【全球独家】王湘念：如何利用CMMM®开展智能制造系统规划与实施

CMMM®中相关能力子域是具有一定联系的，与生产相关的能力域除了生产能力子域自身外，还包括技术能力域中的数据、集成、信息安全以及资源能力域中的装备和网络。

要开展企业智能制造系统规划，先要了解产品生命周期和生产生命周期，以及他们的集成，图1展示了产品生命周期和生产生命周期以及他们的集成路线。智能制造系统规划重点是第二象限，包括生产线建模、布局及仿真，产品工艺流程分析与优化，设备选型与布局，物流系统设计，车间/生产线管控软件方案等等，这些工作都是在产品尚处于规划、设计阶段就要进行的。

(资料图片仅供参考)

图1 产品生命周期和生产生命周期的集成

我们经过多年的实践，归纳了智能制造系统规划的流程，如图2所示。

图2智能制造系统规划流程

第一步，设定系统目标。了解系统用来生产哪些产品（产品种类）、分别要生产多少（产能）、这些产品的工艺和技术成熟度如何、当前的生产能力水平是怎样的等等。在此基础上分析工艺流程现状并规划制造系统目标，包括产品生产周期、合格率、投入产出比等。

第二步，明确系统约束。分析系统规划的约束条件，即场地、生产组织方式、能耗、安全环保等要求，将这些因素与系统的目标相结合，得出系统生产大纲，包括产能、场地、生产时间、班次等等。这两步实际上就初步定义了系统的5W2H.(WHAT, WHY, WHEN, WHERE, WHO, HOW AND HOW MUCH)中的大部分要素。

第三步，制定典型工艺路线。将系统要生产的产品进行工艺路线相似性分析，将工艺相似的产品归类，分析现有工艺路线存在的问题，并进行工艺优化，最后形成系统布局下的典型工艺路线。

第四步，设备选型与工艺仿真。收集产品加工/装配过程中的质量、工具等问题，合理进行设备选型并通过工艺仿真验证设备选型的效果。设备选型时一定要考虑设备的智能特征和联网需求，最后形成生产线设计的工艺方案和设备型号。除了主加工/装配设备外，也需要考虑辅助设备，如清洗、去毛刺，检测等，以及辅助设施，如上下料、刀具等。

第五步，车间/生产线布局规划与仿真。依据工艺方案计算所需设备的数量，依据产品特点选择合适的生产组织方式设计生产布局及物流方案，同时同步设计设备联网方案。方案完成后针对制造系统规划目标和约束条件实施整体布局方案仿真，形成最优生产布局、设备选型和联网方案。

第六步，提出系统运行管控要求。首先要设计一套与生产组织方式匹配的生产管理流程，明确系统运行中排产的规则要采集、分析哪些参数，对哪些工序的质量进行控制，对设备的哪些状态进行监控等。然后运用管理仿真技术实施管理对管理流程的实施效果进行仿真，同时结合智能管控的智能特征要求规划智能管控中心的功能。

到这里就完成了系统规划的第一个循环，得出了一个初步的解决方案。在这个基础上，进入第二个循环，确定相关的要求和约束，修改和完善第一个循环形成的方案。经过多轮循环后，得出智能制造系统的整体解决方案。

在上面这个流程中，设备选型与工艺仿真、生产系统布局与仿真以及提出系统运行管控要求等步骤就可以结合CMMM®的相关要求进行。下面主要谈谈如何利用CMMM®的要求进行设备选型。

设备选型要考虑的因素很多，首先要考虑设备本身的能力，能否完成所要求的加工任务，如工作区大小、加工精度等，设备的结构布局是否满足进线要求，设备的参数是否能够采集到，相应的功能部件、控制系统、处理能力是否满足要求等等。此外还要考虑设备是否具有标准网络接口，是否能够很容易接入系统网络，是否能够与上下工序级上下料装置连接，设备厂商是否提供设备的三维模型等等。

在CMMM®资源能力域的装备能力子域中对装备应该具有的能力做了具体要求，如二级要求“应在关键工序应用数字化设备”和“关键工序设备应具备标准通讯接口(例如：RJ45、RS232、RS485等)，并支持主流通讯协议（例如：OPC/OPC UA、MODBUS、PROFIBUS等）”。企业要搞智能制造，设备联网是基础，目前看，新设备大部分具有标准通讯接口并支持主流通讯协议，但有些厂商在不明确提出要求的情况下有可能不对客户开放相关的接口和协议，所以，在提出设备采购需求时应对厂商提出开放接口和协议的要求，以避免购买设备后再提要求，出现被厂家“宰一刀”的情形。

装备三级要求提出“关键工序设备应具备数据管理、模拟加工、图形化编程等人机交互功能”和“应建立关键工序设备的三维模型库”。要求1是针对设备的人机交互功能的，以方便操作人员直接利用设备的人机界面（HMI）开展相关的操作，快速实现加工准备，并利用加工数据现场进行分析，便于加工的调整；要求2中的设备三维模型库也是提醒用户在采购设备的时候就要求厂商提供设备的三维模型，且该模型是能够用数据进行驱动的，这些模型就是数字孪生模型的基础。

装备四级要求提出“关键工序设备应具有预测性维护功能”和“关键工序设备应具有远程监测和远程诊断功能，可实现故障预警”。智能制造时代，要求对设备的维护实现从“定时维修”到“视情维修”的转变，视情维修依靠的就是故障预测能力，要求在设备还没有发生故障时能够预测到故障是否可能发生、什么时候会发生，以便及时进行维护，避免故障的发生而产生较长周期的宕机；远程监测和远程诊断功能则是要求设备厂商将设备纳入自己的运维系统中，通过实时监测设备运行装备，对设备的健康状况进行远程诊断，在发生故障前提前预警。这两条要求一个是对设备本身，在用户方进行操作，另一个是针对厂商的产品远程运维服务，在厂商处进行操作，并通过网络或其他方式与用户交互。这时如果考核厂商的智能制造能力的话，就涉及产品服务的四级要求1（产品应具有数据传输、故障预警、预测性维护等功能）和要求2（应建立远程运维服务平台，提供远程监测、故障预警、预测性维护等服务）。一般来说，设备选型时满足了以上要求，企业在采购或开发设备管理系统时，相关功能就能够实现。

当然，设备选型时除了这些要求外，还要考虑CMMM®中其他能力子域的要求，如技术能力域的信息安全子域，二级要求2指出“应在工业主机上安装正规的工业防病毒软件”，目前在很多企业老设备的工业主机上就不允许安装，那么在采购新设备前可以就这项要求与厂商协商，在不影响设备使用的前提下尽可能安装满足要求的工业级防病毒软件。

以上简单分析了如何利用CMMM®装备能力要求进行设备选型，实际上，设备选型是构成其他能力的基础，设备自身能力决定了企业生产作业、设备管理等水平。与设备能力相关的要求还有很多，限于篇幅，不一一赘述。