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摘要： “十四五”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)轉型將迎來大突破、大提速。在生產制造過程中，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。作為國內第一家門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）幕墻專用設備（詞條“設備”由行業(yè)大百科提供）上市企業(yè)，天辰股份一直立足于行業(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線解決方案。自主研發(fā)了智能化的天辰MES生產執(zhí)行制造系統(tǒng)，構建了在MES管理下，以訂單模式，引入按樘齊套、框扇匹配的生產理念，集成多種高度自動化加工設備、工業(yè)機器人、智能分揀線、齊套庫、凝膠緩存庫、AGV機器人、組裝流水線等諸多工序單元，實現(xiàn)滿足客戶生產需求的全廠定制化智能生產線，這在全世界都屬于行業(yè)首創(chuàng)。
關鍵詞：天辰MES;智能制造;二維碼;工業(yè)機器人;AGV機器人;按樘齊套;框扇匹配;凝膠緩存;智能分揀;組裝流水線
1 基于天辰MES的系統(tǒng)門窗數(shù)智化生產線模式的設備構成與功能介紹
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與原材料機器人自動上料)、高速數(shù)控鉆銑中心、數(shù)控雙頭端面銑床（詞條“端面銑床”由行業(yè)大百科提供）、智能分揀線、分揀工業(yè)機器人、齊套塔庫、數(shù)控四頭組角線、窗框注膠凝膠緩存庫、窗扇注膠凝膠緩存庫、窗框五金（詞條“五金”由行業(yè)大百科提供）膠條安裝調試臺、窗扇五金膠條安裝臺、窗扇成品緩存庫、智能看板等等主要部分構成。
該智能化生產線由窗框產線與窗扇產線組成，從前端的機器人上料、切割下料、孔槽加工、按樘出入齊套庫、四頭組角、注膠凝固緩存、五金膠條安裝、框扇調試、質檢打包等全線門窗工序實現(xiàn)線上作業(yè)，自主研發(fā)的天辰MES系統(tǒng)可無縫對接上游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。
天辰MES系統(tǒng)配置了總控系統(tǒng)電子看板，分別布局于生產線前段、中段和后段;前段的為總控看板，可顯示生產線工作狀態(tài)、產能、設備監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表等實時信息;中段的電子看板為齊套裝置的物料追蹤顯示，指導物料上車及型材緩存，直觀清晰、一目了然;后段的為組裝工序電子看板，指導人工組裝使用。
該智能生產線中的數(shù)控設備均預留了5G數(shù)據(jù)采集端口，可應用5G+工業(yè)互聯(lián)網實現(xiàn)如遠程運維等的功能擴展。全智能產線設置服務器，服務器可外接辦公室網絡，內接產線工控電腦，實現(xiàn)整條智能產線的數(shù)據(jù)信息互通。
每個單元通過天辰MES系統(tǒng)串接在一起，天辰MES系統(tǒng)上承企業(yè)ERP,下連產線工控電腦，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相連;
引入工業(yè)機器人，結合智能物流分揀，在天辰MES系統(tǒng)調度下，實現(xiàn)工件物流的自動化以及孔槽加工的智能化、數(shù)據(jù)化，無需人工操作;
智能齊套倉儲實現(xiàn)按樘齊套生產管理，無需人工挑揀;
通過緩存庫實現(xiàn)框扇匹配生產，實現(xiàn)訂單的精準管控
通過看板管理，實現(xiàn)門窗組裝無紙化作業(yè);
2 天辰MES工廠執(zhí)行系統(tǒng)
2.1 鋁合金門窗（詞條“鋁合金門窗”由行業(yè)大百科提供）生產線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)，即生產指令通過生產、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)行生產工單，這個才是真正意義上的生產執(zhí)行系統(tǒng)。
上層ERP下發(fā)的門窗作業(yè)單傳輸至生產車間，由MES系統(tǒng)接收訂單信息后，進行計劃的優(yōu)化排產，通常稱作APS先進排產模塊。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的轉運系統(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，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)分析生產過程中的一些問題，雖然能提高生產效率，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：
lERP計劃接入和MES計劃執(zhí)行反饋。完成生產計劃來源的數(shù)據(jù)接收以及當前生產計劃執(zhí)行狀態(tài)反饋給ERP等上層管理系統(tǒng).
ERP計劃轉換為MES的優(yōu)化排產計劃，實現(xiàn)APS先進計劃排產。
各個工序讀取、執(zhí)行和回饋MES的工序生產計劃。
物流設備與工序設備配合，讀取、執(zhí)行和回饋MES的工序生產計劃。
MES的整體協(xié)調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)生產過程的可視化，實現(xiàn)精細化生產。
首先，要實現(xiàn)生產信息的采集，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”，不僅要完成生產數(shù)據(jù)的采集，還要實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)的集成，即物料數(shù)據(jù)、產品數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、質量數(shù)據(jù)等高度集成。
其次，要實現(xiàn)生產過程可視化。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)生產過程的可視化管理。
第三，在透明的基礎上，實現(xiàn)均衡生產。企業(yè)只有實現(xiàn)了均衡的生產，才能實現(xiàn)產品質量、產品成本、產品交貨期的均衡發(fā)展。均衡生產是質量穩(wěn)定、降低制造成本的基礎。
最后，實現(xiàn)高效生產，即在生產均衡的前提下，通過優(yōu)化，實現(xiàn)高效的生產。
2.3 天辰MES二維碼全流程管控系統(tǒng)門窗智能生產線
無縫對接上游設計軟件：KLAES、支持長風、新格爾、杜特、尊蒙等市面主流設計軟件，并支持數(shù)據(jù)的一鍵導入。支持無損拆單：在不影響總體優(yōu)化率的情況下，可以優(yōu)先出單，實現(xiàn)樣窗的制作。
設備集中控制：可視化集中控制的操作界面，使得操作更簡單，生產更安全。支持訂單設計及優(yōu)化：客戶可以通過窗型設計模塊，進行窗型建模和排單優(yōu)化。
智能的余料管控：自動生成余料標簽，可配合余料架(余料庫)系統(tǒng)，實現(xiàn)余料管控。方便的實現(xiàn)生產補料：掃描型材標簽一維碼，可實現(xiàn)快速優(yōu)化補料。
數(shù)據(jù)匯總及追溯：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和記錄，發(fā)現(xiàn)問題可快速追溯定位，及時糾錯保障產品質量。完善的數(shù)據(jù)接口：支持對接客戶的各類ERP系統(tǒng)。
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。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的智能排產模塊實現(xiàn)了智能邊緣計算，具備了計劃即預見生產過程的超前預計算功能。天辰MES智能排產模塊在接收到生產計劃后，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、同步控制的生產策略。引入了精益生產的管理理念，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。深入研究分析精益生產的動作，并運用到系統(tǒng)優(yōu)化中來，按照動作經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，物料轉運與加工準確度最高。比如在門窗生產中，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管理也使得生產線的錯誤率極大降低。
對于生產的異常狀態(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。
MES加工數(shù)據(jù)管理是MES智能排產模塊預計算排產計劃正確執(zhí)行的保障。它負責解析排產計劃，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，通過各個子接口模塊下達給生產線上的每一臺需要MES管理排產的設備。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、齊套緩存模塊、四頭組角模塊、凝膠緩存模塊、框扇組裝調試模塊、物流傳送模塊等等。
制造業(yè)中采用離散型生產模式的企業(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智能排產模塊設定的預見性計劃進行生產。
MES系統(tǒng)直接管理著機器人、鋸切中心、鉆銑中心、數(shù)控端銑、齊套緩存庫、數(shù)控四頭組角線、凝膠緩存庫、框扇組裝調試等各種生產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)化產線計劃、協(xié)調工序加工、管理物流緩存、異常處理等功能。對于在生產線中也可能存在著少量純人工操作的設備，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的個性化要求。
3 緊跟門窗企業(yè)兩化融合的步伐，天辰智能有責任與義務推動行業(yè)智能化產線發(fā)展壯大
隨著門窗企業(yè)兩化融合(信息化和工業(yè)化融合)的推進，尤其是5G+工業(yè)互聯(lián)網的飛速發(fā)展，企業(yè)信息化、數(shù)字化的水平將有大幅度提升，這對智能線的落地實施將帶來巨大的幫助和促進。當然這也需要軟硬件的更好結合，尤其是軟件方面要有更好的支撐。不僅僅是門窗的加工數(shù)據(jù)來源，還有各種ERP\MES\APS等等。
智能化生產的也要求從業(yè)者改變傳統(tǒng)的生產工藝設計思維，站在系統(tǒng)控制等全新的角度來看待工藝布局設計，進一步挖掘智能化生產模式的優(yōu)勢，分析整合數(shù)據(jù)會給生產帶來的改變，不僅需要推動生產設備的不斷改進，也要實現(xiàn)工藝進步，進而推動全流程生產效率的提升。
依托軟硬件的技術革新和更好融合，最終，門窗生產的設計、生產、管理、服務等各個環(huán)節(jié)，都將全面推進智能化的轉型升級，逐步完善整個智能制造系統(tǒng)。
結合客戶生產現(xiàn)場需求，天辰智能產線可進行個性化定制。特殊工藝、資金投入和場地面積的限制是導致個性化定制的主要因素�；谌諠u成熟的智能化生產線制造經驗，天辰智能將根據(jù)用戶的場地規(guī)模和資金預算，設計符合用戶工藝和產能需求的個性化智能產線。
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)更好的生產制造，提高企業(yè)贏利能力。基于天辰MES的系統(tǒng)門窗數(shù)智化生產線實現(xiàn)對門窗整個生產過程的全面管控，改變了傳統(tǒng)的單機生產模式，實現(xiàn)了多個加工單元的數(shù)字話、智能化、信息化聯(lián)網作業(yè)，極大的降低人工成本，提高生產效率，減少錯誤成本，引領門窗行業(yè)的發(fā)展潮流。
4 結束語
1999年，“物聯(lián)網”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、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經濟深度融合;
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。
2021年，“十四五”提出科技創(chuàng)新，進一步提高全要素生產率，加快制造業(yè)轉型升級。
我們正處在百年未有之大變革時期，一切的行業(yè)發(fā)展都進入了“確定性與不確定性”并存的時期，未來短期內，新型基礎設施建設，新型城鎮(zhèn)化建設，交通、水利等重大工程建設，仍是“十四五”期間重要的投資方向。2022年我國經濟總體量突破“百萬億”大關，其中房地產業(yè)及建筑業(yè)占GDP比重達14.5%，地位舉足輕重。門窗市場的總體量仍然上漲， 據(jù)中國建筑金屬結構協(xié)會鋁門窗幕墻分會數(shù)據(jù)統(tǒng)計調查工作中的結果顯示，鋁門窗市場總產值在3000億以上。門窗行業(yè)的發(fā)展必須緊跟時代腳步，并以高質量的發(fā)展模式作為企業(yè)的主方向，抓好產品品質提升與市場管理的提質轉型。在未來，綠色環(huán)保、智能化、個性化和數(shù)字化將成為門窗行業(yè)的主要發(fā)展趨勢。鋁門窗幕墻行業(yè)需要抓住機遇，以“科技創(chuàng)新”解決核心問題;以“數(shù)字化和智能化”順應大勢所趨;全面升級智能化生產線，從追求高速增長轉向追求高質量發(fā)展，從“量”的擴張轉向“質”的提升，走出一條內涵集約式發(fā)展的“窗”新之路……
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作者單位：濟南天辰智能裝備股份有限公司
