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摘要： “十四五”和《中國制造2025》規劃的快速推進，智能制造工廠成為工業發展的一大趨勢。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，成為制造企業擺脫傳統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”由行業大百科提供）幕墻專用設備（詞條“設備”由行業大百科提供）上市企業，天辰股份一直立足于行業需求，為客戶提供性能穩定、技術先進的加工設備和智能生產線解決方案。自主研發了智能化的天辰MES生產執行制造系統，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首創。
關鍵詞：天辰MES;智能制造;二維碼;工業機器人;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的系統門窗數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)、高速數控鉆銑中心、數控雙頭端面銑床（詞條“端面銑床”由行業大百科提供）、智能分揀線、分揀工業機器人、齊套塔庫、數控四頭組角線、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線上作業，自主研發的天辰MES系統可無縫對接上游ERP系統，自動導入門窗企業工程作業單生成優化加工數據，整條智能生產線通過MES進行動態物流管控與加工數據管理，實現自執行的設備加工管控。
天辰MES系統配置了總控系統電子看板，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、產能、設備監控、數據統計報表等實時信息;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控設備均預留了5G數據采集端口，可應用5G+工業互聯網實現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，實現整條智能產線的數據信息互通。
每個單元通過天辰MES系統串接在一起，天辰MES系統上承企業ERP,下連產線工控電腦，完成各加工工序之間的任務與數據的傳輸。每個單元設置工作站，工作站之間通過局域網相連;
引入工業機器人，結合智能物流分揀，在天辰MES系統調度下，實現工件物流的自動化以及孔槽加工的智能化、數據化，無需人工操作;
智能齊套倉儲實現按樘齊套生產管理，無需人工挑揀;
通過緩存庫實現框扇匹配生產，實現訂單的精準管控
通過看板管理，實現門窗組裝無紙化作業;
2 天辰MES工廠執行系統
2.1 鋁合金門窗（詞條“鋁合金門窗”由行業大百科提供）生產線MES概述
MES全稱為Manufacturing Execution System，即工廠執行系統，或者車間執行系統，重點是在執行這個層面。但目前很多企業所宣導的MES，并不是真正意義上的MES，不是工廠的執行系統，而是工時或者成本的記錄系統，只是純做記錄而已。而在MES的定義里，執行是非常重要的一部分，專注于自動化的表現，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籌起來，去執行生產工單，這個才是真正意義上的生產執行系統。
上層ERP下發的門窗作業單傳輸至生產車間，由MES系統接收訂單信息后，進行計劃的優化排產，通常稱作APS先進排產模塊。優化后的計劃將存儲到MES數據庫，再由MES執行模塊動態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，如智能機器人或者移動料倉等;以及后續的諸多機械加工設備。在整個計劃執行過程中需要動態識別設備的計劃執行狀態，實現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據，以及工時、損耗等成本相關的數據，并通過這些數據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，如果沒有自動化和半自動化的關聯，我們只可以稱之為工廠大數據平臺。
2.2 MES系統數據信息流的管控
MES系統數據信息流管控主要組成：
lERP計劃接入和MES計劃執行反饋。完成生產計劃來源的數據接收以及當前生產計劃執行狀態反饋給ERP等上層管理系統.
ERP計劃轉換為MES的優化排產計劃，實現APS先進計劃排產。
各個工序讀取、執行和回饋MES的工序生產計劃。
物流設備與工序設備配合，讀取、執行和回饋MES的工序生產計劃。
MES的整體協調管控以及管控信息的展示。
在集成的前提下實現可視化，在可視化的基礎上實現精細化，在精細化的前提下實現均衡化，透明的目的在于實現生產過程的可視化，實現精細化生產。
首先，要實現生產信息的采集，這是企業實施MES系統軟件的初衷，也是很容易見效的環節。但要實現真正“透明”，不僅要完成生產數據的采集，還要實現生產數據的集成，即物料數據、產品數據、工藝數據、質量數據等高度集成。
其次，要實現生產過程可視化。即在實現了集成后，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：計劃執行→物料→工藝→人員→環境等)，實現生產過程的可視化管理。
第三，在透明的基礎上，實現均衡生產。企業只有實現了均衡的生產，才能實現產品質量、產品成本、產品交貨期的均衡發展。均衡生產是質量穩定、降低制造成本的基礎。
最后，實現高效生產，即在生產均衡的前提下，通過優化，實現高效的生產。
2.3 天辰MES二維碼全流程管控系統門窗智能生產線
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，并支持數據的一鍵導入。支持無損拆單：在不影響總體優化率的情況下，可以優先出單，實現樣窗的制作。
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。支持訂單設計及優化：客戶可以通過窗型設計模塊，進行窗型建模和排單優化。
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，實現余料管控。方便的實現生產補料：掃描型材標簽一維碼，可實現快速優化補料。
數據匯總及追溯：實現數據的實時采集和記錄，發現問題可快速追溯定位，及時糾錯保障產品質量。完善的數據接口：支持對接客戶的各類ERP系統。
根據客戶工程作業單，天辰MES系統可實現智能化排產。天辰MES作為上承上級計劃管理系統(ERP)，下接加工設備的核心環節，是IT系統的最后一站。在天辰MES的智能排產模塊實現了智能邊緣計算，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化計算方式，基本解決了大數據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，并運用到系統優化中來，按照動作經濟原則盡可能減少人工數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，合理使用工業機器人技術。從而實現智能化制造系統的重要特征，達到系統化的效率最高，成本最低，物料轉運與加工準確度最高。比如在門窗生產中，創新性的實現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的計劃正常執行，而不是改變計劃。
MES加工數據管理是MES智能排產模塊預計算排產計劃正確執行的保障。它負責解析排產計劃，進行設備和物流計劃的再分解、數據協議重組、物料計劃協調，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。
制造業中采用離散型生產模式的企業占據了絕大多數。MES動態物流管控是按照MES智能排產下達給設備的上下料計劃，執行加工自動排程。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系統直接管理著機器人、鋸切中心、鉆銑中心、數控端銑、齊套緩存庫、數控四頭組角線、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，實現實時下達加工計劃、優化產線計劃、協調工序加工、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 緊跟門窗企業兩化融合的步伐，天辰智能有責任與義務推動行業智能化產線發展壯大
隨著門窗企業兩化融合(信息化和工業化融合)的推進，尤其是5G+工業互聯網的飛速發展，企業信息化、數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據來源，還有各種ERP\MES\APS等等。
智能化生產的也要求從業者改變傳統的生產工藝設計思維，站在系統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勢，分析整合數據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、服務等各個環節，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。
結合客戶生產現場需求，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。基于日漸成熟的智能化生產線制造經驗，天辰智能將根據用戶的場地規模和資金預算，設計符合用戶工藝和產能需求的個性化智能產線。
智能制造是制造業發展的必然趨勢，也是門窗企業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。可以實現更好的生產制造，提高企業贏利能力。基于天辰MES的系統門窗數智化生產線實現對門窗整個生產過程的全面管控，改變了傳統的單機生產模式，實現了多個加工單元的數字話、智能化、信息化聯網作業，極大的降低人工成本，提高生產效率，減少錯誤成本，引領門窗行業的發展潮流。
4 結束語
1999年，“物聯網”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網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合;
2018年，“十三五”和《中國制造2025》規劃的快速推進，智能制造工廠成為工業發展的一大趨勢。
2021年，“十四五”提出科技創新，進一步提高全要素生產率，加快制造業轉型升級。
我們正處在百年未有之大變革時期，一切的行業發展都進入了“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，其中房地產業及建筑業占GDP比重達14.5%，地位舉足輕重。門窗市場的總體量仍然上漲， 據中國建筑金屬結構協會鋁門窗幕墻分會數據統計調查工作中的結果顯示，鋁門窗市場總產值在3000億以上。門窗行業的發展必須緊跟時代腳步，并以高質量的發展模式作為企業的主方向，抓好產品品質提升與市場管理的提質轉型。在未來，綠色環保、智能化、個性化和數字化將成為門窗行業的主要發展趨勢。鋁門窗幕墻行業需要抓住機遇，以“科技創新”解決核心問題;以“數字化和智能化”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展，從“量”的擴張轉向“質”的提升，走出一條內涵集約式發展的“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
