自動(dòng)化和控制系統(tǒng)適合哪些領(lǐng)域？在智能制造領(lǐng)域中扮演什么角色？

在談到智能制造或工業(yè)4.0時(shí)，行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)往往集中在人工智能（AI）、數(shù)字孿生和數(shù)字線程、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）、協(xié)作機(jī)器人和增材制造等技術(shù)上。但是，自動(dòng)化和控制系統(tǒng)適合于哪些領(lǐng)域？在智能制造領(lǐng)域中，這些系統(tǒng)扮演著什么關(guān)鍵角色？自動(dòng)化和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）如何為制造企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)？

為了回答這些問題，本文將通過一些實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，帶您了解MES和自動(dòng)化系統(tǒng)是如何與智能制造技術(shù)相結(jié)合，助力制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的。這些應(yīng)用場(chǎng)景適用于眾多過程、離散和混合行業(yè)，是以自動(dòng)化和MES為基礎(chǔ)開啟智能制造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅的好方法。

01

物料清單、配方和作業(yè)指導(dǎo)書的數(shù)字化

物料清單（BOM）定義了制造產(chǎn)品所需的材料和數(shù)量。配方定義了使用的具體步驟和設(shè)定值。作業(yè)指導(dǎo)書提供了制造過程中使用的規(guī)范、圖紙、方法、程序等?？偟膩碚f，這些內(nèi)容包括很多信息，如果是以紙質(zhì)文件的形式體現(xiàn)，可能會(huì)很厚。

將這些信息從紙質(zhì)文件轉(zhuǎn)移到MES中，并與自動(dòng)化系統(tǒng)緊密結(jié)合是非常有意義的。這些系統(tǒng)的整合使物料清單、配方和作業(yè)指導(dǎo)書的管理、傳播、使用和執(zhí)行變得更加簡(jiǎn)單快捷，讓正確的工作人員能夠隨時(shí)隨地獲得所需的信息，同時(shí)消除了使用紙質(zhì)文件時(shí)常見的人工錯(cuò)誤。

MES向自動(dòng)化系統(tǒng)提供物料清單和配方，自動(dòng)化系統(tǒng)利用這些信息執(zhí)行配方并消耗指定數(shù)量的材料。MES和自動(dòng)化系統(tǒng)中的算法，允許在必要時(shí)調(diào)整材料或是使用替代材料，甚至手動(dòng)添加材料。總之，MES和自動(dòng)化系統(tǒng)消除了紙質(zhì)文檔和潛在的人工錯(cuò)誤。

有了MES和自動(dòng)化系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，下一步就是與新一代智能制造技術(shù)的結(jié)合。IIoT 用于從整個(gè)工廠的設(shè)備中傳播和收集信息。AR/VR 工具用于向操作員提供基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的交互式工作指導(dǎo)。人工智能（AI）用于分析數(shù)據(jù)收集，深入挖掘根本原因，并優(yōu)化操作和材料。它們以MES和自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并隨著智能制造新技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。

02

MES與自動(dòng)化系統(tǒng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)防錯(cuò)

除了消除紙張并自動(dòng)執(zhí)行物料清單、配方和作業(yè)指導(dǎo)書外，MES和自動(dòng)化系統(tǒng)還可以防止在整個(gè)制造過程中出錯(cuò)。錯(cuò)誤不僅發(fā)生在基于紙面的過程中，還會(huì)發(fā)生在任何手動(dòng)執(zhí)行的過程中。

配方通常涉及多個(gè)步驟，其中大部分必須按順序執(zhí)行，并且只有在前序步驟成功完成后才能開始。MES與自動(dòng)化和控制系統(tǒng)協(xié)同工作，以確保在進(jìn)入下一步之前，正確、完整地執(zhí)行前序步驟。

當(dāng)跳過正常步驟、未按順序執(zhí)行或根本沒有完成時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在制造操作中，如果需要不同的人在不同地方完成不同步驟，則特別容易出錯(cuò)。例如，在稱重位置，有人執(zhí)行材料稱重過程，而在配料罐位置，另一個(gè)人執(zhí)行添加和混合過程，而質(zhì)量保證實(shí)驗(yàn)室的另一人執(zhí)行質(zhì)量分析。讓這些步驟按順序正確執(zhí)行，確保某個(gè)步驟在下一個(gè)步驟開始之前完成是極其困難的。但這種同步執(zhí)行正是MES所做的，也是MES和自動(dòng)化協(xié)同工作如此重要的原因所在。

在與下一代智能制造技術(shù)結(jié)合的方面，IIoT是實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)，這樣每個(gè)員工都可以立即獲得每個(gè)步驟的狀態(tài)和結(jié)果。數(shù)字線程則連接整個(gè)工廠范圍內(nèi)多個(gè)區(qū)域的每個(gè)步驟。數(shù)字孿生則收集有關(guān)設(shè)備運(yùn)行的詳細(xì)信息。AI和高級(jí)分析則用于構(gòu)建預(yù)測(cè)性和規(guī)范性分析，用于協(xié)調(diào)和優(yōu)化整個(gè)制造過程的運(yùn)營(yíng)。

03

通過數(shù)據(jù)收集、認(rèn)證和簽名實(shí)現(xiàn)質(zhì)量保證測(cè)試

為了進(jìn)一步闡述質(zhì)量保證測(cè)試，請(qǐng)考慮可能遇到的各種不同類型的測(cè)試，以及該測(cè)試通常如何與制造過程交織在一起。整個(gè)制造過程中,很多產(chǎn)品使用在線、近線和實(shí)驗(yàn)室組合測(cè)試。這意味著需要有幾個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)地點(diǎn)都有許多不同類型的測(cè)試設(shè)備和不同的測(cè)試人員。

同時(shí)，在生產(chǎn)制造過程中，這些測(cè)試需要在不同點(diǎn)進(jìn)行，因此，除非前序測(cè)試完成，否則該過程不應(yīng)進(jìn)入下一步。直到所有測(cè)試都成功完成，證書和簽名都到位，整個(gè)制造過程才算完成。

MES與自動(dòng)化系統(tǒng)一起執(zhí)行制造過程中的各個(gè)步驟，并從執(zhí)行測(cè)試的各個(gè)位置和設(shè)備收集數(shù)據(jù)。MES與自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)鎖以確保所有步驟都能成功完成，并且在前序步驟完成之前，不會(huì)啟動(dòng)下一步。結(jié)果是，所有對(duì)質(zhì)量控制至關(guān)重要的步驟都按順序正確完成，收集所有必要的數(shù)據(jù)，并按要求完成帶有簽名的產(chǎn)品認(rèn)證。

這種情況下，在支持自動(dòng)化和MES方面，IIoT發(fā)揮了更大作用。在整個(gè)設(shè)施中，有這么多不同設(shè)備需要收集這么多的數(shù)據(jù)，實(shí)際上IIoT是唯一選擇。同樣，這也是分析和AI發(fā)揮更大作用的領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈兡軌蚍治鏊性O(shè)備數(shù)據(jù)，以提供快速而深入的結(jié)果，直指問題本質(zhì)，這樣就可以在問題升級(jí)之前解決問題。

04

物料優(yōu)化與智能制造工具

通常，企業(yè)需要根據(jù)質(zhì)量保證測(cè)試結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品或批次進(jìn)行材料調(diào)整。該想法并不是簡(jiǎn)單地添加更多材料直至特定水平，而是優(yōu)化材料，以便盡可能添加最少的材料，從而以最低的成本實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果。如果需要在制造過程中的不同位置進(jìn)行多個(gè)級(jí)別的測(cè)試，添加多級(jí)別材料，優(yōu)化會(huì)變得更加復(fù)雜。

實(shí)現(xiàn)真正優(yōu)化的唯一方法，就是通過MES和自動(dòng)化系統(tǒng)的一些高級(jí)功能，以及AI和高級(jí)分析等智能制造工具。AI算法與MES相連，用于執(zhí)行最低成本計(jì)算，例如推薦需要添加的特定材料。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在過程的每一步，MES必須獲得所需的質(zhì)量保證測(cè)試結(jié)果，并且必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以準(zhǔn)確測(cè)量添加到具有嚴(yán)格公差要求的特定材料。這些AI算法以及集成的MES和自動(dòng)化流程，必須確保能夠快速聚焦于成本最低的解決方案，這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)過程在主配方中的可用添加數(shù)量有限。

使用高級(jí)分析工具來分析這些大數(shù)據(jù)集以及彼此之間的相互關(guān)系，以了解潛在趨勢(shì)，洞悉根本原因，并在潛在問題成為問題之前很久，就深入了解這些問題。這樣做帶來的回報(bào)是巨大的，因?yàn)槲覀冎烂恳环N產(chǎn)品或每一批產(chǎn)品，都希望使用盡可能低的成本，生產(chǎn)出滿足產(chǎn)品規(guī)格的產(chǎn)品。

05

集成MES、自動(dòng)化系統(tǒng)與智能制造技術(shù)的好處

將MES和自動(dòng)化系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，與智能制造技術(shù)緊密集成，可以為制造企業(yè)帶來很多好處。使用MES、自動(dòng)化系統(tǒng)和智能制造技術(shù)來提供物料清單和配方數(shù)字化、防錯(cuò)、質(zhì)量保證測(cè)試和物料優(yōu)化等功能，展示了其它任何方式都無法實(shí)現(xiàn)的顯著優(yōu)勢(shì)。這樣不僅降低了物料和勞動(dòng)力成本，提高了生產(chǎn)率、良品率和產(chǎn)量，還減少?gòu)U料和返工。所有這些都是通過MES、自動(dòng)化系統(tǒng)和智能制造技術(shù)緊密集成實(shí)現(xiàn)的，并利用它們提供專注于制造過程中這些關(guān)鍵要素的新功能。

所有新的智能制造和工業(yè)4.0技術(shù)看起來都非?？?。AI、IIoT、AR/VR和許多其它技術(shù)，已在現(xiàn)代制造業(yè)中占有一席之地。但它們需要一個(gè)基礎(chǔ)，MES和自動(dòng)化系統(tǒng)就是這個(gè)基礎(chǔ)。MES和自動(dòng)化是智能制造的起點(diǎn)，使企業(yè)專注于物料清單和配方、生產(chǎn)防錯(cuò)、質(zhì)量保證測(cè)試和物料優(yōu)化等基礎(chǔ)領(lǐng)域，持續(xù)改善生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)并在可預(yù)期的未來實(shí)現(xiàn)重要的商業(yè)價(jià)值。

關(guān)鍵概念：

■ MES與自動(dòng)化和控制系統(tǒng)協(xié)同工作，以確保在進(jìn)入下一步之前，正確、完整地執(zhí)行前序步驟，以防止整個(gè)制造過程出錯(cuò)。

■以MES為基礎(chǔ)，AI和高級(jí)分析可用于構(gòu)建預(yù)測(cè)性和規(guī)范性分析，用于協(xié)調(diào)和優(yōu)化整個(gè)制造運(yùn)營(yíng)。

思考一下：

如何使用MES和自動(dòng)化系統(tǒng)來提高工廠運(yùn)營(yíng)的效率？

審核編輯：劉清