借助系統實現制造業業務最優化的手段在不斷變遷。從過去的以工序、部門管理為中心的ERP(企業資源規劃系統 Enterprise Resource Planning),到著眼於設備、現場工作單元的MES(制造執行系統 Manufacturing Execution System),接著進一步變化到了推進自動化的最終形態MOM(制造運營管理系統 Manufacturing Operations Management)。智能工廠(Smart Factory)這一概念是借助數字化對工業4.0(Industry 4.0)的具體體現,為了提高制造業的附加價值和提升國際競爭力,新興國家將其定位為國家戰略,並致力研究推進發展。
(1)從系統化到數字化
如果說系統化的目標是節省人力、提高效率、避免錯誤,那近來引人注目的數字化則可以說是業務改革——不是現有系統的置換,而是“使用IT的話能夠變得如此方便”的變革。
某地區信息部門的負責人,通過開發可以實時確認口罩庫存的“口罩地圖(mask map)”APP,防止了地區內由於口罩不足引起的壟斷收購和倒賣的發生。但是面對這種情況,其做法並不是運用最先進的技術構建了系統,而是當地政府在應對新冠中使用了OSS(開源軟件 Open Source Software),建立了反應迅速、隨機應變的網絡對話機制以及運用體系,從而得到了民眾的好評。
為了進行業務改革,現場操作改革不可或缺。數字化的深遠意義在於,在IT的前提下,通過創造可以實現車間操作改革的概念,實現業務改善和收益提升。
智能工廠是制造業中基於數字化的具體體現,由於是對過去生產管理系統、制造執行管理系統等用語進行重新編制的基礎上定義的,因此非常難以把握其概要。
(2)智能工廠概念
面向制造業的系統從根據生產管理、生產計劃、銷售采購管理、庫存管理等業務功能劃分的ERP、轉變到以人力、設備等要素構成的生產現場執行層為重點的MES,今後將繼續轉向整合計劃、生產排產、制造管理、工作量管理、質量管理等一系列生產過程管理方法,推進自動化、無人化的MOM。
美國的MES推進組織MESA(制造執行系統協會)指出,MES位於上位的ERP層和下位的PLC層中間,根據生產計劃對操作員(人)做出操作指示,實時監視原材料、在制品(物)的動向,直接連結生產設備,把握運轉狀況和異常情況。
ERP:以工序、部門為單位進行管理⇒準確的信息管理(物品的動向)
MES:以設備、工作為單位進行管理⇒提高生產效率及削減制造成本(人的工作量、設備的運轉情況)
MOM: MES進一步自動化的產物
ERP和MES的區別在於管理的部門不同,為了制造業的至上命題——提高生產效率和削減生產成本,MES執行車間層的信息收集和管理,MOM則進一步在MES的基礎之上,借助數字化推進自動化,促進工廠智能化。
(3)不同以往的MES概念
過往的MES為了輸入生產實績和工作量實績,重視電腦、平板電腦等現場終端,而現在根據車間現場實際重新編制原有ERP系統功能的情況較多,因此生產計劃系統也被定位於MES的功能之一。
MES定義中有11項功能,其中生產排產、資源分配及監控是根據管理信息,在現場操作等級重新編制的內容。
生產排產(Operations/Detail Sequencing)
資源分配及監控(Resource allocation and status)
生產單元分配(Dispatching production unit)
生產進度分析(Performance analysis)
維修管理(Maintenance management)
過程管理(Process management)
質量管理(Quality management)
數據采集(Data collection/acquisition)
生產的跟蹤及歷史(Production tracking and genealogy)
人力資源管理(Labor management)
文檔管理(Document control)
MES和MOM的發展歸根結底是信息管理手法高度化的結果,最終必須要和制造業“如期交付優良產品”這一使命緊密連結。
(4)致力於實現智能工廠的數字化
制造業的IoT(物聯網 Internet of Things)中“物與網絡相互連”,其中物為“工業制品(industry goods)”和“資本物品(capital goods)”。工業物品包括原料、在制品、成品等,而資本物品包括設備和人。
關於工業制品需要收集的信息是“成果”——包括投入數和生產數、成品率和NG數等;關於資本物品需要收集的信息是“狀況”——包括直接時間(運轉時間和工作時間)和間接時間(休息時間),以及溫度和旋轉數等。
工業4.0是世界範圍內由IT技術掀起的第四次工業革命,將其具現化的智能工廠,不僅具備連接制造設備和檢查器械,執行控制管理的PLC(可編程邏輯控制器 Programmable Logic Controller)和實時收集車間現場信息的IoT技術,而且以此為終極目標——只通過設定生產計劃就能實現從生產到發生NG(not given)時設備交換等全線自動化、無人化。
基於數字化的制造業智能工廠化,因其可以提高國家出口競爭力,被定位為增加國家財富的重要國家戰略之一。目前世界上的新興國家都在結合本國實際重新定義工業4.0,並在此基礎之上致力於制造業的高附加價值化和國際競爭力的提升。