图 柔性制造系统可生产批量与品种分析

       柔性制造系统（Flexible Manufacturing System, FMS）是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。下图是传统的柔性制造系统的架构图：

图 传统柔性制造系统

柔性制造单元（FMC，Flexible Manufacturing Cell）是由一台或数台加工设备构成的加工单元，该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。一个柔性制造系统通常会包含多个FMC，不同的FMC用于完成不同的工序。

物料储运系统用来为柔性制造系统的生产提供原材料、半成品、成品的自动化的存储和搬运功能。例如自动化立体仓库可以实现自动入库和出库的管理、而AGV/RGV、输送线等提供物料的自动搬运。

信息控制系统提供对整个柔性制造系统的信息化管控，包括信息的采集、处理、存储，并对FMS的运作进行监控和控制，实现自动化、柔性生产。

传统的柔性制造系统存在如下几个问题：

       柔性生产线投资较大，如果柔性生产线是花大价钱建设的，一旦市场发生变化，要进行复制、拆除或改动就不是那么容易了，生产方式也就失去了“柔性”。柔性制造系统通常只适用于特定类别的零件制造，其生产线、仓储系统、物流输送系统通常都是定制开发的，难以规模化推广应用。

       独立建设的FMS系统实际上形成了新的孤岛，FMS有自己的仓储设施、物流输送设施、独立的信息控制系统，甚至是独立的网络。另外随着信息化、网络化、智能化的快速发展，以及MES/MOM系统、WMS系统、LES系统的建设，柔性制造系统与这些系统存在一定程度功能上的重叠，会造成重复投资。

       柔性制造系统的目标是为了实现柔性生产，而柔性生产对大多数工厂来说是一个持续渐进的过程，需要将一个生产线逐步改造为一个柔性生产线，将一个工厂逐步改造为一个柔性工厂。我们无法抛弃原有的生产设施、仓储物流设施，MES等管理系统，去建设一个全新的FMS系统。

      制造运行管理平台（Manufacturing Operations Management，MOM）是企业三大管理平台之一，是企业制造执行过程的管理核心平台。下图是制造企业的信息化层次架构，MOM在制造执行过程中发挥了关键的呈上启下的作用。

图 制造企业的信息化层次架构

       FMS的功能与佰思杰MOM平台中许多模块，如计划排程、生产执行、仓库管理、质量管理、设备管理等均有耦合关系，也需要利用“数据采集与监控”模块来连接自动化生生产、仓储和物流设施。基于上述特性，我们认为FMS系统应该属于MOM平台的子模块，通过MOM平台为传统FMS“赋能”，我们在佰思杰MOM平台中增加FMS相关的功能，认为新的柔性制造平台架构应如下图：

图 佰思杰基于MOM的FMS架构

       通过这种架构，MOM平台实现了与PLM、ERP等信息系统的集成，避免了单独建设FMS导致的数据孤岛问题；可以充分利用佰思杰MOM平台已有的生产计划、生产执行、仓储管理、物流执行、设备管理、数据采集与监控功能模块，避免重复建设，极大的减少了FMS系统的投资；最重要的是，现有MOM平台能够很好的支持各种生产方式向柔性生产持续改善。

       随着市场需求的转变，有些零件系统已经超出了现有FMS系统的加工能力范围。同时，现有的FMS缺少快速调整的能力，使得原有系统失去作用，导致前期投资付诸东流，造成巨大的成本浪费，这就是前面提到的“FMS系统通常本身不够柔性”的问题。由于MOM平台通常具有很好的灵活性和扩展性，基于MOM平台构建的FMS系统能够通过建模满足生产柔性持续改进的需求。

       我们认为FMS系统应该是若干自律分布的单元构成，可以对各单元进行灵活组合，提高FMS系统本身的柔性。在佰思杰的MOM系统中可以对若干FMC（柔性制造单元）、FLC（柔性物流单元）、FSC（柔性存储单元）进行建模以及控制逻辑设定，实现单元级的分布式控制，及单元之间的协同。通过自由组合调整FMC、FLC、FSC可快速搭建一个符合工厂制造业务的FMS与FML（柔性制造线），实现灵活组合。

       下图为内置在佰思杰MOM平台中的FMS快速建模工具（FMS Rapid Modeling Tool），展示了某刹车片智能工厂“热压工序”柔性制造单元的建模功能，同时可以配置加工设备、物料接驳台、装卸料装置、自动换工装装置等相关的模型设置：

图 FMS建模工具

       类似地，佰思杰MOM平台还支持对自动化立体库、自动化物流输送设施进行建模，例如自动化输送设施包括输送线网络建模、AGV配送网络建模、配送网络之间以及与自动化立体库的接驳、配送网络与柔性制造单元的接驳等。

       佰思杰MOM平台利用这些模型，可以根据生产计划生成生产指令下发给对应的柔性制造单元，并生成拉动物料出库、输送指令、AGV指令、装卸料指令，实现物料的自动出入库和物料的自动化输送。

       当柔性生产系统要进行调整时，可以快速在MOM平台内对模型进行调整，新的模型可立即投入使用。通过对柔性制造系统的快速建模，可以很好的支持柔性生产的持续改进，不需要重新建设全新的FMS设施。

       传统的FMS系统往往基于专用的网络实现设备的联网，并基于定制的代码实现设备数据采集与监控，当柔性制造系统需要进行调整时，客户往往会受制于供应商是否能提供及时的、高质量的、合适成本的服务，这就会限制柔性制造系统本身的柔性。

       佰思杰认为，应基于成熟的工业物联网平台，构建柔性制造系统的数据采集与监控层，同时物联网平台提供了更好的开放性、更好的灵活性和扩展性，在需要调整时可以快速调整。佰思杰的IOT Enabler平台能够实现与佰思杰MOM平台的一体化，简化系统的运维。

图 基于工业物联网平台的柔性制造系统采集监控模块

       IOT Enabler提供支持主流PLC、智能终端、智能设备的接入，可以自己扩展采集通信协议，当产线有调整，或引入新的硬件时，通过配置建模就可以解决问题，不会受限于传统FMS系统为特定的设备所编写的固化的代码。

       另外，可以自行定制预制件，将其添加到预制件库，基于预制件进行基于Web的所见即所得、拖拽式组态画面设计，可以快速应对柔性生产持续改善对数据采集监控的需求。

图 基于Web的IOT平台图形化组态

      传统定义的FMS是加工系统、物流系统与信息流系统组合构成的全自动化无人值守的制造系统，但国内大多数制造企业并不能做到全自动化柔性生产，例如某刹车片智能工厂在装配与包装的生产过程中还是无法避免人工作业，所以我们认为符合国内企业现状的柔性制造系统应该需将人与机器进行有机的结合，实现人员作业与设备加工的协同柔性制造。

       佰思杰的FMS系统很好的做到了这点，佰思杰MOM将FMS模块与生产管理模块进行深度集成，生产管理模块收集的人员作业信息会及时反馈到FMS模块中，并协调FMS模块控制FMC或FLC进行后续作业，从而实现人与柔性制造单元的协同作业，为企业实现人机结合式柔性制造系统提供完善的解决方案。

       例如在某刹车片人机结合的智能包装线，系统自动进行物料拉动式自动配送、自动推送到工位的工步作业引导、工艺参数自动下发到设备、基于光栅及灯光的防错、在制品工位间的自动流转、基于电子秤的自动称量，在实现混线生产、柔性生产、提高效率的同时，减少了传统人工作业导致的各种错误。

      简单来说，贴合现代制造企业应用需求的新型柔性制造系统应该具备平台一体、柔性可配、虚实融合、人机协同这四大特点，并以此来解决传统柔性制造系统造成的数据孤岛、建设门槛高、不易改进等问题。新型FMS系统可为制造企业打造集全制造业务为一体、灵活、高效、透明、智能的先进柔性制造工厂提供强而有力的支撑。

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