《智能制造》课件-第二章 智能制造系统的空间层级

智能制造（2）第二章智能制造系统的空间层级篇首案例：东莞添翔服饰公司的两化融合管理体系贯标思考练习题：1.两化融合管理体系贯标认证的的工作步骤有哪些？关键点有哪些？2.添翔公司在贯标认证过程中，在公司战略、竞争优势、新型能力、技术、业务流程、组织结构、数据方面做了哪些匹配与改进工作？是怎么体现战略一致性的？3.试运用五力分析、SWOT分析方法为添翔公司进行战略分析。4.内部评审与管理评审有何差异？5.怎么理解“形式贯标”和“两张皮”的现象？怎么防止？图2-1两化融合管理体系架构2.1设备层设备智能化可以分为三个阶段：1.数字化设备2.具有交互功能的互联设备3.内置带有学习功能控制器的智能机器图2-4将离线的扳手“哑操作”实现数字化网络化升级互联网衣车图2-5设备的“询问/被询问”与“通报/被通报”功能2.2.2控制层智能制造的下一步的发展，就是要实现生产过程控制的智能化，完成从装备这个“点”向过程控制这条“线”的发展。在控制层，需要关注两个主要问题是：人机融合；控制系统。2.2.1人机界面与人机融合通过HRC实现可调整适应的自动化传统的机器人安全措施图2-7为现场工人提供智能的增强现实系统智能制造为现场工人提供智能的辅助系统2.2.2控制系统播放多种行业中多机器人协同制造的场景，讨论：有多少台机器需要协同？机器人需要多少个轴？机器人之间要怎么协同？例如空间与时间？电子制造、汽车等行业对工业机器人的需求有何不同？图2-10Usiminas公司的中央控制室［例：艾默生的智能无线方案为重型钢板厂节省维护费用］2.3车间层图2-9人因工程与生产线平衡仿真图2-11利用工业平板展示虚拟空间图2-12一种典型的智能车间结构2.3.1MES

2.3.2APS

[例：茂名石化的生产动态调度]

茂名石化的炼油生产动态调度系统（Orion）提高了生产计划作业人员对生产安排的预见性，遇突发事件可及时调整调度作业计划。实现了将生产过程信息管理系统（PIMS）的优化排产结果分解成旬调度排产及三天调度排产，结束了茂名石化用黑板手工排产的历史，提高了生产计划作业人员对生产安排的预见性，遇突发事件可及时调整调度作业计划；系统基于数据模型与平衡算法，实现组分平衡、物料平衡、公用工程平衡，辅助石化企业的集成成本管理、绩效考核、生产管理决策，实现石化工厂车间的智能化、自动化生产与管理。2.4工厂层［例：海尔与红领的智能工厂］

我国建立智能工厂的需求十分旺盛，涌现出海尔、美的、格力、红领、东莞劲胜、尚品宅配、索菲亚等智能工厂建设的样板。红领整个企业就像一台完全由数据驱动的“3D打印机”。红领公司支持客户自主设计、客户需求驱动生产，在客户设计及订单处理过程中没有设计师参与，无须人工转换与纸质传递，数据实时共享传输。每位员工都是从互联网云端获取数据，按客户要求操作，确保了来自全球订单准确传递，用互联网技术实现客户个性化需求与规模化生产制造的无缝对接。海尔佛山滚筒洗衣机工厂可以实现按订单配置、生产和装配，采用高柔性的自动无人生产线，广泛应用精密装配机器人，采用MES系统全程订单执行管理系统，通过RFID进行全程追溯，实现了机机互联、机物互联和人机互联。2.4.1PLM

图2-15自行车的BOM与配置管理图2-16BOM是联系企业设计制造和生产经营管理的桥梁2.4.2ERP

图2-17传统的集中控制生产模式示意图2.4.2ERP

1.主生产计划（MPS）

MPS是计划系统中的关键环节与上下内外交叉的枢纽。一个有效的MPS是生产对客户需求的一种承诺，它充分利用企业资源，协调生产与市场，实现生产计划大纲中所表达的企业经营计划目标。如果没有主生产计划，直接根据预测和客户订单的需求来运行MRP，那么得到的计划将在数量和时间上与预测和订单需求完全匹配。但是，由于预测和客户订单是不稳定、不均衡的，直接用来安排生产将会出现时而加班也不能完成任务，时而设备、员工闲置的现象，这将给企业带来巨大的冲击。只有经过MPS按时段平衡了供应与需求，吸收需求不确定性带来的冲击之后，才能作为下一个计划层次：物料需求计划的输入信息。MPS策略均衡策略；指生产计划是均衡的，生产量不随需求的波动而变化，只在总量上满足市场需求。当销售低于产量时库存增加，当销售高于产量时，库存减少。跟随策略；或称追赶策略，是指生产计划随需求的变化而变化。这种策略的库存最少。混合策略：指生产量曲线呈现阶梯状，从长时间范围看是跟随需求的，但在一定的短时间范围内看则是均衡的。混合策略存在组合爆炸问题，存在无穷多个方案，需要较好的算法才能找到全局最优方案，常用反复试验法通常只得到较优方案。2.物料需求计划（MRP）

MPS与MRP的关系示例图2-17物料需求计划的实例3.能力需求计划（CRP）

传统企业资源计划逻辑存在的问题

(1)无限能力假设问题假设MRP在进行BOM展开时的无限能力使生成的生产计划有缺陷,尽管ERP软件有进行能力平衡计算的CRP模块,但它只能被动地校核能力,在发生能力冲突时无法自动平衡能力冲突,只能由计划人员凭经验进行手工平衡。显然,当系统比较复杂、能力冲突严重时,手工调整只能部分解决而不能全面解决能力冲突。即便有些企业可以使用APS来协调能力冲突,但由于APS并不是一个企业资源全面优化的工具,它也只能解决局部的(1~2个瓶颈环节)的能力冲突,而不能实现整个企业范围内的资源优化。

(2)固定提前期问题MRP的BOM展开是按固定生产提前期进行的。生产提前期一般由生产准备时间、加工时间、转移时间和等待时间构成。在实际生产中,等待时间是不确定参数,目前的MRP系统无法处理等待时间的不确定性,只能按统计平均值将等待时间设为固定时间。实际上,等待时间应该是系统负荷的函数,应随系统负荷的变化而改变。当系统生产负荷轻时,等待时间可能会很短,甚至可以忽略不计;当系统生产负荷重时,等待时间可能会很长。(3)优化机制问题MRP逻辑没有优化机制,它的MPS,MRP和CRP是顺序执行的,缺乏相互的协调和优化,因此制定出的生产计划往往缺乏可执行的基础。这种事后的串行的校验、反复修正的处理方式,为企业带来极大的不便。尽管MRP有一个闭环的反馈机制,在发生能力冲突时可以通过人工调整主生产计划来平衡能力负荷,但对于复杂的系统,这种调整是相当困难的,计划人员缺乏细致考虑各个部门、各种设施能力综合平衡的计算手段,无法真正实现对企业内部资源的整体协调和优化。（4）同类项合并指导思想是品种越少越好,批量越大越好,所以MRPⅡ的算法中“同类项合并”的思想贯彻始终:不同订单的同类产品(零件)合并、同一期段(月、周)内同类产品合并,产品(主生产计划)有产品的“批”、零件(物料需求计划)有零件的“批”、采购有采购的“批”。批量设定的不合理往往造成能力资源的浪费和库存成本的增加。（5）无法跟踪个别订单的完成情况用“归并”和“批量”将客户的订单需求淹没在自主制造既定产品的大量生产的海洋里,当生产能力不足,在无法按预期的时间和数量生产出所需的所有零部件时,由于不能确定零部件在具体产品的需求数量,则无法确定具体影响哪些客户订单,无法针对具体情况做出相应的处理。通常计算得到的周计划常常由于紧急订单、技术意外和故障很快就会过时。前三个问题是生产计划的能力约束问题；后两个问题是生产计划模型设计核心问题。研究方向用一个优化模型取代ERP的核心模块,即将MPS,MRP和CRP的功能集成到一个模型中。(1)BOM展开考虑能力约束(2)变动提前期，每道工序之间的等待时间由优化模型根据优化准则自动确定,是系统负荷的函数。(3)同时完成主生产计划、物料需求计划和能力需求计划的制定,并能优化产品组合举例考虑一个企业在10个生产周期上的资源优化问题,该企业利用4种原材料生产3种零部件,装配制造3种最终产品。表1BOM表表2中的数字是生产单位产品或部件时需要的工艺能力及其在各周期内的分布。例如部件1的生产提前期为两个周期,在生产的第一个周期需要2个单位时间的工艺1和1个单位时间的工艺2;在生产的第二个周期需要1个单位时间的工艺1和2个单位时间的工艺2。产品、部件和原材料的其他经济参数如表3所示。表中的提前期是各个阶段的装配或生产提前期,总提前期可根据BOM表计算得出。例如产品1的装配提前期是1,表示它由部件1和部件2装配为产品需要1个时间周期。加上部件1和部件2的生产提前期,该产品的总生产提前期为3。表4工艺能力与成本数据

传统MRP展开得到的计算结果

试分析：每个工艺的能力负荷曲线；加班工时总计；库存费用总计平衡系统在整个时间段内的生产负荷合理利用前期的富余生产能力,利用库存来调节生产在满足生产提前期要求的前提下,提前生产和采购尝试运用你能想到的启发式规则数学优化算法运用EXCEL等工具试分析优化后的：每个工艺的能力负荷曲线；加班工时总计；库存费用总计生产运作一站式解决方案整合架构-MES/APS与ERP2.4.3SCM

［案例：思科的企业间协同］思科（Cisco）82%的客户定单是通过网上下达的。一位顾客在思科的电子商务网站订购产品，一连串的信息就会自动产生，思科的ERP审核订单，然后SCM向供应商发出采购信息：一家协力厂商制造电路板，另一家制造外壳，分销单位供应电源器等一般设备，再由一家工厂装配成成品。每家供应商工厂的ERP都迅速接到通知、早有准备，整个流程都实时自动运作，没有仓储、没有存货、没有纸上作业。SCM的精髓就是上下游的合作伙伴把自己的信息开放，让伙伴分享原来视为机密的信息。2.5协同层需求管理与可持续创新精益运营快速响应制造售后服务投资组合与项目BOM与配方管理产品安全与合规CAD/CAE/CAMMESERP服务制造设计创新计划资产利用率与可靠性质量管理环境、健康与安全投资组合计划产品研发研产协同生产计划质量生产执行节能环境、健康与安全资产管理质量知识管理与传承服务管理APS环境合规备件管理MPS能源管理图2-24基于SAPHANA平台的SAP工业4.0解决方案2.6贯穿层级的纵向集成2.7实践案例：克莱斯勒公司的生产执行优化模型思考练习题：1.冲压机床最符合成本效益的分配方案是什么？2.最佳解决方案与当前分配方案相比有何异同之处？3.在生产过程中，除冲压和换模成本外，生产还涉及哪些成本？请考虑轮班、试验、运输环节。4.其他类型的数据可以帮助完善决策吗？5.生产标准化能否帮助控制与此方案有关的某些成本？6.在实施具有成本效益的方案时，与冲压车间的人际关系有何关系，注意事项是什么？7.尝试动手建立数学优化模型并求解，并与案例中的结果作对照。本章作业1.产品族、产品变量、产品视图、产品子项、产品子项变量、物料之间是什么关系？请绘图说明。2.请从战略层、战术层、运营层的层次角度理解各种工业软件在体系中的位置。3.试指出ERP、APS、MES的区别，并用例子说明，可以采用生活中的例子，例如烹饪。4.如何理解扁平性与快速响应的APS?传统的计划体系与多阶段决策过程有何问题？请举例说明。5.为什么说主生产计划是冲击吸收器？它有何作用？请举例说明。6.在一个面向库存生产的制造企业中编制生产规划，如果期初库存为1000单位，年销售量为5000个单位，期末库存为