工厂自动化技术及其应用

产品A计划执行
产品B计划执行
智能料架
产品B零件所在料位 利用料架上的
指示灯，指示
操作者获取正
产品A零件所在料位
防错装控制
确的物料
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
工艺执行、质量、防错漏等在线控制能力 (可控化)
MES应用系统
产品A计划执行 产品B计划执行
PLC
压机
工位计算机
工厂自动化技术及其应用
产品生产过程 工艺参数查询
根据跟踪信息 进行控制
查找同该批次物料 关联的所有产品
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
PM
质量管理 QM
生产过程管理 PM
QM APS
DC&A PCS
PLM
设备维护管理 MM 产品跟踪与追溯 PT性&能G 分析 PA
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
MES标准的进展:
ANSI/ISA-95标准----企业与控制系统集成标准
（1）ANSI/ISA-95.00.01，企业-控制系统集成，第一部分：模型和术语；包括 标准的术语和对象模型(信息交换)
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3.1 制造执行系统(MES)技术
关键设备的数据采集与集成： (可视化)
磁导航带RFID定位的AGV物流小车
工业智能打标机
RFID托盘跟踪
手持P工D厂自A动物化技料术扫及其描应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
工艺执行、质量、防错漏等在线控制能力 (可控化)
MES应用系统 PLC
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
MES特征:
• MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理 活动信息沟通的桥梁。
• MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态 信息，目的在于优化和改善制造活动。它强调是当前视角，即 精确的实时数据。
可控性
可视性
• 从对实时的要求而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为 1，那么,MES的时间系数为10,ERP的时间系数为100
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
自主研发了MES开发与运行平台：
MES信息门户
ERP CRM ……
生产管理 质量管理 产品管理 效率分析
Data Mining Engine Info Publish Engine
MES企业集成连接器
工厂 模型
SDK GateWay
产品 模型
（5） ANSI/ISA-95.00.05 ，第五部分：定义商业系统和制造业之间信息交易
(Approved January 10,2007)
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
国外MES行业分布: 来源:美国 Logica MES Centre of Excellence公 司的MES Product Survey 2007/2008 报告
3.1 制造执行系统(MES)技术
制造过程建模方法与可视化技术：
车 间
生 产 线工
位
参
执行模型-产品模型关联
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3.1 制造执行系统(MES)技术
制造过程建模方法与可视化技术：
工厂模型：生产线/工艺段/设备 ①
②
① 实现工艺段与质量检测点和保证工艺参数的设备及控制变量的关联 ② 实现生产线/设备模型与状态信息和生产信息的工厂关自联动化技术及其应用
1 电子 2 汽车 3 食品&饮料 4 机械&工具 5 制药 6 半导体
7 塑料&橡胶
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
国内MES行业分布:
国内的MES应用集中在冶金、石化、汽车、烟草和电子等 几大行业。冶金、石化、汽车等为国内较早开始信息化建 设的行业，轻工、纺织等行业启动则较晚。
制造:
Longman词典对“制造解释 为：“通过机器进行(产品)制 作或生产，特别是适用于大批 量”
国际生产工程学会（1990年） ：制造是一个涉及制造工业中 产品设计、物料选择、生产计 划、生产过程、质量保证、经 营管理、市场销售和服务的一 系列相关活动和工作的总称。
制造技术:
把原材料变成产品，所采用的 一系列技术的统称。
流程/混合流程行业应用要好于离散行业 我国已经应用和正在建设MES的钢铁企业共有30多家，
他们的钢铁产量占全国钢铁总产量的50%以上。 烟草行业大约有1/3左右的生产厂已经实施了MES系统。
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
MES给企业带来的效益
MESA 调查分析结果： 生产周期缩短45%； 在制品减少24%； 交货期缩短27%； 文书丢失减少56%。
企业竞争优势的两个关键：
制造产品其本身的创新设计能力，即产品的竞争能力 (制造->创造) 现有产品的改进 新产品的研发
生产产品的制造能力和管理水平，即制造产品的敏捷能力 (制造->智造) 几个层面: 制造单机设备层 制造设备本身能力的提升(智能化) 生产线/制造系统 制造/检测/物流设备构成的系统（成套化和数字化） 制造过程管理 制造执行过程的高效运行和过程改进（可视化和可控化） 企业资源管理 企业运作的科学化和业务流程的优化
产完成全过程中的所有活动的硬件或软件组件，通过 控制和利用准确的制造信息，对车间生产活动中的实 时事件做出快速响应，同时向企业决策支持过程提供 相关生产活动的重要信息。
制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES） 是一种面向车间层的生产管理和优化运行技术； 是位于企业上 层生产计划和底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。
（3）ANSI/ISA-95.00.03，企业-控制系统集成，第三部分：制造过程管理活动 模型；集中在第三层（生产/MES层）上的功能和活动。
(Approved June 6, 2005; 2010:IEC/ISO 62264-3; GB/T 20720.3)
（4） ANSI/ISA-95.00.04 ，第四部分：定义制造运作管理对象模型属性 （制 定中）
3.1 制造执行系统(MES)技术
关键设备的数据采集与集成： (可视化)
带钮距传感器的电动拧紧工具 带位移和压力传感器的压装机
间隙测量及垫片自动选装系统
基于图像的自工厂动自动识化别技术系及其统应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
关键设备的数据采集与集成： (可视化)
发动机综合性能试验台
变速箱综合性能加载试验台
(Approved July 15,2000; 2010: IEC/ISO 62264-1; GB/T 20720.1)
（2）ANSI/ISA-95.00.02，企业-控制系统集成，第二部分：对象模型属性；由 第一部分中的定义的每一个对象的属性组成。
(Approved October 17,2001; 2010:IEC/ISO 62264-2; GB/T 20720.2)
Alarm SPC
过程跟踪 MES应用套件
DataReader
实时 历史库
OPC
事件 模型
MessageBus
RS232
执行 模型
建模工具
Calculation Mgr
DB Manager 核心服务
持久存储 SQL Server 2005
DataWriter
……
异构数据 源适配 器
工厂自动化技术及其应用
数据输入时间缩短75%； 文书工作减少61%； 不合格产品降低18%；
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
MES相关技术： 制造执行系统平台与集成技术 基于MES标准的制造过程建模技术 数据采集与过程跟踪技术 产品质量诊断/控制/调整技术（SPCDA） 不同生产类型的高级排产与调度技术（APS） 设备故障诊断与预防性维护技术 制造系统性能评价技术 …
品种\数量\供应商 分装结束
基于事件和时间序列的过程跟踪与工厂自控动化制技术模及其应型用
3.1 制造执行系统(MES)技术
基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯能力 (可控化)
产品质量 故障原因查找
查找问题产品 相关的操作人员
查找问题产品 所用物料的批次
生产线效率分析 及生产节拍的改进
生产过程 跟踪
12
Next-Generation MES:
- 2004年协同制造执行系统 C-MES概念 - 具有开放式、客户化、可 配置、可伸缩等特性的新 型体系结构 - 智能性 - WEB技术
2004年~
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3.1 制造执行系统(MES)技术
定义: Manufacturing Execution System Association，MESA MES汇集了车间中用以管理和优化从定单下达到生
工厂自动化技术及其应用
二、工厂自动化的技术体系
先进制造技术的应用给企业赋予了新的特征:
信息时代的现代制造 企业将是一个全面集成的 数字化企业 。
产品设计数字化
管理数字化
以CIMS为核心的数 字化企业思想得到企业 的认同，并将其作为信 息化建设的目标。
企业数字化
生产过程数字化
来自百度文库
制造装备数字化
工厂自动化技术及其应用
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
功能模型: MESA
CRM
资源分配及控制 RA&C
SCM DP
ERP RA&C
生产作业计划 O/DS 生产调度 DP
O/DS
Service/
PT&G PA
Repair
LM
MM
DC
文档控制 DC
PDM/ 数据采集 DC&A
CMC 劳动力管理 LM
分 装 过 程
零件 投料
投料
工位
压 机 拧 紧 工 具 测 试
设 备
料架 料架
离线质量
人员
跟踪过程
班组登录
总装开始
使用零件信息
实际工艺参数、设备状态、人员操作 质量信息
实际工艺参数、设备状态、人员操作
品种\数量\供应商 实际工艺参数、设备状态、人员操作
料架
总装结束 分装开始 使用零件信息
实际工艺参数、设备状态、人员操作 质量信息
二、工厂自动化的技术体系
工厂自动化技术是先进制造技术的重要组成部分
制造业信息化
ERP MES
PCS/NCS 制造装备 制造能力和管理水平
工厂自动化
工厂自动化技术及其应用
三、相关单元技术及典型应用介绍
1、制造执行系统技术（MES） 2、网络化控制技术 3、专用装备技术
工厂自动化技术及其应用
3.1 制造执行系统(MES)技术
发展阶段:
传统T-MES阶段：
70年
单一功能的车间级应用
代末
专用Point-MES
80年代
中期
可集成I-MES阶段:
- 1990年AMR MES概念 - 1992年MESA成立 - 1997年MES 白皮书 - 2000年ISA 95 系列标准
90年代初 ~2000年
具有客户化、可重构、可 扩展和互操作等特性
工厂自动化技术及其应用
创新结构布局：“两个实体、四个层次”
事业法人 研究开发实体
研究与探索 高技术攻关
应用示范
企业法人 产业化实体
高技术产业化
机器人学实验室 水下机器人研究室 工业信息学研究室
光电信息研究室 自动化系统研究室
现代装备研究室
新松机器人等 所投资公司
工厂自动化技术及其应用
二、工厂自动化的技术体系
先进制造技术 (AMT)，是传统 制造技术不断吸收机械、电子、 信息、材料、能源以及现代化 管理等领域的成果，将其综合 应用于产品生产、设计、制造、 检测、管理和售后服务全过程 的结果。它是制造技术的最新 发展阶段，是制造技术与现代 高新技术结合而产生的完整的 技术群。
工厂自动化技术及其应用
二、工厂自动化的技术体系
3.1 制造执行系统(MES)技术
基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯能力 (可控化)
Part M Part N
…
分总成A
Part A Part B Part C
…
总
装 配
物料跟踪示例:
线
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3.1 制造执行系统(MES)技术
时序 ERP计划
详细排产
总装计划
总 装 过 程 生 产 过 程
工厂自动化技术及其应 用
2020/11/12
工厂自动化技术及其应用
汇报提纲
一、中国科学院沈阳自动化研究所简介 二、工厂自动化的技术体系 三、相关单元技术及典型应用介绍 四、合作建议
工厂自动化技术及其应用
中国科学院沈阳自动化研究所简介
工厂自动化技术及其应用
研究所发展基本情况
• 1958年建所 目前：
• 主要从事机器人、工业自动化、光电 信息处理技术的研究开发
• 在编职工500多人，工程院院士2人 • 在学研究生300人
工厂自动化技术及其应用
研究所发展基本情况
国家先进制造技术R&D的重要基地
机器人技术国家工程研究中心 机器人学国家重点实验室 中国科学院光电信息技术重点实验室 中国科学院工业信息技术重点实验室 科技部高技术成果转化产业化基地