窗企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必然方向，是解決門窗制造過程中難點、痛點的必由之路。可以實現(xiàn)更好的生產(chǎn)制造，提高企業(yè)贏利能力。基于天辰MES的鋁門窗智能制造系統(tǒng)實現(xiàn)對鋁門窗整個生產(chǎn)過程的全面管控，改變了傳統(tǒng)的單機生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了多個加工單元的信息化、自動化、智能化聯(lián)網(wǎng)作業(yè)，極大的降低人工成本，提高生產(chǎn)效率，減少錯誤成本，引領門窗行業(yè)的發(fā)展潮流。

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