控制閥制造執(zhí)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計
來源：中國低壓電器網(wǎng)
2012年11月8日上午九時，由中國自動化學(xué)會儀表與裝置專業(yè)委員會、上海自動化學(xué)會儀表及應(yīng)用專業(yè)委員會漢諾威米蘭展覽（上海）有限公司在第十四屆中國國際工業(yè)博覽會期間舉辦的第十一屆MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）開發(fā)與應(yīng)用專題研討會熱烈開始。吳忠儀表有限責(zé)任公司的郭偉和陶錚先生作了題為《控制閥制造執(zhí)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計》演講。郭先生和陶先生的演講思路清晰，對控制閥制造執(zhí)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計的見解獨特而深刻。
長期以來，企業(yè)都是以離散制造模式發(fā)展。所謂離散制造，就是通過離散的各個設(shè)備，把設(shè)計分解出的、獨立的每個零件進(jìn)行加工，最后組裝為獨立實體產(chǎn)品的過程。其特點是：生產(chǎn)模式，是人、設(shè)備以及流程的離散集合；生產(chǎn)計劃，按批量、按離散的時間單位安排；工廠布局是按工藝流程分布，但加工的物料只能在空間離散分布的各個工藝環(huán)節(jié)之間來回搬運(yùn)，其中會發(fā)生刀具、夾具、存放裝置及設(shè)備的頻繁更換。這種先天的離散制造環(huán)境，約束著離散制造的批量和效率。因為離散制造企業(yè)單純依靠提高設(shè)備自動化水平或者以為增強(qiáng)企業(yè)管理層的信息手段，并不能實現(xiàn)制造系統(tǒng)的敏捷與柔性，也不能持久改善企業(yè)快速應(yīng)對市場變化和客戶需求的能力。要想解決這個問題，企業(yè)必須走制造執(zhí)行系統(tǒng)之路。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES,manufacturing execution system）,介于企業(yè)的“計劃層”和制造“設(shè)備層”之間，對企業(yè)生產(chǎn)計劃進(jìn)行“再計劃”，“指令”生產(chǎn)設(shè)備“協(xié)同”或“同步”動作，對產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行及時響應(yīng)，使用準(zhǔn)確的當(dāng)前數(shù)據(jù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行及時調(diào)整、更改或干預(yù)等處理。MES能通過信息的傳遞對從生產(chǎn)指令下發(fā)到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠中有實事事件發(fā)生時，MES能及時對這些事件做出反應(yīng)、報告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對他們進(jìn)行約束和處理。這種狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部那些沒有附加值的活動，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過程，同時提高了工廠及時交貨的能力，提高了生產(chǎn)回報率。MES還能通過雙向直接通信在企業(yè)內(nèi)部和整個產(chǎn)品供應(yīng)鏈中提供有關(guān)生產(chǎn)行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。
控制閥是流程工業(yè)企業(yè)的特種兵。控制閥是流體管路的控制裝置，是過程控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用來直接操縱原料，控制其流量。但是原料的物性指標(biāo)決定了閥門的基本設(shè)計?？刂崎y的尺寸還與處理流體的單元有關(guān)，例如泵、熱交換器或過濾器，這些設(shè)備都與閥門串聯(lián)在一起。從企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益考慮，閥門上的壓降越小越好。由于閥門要安裝在管路系統(tǒng)中，用于控制系統(tǒng)中介質(zhì)的壓力、流量和方向，不同介質(zhì)的壓力、流量、溫度和物理性質(zhì)對介質(zhì)系統(tǒng)的控制要求和使用要求不相同，對閥門的內(nèi)部構(gòu)造要求也不同，這就使得閥門的總類和品種規(guī)格非常多。
為了解決制造控制閥耗時耗力的問題，在制造控制閥時就要求實施并行工程，并且追求協(xié)同?！安⑿?協(xié)同”是制造系統(tǒng)的精髓。協(xié)同，意味著每個參與者都需要不斷地感知自己與他人的位置偏差，及時調(diào)整，保持同步。
郭先生指出，基于上述原因，吳總儀表提出了遞階式與扁平化相結(jié)合的控制閥制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。遞階控制結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為基于企業(yè)ERP主計劃擴(kuò)展而來的“高級計劃與排程”，扁平化則通過制造執(zhí)行系統(tǒng)的“實時調(diào)度與協(xié)調(diào)”與分布式并行制造指令的“車間實時作業(yè)排程”相連接，形成具有并行和并發(fā)機(jī)制的執(zhí)行控制-反饋機(jī)制，以此來簡化復(fù)雜的控制問題。對于一個遞階控制系統(tǒng)而言，各個子系統(tǒng)的控制作用是由按照一定優(yōu)先級和從屬關(guān)系安排的決策單元實現(xiàn)的，而同級的各個車間可以同時并行工作對其下屬制造單元實施控制。各個制造單元可以同時與上一級的車間實時作業(yè)排程軟件交換現(xiàn)場信息和工藝規(guī)程執(zhí)行指令?！败囬g實時作業(yè)排程”按照“實時調(diào)度與協(xié)調(diào)”得出的多工藝路線規(guī)劃，合理配置加工工序流，分配加工工序公差，并依據(jù)分布式數(shù)控設(shè)備（DNC）上的傳感器和新建的制造物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，獲得針對工序管理點的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而實施有針對性的反饋和控制。制造設(shè)備的狀態(tài)信息和自動化倉庫的數(shù)據(jù)，經(jīng)過人工分析和調(diào)度指令內(nèi)容作出敏捷響應(yīng)，并在指令的執(zhí)行過程中，通過看板系統(tǒng)實施局部的前饋控制并不斷與操作人員現(xiàn)場交互，測取實時數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)、彌補(bǔ)獲救者呢過執(zhí)行過程中的排程問題，參照高級計劃和調(diào)度指令落實短期優(yōu)化目標(biāo)。實時調(diào)度與協(xié)調(diào)層則以短期優(yōu)化目標(biāo)來制定實時調(diào)度戰(zhàn)略，從而將生產(chǎn)計劃與調(diào)度策略結(jié)合起來，使制造執(zhí)行系統(tǒng)與整個制造系統(tǒng)融為一個有機(jī)的整體。
陶先生表示制造執(zhí)行系統(tǒng)是兩化深度融合的代表作。在國際上制造執(zhí)行系統(tǒng)得到發(fā)展的同時，我國制造企業(yè)受底層自動化水平的限制，只能在制造管理層面開展ERP系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。隨著對管理信息系統(tǒng)集成應(yīng)用增效的需求日益強(qiáng)烈，制造執(zhí)行方面的短板很快暴露出來。
最后，陶先生就吳忠儀表有限公司為例，介紹了一下制造執(zhí)行系統(tǒng)的優(yōu)點及今后應(yīng)注意的問題。陶先生指出制造執(zhí)行系統(tǒng)是以企業(yè)車間自動化、物聯(lián)化為基礎(chǔ)，以建立人機(jī)融合的制造執(zhí)行狀態(tài)、實施制造管理自動化目標(biāo)，以制造工程和工藝工序的優(yōu)質(zhì)排程為內(nèi)容，具有異常事件監(jiān)測、問題跟蹤、制造成本管理和制造能力管理等功能，以精益、快捷和柔性為特征的重要制造管理信息系統(tǒng)。當(dāng)前及以后要面臨的問題有以下幾個方面。第一，增強(qiáng)PLM服務(wù)平臺工個能，引入項目管理技術(shù)，支持特定產(chǎn)品及新產(chǎn)品的多版本工藝流程，支持基于BOM架構(gòu)的控制閥產(chǎn)品信息模型在制造執(zhí)行管控中的應(yīng)用。第二，研究控制閥制造工藝的工序誤差產(chǎn)生機(jī)理和供需流質(zhì)量信息演變規(guī)律，增強(qiáng)制造物聯(lián)感知功能，增加故障處理功能和報警管理功能，實現(xiàn)對工序流質(zhì)量信息的跟蹤，進(jìn)而完善反饋-前饋控制機(jī)制。第三，建立工件質(zhì)量歷史數(shù)據(jù)庫，分析完善制造執(zhí)行系統(tǒng)的信息模型，構(gòu)建知識模型，開發(fā)多工序點分布式制造執(zhí)行專家系統(tǒng)。積累制造過程數(shù)據(jù)，構(gòu)建并行與分布仿真模型，實現(xiàn)控制法制造系統(tǒng)中的智能技術(shù)與應(yīng)用。