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基于MOM平台实现航空航天智能制造转型升级

2020/9/23


航空航天行业转型背景


近年来,智能制造受到了广泛关注。航空航天领域作为我国高端装备的典型代表,其面向智能制造的转型将是对“中国制造2025”的重要支撑,是提升行业核心竞争力的必然要求,也是抢占未来技术发展制高点的战略选择。


航空航天行业普遍属于多品种、小批量的生产模式,科研试制与生产并存,这也决定了其制造工艺复杂、质量要求高、生产周期长的特点。纵观航空航天行业产品的生产制造全流程,通常会涉及异地多工厂协同制造,并基于型号进行项目管理。


生产过程中牵一发而动全身,计划变更困难,协同困难,零部件齐套性差、生产不透明、质量追溯困难、在制品库存高等痛点都影响了最终的交付周期与制造成本。这些问题都严重束缚了航空航天制造业转型升级的发展。


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▲航空航天行业业务痛点


目前,虽然许多航天航空企业都进行了信息化改造,但是多个异构系统会带来碎片化问题,也易出现“山头现象”和“孤岛现象”。例如,跨部门的系统整合程度低,难以很好的支持跨部门的业务流程。即使支持同一种业务功能,总部和各分公司常常采用不同的应用系统,内容重叠交叉严重,各自独占资源,独立维护;数据分散在不同应用系统、不同网络中,使数据交换困难。数据缺乏统一有效的管理,后续难以进行质量追溯。由此可以看出,碎片化的信息系统并不能很好的解决上述痛点问题。


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▲信息系统碎片化问题



着眼全局、总体规划


因此,大型航空航天集团性企业需要从全制造链业务流程、异地多工厂协同、多职能组织协同、全生产要素信息可追溯、系统可持续发展等角度进行全局规划,基于统一的MOM平台部署信息化系统,实现上下游供应链的协同制造和精益制造,促进航空航天制造业的转型升级。


为了区别于传统的MES系统,近年来MOM平台代替MES的概念,逐渐被更多企业认可与接受。MOM平台使用统一的框架,单一的数据源,覆盖ISA-95、IEC/ISO62264、GB20720标准所定义的生产执行、质量控制、库存控制、维护运行四大领域的制造活动,并对这些领域之间的协作进行管理。MOM的范围正在扩大,除了标准所定义的制造活动,现在MOM平台现在已经扩展到更多的制造活动,例如采购协同、安全管理、环境管理、智慧服务等。


航空航天领域智能制造总体架构如下,蓝色部分是MOM平台和工业物联网平台的规划:


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▲智能制造总体架构


作为实现智能制造的核心系统,MOM平台的目标就是要实现优化运行、优化控制及优化管理,起承上启下、下情上传、运筹调度的中枢作用。具体如下:


(1) 纵向上打通信息系统上下游数据流


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▲系统集成关系


MOM平台一方面接收上游ERP、PLM系统中的产品结构、产品制造工艺、生产计划、质量控制等信息流;另一方面,还要根据生产计划拉动物流、组织生产,向下层智能装备传递生产指令,同时对生产的过程中人、机、料、法、环、测等要素进行采集与监控管理,实现生产异常的快速响应。


(2) 横向上拉动全制造链业务流程


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▲制造全过程追溯体系


MOM平台涵盖了采购、仓储、配送、生产、测试、包装、出入库等制造业务流程,并能统一数据源,帮助航空航天企业建立制造全过程的质量追溯体系。


为便于航空航天行业智能制造的转型升级,企业都应针对自身的业务模式和管理需求进行长远的信息化规划,以确保信息系统的建设能够切实支撑企业需求。其中主要的规划原则应从精益制造与协同制造、系统的多级结构与分层应用、软硬一体的集成能力与数字孪生、基于统一平台实现集中管控等方面考虑。



精益为本、高效协同


当前智能制造的实现,必须要结合“精益化”、“信息化”和“自动化”三方面的同步建设,我们称为“三化融合”。在实现智能制造的过程中,需要保证自动化、信息化在精益思想的原则、理念和方法论为指导下实施,避免舍本逐末。


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▲三化融合打造精益智能工厂


过去更多的精益是在单点级、车间级、工厂内部完成的。对于航空航天领域离散生产企业,精益生产的持续推进越来越多受制于上下游供应链,各类生产不稳定和浪费的深层原因开始逐步凸显。主要矛盾体现在:总装与成套车间之间(全厂层级)以及主机厂和供应商之间(供应链层级)拉动协同能力弱,最终导致了成套困难,齐套异常频发,反而影响了精益管理的固化,同时系统的价值难以体现。


MOM平台不仅可以延伸到供应商,还可以打破单个工厂空间、时间的约束。基于供应链级的计划拉动、物料成套监控、物流配送管理等技术手段,实现工厂内不同职能部门之间的协同、多个工厂之间的协同、供应商与工厂之间协同、工厂与客户的协同。



多级结构、分层应用


为便于集团公司实现全制造链多工厂、跨职能部门、跨地域的协同,MOM系统需要考虑多级结构,形成以边缘系统为基础、工厂平台为支撑、企业平台交互协同的多层次体系化建设方案。


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▲MOM平台分层应用架构


集团/公司MOM平台,实现拉动式计划、多工厂协同、供应商协同、供应链物流管理、制造运营统一绩效管理、全球产品溯源、全球质量遏制、与集团PLM、ERP等业务系统集成功能。


工厂/园区MOM平台,实现单个工厂或某个园区制造过程的管理,实现对生产执行、仓储管理、物料配送、质量控制、设备运维、包装发运等制造业务的支撑。


边缘层基于FMS&IOT平台,基于工业以太网、5G等技术,实现工厂内部产线设备的联网,实现生产指令和工艺参数的下达、设备运行状态监控、质量信息的采集。


不同层级间的系统都存在数据交互。边缘层的IOT平台能将采集到的设备、质量、物流信息上传至工厂层的MOM平台。面向分厂的MOM平台将数据上报汇总到集团MOM,实现制造全流程的透明化、决策支持、产品溯源、持续优化和改善。


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▲集团和分厂的分层应用



软硬一体、数字孪生


现在MOM平台的一大趋势就是实现软件与硬件更深度的融合,这与佰思杰公司提出的三化融合思想不谋而合。若将智能工厂比作人,那么自动化的设备就好比人的手臂,各类传感器好比感官,IoT /SCADA、光纤、网络好比神经,而MOM软件就好比大脑。要想工厂能自己运动起来,得通过大脑向下层一级级传递指令。同时,手臂运动完,也将运动过程中的情况信息向上一级级反馈至大脑,这样形成信息的闭环。


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▲MOM定义制造和驱动制造


IoT产品能实现以上“手臂”、“感官”、“神经”的互联,基于工业物联网平台实现数据的采集、工艺参数的下发、数据的处理和监控,构成实物流、信息流、控制流的闭环。同时需要作为“大脑”的MOM套件,获取准确、实时的数据,让数据驱动业务,进行监控、预测、控制和决策优化,实现实物的数字化孪生。


虽然很多航空航天企业都进行了自动化的改造,但是效果并不是很理想,其根本原因在于单个产线的局部改善,没有从企业整体考虑,其他部分的工作没有跟上来,自动化不能充分发挥作用。并且单个产线生产切换麻烦,柔性差。由于缺少统一的集成规范,后续集成的难度和成本很高。


MOM平台基于所掌握的全面的信息,可以更好地对制造过程进行智能调度。借助IOT平台的边缘网关,可以实现分布式管理,例如本地设备的集成与控制,数据清洗等。MOM平台与IOT平台的结合,还有助于建立柔性工厂和柔性制造系统,如下图所示:


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▲佰思杰MOM平台下柔性制造系统的新架构



统一平台、集中管控


智能制造信息化建设不单单只是上一个项目,更重要的是选一个好的平台。而优秀的MOM平台应具备以下关键能力:


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▲MOM平台关键能力要求


(1) 产品功能成熟,覆盖全制造链。系统功能应覆盖机加工、钣金加工、PCB制造、表面处理、装配、包装发运、调试等制造过程全业务领域,并且功能完整、成熟。


(2) 高效的协同管理,数据互联互通。实现制造相关的计划、生产、质量、仓储、物流、设备管理等职能部门的高效协作。


(3) 集中管控,统一数据源。在一体化平台上扩展业务,保证统一数据源,从而便于消除数据孤岛。同时也便于后续将MOM系统推广到其他子公司,实现多地域、多子公司的统一管理和分布式应用。


(4) 扩展性好,功能柔性可配置。提供系列建模工具,可快速建模以满足不同子公司个性化需求,并能通过调整模型应对需求的快速变化。


(5) 数据驱动业务。获取准确、实时的数据,让数据驱动业务,进行监控、预测、控制和决策优化,用数据说话。


(6) 软硬一体化的集成能力。基于工业物联网平台实现数据的采集、工艺参数的下发、数据的处理和监控,构成实物流、信息流、控制流的闭环。


(7) 精益为本。必须让精益生产贯穿制造整个生命周期,精益生产既是智能制造的基础,也是智能制造的目标。


(8) 智能管控。实现制造过程的智能防呆防错、管理的自动化、资源配置优化、人机协同与辅助决策、自适应与自主决策。


(9) 符合标准。ISA-95国际标准为实现MOM提供了坚实可靠的架构基础,确保产品的通用性,能广泛适应众多行业和不同生产方式。


(10) 安全可控。系统软件需具有自主知识产权、成熟开放的软件平台和源代码、齐全的API接口文档,便于进行二次开发或维护。


国际环境风云变幻,中兴事件、华为事件无不昭示国人核心技术问题如果不解决,不管是在硬件还是软件领域,中国的制造和持续发展始终都会受制于人。知识产权自主可控对于大型集团型企业,尤其是航空航天企业是至关重要的,甚至是生死攸关的。一般来说,国产产品和服务容易符合自主可控要求,实行国产MOM平台替代国外MOM平台对于达到自主可控是完全必要的。在国家政策强力推动及需求快速提升的双重作用下,包括佰思杰公司在内的国产MOM平台正在快速完善,与国外MOM产品差距越来越小,在很多方面比国外品牌还更有优势。



关于佰思杰


佰思杰是拥有国内首个商品化的、基于ISA-95国际标准的、具有完全自主知识产权的MOM智能制造运营平台,该平台产品系列包括APS、MES、SRM、QMS、WMS、LES、EAM、IOT等工业APP,经过十多年的迭代研发的非常成熟。


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▲佰思杰MOM平台


佰思杰已积累了大量国防军工领域的客户,例如:中国航发、航天科工、航天科技、中国电科、中国兵器、中船重工等。同时佰思杰在机加工、装配、焊接、仓储物流、调试管理、电子封装、复合材料等细分行业具有成熟的解决方案,致力于为我国航天航空行业的智能制造转型升级添砖加瓦,贡献自己的一份力量。





说明:本文为佰思杰原创文章,未经佰思杰书面许可,任何人不得复制、转载、摘编等任何方式使用。如需转载,请联系佰思杰市场部,电话:027-87774868  邮箱:bsg@bestmes.cn



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