數字孿生與MES的整合：實現卓越制造的關鍵
數字孿生不僅限于設計和工程，而是通過集成制造執行系統（MES）來改變制造過程，本文探討了MES在實現制造卓越中的關鍵作用。
當今全球互聯的世界中，制造和供應鏈面臨前所未有的復雜性和需求。新冠疫情等事件突顯了這些系統的脆弱性，促使制造商尋找創新解決方案以保持領先并減少中斷。
什么是數字孿生？
數字孿生的定義多種多樣，各有其正確性，因為這個概念對不同人來說意義不同。根據AWS的文章，“數字孿生是一個動態更新數據的物理系統的數字表示，模仿物理系統的真實結構、狀態和行為，以推動業務成果。”這一定義強調了業務成果，應指導數字孿生實施的要求。
數字孿生包括：
- 預生產孿生：在工程和設計領域，回答“假設”問題以評估在進行重大投資之前的可行性。
- 運營孿生：結合數字和物理模型，具有持續的數據流以顯示實時狀態，并可能包括預測分析以檢測模式和預測未來事件。
MES的數據對于創建貫穿產品生命周期的全面數字孿生至關重要，尤其是在工程和設計階段之外的運營階段。
什么是MES？
MES軟件跟蹤和管理從開始到完成的生產過程，并捕獲重要的制造數據，它優化操作并幫助決策，從原材料到成品。據LNS Research稱，自2019年以來，MES的采用率翻了一番，凸顯了其在轉向價值方面的重要性。
MES與數字孿生的交集
數字孿生需要四個組件：業務成果、數字表示、相應的物理系統和動態更新的數據連接。MES在最后一部分尤其重要，特別是在離散制造中。
考慮一個典型的機械加工廠，有計算機數控（CNC）機器、坐標測量機器（CMM）和視覺機器，這些機器提供實時數據，如條形料長度、測量尺寸、工具使用和運行時間。
MES可以通過捕獲產品編號、訂單編號、產品經過的其他操作、原材料供應商、零件的客戶和具體的質量控制來情境化這些數據。結合來自產品生命周期管理（PLM）和ERP系統的數據，這些信息構成了數字孿生所要創建的完整圖景。
想象一下一個過程或機器的數字表示，其中包含所有當前的操作參數和對未來訂單的預測，如材料可用性、工具壽命和維護計劃。計劃人員可以查看他們可以用當前庫存和機器供應安排多少訂單。工廠經理可以直觀地看到生產速度和潛在的瓶頸，維護經理可以確定剩余的工具壽命并計劃下一次維護。
MES數據的情境化使來自其他傳感器和物聯網設備的原始信息與創建數字孿生的業務目的相關聯。
技術挑戰和可能性
建立數字孿生涉及從數字表示、物理系統、數據采集和集成等組件中整合各種技術能力，這種復雜性源于數字表示通常是工程和設計工作的結果，以3D或2D格式建模物理系統，同時，物理系統由操作資產組成，數據和連接來自多種技術。
例如，考慮值40，這個數字在沒有上下文的情況下是沒有意義的，它可能代表CNC機器21號上的棒材長度，以鈦合金制成，由供應商XYZ提供，供客戶ABC的部件號1122使用。由于這些信息存在于不同的系統中，因此需要更緊密的數據集成和情境化。
許多解決方案涉及將數據從傳感器移動到云端，在那里更容易進行集成和分析，然而，只有少數技術早期采用者將MES集成到這個框架中，并將其作為數字孿生的一個組成部分。
未來趨勢和采用
根據LNS Research報告，截至2023年，只有33%的制造商實施了MES。隨著MES的發展周期，不是所有制造商都將其視為數字孿生的促成因素，而是為了其核心功能而實施它。許多這些MES也很舊，難以集成。
此外，目前制造中的數字孿生主要集中在機器和資產上，幾乎沒有或沒有與MES數據的集成。用例主要集中在遠程監控上。
隨著制造商現代化其MES并接受數字孿生，我們預計進一步的技術進步將促進更深入的集成，這一趨勢將使MES和其他系統的數據利用更加全面，推動制造過程中的更大創新和效率。將會有更多的用例超越維護，涵蓋生產力、質量、供應鏈等領域。
結論
數字孿生代表了一種變革性的方法來實現制造卓越，在過程優化和決策中提供戰略優勢。隨著技術的發展，它們與MES的集成將變得越來越重要，這對于希望保持競爭力和創新的制造商來說是至關重要的。
