在智能制造中，MES和自動化系統將扮演什么關鍵角色？
發布時間：2023-11-08 來源：控制工程網
本文圖片來源：羅克韋爾自動化
了解MES和自動化系統是如何與新一代智能制造技術集成，為制造企業實現數字化轉型打下堅實基礎的。
在談到智能制造或工業4.0時，行業關注的焦點往往集中在人工智能（AI）、數字孿生和數字線程、增強現實（AR）和虛擬現實（VR）、工業物聯網（IIoT）、協作機器人和增材制造等技術上。但是，自動化和控制系統適合于哪些領域？在智能制造領域中，這些系統扮演著什么關鍵角色？自動化和制造執行系統（MES）如何為制造企業的數字化轉型打下堅實的基礎？
為了回答這些問題，本文將通過一些實際應用場景，帶您了解MES和自動化系統是如何與智能制造技術相結合，助力制造企業實現數字化轉型的。這些應用場景適用于眾多過程、離散和混合行業，是以自動化和MES為基礎開啟智能制造和數字化轉型之旅的好方法。
01 物料清單、配方和作業指導書的數字化
物料清單（BOM）定義了制造產品所需的材料和數量。配方定義了使用的具體步驟和設定值。作業指導書提供了制造過程中使用的規范、圖紙、方法、程序等。總的來說，這些內容包括很多信息，如果是以紙質文件的形式體現，可能會很厚。
將這些信息從紙質文件轉移到MES中，并與自動化系統緊密結合是非常有意義的。這些系統的整合使物料清單、配方和作業指導書的管理、傳播、使用和執行變得更加簡單快捷，讓正確的工作人員能夠隨時隨地獲得所需的信息，同時消除了使用紙質文件時常見的人工錯誤。
MES向自動化系統提供物料清單和配方，自動化系統利用這些信息執行配方并消耗指定數量的材料。MES和自動化系統中的算法，允許在必要時調整材料或是使用替代材料，甚至手動添加材料。總之，MES和自動化系統消除了紙質文檔和潛在的人工錯誤。
有了MES和自動化系統作為基礎，下一步就是與新一代智能制造技術的結合。IIoT 用于從整個工廠的設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現實的交互式工作指導。人工智能（AI）用于分析數據收集，深入挖掘根本原因，并優化操作和材料。它們以MES和自動化系統為基礎，并隨著智能制造新技術的進步而不斷發展。
02 MES與自動化系統協同實現生產防錯
除了消除紙張并自動執行物料清單、配方和作業指導書外，MES和自動化系統還可以防止在整個制造過程中出錯。錯誤不僅發生在基于紙面的過程中，還會發生在任何手動執行的過程中。
配方通常涉及多個步驟，其中大部分必須按順序執行，并且只有在前序步驟成功完成后才能開始。MES與自動化和控制系統協同工作，以確保在進入下一步之前，正確、完整地執行前序步驟。
當跳過正常步驟、未按順序執行或根本沒有完成時，就會出現錯誤。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。例如，在稱重位置，有人執行材料稱重過程，而在配料罐位置，另一個人執行添加和混合過程，而質量保證實驗室的另一人執行質量分析。讓這些步驟按順序正確執行，確保某個步驟在下一個步驟開始之前完成是極其困難的。但這種同步執行正是MES所做的，也是MES和自動化協同工作如此重要的原因所在。
在與下一代智能制造技術結合的方面，IIoT是實時收集數據的關鍵技術，這樣每個員工都可以立即獲得每個步驟的狀態和結果。數字線程則連接整個工廠范圍內多個區域的每個步驟。數字孿生則收集有關設備運行的詳細信息。AI和高級分析則用于構建預測性和規范性分析，用于協調和優化整個制造過程的運營。
03 通過數據收集、認證和簽名實現質量保證測試
為了進一步闡述質量保證測試，請考慮可能遇到的各種不同類型的測試，以及該測試通常如何與制造過程交織在一起。整個制造過程中,很多產品使用在線、近線和實驗室組合測試。這意味著需要有幾個不同的測試點，每個地點都有許多不同類型的測試設備和不同的測試人員。
同時，在生產制造過程中，這些測試需要在不同點進行，因此，除非前序測試完成，否則該過程不應進入下一步。直到所有測試都成功完成，證書和簽名都到位，整個制造過程才算完成。
MES與自動化系統一起執行制造過程中的各個步驟，并從執行測試的各個位置和設備收集數據。MES與自動化系統聯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，不會啟動下一步。結果是，所有對質量控制至關重要的步驟都按順序正確完成，收集所有必要的數據，并按要求完成帶有簽名的產品認證。
這種情況下，在支持自動化和MES方面，IIoT發揮了更大作用。在整個設施中，有這么多不同設備需要收集這么多的數據，實際上IIoT是唯一選擇。同樣，這也是分析和AI發揮更大作用的領域，因為它們能夠分析所有設備數據，以提供快速而深入的結果，直指問題本質，這樣就可以在問題升級之前解決問題。
04 物料優化與智能制造工具
通常，企業需要根據質量保證測試結果，對產品或批次進行材料調整。該想法并不是簡單地添加更多材料直至特定水平，而是優化材料，以便盡可能添加最少的材料，從而以最低的成本實現所需的結果。如果需要在制造過程中的不同位置進行多個級別的測試，添加多級別材料，優化會變得更加復雜。
實現真正優化的唯一方法，就是通過MES和自動化系統的一些高級功能，以及AI和高級分析等智能制造工具。AI算法與MES相連，用于執行最低成本計算，例如推薦需要添加的特定材料。
為了實現這一點，在過程的每一步，MES必須獲得所需的質量保證測試結果，并且必須實現自動化，以準確測量添加到具有嚴格公差要求的特定材料。這些AI算法以及集成的MES和自動化流程，必須確保能夠快速聚焦于成本最低的解決方案，這主要是因為大多數過程在主配方中的可用添加數量有限。
使用高級分析工具來分析這些大數據集以及彼此之間的相互關系，以了解潛在趨勢，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。這樣做帶來的回報是巨大的，因為我們知道每一種產品或每一批產品，都希望使用盡可能低的成本，生產出滿足產品規格的產品。
05 集成MES、自動化系統與智能制造技術的好處
將MES和自動化系統作為基礎，與智能制造技術緊密集成，可以為制造企業帶來很多好處。使用MES、自動化系統和智能制造技術來提供物料清單和配方數字化、防錯、質量保證測試和物料優化等功能，展示了其它任何方式都無法實現的顯著優勢。這樣不僅降低了物料和勞動力成本，提高了生產率、良品率和產量，還減少廢料和返工。所有這些都是通過MES、自動化系統和智能制造技術緊密集成實現的，并利用它們提供專注于制造過程中這些關鍵要素的新功能。
所有新的智能制造和工業4.0技術看起來都非常酷。AI、IIoT、AR/VR和許多其它技術，已在現代制造業中占有一席之地。但它們需要一個基礎，MES和自動化系統就是這個基礎。MES和自動化是智能制造的起點，使企業專注于物料清單和配方、生產防錯、質量保證測試和物料優化等基礎領域，持續改善生產運營并在可預期的未來實現重要的商業價值。（作者 | John Clemons, Garrett Clemons）
關鍵概念：
■ MES與自動化和控制系統協同工作，以確保在進入下一步之前，正確、完整地執行前序步驟，以防止整個制造過程出錯。
■ 以MES為基礎，AI和高級分析可用于構建預測性和規范性分析，用于協調和優化整個制造運營。
思考一下：
如何使用MES和自動化系統來提高工廠運營的效率？