智能制造MES系统

阿***

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智能制造MES系统

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任务需求:

智能制造MES系统方案，希望和做过MES的团队合作，仔细看方案，评估一下自己的公司是否能做。
一、建设目标
是著名的利用纳米技术为人类造福的高新技术企业，充分挖掘纳米技术所拥有的独特的物理、化学特征为人类营造一个健康快乐幸福美满的生活体验；
由于纳米技术固有的高贵品质，需要通过灵活、柔性、高效的生产过程管控才能满足市场快速扩展的需求，为客户提供高质量的产品和高满意度的服务；
本次智能制造建设涵盖两个制造车间，分别是:
1、绗缝车间：使用绗缝设备生产纳米被、纳米枕头等高科技产品；
2、车缝车间：采用纳米材料缝制适合客户需求的服装及其他用品；
1.1行业背景
随着中国经济的发展，特别是中产阶级对高品质生活的要求的提高，制造业，特别是时尚制造业需要更快的交期，更好的质量、更高的效率及更柔性的生产过程的要求。市场的变化要求制造业进行商业模式、管理方式、生产过程及产品管理都要有所改变；
随着互联网的发展，信息的交互变得更加顺畅，从而是信息流动更加高效，客户的个性化需求大大加强；同时，属于高品质产品，从设计到制造都带来了比传统行业更高的复杂性，综合以上两点（个性化的提高和产品的复杂性）使得制造的不确定性大为提高，如下图所示：

为了满足对高品质制造的要求，建议对现有生产过程进行智能化改造，以迎合市场的发展、技术的发展，为更快速发展奠定坚实的智能化基础；
2.2面临的问题
现有生产系统尚能够满足现有实现的需求，经过我们两次客户访谈与实地考察，现在还面临着以下几个问题：
1、生产过程的黑盒现象；
2、生产资料与生产进度匹配度低；
3、生产计划达成率低；
4、无法实现柔性生产以满足市场的快速变化；
5、绗缝物流周转严重，造成过多的无效工作；
6、流程不明晰，缺少目视化管理手段；
7、生产信息采集点过少，造成时间滞后、数据冗余；
8、标准作业指导无法跟随在制品流动，对质量造成严重的影响；
9、没有计算机虚拟场景展现，无法展现企业形象；
10、缺少基于大数据的预测分析系统，难以对未来做出提前预判；
2.3智能制造系统原理
智能制造系统是整个制造业的核心系统，是制造企业真实创造价值的环节；
智能制造通过物联网技术把物理客观世界完美映射到数字虚拟世界中；在数字虚拟世界中通过大数据技术和人工智能技术模拟、仿真真实世界的生产过程，对客观世界的生产进度、生产效率、生产质量、物流过程等进行实时跟踪，并且对生产过程进行预测分析，保证数字世界的进度在客观世界之前，从而未雨绸缪、防患于未然，把智能分析结果再通过无线网络反馈到实际生产现场，用以指导生产现场的过程管理。
物联网采集到的现场数据通过虚拟现实的形式在大屏幕上呈现，保证管理人员对整个生产细节一目了然。同时，虚拟现实技术同样可以用于远程监控及生产流程分析，为优化产品设计、优化生产流程提供数据基础和技术基础；
智能制造在制造业的为主如下图所示：

智能制造的客观世界与数字世界映射如下图所示：

二、智能制造技术方案
智能制造分两部分，分别是绗缝车间和车缝车间，整体技术方案分两层：
1、现场层：绗缝与车缝车间现场层不同，绗缝车间使用流水线实现在制品流转控制，车缝车间使用吊挂实现在制品流转控制；
2、智能层：绗缝与车缝车间智能层基于同一平台，使得各职能部分(技术、生产、计划、人力资源、财务等)通过同一平台实现对两种生产模式的统一管控；
2.1 绗缝车间智能制造方案
2.1.1 绗缝车间在制品流转设计
绗缝车间的特点是在制品比较大，并且由于纳米材料的特点，在包装出厂前不能过水洗，所以使用流水线的方式实现在制品流转，如下图所示：

绗缝车间在制品流转说明：
1、改造绗缝设备，使之具有双面短线检测功能，减少在线巡视员工的需求；
2、在绗缝设备上添加三色指示灯，用以表示工作状态（停机、短线、正常）；
3、改造绗缝设备使之具备自动切割功能，为单件流打好基础；
4、所有绗缝设备均通过流水线连接到主加工生产线；
5、从绗缝到入库全过程在制品自动流转，在制品不落地；
6、流水线添加一质检与验针工序，自动进行视觉质检和自动验针；

2.1.2 绗缝车间信息流设计
绗缝车间信息流分三部分:
1、工业物联网：通过与流水线控制PLC的连接获开生产节拍及设备状态；
2、RFID技术：通过在产品上缝制RFID标签自动采集在制品的流转过程；
3、工艺推送：通过RFID读取与后台系统的交互自动推送个性化SOP到现场；
工业物联网网络图如下：

每个工位均安装有工业触摸屏终端，如下图：
工业电脑具有RFID读写功能，同时可以支持跟设备进行通讯，以获开生产过程最精细的控制信息与执行信息；
绗缝车间现场3D虚拟现实呈现示意图：

3D虚拟现实呈现能够在参观通道把整个生产流程完整呈现出来，这得益于我们在工业物联网技术与3D虚拟呈现技术的能力；

2.2 车缝车间智能制造技术方案
车缝车间使用自动吊挂实现在制品流转，吊挂与智能系统整合在一起，可以通过智能系统控制吊挂的运行轨迹及动作，以满足对个性化定制与柔性生产的要求；
车缝车间每个工位安装工业物联网终端，工位物联网终端实现如下功能：
1、工艺推送：按照在制品的RFID标签和工位工序配置，把工序工艺自动推送到工位终端，保证员工的生产质量；
2、连接车缝设备：连接车缝设备，监控车缝设备的工作状态，用以统计准备时间、工作时间以及工艺过程是否符合标准（包括衣车转速等）；
3、提供按灯功能：当车位员工需要帮助时，通过按灯功能实现寻求帮助的功能；
4、其他需要的功能可按需定制；
三、智能生产系统介绍
3.1 系统总体设计目标
MES平台解决方案可实现生产过程中每个工序生产状况及生产过程中数据操作的准确化和系统化，提升现场管理水平，提高成品一次下线合格率和生产效率，促进生产组织管理精细化，降低制造资源消耗，提升企业市场竞争力。
针对个性化定制产品，可实现工艺数据实时下发至工位，工序流自动控制，生产异常以及预警。最终实现生产环节的实时透明化管理，最优动态排产，优化生产环节，降低库存，使企业对市场需求做出快捷响应。具体如下：
?建立统一的物料编码体系，保证从物料到产品的唯一性。
系统采用RFID编码方式进行数据管理，建立统一规范的物料编码体系，保证从每个单位物料到产品的唯一性。在生产过程的任一环节都能够正确地追踪到物料的来源和去向。
?辅助建立工艺库，实现个性化定制工艺信息实时下发至生产工位。
定制化生产的每一道工序以及每一个工序上相应的工艺参数实时传递到生产工位。
?实现生产工序流管理，对漏序，错序等及时预警。
实时了解生产瓶颈，真正提高定制产品的一次下线合格率。
?实现生产现场实时数据采集，现场生产进程可视化。
生产的每一个环节可控、可查，单件流的计件计薪数据实时传递；
生产进度透明化，缩短生产周期，提高有效工作时间。
?历史大数据储备，大数据挖掘，辅助进行排产计划，产线平衡。
数据分析挖掘，分析统计生产瓶颈，从而优化生产
?工人工作效率工作量真实记录，客观评估。
3.2 系统平台总体架构

MES平台系统为多层系统架构，如上图所示。
3.3 系统拓扑结构

3.4 系统工作流程

生产过程化管理是精细化管理的基本要求，MES平台系统方案从生产的最小单位和粒度记录生产过程信息，通过对生产过程的参与者及产品进行精细化管理，完成生产过程数字化，从而在生产过程数字化的基础之上进行数据分析、挖掘，获得产能分析，生产进度趋势，风险预测，生产质量及效率评估等。
通过过程化管理能够把车间生产过程按照员工、工序、时间、在制品、订单等维度的信息统一管理起来，在此基础上得到非常准确的生产计划，排班计划，进度跟踪，风险预测等，同时通过详细的生产过程化数据，进行产品质量追溯，在制品工艺过程分析。

?系统工作信息流程步骤参考如图：

?订单款式具体工序流程如下图所示直观展现工序制作步骤（示例图）：

?工位配置立体展现工时节拍

实际操作时在需要数据采集的工位安装RFID读卡器终端机，工单用RFID标签进行标示绑定并打印关键信息贴纸在卡片上，物料通过人工运输或吊挂线运输，每一个工位生产人员手工进行刷卡记录完成数和工艺下发、下件生产提醒。

RFID显示内容，可以加入下个工单提醒等功能

可实时查询工作量，界面可显示10行文字并支持翻页显示
工位机显示某工位对应此制造任务单的工序内容指导员工生产，这款工位机属于文字形式，我公司已经研发彩色七寸大屏工位机大以便图文一并显示增加工艺指导的直观性与准确性；

七寸屏彩色触摸显示工位机
工位机显示内容通过工艺管理系统的款式工艺+个性订单定制工艺合集方式进行显示；

3.5 系统主要功能

第四部分系统主要软硬件介绍
4.1 应用软件功能描述
4.1.1网络管理功能描述
1.实时查看终端设备工作状态，分：在线、开机、关机等
2.图形化界面分组显示或统计显示终端设备工作状态
3.提供终端设备的故障报警并实用不同颜色显示
4.网络日志查看

4.1.2 中间件功能描述
1.网络通讯日志查看、分析
2.实时数据收集并保存到本地数据库
3.提供中间件工作监控界面
4.添加管理的RFID终端设备站点号功能
5.回放数据收集过程功能
6.提供二次开发接口，方便其它信息系统的数据对接
7.提供暂停及重启功能
8.监控及故障恢复功能

4.1.3制卡及条码打印功能描述
1.按照订单、姓名、款式、工序特征等把信息写入到RFID标签中
2.按照订单要求打印条码标贴
3.重新打印功能
4.查询中心数据库订单信息的功能

?定制订单和大货订单首先从订单入口进行区分
?定制订单和大货订单通过裁剪计划进行制卡以及，都有流水号区分，大货订单流水号会根据制卡的数量自动递增
?同一个裁剪计划下大货订单会进行流水号的统一递增管理
?刷卡方式定制和大货一样挂卡和刷卡，无区别
?报表除了订单进度、质量追踪、工时统计等，增加大货完成情况统计
4.1.4 实时数据采集与分析
1.个人、班组工作量统计及分析功能
2.实时、十五分钟、小时、天、周等时间段分析功能
3.订单进度查询及明细显示功能
4.WIP在班组中积压情况显示、分析功能
5.实时柱状图显示各工序进度
6.实时显示各班组排行榜
7.订单完成预测功能、下线时间预测功能、订单加急功能
8.实际工时与标准工时耦合率分析

4.1.5 产线平衡功能
1.产线进度平衡度数理分析，直观显示产线平衡指标
2.相邻工序的动态拆分与合并，最优化生产平衡的同时适应实际生产情况安排
3.正态分布性分析，给出产线效率指标
4.工序循环自动分配，工序流管控的同时工序生产效率最大化
5.员工技能评估，员工绩效指标分析
6.产线生产瓶颈指示及预警功能，保证产品下线时间

4.1.6 统计报表
1.工序暂压统计
2.班组暂压统计
3.订单生产进度查询
4.订单生产过程查询
5.班组、车间不合格原因查询，图形和列表形式
6.员工工时统计，图形和列表形式
7.所有报表均可打印、导出

大货生产常用报表界面如下：
1)不合格原因排行

2)订单进度统计

3)生产单进度统计

4)裁床单进度统计

5)成品统计

6)生产过程分析

7)现场实时信息

8)员工对数表

9)工作效率

图形方式展现

10)计件计薪统计

11)员工工序工时分析

12)产量汇总统计

13)员工产量统计排行榜

14)生产过程分析

15)现场实时信息

16)QC统计

17)订单汇总

4.2 接口及集成方案
本系统可以独立运行，也可以与其他系统（ERP、CAD、GST、PDM、WMS等）集成运行；
如因其他系统建设及选型问题，本系统预留各种数据接口，方便不同的系统之间数据传递与共享；
本系统与其它系统集成的核心是数据的双向交流，我们建议与原有系统集成时按照如下两个方向的信息进行集成；
?外部系统（ERP、CAD、GST等）把订单信息、工艺信息、生产任务信息等生产要素同步到MES系统；
?MES系统按照外部系统提供的信息执行生产过程的每一道工序，并把生产结果信息反馈到外部系统中；
结构图如下：

生产过程详细信息由MES管理，统计分析报表等由MES提供统一的界面实现；MES的汇总信息或者关键点信息按照外部系统的要求主动通过外部系统提供的接口发送到外部系统中。

4.3 智能工位数据管理终端

技术参数：
序号技术项目技术参数
1 显示屏 320×240点阵真彩色TFT，
可显示汉字（16×16）：300；英文（8×8）：1200
2 按键 20按键，F1－F4可进行功能定制
3 联网方式 433M无线网络
4 通讯距离空旷地带300米，车间环境60米
5 通讯速率 19.2KBps-250KBps
6 调制方式 FSK
7 网络协议 RichonRF自有知识产权无线协议
8 天线外置2.5dB增益天线
9 RFID协议 ISO-15693国际物联网标准RFID标签
10 规格尺寸（长×宽×高）：156mm×85mm×27mm
重量：240克
11 安全等级 IP57
12 供电 6-12V/1A宽电压供电
13 安装方式 M3*4，可选配公司多功能支架
注意：每个工位安装1台工位终端

固件功能描述：
1)实时下传工序描述信息
2)刷员工卡界面
3)工序组配置功能
4)接收上位机传输的通知信息
5)支持时尚行业标签的正常加工、返工功能
6)站点号配置功能
7)射频灵敏度配置功能
8)上传车位信息到中心系统
4.4 多功能RFID读写终端

技术参数：
序号技术项目技术参数
1 操作系统 LINUX
2 显示屏 7寸高亮工业显示屏；800*480分辨率。
3 触摸屏电阻触摸屏，方便操作
4 按键多达30个实体按键，不同功能组合均有快捷方式，适用不同场景。
5 外置接口 USB*1;RS232*1;RS485*1;RJ45*1
6 电源输入 DC24V,1A
7 联网方式 433M无线网络、WiFi、TCP/IP多种通讯方式
8 通讯距离空旷地带300米，车间环境60米
9 通讯速率 RF433：19.2KBps-250KBps;WIFI视环境而定
10 网络协议 RichonRF自有知识产权无线协议
11 天线外置2.5dB增益天线
12 RFID协议 ISO-15693国际物联网标准RFID标签
13 规格尺寸（长×宽×高）：180mm×170mm×35mm
14 安全等级 IP57
15 安装方式支架安装

固件功能描述：
1)可外接多种设备，采集设备信息或者使设备联网。
2)实时下传工序描述信息及（图片、视频需采用有线或WIFI网络通讯方式）
3)员工刷卡界面
4)显示内容丰富
5)工序组配置功能
6)接收上位机传输的通知信息
7)支持时尚行业标签的正常加工、返工功能
8)站点号配置功能
9)射频灵敏度配置功能
10)上传车位信息到中心系统
11)强大的交互界面，满足现场复杂使用要求。

4.5 无线网络服务器

技术参数
序号技术项目技术参数
1 无线网络协议 RichonRF自主知识产权无线协议
2 天线 6.5dB高增益外置天线
3 无线通讯速率 19.2KBps-250KBps
4 通讯距离与外置天线距离300米；与内置天线距离100米
5 有线网络 TCP/IP，10/100M自适应协议
6 有线网络联网可连接至任意办公网络交换机
7 驱动能力可驱动32台无线读写器
8 规格尺寸长×宽×高：95mm×66mm×25mm（不含天线）
9 供电 6-12V/1A宽电压供电
10 防护等级 IP59
11 安装四螺丝工业安装
4.6 多功能安装支架

技术参数：
序号技术项目技术参数
1 规格尺寸长×宽×高：135mm×120mm×65mm
2 材料 2mm后加硬钢板
3 固定方式 M3*4连接读写器，M3自攻螺丝固定支架
4 安装方式可上下安装；
5 视角 75度人体工程学视角设计
4.7 RFID卡片

RFID卡片技术参数：
项目技术项目技术参数
1 规格尺寸长×宽×厚：85mm*55mm*1mm
2 频率 13.56MHz
3 读取协议 ISO15693/IS018000-3
4 读取距离 10CM（射频功率100mW）
5 存储空间 1K字节
6

4.8智能云终端

项目技术项目技术参数
1 规格尺寸长×宽×厚：55cm*45cm*7cm
2 屏幕 15寸触控屏
3 读取距离 10CM（射频功率100mW）
4 网络 TCP/IP，远程客户端
5 操作系统 Win XP / Win 7 可选
6
质检等关键工位使用（底座或挂架根据现场情况用户自制）

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