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摘要： “十四五”和《中国制造2025》规划的快速推进，智能制造工厂成为工业发展的一大趋势。政府的诸多行动也向市场传递出强烈信号，显示工业转型将迎来大突破、大提速。在生产制造过程中，推进新一代信息技术和制造技术的深度融合，成为制造企业摆脱传统加工模式的着力点与突破点。作为国内第一家门窗（词条“门窗”由行业大百科提供）幕墙专用设备（词条“设备”由行业大百科提供）上市企业，天辰股份一直立足于行业需求，为客户提供性能稳定、技术先进的加工设备和智能生产线解决方案。自主研发了智能化的天辰MES生产执行制造系统，构建了在MES管理下，以订单模式，引入按樘齐套、框扇匹配的生产理念，集成多种高度自动化加工设备、工业机器人、智能分拣线、齐套库、凝胶缓存库、AGV机器人、组装流水线等诸多工序单元，实现满足客户生产需求的全厂定制化智能生产线，这在全世界都属于行业首创。
关键词：天辰MES;智能制造;二维码;工业机器人;AGV机器人;按樘齐套;框扇匹配;凝胶缓存;智能分拣;组装流水线
1 基于天辰MES的系统门窗数智化生产线模式的设备构成与功能介绍
如上图所示，设备构成主要由锯切中心(含二维条码自动打印自动粘贴与原材料机器人自动上料)、高速数控钻铣中心、数控双头端面铣床（词条“端面铣床”由行业大百科提供）、智能分拣线、分拣工业机器人、齐套塔库、数控四头组角线、窗框注胶凝胶缓存库、窗扇注胶凝胶缓存库、窗框五金（词条“五金”由行业大百科提供）胶条安装调试台、窗扇五金胶条安装台、窗扇成品缓存库、智能看板等等主要部分构成。
该智能化生产线由窗框产线与窗扇产线组成，从前端的机器人上料、切割下料、孔槽加工、按樘出入齐套库、四头组角、注胶凝固缓存、五金胶条安装、框扇调试、质检打包等全线门窗工序实现线上作业，自主研发的天辰MES系统可无缝对接上游ERP系统，自动导入门窗企业工程作业单生成优化加工数据，整条智能生产线通过MES进行动态物流管控与加工数据管理，实现自执行的设备加工管控。
天辰MES系统配置了总控系统电子看板，分别布局于生产线前段、中段和后段;前段的为总控看板，可显示生产线工作状态、产能、设备监控、数据统计报表等实时信息;中段的电子看板为齐套装置的物料追踪显示，指导物料上车及型材缓存，直观清晰、一目了然;后段的为组装工序电子看板，指导人工组装使用。
该智能生产线中的数控设备均预留了5G数据采集端口，可应用5G+工业互联网实现如远程运维等的功能扩展。全智能产线设置服务器，服务器可外接办公室网络，内接产线工控电脑，实现整条智能产线的数据信息互通。
每个单元通过天辰MES系统串接在一起，天辰MES系统上承企业ERP,下连产线工控电脑，完成各加工工序之间的任务与数据的传输。每个单元设置工作站，工作站之间通过局域网相连;
引入工业机器人，结合智能物流分拣，在天辰MES系统调度下，实现工件物流的自动化以及孔槽加工的智能化、数据化，无需人工操作;
智能齐套仓储实现按樘齐套生产管理，无需人工挑拣;
通过缓存库实现框扇匹配生产，实现订单的精准管控
通过看板管理，实现门窗组装无纸化作业;
2 天辰MES工厂执行系统
2.1 铝合金门窗（词条“铝合金门窗”由行业大百科提供）生产线MES概述
MES全称为Manufacturing Execution System，即工厂执行系统，或者车间执行系统，重点是在执行这个层面。但目前很多企业所宣导的MES，并不是真正意义上的MES，不是工厂的执行系统，而是工时或者成本的记录系统，只是纯做记录而已。而在MES的定义里，执行是非常重要的一部分，专注于自动化的表现，即生产指令通过生产、搬运等，或者是履带、传输带等等这些东西统筹起来，去执行生产工单，这个才是真正意义上的生产执行系统。
上层ERP下发的门窗作业单传输至生产车间，由MES系统接收订单信息后，进行计划的优化排产，通常称作APS先进排产模块。优化后的计划将存储到MES数据库，再由MES执行模块动态完成给生产线上的各个设备下达具体加工计划，其中包括发送给锯切中心的计划，一般包括下料切割的长度、角度、型材类型等信息;与锯切中心配合生产的转运系统，如智能机器人或者移动料仓等;以及后续的诸多机械加工设备。在整个计划执行过程中需要动态识别设备的计划执行状态，实现全流程的物料定位管理与识别，智能化的安排物料流转，实现自动化甚至无人化的加工过程。如果只是纯粹的停留在记录和管理上面，用于记录生产设备上的数据，以及工时、损耗等成本相关的数据，并通过这些数据分析生产过程中的一些问题，虽然能提高生产效率，但仍不是MES系统，如果没有自动化和半自动化的关联，我们只可以称之为工厂大数据平台。
2.2 MES系统数据信息流的管控
MES系统数据信息流管控主要组成：
lERP计划接入和MES计划执行反馈。完成生产计划来源的数据接收以及当前生产计划执行状态反馈给ERP等上层管理系统.
ERP计划转换为MES的优化排产计划，实现APS先进计划排产。
各个工序读取、执行和回馈MES的工序生产计划。
物流设备与工序设备配合，读取、执行和回馈MES的工序生产计划。
MES的整体协调管控以及管控信息的展示。
在集成的前提下实现可视化，在可视化的基础上实现精细化，在精细化的前提下实现均衡化，透明的目的在于实现生产过程的可视化，实现精细化生产。
首先，要实现生产信息的采集，这是企业实施MES系统软件的初衷，也是很容易见效的环节。但要实现真正“透明”，不仅要完成生产数据的采集，还要实现生产数据的集成，即物料数据、产品数据、工艺数据、质量数据等高度集成。
其次，要实现生产过程可视化。即在实现了集成后，通过逐步的细化(从控制的力度：车间→工序→机台→工步等;从控制的范围：计划执行→物料→工艺→人员→环境等)，实现生产过程的可视化管理。
第三，在透明的基础上，实现均衡生产。企业只有实现了均衡的生产，才能实现产品质量、产品成本、产品交货期的均衡发展。均衡生产是质量稳定、降低制造成本的基础。
最后，实现高效生产，即在生产均衡的前提下，通过优化，实现高效的生产。
2.3 天辰MES二维码全流程管控系统门窗智能生产线
无缝对接上游设计软件：KLAES、支持长风、新格尔、杜特、尊蒙等市面主流设计软件，并支持数据的一键导入。支持无损拆单：在不影响总体优化率的情况下，可以优先出单，实现样窗的制作。
设备集中控制：可视化集中控制的操作界面，使得操作更简单，生产更安全。支持订单设计及优化：客户可以通过窗型设计模块，进行窗型建模和排单优化。
智能的余料管控：自动生成余料标签，可配合余料架(余料库)系统，实现余料管控。方便的实现生产补料：扫描型材标签一维码，可实现快速优化补料。
数据汇总及追溯：实现数据的实时采集和记录，发现问题可快速追溯定位，及时纠错保障产品质量。完善的数据接口：支持对接客户的各类ERP系统。
根据客户工程作业单，天辰MES系统可实现智能化排产。天辰MES作为上承上级计划管理系统(ERP)，下接加工设备的核心环节，是IT系统的最后一站。在天辰MES的智能排产模块实现了智能边缘计算，具备了计划即预见生产过程的超前预计算功能。天辰MES智能排产模块在接收到生产计划后，将自动生成可预见性的计算计划(如下图所示)。天辰MES在生成预见性计算计划过程中，应用了分治算法、动态划分算法、贪心算法、分支限界算法与穷举算法等相结合的优化计算方式，基本解决了大数据计算模式与计算速度之间的矛盾。采取了加工计划与物流计划同步计算、同步控制的生产策略。引入了精益生产的管理理念，优化加工计划的排序、物流分拣计划的策略，极大的减少了物料周转。深入研究分析精益生产的动作，并运用到系统优化中来，按照动作经济原则尽可能减少人工数量并降低人工的劳动强度、提高生产效率，合理设计物流与分拣流程。在关键、易出错、劳动强度大的工位，合理使用工业机器人技术。从而实现智能化制造系统的重要特征，达到系统化的效率最高，成本最低，物料转运与加工准确度最高。比如在门窗生产中，创新性的实现了锯切后同类窗型物料一次集中分拣到位，大大减少了常规生产流程中多次分拣的消耗时间，具备全流程加工计划、物流计划设计的MES管理也使得生产线的错误率极大降低。
对于生产的异常状态等影响因素，天辰MES提供了人工干预的接口，天辰MES的设计原则是：人工干预是为了维护MES的计划正常执行，而不是改变计划。
MES加工数据管理是MES智能排产模块预计算排产计划正确执行的保障。它负责解析排产计划，进行设备和物流计划的再分解、数据协议重组、物料计划协调，通过各个子接口模块下达给生产线上的每一台需要MES管理排产的设备。其中包括了多种多样的设备通信接口，以及多种工艺设备的计划控制子模块。其中包括：锯切下料模块、机器人动态路径模块、铣削模块、齐套缓存模块、四头组角模块、凝胶缓存模块、框扇组装调试模块、物流传送模块等等。
制造业中采用离散型生产模式的企业占据了绝大多数。MES动态物流管控是按照MES智能排产下达给设备的上下料计划，执行加工自动排程。采用物流自动化技术、机器人技术、条形码或二维码、RFID技术实现对每个物料的定置定位追踪与控制管理，使得每个物料每时每刻都在MES的掌控之下，确保每道工序都严格按照MES智能排产模块设定的预见性计划进行生产。
MES系统直接管理着机器人、锯切中心、钻铣中心、数控端铣、齐套缓存库、数控四头组角线、凝胶缓存库、框扇组装调试等各种生产线设备以及物流控制系统，实现实时下达加工计划、优化产线计划、协调工序加工、管理物流缓存、异常处理等功能。对于在生产线中也可能存在着少量纯人工操作的设备，比如小型冲床、手工装配台等，这类设备通常没有自动化接口，MES系统则采用看板形式指导工人完成加工，能够更方便灵活的适应实际生产的个性化要求。
3 紧跟门窗企业两化融合的步伐，天辰智能有责任与义务推动行业智能化产线发展壮大
随着门窗企业两化融合(信息化和工业化融合)的推进，尤其是5G+工业互联网的飞速发展，企业信息化、数字化的水平将有大幅度提升，这对智能线的落地实施将带来巨大的帮助和促进。当然这也需要软硬件的更好结合，尤其是软件方面要有更好的支撑。不仅仅是门窗的加工数据来源，还有各种ERP\MES\APS等等。
智能化生产的也要求从业者改变传统的生产工艺设计思维，站在系统控制等全新的角度来看待工艺布局设计，进一步挖掘智能化生产模式的优势，分析整合数据会给生产带来的改变，不仅需要推动生产设备的不断改进，也要实现工艺进步，进而推动全流程生产效率的提升。
依托软硬件的技术革新和更好融合，最终，门窗生产的设计、生产、管理、服务等各个环节，都将全面推进智能化的转型升级，逐步完善整个智能制造系统。
结合客户生产现场需求，天辰智能产线可进行个性化定制。特殊工艺、资金投入和场地面积的限制是导致个性化定制的主要因素。基于日渐成熟的智能化生产线制造经验，天辰智能将根据用户的场地规模和资金预算，设计符合用户工艺和产能需求的个性化智能产线。
智能制造是制造业发展的必然趋势，也是门窗企业转型升级的必然方向，是解决门窗制造过程中难点、痛点的必由之路。可以实现更好的生产制造，提高企业赢利能力。基于天辰MES的系统门窗数智化生产线实现对门窗整个生产过程的全面管控，改变了传统的单机生产模式，实现了多个加工单元的数字话、智能化、信息化联网作业，极大的降低人工成本，提高生产效率，减少错误成本，引领门窗行业的发展潮流。
4 结束语
1999年，“物联网”概念初步提出;
2009年，美国提出“智慧地球”概念;
2010年，中国进入智慧时代准备阶段;
2017年，党的十九大提出推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合;
2018年，“十三五”和《中国制造2025》规划的快速推进，智能制造工厂成为工业发展的一大趋势。
2021年，“十四五”提出科技创新，进一步提高全要素生产率，加快制造业转型升级。
我们正处在百年未有之大变革时期，一切的行业发展都进入了“确定性与不确定性”并存的时期，未来短期内，新型基础设施建设，新型城镇化建设，交通、水利等重大工程建设，仍是“十四五”期间重要的投资方向。2022年我国经济总体量突破“百万亿”大关，其中房地产业及建筑业占GDP比重达14.5%，地位举足轻重。门窗市场的总体量仍然上涨， 据中国建筑金属结构协会铝门窗幕墙分会数据统计调查工作中的结果显示，铝门窗市场总产值在3000亿以上。门窗行业的发展必须紧跟时代脚步，并以高质量的发展模式作为企业的主方向，抓好产品品质提升与市场管理的提质转型。在未来，绿色环保、智能化、个性化和数字化将成为门窗行业的主要发展趋势。铝门窗幕墙行业需要抓住机遇，以“科技创新”解决核心问题;以“数字化和智能化”顺应大势所趋;全面升级智能化生产线，从追求高速增长转向追求高质量发展，从“量”的扩张转向“质”的提升，走出一条内涵集约式发展的“窗”新之路……
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作者单位：济南天辰智能装备股份有限公司
