元宇宙在智能制造工厂MES系统中的应用

闫成

      智能工厂元宇宙是一个基于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和物联网（IoT）等前沿技术的虚拟平台，旨在模拟和优化真实的制造环境。通过构建一个高度逼真的虚拟工厂，企业可以在虚拟空间中进行产品设计、生产流程规划、设备维护和员工培训等多种活动。这种创新模式不仅提高了生产效率和产品质量，还大大降低了成本和风险。
     对于制造类企业来讲，元宇宙可以应用于MES（生产制造系统），在系统中，可以创造虚拟制造环境，进行生产中，良率，缺陷和产能达成率的记录和数据分析，进一步讲，相当于建立一个仿真系统，利用计算机生成一种模拟的试产环境，在试产制造过中，可以模拟原材料和参数在试产中的各种变化，物性的变化，形态的变化，缺陷的倾向性，缺陷的发生位置，这样做的目的，可以通过虚拟环境，提前分析试产中的各种异常分析，可以有效的提升试产的成功率和对产品品质的改善，这是一种可探究的建设性课题；那么具体来讲，从以下方面展开论述：
  一、智能制造中的MES有什么功能

MES的主要功能包括：

(1)资源分配及状态管理

主要用于管理设备、工具、人员、物料、能耗以及其他生产资源，满足生产计划和调度的要求，提供资源使用情况的历史记录和实时状态信息，保证生产正常进行。

(2)工序详细调度

基于资源能有限原则，根据生产工序的优先级、属性、特征等，采用交错、重叠和并行等方式确定设备开停、物料供应以及其他辅助作业时间，实现最优的生产作业顺序，最大限度减少生产过程中的准备与等待时间，提高生产效率。

(3)生产单元分配

以订单、工单、批量和作业等形式管理生产单元间的工艺流与业务流。可提供车间生产计划的优化，如基于缓冲机制的在制品数量管理等。同时，在发生生产异常时，能够提供相应的生产调度信息，并驱动相关资源进行响应。

(4)生产过程管理

通过系统监控生产全过程，采集并及时反馈生产异常，提供相应的决策支持。通过实时跟踪生产作业流程，及时发现生产过程中的各种异常，并进行相应的异常报警与处理作业;通过数据采集接口，实现底层生产控制设备与MES之间的数据交换。

(5)计划管理

以物料计划、工单计划、设备计划、人员计划等为对象，实时监控生产过程中各项资源要素的具体活动，为生产计划管理提供辅助决策。

(6)生产追踪与追溯

根据生产批次与原料批次等信息，提供生产过程相关数据的实时查询和正反向追溯。通过批次信息追踪原物料流转过程、关键生产工艺参数、质量检验数据、周边生产条件、警报状态等内容。

(7)数据采集

数据采集是把生产过程数据、品质信息、物料数据、设备状态、装配线数据等，通过传感器转换为信号，然后进行编码转换与数据接口传输到上位机系统，进行存储与数据处理，为生产管理提供信息和数据。MES的数据采集方式主要包括人工、条码扫描和RFID自动识别等方式。

二、元宇宙在智能制造中的应用场景

场景一：人工智能驱动，实现虚拟生产

在生产开始前，管理人员可以率先在元宇宙中查看到全盘的生产状态，包括订单状态、设备状态、产品状态等，人工智能算法会自动设备到最优的生产方案，辅助下达生产计划。在生产中，元宇宙世界可以实时映射出现实世界中的各个生产流程，现实工厂和工厂元宇宙同步运行，远程监控并实时调整车间的生产状态，让生产链条的工艺库、配料、生产、质检和数据采集等都能依照元宇宙世界中的指令进行运行。而在生产完成后，还可在元宇宙中操控智能物流系统和智能仓储系统，实现根据订单状态完成产品无人分拣、智能搬运和智能仓储等流程。

场景二：人员智慧管理，订单实时统计

元宇宙工厂中，需要人工操作的工作流程会被紧密跟踪。现实中的工人通过身份核验对接到生产环节，比如查看生产计划表、确定已完成和待完成工作内容等，生产中会实时统计出生产工人的工作量和当前生产进度，并将数据自动上传至管理云平台，自动分析该员工的产量、效率、能耗、工时、薪资等数据，让生产管理员可以依据系统分析报告来进行生产计划安排和调整。此外，工人还可以通过虚拟的数字身份，在元宇宙工厂系统中进行员工福利领取，衣食住行消费等，提供一个人员智慧管理的高效手段。

场景三：数据自由交互，资源有效复用

对数字资产的保护和利用是企业提升管理和生产效益的重要一环。元宇宙数字工厂，会在数字资产中心构建数据的精细化管理体系，这个架构包括用户数据(用户基础数据、行为和操作数据等)、系统数据(标识编码数据、设计数据、设备数据(设备状态数据、设备运行数据)、能耗数据、生产数据、物料信息数据、环境数据、模拟仿真数据、质量检测数据、系统日志数据、设备故障与维护数据等海量原始数据的汇聚与存储，可以用来做客情维护、工艺优化、系统优化、节能减排等，为数据的更上层的应用提供原始数据分析和参考。