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【技術】智能工廠布局關鍵因素-MES與APS係統

時間:2018-09-06 分享到:

要實現車間的智能化,需要對生產狀況、設備狀態、能源消耗、生產質量、物料消耗等信息進行實時采集和分析,進行高效排產和合理排班,提高設備利用率,提高產品質量,實現生產可追溯、上料防錯,提高生產效率。

製造執行係統MES與先進生產排程APS係統,均是提高車間智能化水平的關鍵。

兩者的區別

對於智能工廠來說,MES是智能工廠的核心,將前端產品設計、工藝定義階段的產品數據管理與後端製造階段的生產數據管理融合,實現產品設計、生產過程、維修服務閉環協同全生命周期管理。它包含了11個模塊:1生產計劃排產。2、作業人員管理。3、生產單元分配。4、資源狀態管理。5、產品跟蹤管理。6、質量管理。7、文檔圖紙管理。8、設備維護管理。9、設備性能分析。10、車間數據采集。11、製造過程管理。

APS就是高級計劃排程。應該說APS本來是MES的一個模塊,也許是因為優化排產太重要了,技術門檻太高了,才拿出來單獨作為一個功能軟件使用。APS要滿足資源約束,均衡生產過程中各種生產資源;要在不同的生產瓶頸階段給出最優的生產排程計劃;要實現快速排程並對需求變化做出快速反應。

排程就是排序,就是先做什麽,後做什麽的問題。但是你可以這樣想象,幾百台大小設備、幾百人同時要做各種任務,怎樣才能在各種約束(設備能力、人員、時間、場地、物料等)條件下(還是動態變化的),實現目標(交貨期、設備有效使用率、最低成本等)最優?

舉一個簡單排序例子:假設計算機每秒可處理1,000,000序列,我們希望構建一個最優調度係統,9個jobs可以不到一秒鍾就完成,11個則要一分鍾,如果給定20個jobs,找出最優的排程則需要77147年!實際計劃調度問題會涉及上百台設備,上千個訂單(jobs),可見大係統優化排程問題非常複雜。當然,人們不會以窮舉的方法傻算的。

統籌學家、計算機專家們多年來一直在為解決大係統的優化尋找一種快速方法。統籌法、啟發式、規則法、仿真法、遺傳基因法等等,這些算法對一些特定的需求都有各自的特點,有些“算得快”,但結果不是最優解,有些收斂極慢不實用。甚至學術理論界都曾懷疑有沒有最優解。直到前幾年,美國的一位應用數學家(EYUAN SHI)發明了分割嵌套(NP)算法,證明生成馬克夫鏈,實現全局收斂,並可以給出離最優解的置信區間。這成為解決大係統複雜係統優化問題的一條捷徑。

對APS的需求

APS是企業管理軟件,它具有高度智能的生產計劃調度功能,可以在多任務的複雜條件,並存在著諸多約束條件的生產流程中,最充分地利用企業的資源條件,找到最佳的調度排程結果。APS的核心是具有尋找最優結果的優化運算引擎。

在實際生產中,離散型工業企業(小批量,多品種,訂單變化大),任務、資源、工序流程複雜,約束條件很多,並且完全是一個動態的過程。企業需要的就是在可以容忍的時間內(例如10分鍾)排出一個最優化的調度計劃。並且這個排程計劃的優化程度是可以判斷和量化的,同時還可以預測對今後的影響(比如可以看到三個月後的情況)。

APS必須有很強的適應性。企業的實際經營運作在不同的時間可能會遇到不同的要求,例如,有時會要求最短交貨期,有時會要求最佳的設備使用率,有時會要求最少庫存,有時會遇到緊急插單,APS必須很方便的根據企業的需求,滿足企業不同時期的需求。

APS的人機界麵必須要符合企業調度人員的思維模式和排程習慣。讓人經過極其複雜的培訓,去適應計算機的要求,是企業使用人員不能接受的。

行業現狀與趨勢

APS在企業有許多成功應用,特別是與MES模塊集成應用。流程業如鋼鐵,化工等計劃調度問題相對簡單,因此,優化排程容易實施。

APS在離散製造業,由於排程問題的複雜性,幾乎目前所有的APS係統都采用規則或啟發式算法。規則法或啟發式算法最大優點就是能快速得到一個可行的排程結果,但是無法保證最優解,也無法量化排程結果。對於簡單的流程,較少的訂單,不論什麽算法得到的結果相差無幾。複雜的排程問題,是否具有優化功能其結果將有很大差異。

大量研究數據表明:由規則法或啟發式法得到的排程結果距離最優排程可相差30%-150%。以最少延遲訂單為目標,優化與否的APS在處理100個訂單時,可能總有30個在延遲交貨,日積月累,對企業是很大的損失。由於優化算法技術門檻的限製,目前中國市場上絕大多數“APS”產品由於“算不出來”,不得不加入很多人工幹預(例如:人為製定了很多規則,而這些規則本身可能就是不優的)或者忽略一些問題。

從價格上來說,APS的價格從一兩萬元到一兩百萬。簡單算法的低端產品對於一些流程簡單的小型企業,從手工排產過渡到APS排產,應該說是一個進步,也起到了輔助的決策作用。很多企業的實際生產極其複雜。APS是企業管理軟件中技術含量最高的產品,APS的應用可以提高企業生產效率百分之幾到百分之幾十。真正具有優化排程的APS的價格定位應該至少在幾十萬以上。這說明,中國APS的市場和技術都不成熟。

APS和MES在排產功能上是重疊的。不過,現在的趨勢是APS和MES融為一體,實現四個閉環:1、需求預測和訂單承諾閉環。2、計劃與排產閉環。3、排產與執行閉環。4、訂單承諾與訂單履約發貨閉環。形成係統自治,自反饋、自決策。

  

聲明:本文根據網上公開資料進行整理分析改編,僅供參考。主要來源高工機器人網http://www.gg-robot.com/asdisp2-65b095fb-62299-.html


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