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【MES的新思路】應用解決方案

發布時間:2018-10-12 09:27   類型:基礎知識   人瀏覽

一、開門見山


名詞解釋

MES:所謂MES(manufacturing execution system)即為智能制造中的過程執行系統。

設備銀行:工業互聯網極簡開發工具,極簡接入、分析、顯示、控制。

阿普奇:行業智能專用設備服務商,率先提出工業電腦模塊化極簡設計和免維護計算機概念,是國內領先的一家加固工業計算機生產商,也是國內第一家工業電腦上市企業,設備銀行指定工業計算機品牌。

EBOX:設備銀行超級網關,帶一套協議適配軟件,支持任意RS485、以太網協議設備的上云,同時可實現兩種任意協議間的互轉換,支持邊緣計算,用戶可以自定義設備分析。

ECS:設備銀行云控制器=超級網關+PLC+邊緣計算中心,支持2G、4G、ADSL以太網上云。

EBOX、ECS手機APP界面

1.1 背景


隨著人類文明的進步,人們對衣、食、住、行的需求量越來越大。在汽車、建筑、家用電子、數碼消費、食品、醫藥等行業的需求日益增長,但原材料、人工成本的上升,企業的利潤越來越少。同時,隨著制造產業鏈全球化分工日益加劇,品牌廠商加工外包的普及,客戶對供應商現場管理能力的要求也越來越高。


在工業4.0和智能制造2025的推動下,數字化智能工廠已然成為國內諸多工廠的標準實力體現。MES作為數字化工廠的一部分,解決了原材料成本、人工成本上升、生產現場管理混亂、定單雜生產效率難以提升、生產異常難以實時臨控等問題,真正地可以實現精益制造及管理,是工業4.0與智能制造的必要環節,鑒于中國工業制造的發力,先后涌出大量MES軟件商、工程商、實施或用戶等。

1.2 工業4.0行業現狀


當我們在使勁鼓吹或宣傳工業4.0的時候,卻沒多少人真正理解4.0的實現過程,可能被大家所熟知的就是互聯網下的智能生產或“無人工廠”,怎么樣實現智能生產?


工廠的使命永遠是接訂單,然后生產產品,再把產品賣出去,而圍繞訂單的ERP和生產的自動化都有了,但怎么生產、什么時候生產、生產成什么樣等卻成了問題,這時有了MES。好玩的是夾在中間的MES不光要面對ERP和底層的自動化,獨立的還有WMS、PLM之類的子系統,不“滲透”無參謀,MES是軟件,必須要將工廠里的所有事物(包括人、設備、物料)都要信息化、互聯。


顯然,工業4.0并不是MES簡單的填充,前提是必須信息化,才能通過數字去形成決策依據,才能透明,才會有智能制造。

MES與工業4.0關系圖

1.3 對MES的真實需求


MES的價值決定著市場的需求,但制造業國情與產品需求決定著推行速度。中國之所以成為制造大國,主要是通過豐富的勞動力市場為起點,逐步完善工廠自動化??僧斍叭匀挥幸恍┬袠I甚至連自動化的工業3.0都未普及,更不用說通過MES來優化管理生產了。同時,鑒于科技的快速發展,各種消費類產品的快速生命期與市場差異化需求,無疑給工廠增加了難度,提出了快速、小批量、定制化苛刻要求。這些都使MES不能預期發揮其功效。


在實際的推行中,有80%以上的工廠都是以信息化、無紙化為當前目標。為了競爭客戶的訂單,光有規模與響應速度不行,得要用實際的數字來體現你的產能、效率,甚至進度。同時,在大的前景下,工業4.0的良性發展也受到政府的大力扶持,多地政府為了實現智能工廠的改造,向企業們提供了相當豐厚的補助。

1.4 工廠自身需求



市場中,各種行業大大小小的制造、組裝工廠不勝其數,并不是都能接到諸如華為、三星的大單,也并不是所有企業都能得到政府扶持,同樣,也并非所有客戶都非數字化工廠不合作。


在MES實際的實施中,廠商們為甲方分析后并沒有直觀的給出MES帶來的效率提升點,成本控制百分比,甚至人力成本的控制,而是依據企業實際的生產流程,把生產環節中的人、機、料、法、環通過數字的形式來實現無紙化。而相應的優化卻是廠商與甲方后期的一個長效磨合。所以,靠自己做數字化工廠改造的企業,都會被動的跟隨市場,價值幾百萬的MES能給他們帶來多少訂單或提高多少效益,決定權在眾多老板的經濟思維中被模糊。

二、MES的新思路

針對MES當前的市場定位及需求,我們通過一種新的思路來理解MES,我們要解決的是從MES的實施、使用、后期維護等多個角度來分析的,讓MES以一種極簡的方式頂起工業4.0的大梁。

2.1信息維度


在前面的軟文中,我們已談了很多MES產品化困難的原因,包括上不著天與ERP接口困難,下不著地與設備端接入難,再加上大多數的MES都是以整個生產過程的全生命周期為主干線,造成整個系統是緊耦合,任何一個環節的非標、不按流程操作、失誤,都會影響整個MES的正常運行。


設備銀行的出現,給MES廠商多了一條可靠的維度,也就是通過設備數據來分析生產運行,引導管理者提質增效,降本節能。這一條維度可以做很多文章,它的目的不是直接節省生產過程的人工,而是讓管理者有一個全新的視角---設備數據的視角,通過這個視角,管理者可以發現很多以前看不到分析不了的問題,通過這些問題的解決來達到提質增效,降本節能的目的。

設備銀行:手機APP

2.2 硬件維度

在實際的MES實施架構中,要做到五要素(人、機、料、法、環)的精準效率管理,除了工藝流程、信息管理等方面的軟性應用軟件、數據接口、數據庫等,還需要承上啟下的多層多點的硬件交互,如圖所示。


所以,在MES實施現場,通常會面臨這些困難:

1)高溫高濕;

2)粉塵、水滴、污染物;

3)設備運行的振動、沖擊;

4)電壓的不穩定與干擾;

5)各種設備通信電磁波;

6)安裝繁瑣不專業;

7)布線難度大;

8)與已有的設備無法通訊;

9)無法實現過程控制。

2.3 設備連接



綜上描述,大家會發現過往MES系統的成敗取決于資金投入、領導支持力度,用資金和人力來堆徹一套定制化的系統。在過往的系統中,因為MES上面被ERP卡,下面又是一系列封閉的自動化系統,這導致大多數中小型企業 “上MES是找死,不上是等死” 。怎么辦?


在新一代的工業互聯網技術“設備銀行”橫空出世后,給了大量MES公司提供了一個全新的思維,成本也大大下降,構思如下:

1)通過設備銀行這類標準化的工業互聯網工具,降低設備數據的采集、分析、顯示、維護成本;

2)碎片化MES功能,面向生產車間的各個崗位,提供基于微服務的工業App;(中小企業應該面對投入的現實,明確問題的解決,信息的完整和精確可以在下一步再迭代增加)


打通工業互聯網和MES系統,設備銀行提供全開放的JSON數據接口,用戶可以很容易的通過設備銀行獲得設備層的數據,并分發給需要的人員。

設備銀行:手機APP

2.4 交互硬件


阿普奇作為國內首家登陸新三板的工業電腦企業,擁有非常多的自動化行業現場的交叉應用經驗,能為MES的精準數據采集和業務處理提供可靠的支持,使MES的現場快速布置實施變得輕松簡單。


我們使用單芯片超低功耗的工業平板電腦作為MES的交互、采集終端,而在基于業務流層面,將聲光報警用的開關量、WiFi、身份識別及物料電子標簽的RFID等做成標準的模塊組件,與產品高度集成在一起。如圖所示。

2.5 工業級交互平板


Pseries-E5是針對工業4.0的超薄低功耗無風扇工業平板電腦系列產品,結合阿普奇模塊化設計理念,通過模塊化組合,可以形成不同尺寸、多種接口、不同性能等多種產品,以應對多種行業不同的應用需求。


采用凌動4代Baytrail平臺單芯片背貼式CPU設計,高亮寬溫LED背光液晶屏,雙Intel千兆網絡,大面積鋁鰭零距離散熱,保證了其長壽命穩定運行。集成寬壓電源輸入,具有過流、過壓、EMC保護。外觀采用鉆石切割工藝,結合全模具壓鑄成型殼體使其更加堅固美觀,配合高溫五線電阻或鋼化玻璃表面的電容觸摸屏,符合IP65防護等級。緊湊輕薄的機身支持多種安裝方式。適用各個行業的MES應用。


用于MES交互的工業平板電腦主要有電容和電阻兩大系列,從10寸到21寸,分別適用于各個細節行業的不同應用現場,其主要特點有:

?  DC9~28V寬壓抗干擾電源輸入,符合工業現場復雜電源環境

?  第四代凌動Baytrail低功耗無風扇設計

?  板載內存與靈活的存儲方式,抗振動沖擊

?  全模具壓鑄鋁成型,堅固美觀,經久耐用

?  超輕越薄的緊湊型設計,安裝便利

?  簡單高效的通訊方式(WiFi/Intel千兆LAN/RS485/USB3.0)

?  高溫五線電阻式和多點電容觸摸屏,適合多種應用環境

?  可集成RFID讀寫,便利的人工考勤管理

?  選高清攝像頭,實現影像監控管理

?  支持雙揚聲器,實現本位預警

?  嵌入式操作系統、穩定永久使用

?  -20℃~70℃寬溫長壽命工作

2.6 RFID讀寫模式


RFID是一種無線射頻識別技術,可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。具有抗油污、加密、速度快等優點。物聯網的興起,讓RFID技術得到了廣泛的應用,尤其是在工廠物料、績效、權限的智能數據上。

我們通過高度集成的RFID讀寫模塊,來方便MES績效的精準管理,與工廠原有門禁無縫對接,無需額外安裝、布線,只需要接口(API)調用即可。

2.7 雙頻WiFi模式


為了節省MES實施周期及布線難度,我們為人機交互點提供了無線網絡方案。


使用Atheros 802.11a/b/g/n 2.4/5Ghz雙頻無線方案,更支持藍牙4.0,而Atheros公司是802.11領域的先鋒,基于OFDM的無線網絡技術廠商,提供基于IEEE802.11a 5-GHz的芯片組,還拓展了藍牙、GPS、以太網等領域的開發。Atheros的芯片被各大廠商所廣泛采用,Netgear、TP-Link、D-Link、Intel等廠商均為Atheros客戶。


尤其是5Ghz頻段更有傳輸速度快、抗干擾能力強、兼容性高和省電的優點。

2.8 隔離輸入/開關量


面對成熟的工業3.0自動化現場,MES的實施除了要實現設備數據的采集,還要加裝基于物料、過程、質量等控制的信號燈、報警、光電開關等。通過PLC來實現這些功能,從成本或編程上都耗費不少,于是輕量的輸入輸出便成了熱門。


而行業內標準產品的DIO接口一般都是低電平信號(5V&3.3V),無法實現工業現場標準器件的直接通訊(現場多以24V為主,信號干擾等),雖然DIO應用起來經濟高效,但如果應用不當,不但無法通訊,還會影響數據的精準,甚至導致設備受損。

A.無法驅動常見設備(24V)

B.輸入電壓范圍有限,直接24V信號燒設備

C.控制電路設計繁瑣,不好量產安裝

D.抗干擾能力差,采集數據不準

E.無保護措施,浪涌或過壓,會讓設備不穩定或受損


所以,針對MES現場的實際應用,我們將DIO升級,高度集成,徹底解決實施過程中的安裝、開發、成本煩惱,快速連接,快速開發應用。具有如下應用特點:

1) 模塊化設計,兼容阿普奇所有產品

2) 光電隔離寬壓輸入

3) OMRON繼電器直接輸出

4) 有源/無源信號多種輸入

5) 標準DB頭應用接口(可附帶接線端子)

2.9 移動手持平板


除此之外,我們還針對在線巡檢、叉車、推車等移動場景的應用,提供手持平板電腦TPP-10通訊解決方案。


通過標準x86平臺與工業級的接口來延伸智能工廠的物流信息實現,讓MES更靈活。其特點如下:

?  J1900低功耗多核處理器

?  高強度鋁合金機身,抗震防摔,IP65

?  10寸高清寬屏電容屏

?  WiFi+BT/4G/RFID/2D Mudolar Selected

?  標準USB/COM/LAN/CAN工業級接口

?  可配置DDR3L內存和mSATA硬盤

?  支持Windows/Linux操作系統

2.10 穩定的操作系統



在中國市場,WinTel生態的工程應用占比高居不下,但在實際應用過程中Windows平臺的穩定性一直被業界所詬病。


所以在用戶操作系統這個板塊上面,我們采用Windows Embedded Standard 7操作系統,它提供了業內領先的可靠性、安全性和性能。其靈活的嵌入性能更適用于各低功耗產品的開發與運行。


FBWF(File Based Write Filter),基于文件的寫保護過濾,在內存中對所有文件進行寫操作(如圖所示)能讓系統在頻繁的非法斷電中穩定運行,防止病毒的侵害,延長存儲設備的使用壽命。


我們提供系統完美定制開發,實現一次植入永久使用。

三、維護維度


MES維護不了!這是大多數無IT部門MES用戶的共同感受!

MES的運維包括幾個方面:

1)軟件的運維,包括服務器的運維,如系統崩潰了,如若沒有好的熱備系統,沒有相應的維護人員,常常會因此而苦惱,輕則損失數據,造成與ERP之間的誤差,重則系統崩潰需要額外出錢請開發商上門服務。

2)硬件的運維,包括電子看板的各電腦系統、設備層的數據采集和網絡系統。

3)功能的升級,比方說增加了新的產線,比方說使用過程中有遇到了不順的地方需要開發商二次修改的。


目前的MES系統能用好的,大多自己都有較強的IT事業部,或者是有錢,把這部分工作分包給了開發商,其它的用戶大多感覺自己在被MES玩。


MES運維需要提升系統的堅固性、產品性、可維護性,而大多數MES系統因為是定制開發的,這三個方面都表現得非常差。

MES故障的重災區:

1)  工業計算機、服務器

2)  工業互聯網(數據采集、邊緣態分析)

3.1 設備銀行EBOX、ECS的可維護性



在開發設備銀行之前,筆者己設計過非常非常多的工業產品,對于工業產品的可維護性可以說是深有感悟。還記得我在某公司打工時,開發過一套無線的分布式IO模塊,當時自作聰明的把所有的信道選擇、站地址配置,主從站變量映射,都做成了一套軟件,從而使硬件更加小巧。結果沒想到我自認為的高明設計卻成為了一個巨大的坑。這個系統的產品在面市后,公司就將其使用到全國各地的自動化項目中,初期,因為工程都是我們自己公司的工程師上門,還沒有發現問題。等過了幾年,這個隱患才慢慢暴露,但凡現場有模塊損壞了,客戶都無法直接更換,一定要我們去人。


無論是成都還是哈爾濱還是新疆,那段時間,這種上門服務成為了用戶與我們工程部之間最大的摩擦,差旅費誰出?能不能盡早派人去上門?


在后來的十多年中,我又在控制系統產品中遇到了幾次同樣的問題,如一套LonWorks的控制系統,每次更換模塊一定要用LonMark在現場進行組態配置,這么惡心的設計讓我對美國佬恨之入骨。


還有電力載波模塊,用戶的用電設備增加有可能會影響模塊間的通訊,一定要我們派人去現場調配。最后有個客戶實在受不了了,只能增加一套獨立的交流電網用于電力載波模塊的通訊。


最后還有設備銀行出來前的物聯網項目,每次GPRS-DTU的損壞,都需要進行配置,如果寄給用戶后沒有配置好,通常還是需要我們的工程師上門。

在MES行業應用中,因為增加了工業互聯網,設備層的數據能夠上來了。卻也增加了一套硬件系統和通訊系統的維護,這些工作往往并不是MES公司的專長,還需要另外的自動化公司去協助。為此設備銀行在設計之初就把免配置、一鍵替換當作維護設計的核心目標。


盡管知道現在許多同行會抄襲我們的設計,但我仍為此設計感到自豪,需要在這顯擺一下:

1)免配置:設備銀行的所有硬件無需進行通訊參數配置,上電即在云端,掃碼即可接入。用戶完全不用關心域名、IP、端口、帳號、密鑰等任何通訊相關的參數。

2)一鍵替換:設備銀行的ECS、EBOX壞了怎么辦?拿一個新的模塊過來,掃碼,點擊一鍵替換即可,無需任何的重新組態工作!甚至工程商可以在千里之外寄一個模塊過去,讓用戶把端子拔過來,然后工程商在異地點擊一鍵替換即可。


正因為上面的兩個特性,所以設備銀行極簡派工業互聯網決非浪得虛名!這就是設備銀行極簡化中的極簡維護。


這使廣大的MES用戶不再為硬件的維護而苦惱,更換和維護的難度比換一個燈泡更簡單。

四、結束語



設備銀行與MES的銜接如虎添翼,它是一個工具,是一個生態,是新工業的新思想,其中包括了做控制系統的矩形科技、做工業互聯網的老狗科技、做工業計算機的阿普奇、做工業互聯網服務的賽遠、做人聯網的工控兄弟連。大家圍繞著簡單是美的設計思想,一步一步的豐富整個生態,幫助工業用戶提質增效、降本節能。


設備銀行聯合阿普奇將在十月中旬主辦一個MES新應用解決方案的專題技術交流會,通過這個交流會,我們會講解工業互聯網時代全新的MES系統架構,以及設備銀行和阿普奇能為MES系統帶來的好處!希望與MES相關的設計者、工程商、用戶能積極報名,咱們一塊推動中國新工業的快速前行!


最后大家對設備銀行和阿普奇有興趣的,可以通過微信公眾號“設備銀行”、“阿普奇”了解我們最新的資訊。

也可以通過微信->發現->小程序->搜索設備銀行,試用設備銀行。

設備銀行公眾號

阿普奇公眾號


大屏設備網站:

https://cloud.123321yun.com/dataview/#/login

您可以用自己在設備銀行的賬戶登陸

沒有深圳機場權限的用戶,我們給提供了個通用測試帳號

用戶名:test123    密碼:123456


2018年10月17日

深圳

設備銀行  攜手  阿普奇

引領MES新思路

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