印刷智能工廠基礎(chǔ)軟件構(gòu)成及相互協(xié)同

企業(yè)擁有一個(gè)“強(qiáng)健的體魄”可以提高競(jìng)爭(zhēng)力，而建設(shè)智能工廠是企業(yè)“強(qiáng)身健體”的一種有效途徑。針對(duì)行業(yè)智能化發(fā)展不均衡的問(wèn)題，本文分析了印刷智能工廠基礎(chǔ)軟件的構(gòu)成以及如何相互協(xié)同提高效率。

北京悟略科技有限公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理陳俊江

本輪印刷智能工廠建設(shè)背景與特點(diǎn)

當(dāng)前，在外需和內(nèi)需雙重萎縮的背景下，印刷行業(yè)呈現(xiàn)出訂單嚴(yán)重不足的局面。開工不足、產(chǎn)能過(guò)剩使得企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)加劇，導(dǎo)致價(jià)格下跌。量?jī)r(jià)齊跌引發(fā)的后果就是企業(yè)收入下降，使得很多企業(yè)利潤(rùn)下降甚至生存受到威脅，降低成本成為企業(yè)目前最為關(guān)注的問(wèn)題之一。

在紙張價(jià)格大幅下滑的情況下，如何降低人工成本成為行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)。印刷企一般都采取計(jì)件工資，訂單不足，工人的收入也就很難得到保證，導(dǎo)致行業(yè)人員流動(dòng)性增大，生產(chǎn)人員的招聘和穩(wěn)定性也成為企業(yè)管理者越來(lái)越頭痛的問(wèn)題。

面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，印刷企業(yè)在如此“內(nèi)卷”的壓力背景下，如何“強(qiáng)身健體”顯然是非常重要的。企業(yè)擁有一個(gè)“強(qiáng)健的體魄”可以提高競(jìng)爭(zhēng)力，而建設(shè)智能工廠是企業(yè)“強(qiáng)身健體”的一種有效途徑。

1. 本輪印刷智能工廠建設(shè)的核心是機(jī)器換人

企業(yè)是很現(xiàn)實(shí)的，眼前需要解決的問(wèn)題是什么，投資就會(huì)流向相應(yīng)的方向。如近幾年碼垛機(jī)器人在印刷企業(yè)生產(chǎn)上下料環(huán)節(jié)發(fā)展迅速，這主要是由于印刷企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備本身的自動(dòng)化、數(shù)字化程度比較高，同時(shí)由于印刷屬于離散式制造業(yè)，在各工序的上下料環(huán)節(jié)使用了大量人工，人從事著非常簡(jiǎn)單的勞動(dòng)，適合用機(jī)器做替代。AGV（自動(dòng)搬運(yùn)小車）和立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)和倉(cāng)儲(chǔ)的去人化，是印刷行業(yè)當(dāng)下建設(shè)智能工廠的另一個(gè)主題。而對(duì)于軟件的基本需求，其實(shí)是輔助上面提到的自動(dòng)化，即通過(guò)軟件讓自動(dòng)化更加自動(dòng)化。

2. 軟件輔助自動(dòng)化設(shè)備，要避免兩種極端

在建設(shè)智能工廠的過(guò)程中，軟件應(yīng)用方面要避免走兩種極端。

一種是瘋狂上設(shè)備，對(duì)軟件毫不關(guān)注。如有一家印刷企業(yè)計(jì)劃用幾千萬(wàn)元投資印刷設(shè)備和立體倉(cāng)庫(kù)，其設(shè)計(jì)的智能工廠是如何完成AGV 自動(dòng)搬運(yùn)的？在機(jī)臺(tái)旁邊安排2 個(gè)庫(kù)位，每個(gè)庫(kù)位立 1 個(gè)桿子，通過(guò)在桿子上裝按鈕的方式人工控制 AGV 運(yùn)行。機(jī)臺(tái)人員按哪個(gè)庫(kù)位的按鈕，AGV 就將物料配送到哪個(gè)庫(kù)位，完全靠人工硬性指揮 AGV 的搬運(yùn)。這就是一種完全不考慮軟件的方式。經(jīng)過(guò)溝通后，該企業(yè)最終確定將 ERP & MES 軟件和自動(dòng)物流廠商的 WMS 做全面對(duì)接，通過(guò)軟件控制 AGV 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搬運(yùn)，效率顯著提升。

另一種極端現(xiàn)象是，企業(yè)以前不關(guān)注軟件的應(yīng)用，但現(xiàn)在開始過(guò)度關(guān)注軟件了，如很多單體印刷企業(yè)非常關(guān)注數(shù)據(jù)中臺(tái)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等。事實(shí)上，除了多工廠多業(yè)態(tài)的集團(tuán)化企業(yè)，絕大多數(shù)印刷企業(yè)暫時(shí)還用不上。造成這種現(xiàn)場(chǎng)的原因往往是與一些軟件廠商尤其是行業(yè)外的軟件廠商炒作概念有關(guān)。所中臺(tái)技術(shù)都與企業(yè)里有多少異構(gòu)系統(tǒng)有關(guān)。比如企業(yè)里 ERP、MES 使用了北京悟略科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“悟略科技”）的產(chǎn)品，財(cái)務(wù)使用了用友或金蝶的系統(tǒng)，還有單獨(dú)的 OA 系統(tǒng)，基于不同廠家的不同系統(tǒng)越多，異構(gòu)系統(tǒng)就越多。我們可以想象，企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)、技術(shù)中臺(tái)，背景幾乎全是由企業(yè)組織規(guī)模的復(fù)雜程度、業(yè)態(tài)的復(fù)雜程度以及異構(gòu)系統(tǒng)的復(fù)雜程度帶來(lái)的。

智能工廠基礎(chǔ)軟件構(gòu)成與相互協(xié)同

1. 一般智能工廠的架構(gòu)

圖 1 GB/T 4064-2021 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前，印刷行業(yè)智能化發(fā)展非常 不 均 衡。 圖 1 和 圖 2 所 示 為 標(biāo)準(zhǔn)定義下的智能工廠構(gòu)架，對(duì)于這些內(nèi)容國(guó)內(nèi)有部分印刷企業(yè)已經(jīng)研究通透，走在了行業(yè)前列。但業(yè)內(nèi)的大多數(shù)企業(yè)，對(duì)此可能還只是初步了解。近年來(lái)，悟略科技也參與了數(shù)個(gè)印刷行業(yè)智能化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

將圖 1 和圖 2 的智能工廠架構(gòu)圖進(jìn)行簡(jiǎn)化就形成了圖 3 所示的智能工廠基本架構(gòu)。可以看到最下面是設(shè)備層，包括碼垛機(jī)器人、AGV、立體倉(cāng)庫(kù)等。跟這些設(shè)備打交道的軟件，主要是數(shù)據(jù)采集相關(guān)的軟件、控制 AGV 的軟件（RCS）和控制立體倉(cāng)庫(kù)的軟件（WCS）等，往往都由硬件廠商來(lái)提供。再往上一層就是跟車間作業(yè)關(guān)系密切的軟件， 如 APS， 當(dāng) 然 APS 也 不 僅 僅是在車間層面，我們所做的劃分并不是非常嚴(yán)謹(jǐn)；還有 MES、車間執(zhí)行軟件（WIP）以及倉(cāng)儲(chǔ)管理軟件（WMS），與 ERP 管理庫(kù)存不同，WMS 有非常強(qiáng)的執(zhí)行屬性。可以說(shuō)，WMS 和 MES 其實(shí)更多的表現(xiàn)是其執(zhí)行屬性更強(qiáng)。往上一層有 ERP、PLM（PDM）、CRM 和 SRM 等，我們稱之為業(yè)務(wù)計(jì)劃層，實(shí)際上我們也可以將其稱作工廠級(jí)軟件；再往上是數(shù)據(jù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)、BI（商業(yè)智能），可以對(duì)整個(gè)工廠軟件體系進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2. 基礎(chǔ)軟件各自職責(zé)及其之間的相互協(xié)同

圖 4 基礎(chǔ)軟件各自職責(zé)及其之間的相互協(xié)同

圖 4 呈現(xiàn)出了基礎(chǔ)軟件各自職責(zé)及其之間的相互協(xié)同，更重要的是簡(jiǎn)要說(shuō)明了軟件到底如何去指揮AGV、如何去對(duì)接立體倉(cāng)庫(kù)。在工廠里，通過(guò) ERP 打通數(shù)據(jù)鏈，利用針對(duì)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)描述的PLM 或 PDM 系統(tǒng)，就能夠分解出生產(chǎn)任務(wù)的作業(yè)隊(duì)列；生產(chǎn)任務(wù)隊(duì)列通過(guò) APS 進(jìn)行排產(chǎn)，之后生成作業(yè)計(jì)劃交給 MES 執(zhí)行；在執(zhí)行的過(guò)程中，MES 會(huì)涉及到數(shù)據(jù)采集，如MES 加上上下料需求信號(hào)就會(huì)生成生產(chǎn)作業(yè)對(duì)物料的需求，需求信號(hào)如果交給在制品管理系統(tǒng)（WIP），就會(huì)生成在制品搬運(yùn)任務(wù)交給 AGV的 控 制 系 統(tǒng)（RCS）， 最 終 驅(qū) 動(dòng)AGV 進(jìn)行搬運(yùn)。

立體倉(cāng)庫(kù)也一樣。如果生產(chǎn)系統(tǒng)直接從立體倉(cāng)庫(kù)里取原材料的話， 就 可 以 通 過(guò) ERP 與 立 體 倉(cāng) 庫(kù)廠商的 WMS 對(duì)接，由立體倉(cāng)庫(kù)的WCS 去執(zhí)行出入倉(cāng)任務(wù)。

很多人會(huì)問(wèn)，是 APS 指揮 AGV小車嗎？ APS 其實(shí)并不直接指揮AGV 小車，APS 在這個(gè)環(huán)節(jié)也不是必要的。因此通過(guò)人工進(jìn)行排產(chǎn)，后續(xù)也同樣可以通過(guò) MES、WIP、WMS 等軟件系統(tǒng)控制 AGV 小車。

那 么， 我 們 要 上 立 體 倉(cāng) 庫(kù) 和AGV，到底需要哪些軟件驅(qū)動(dòng)？其實(shí)，并沒有特別復(fù)雜，有最基本的3 個(gè)軟件就夠了，即 ERP、MES 和WMS。只不過(guò)往往企業(yè)正在應(yīng)用的ERP、MES 不 一 定 能 直 接 跟 WMS進(jìn)行對(duì)接，需要做一些功能上的擴(kuò)展或升級(jí)，如要完成對(duì)所有物料的打碼，同時(shí)還要生成對(duì)物料搬運(yùn)的需求列表。

3. 任務(wù)顆粒度及其主要軟件的對(duì)應(yīng)關(guān)系

表 1 從另外一個(gè)維度說(shuō)明了生產(chǎn)管理軟件的顆粒度和對(duì)象。一般情況下，我們可以看到 ERP 系統(tǒng)里跑的是單據(jù)，就是說(shuō) ERP 管理的顆粒度是單據(jù)。但 MES 里如果只有單據(jù)肯定不夠。單據(jù)是我們?nèi)巳ス?/span>作的依據(jù)，按單干活。MES 是給每一臺(tái)設(shè)備發(fā)送要執(zhí)行的作業(yè)任務(wù)，就是要把生產(chǎn)工單分解到設(shè)備生產(chǎn)執(zhí)行的每一條作業(yè)，如悟略科技的ERP & MES 一體化系統(tǒng)，都包含了作業(yè)分解這一最基本的功能。現(xiàn)在很多印刷企業(yè)都在探索自動(dòng)物流，如立體倉(cāng)庫(kù)、AGV 等，就是要管到物料的最基本單元，即大家常說(shuō)的托盤、卷。要做到這一點(diǎn)可以通過(guò)ERP 以單據(jù)的形式與 WMS 對(duì)接，也可以在 ERP 系統(tǒng)里按照卷管理，進(jìn)行賦碼后再交給 WMS。

印刷企業(yè)如何搭建智能工廠軟件體系

企業(yè)如何搭建自己的軟件系統(tǒng)？具體來(lái)講，立體倉(cāng)庫(kù)、AGV 的廠家有自己的軟件，原來(lái)工廠里有用友、金蝶以及行業(yè)的 ERP 系統(tǒng)，到底哪些軟件要請(qǐng)?jiān)瓉?lái)的軟件廠商去完成，哪些可以用立體倉(cāng)庫(kù)和AGV 廠商提供的軟件呢？表 2 給出了一個(gè)大致的建議。

如 果 立 體 倉(cāng) 庫(kù) 和 AGV 應(yīng) 用 同一個(gè)廠家的，相對(duì)比較穩(wěn)定的方案就是 WMS 都采用硬件廠家的，用企業(yè)現(xiàn)有的 ERP 和 MES 去對(duì)接WMS。當(dāng)然，正如前文提到的，企業(yè)現(xiàn)有的 ERP 和 MES 不見得能夠實(shí)現(xiàn)與 WMS 對(duì)接，可能需要做功能擴(kuò)展和升級(jí)，甚至需要做比較大的功能調(diào)整。這取決于企業(yè)原有的ERP、MES 的完善程度。

如果立體倉(cāng)庫(kù)和 AGV 不是同一廠家，建議立體倉(cāng)庫(kù)廠家 WMS 只負(fù)責(zé)立體倉(cāng)庫(kù)，車間在制品搬運(yùn)的WMS 可以靈活選用，如可以選擇企業(yè)原有 ERP、MES 廠家做研發(fā)。

如果只有 AGV 應(yīng)用，也是一種很靈活的狀態(tài)，可以用 AGV 廠家提供的 WMS，也可以由原來(lái)的 ERP、MES 廠商提供。我們建議除了立體倉(cāng)庫(kù)對(duì)接 WMS 之外，其他軟件應(yīng)用行業(yè)軟件商提供的軟件，這樣會(huì)更容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定集成，避免了不同軟件廠商之間的接口開發(fā)工作，使用成本也會(huì)更加低廉。

悟略科技致力于推動(dòng)印刷行業(yè)智能化發(fā)展

悟略科技于 2013 年由北京北大方正電子有限公司印刷 ERP 事業(yè)部改制成立，團(tuán)隊(duì)業(yè)務(wù)傳承可追溯至 1998 年，是中國(guó)印刷業(yè)信息化領(lǐng)域名副其實(shí)的拓荒者。經(jīng)過(guò) 24年的產(chǎn)品研發(fā)和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)積累，在軟件產(chǎn)品的成熟度、實(shí)施落地能力等方面均處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

2021 年，悟略科技與凌云光集團(tuán)結(jié)成戰(zhàn)略合作伙伴，攜手推出印刷智能工廠（SmartFAB）解決方案，為印刷企業(yè)提供涵蓋 ERP & MES 等軟件系統(tǒng)及 AGV 配送、智能檢測(cè)、立 體 倉(cāng) 庫(kù) 等 在 內(nèi) 的 全 系 列 產(chǎn) 品。2022 年，悟略科技與北京印刷學(xué)院成立印刷智能工程聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，凝聚產(chǎn)學(xué)研力量，開展智能化應(yīng)用研發(fā)。作為中國(guó)印刷智能制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)單位，悟略科技積極參與了一本圖書智能制造測(cè)試線及按需印刷智能制造測(cè)試線的相關(guān)工作，參與多部印刷智能制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。2022 年， 方 略 MES 軟 件 獲 得中國(guó)印工協(xié)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)；2023年，悟略科技入選中宣部印刷業(yè)數(shù)字化發(fā)展改革試點(diǎn)單位。

智能工廠的軟件構(gòu)架，簡(jiǎn)化再簡(jiǎn)化之后還是會(huì)涉及到很多的軟件產(chǎn)品。印刷行業(yè)是分散度比較高的行業(yè)，大部分是中小企業(yè)，未來(lái)中小企業(yè)的智能工廠怎么搞？我們認(rèn)為，面向中小企業(yè)的智能工廠軟件一體化是趨勢(shì)，如從 ERP & MES 一體化到 ERP & MES & WMS 一體化，一體化的軟件具有總體成本低、性能穩(wěn)定、行業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。