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MES系统与工业4.0

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发表时间:2017-05-24 14:03

  从2015年开始,国内生产企业及自动化设备供应商都在主动或被迫的关注“工业4.0”。大家正在一头雾水时,国家抛出了“中国制造2025”,这时候所有人都慌不择路的要变革,想紧跟国家的步伐。殊不知“工业4.0”到底是什么都没有弄明白!

  生产企业迫不及待的上MES,买Robot,简单粗犷的以为这样就实现了“工业4.0”。

  自动化设备供应商更甚,简单的用PLC代替继电器、Robot取代传统式的机械手、加装一两台伺服电机等,然就把机器贴上“智能”的标签;以之**客户的胃口。

  此文并无抨击之意,而是对“工业4.0”的一点点探究;想以此“药引子”,激发工程技术人员、生产管理人员、信息从业者等诸领域同仁,共同头脑风暴,将其(工业4.0)从概念化,碰撞为可以落地的,实实在在的可执行的一个个思路、标准、规范。

一、工厂信息系统

  现在普遍认同将工厂信息系统分为4级:

   Level1,即现场层,包括传感器,仪表,电机、气缸等执行机构,也包括特定的设备及专业仪器,当然也涵盖PLC、PAC、工控机、嵌入式控制单元及HMI。

   Level2,即控制层,主要使用高性能的PLC或工控机将分布于全厂的各Level1单元进行联网,数据汇总,集中控制。HMI为标配人机交互系统,其还会有SCADA系统,同一管理,实现人机交互。

   Level3,即生产层,一般为MES系统,还会有设备管理系统等。主要面向订单执行、生产计划、排程等。

   Level4,即企业层,ERP系统,完成财务、人员、订单等管理。

有些专家会将SCADA系统划分为Level2.5,认为其是Level2和Level3的中间层,完成之间的数据交互。

  从上述分层可以看出,Level1和Level2的界限其实很含糊,大体上是依据控制器或仪表执行效率高低、及数据交互量的大小来区分,表征出来的就是网络协议、架构的不同。

面向“工业4.0”的工厂信息系统应具备以下属性:

1、网络化

  即全厂的各个环节皆应联网,实现网络化,便于信息交互、集中管理及监控。利用总线网络、以太网等技术,实行网络布局。

随着工业以太网的发展,我们有足够的理由相信,未来工厂信息系统的网络物理层会趋于同一,一网到底一定是大趋势,即工业以太网,在其基础上根据不同的应有要求(实时性、吞吐量)运行不同的协议(PROFINET、POWERLINK、EtherCAT等)。而不同协议的数据在传输到一个控制节点时,会自行编译,再传输至下一个不同协议需求的控制节点。

2、统一性

①统一的通讯:实现了从现场级、控制级到管理级协调一致的通讯,实现不论身在工厂的哪一级,都可以访问任意的一个设备、控制单元、仪表、查看订单、设备信息等。

②统一的数据管理:工厂的所有设备、人员等从统一的全局共享数据库中获取数据。实行统一数据管理机制,所有的系统信息都存储于一个数据库中,实现系统的整体性、提高信息的准确性,从而对工厂的安全稳定运行提供技术保障。

3、开放性

①网络的开放性,面向通用的、标准的网络(以太网)。

②对办公系统开放并支持。

③远程访问的开放性(APP/WEB访问)。

二、生产联动系统

  市面上现在存在诸多管理系统,例如:MES、WMS、EMS、EAM、APS、DNC等等,其最大弊端就是各系统相互独立,无法协调运作,使用者还需要在不同系统间进行纸质流程操作!

当然也有生产企业已经意识到这一点,在上MES系统时,要求供应商在MES基础上增加“高级排程”、“设备管理”等功能,但终究是治标不治本。这也给系统供应商提供了一个契机、指明了一个方向:市场需求的是一个全面的、统一的、无缝的管理系统。

在这提出一个概念:“PCAS”Productioncontinuousactionsystem。生产联动系统!

符合“工业4.0”的管理系统应具有:功能全面性、数据统一性、交互无缝性、操作开放性。

生产联动系统,应涵盖工厂信息化的所有功能,且访问统一的全局数据库,保证各子系统间数据的统一性、完整性、实时性。

生产订单执行过程如下:

从“订单下发”、“订单执行”的过程可以看出:PCAS(生产联动系统)是工厂内所有管理系统的大脑中枢、纽带、中间环节。其用于协调各系统的运作,及各系统间的信息数据交换。所有的数据管理、备份皆由PCAS完成,各管理系统仅作为PCAS的一个标准模块。进而使ERP仅仅面向于一个接口(PCAS),而不是像以前一样,ERP要承担协调功能,面对多个不同的系统。

三、“智能”机器

“智能”机器,人们理所当然认为就是机器人取代人、现有的机器和设备。

不可否认随着科技的进步,机器人将更加的“智能”,但可以确定是在可预见的时间内,机器人不可能完全的取代人,更无望替换自动化设备。机器人只将会“大规模”的应用在各行各业的自动化设备上。

我们在大力的倡导研发“智能”机器,但什么样的机器才叫“智能”机器呢?业内缺暂无定论。个人认为在短期之内无法实现所谓“智能”机器的梦想,只会促使现有的自动化设备不停的更新、换代,不断的、持续的提高设备的自动化程度。所以“智能”机器这个梦想不失为一个很好的“催化剂”,鞭策着工程技术人员、研发人员。

自动化设备是由机、电、气、液构成,比喻为一个人:PLC/PAC就是大脑,电、气、液就是肌肉,机械就是骨架。它们相互配合、协同运作,实现既定的功能。若想使其更加的“智能”,那就像军队一样,需要一个强而智慧的指挥官,即“PCAS”。而设备应加强自身的“军事素质”,也就是自动化程度更大。由这样的“士兵”和“指挥官”组成部队,才是我们需要的。

那什么样的自动化设备,才能更进一步的符合“工业4.0”的要求呢?个人认为应从以下几个方面改善、提高!

1、机械部分:设计应趋于模块化、标准化、简单化。需要同步、凸轮等功能时,尽量使用伺服同步、电子凸轮等伺服系统替换传统的机械部件,减少复杂的传动机构。需要调节部分应尽量采用伺服电机进行自动调节;手动调节部分应尽量使用编码器进行数值反馈提示;不可调节部分应尽量使用快换方式的模具、工装。

2、电气液部分:应参考相关国内、国外标准;还应考虑安全、防爆等标准。

3、程序部分:编写方式应符合PLCopen标准;进行必要的软性安全防护的程序编写;设备信息、生产信息进行分类、汇总,以便于数据采集。开放命令接口,以便MES系统对机器进行控制。

4、人机交互部分:应提供全面的设备、控制器、生产等信息。

“工业4.0”工厂不仅需要对自动化设备进行设备信息、生产信息的数据采集,还要实现对其进行必要的控制。对自动化设备而言也就是信息反馈,任务下行两个功能。

四、“工业4.0”带给设备供应商的机遇

如前文所述,“工厂信息系统”中Level2和Level3之间存在一个中间层,完成两级之间的数据交互。而就Level3(管理系统)来说,其不仅需要获取Level2(设备/机器)的信息数据(设备信息、生产信息),还需要实现对Level2(设备/机器)的管理(命令控制)。即“信息反馈”,“任务下行”。

但在现行情况下,Level2(设备/机器)相对于Level3(管理系统)是处于“被动式”的角色,不管是“信息反馈”,还是“任务下行“都要依靠中间层的“数据采集”软件来辅助。

这就给生产厂家在构建信息化工厂时,带来很多问题。需要另行购买“数据采集”软件,导致额外的费用支出。

主要是由以下原因导致的:

1、设备供应商采用不同的控制系统(PLC/PAC等),提供不同的协议(数据)接口、不同的网络接口。(信息反馈)

2、设备供应商的设备数据(设备信息、生产信息)无法满足标准接口需求,例如MES、EMS等定义的数据规范。(信息反馈)

3、一般设备供应商开发的设备,并未考虑和MES、EMS等管理系统的对接,也就无法接受上层管理系统的控制命令。(任务下行)

4、设备的程序修改需要额外的资金、人力、时间的投入成本。(任务下行)

上述问题不是生产厂家导致,完全是现有“信息系统”构建方式的弊端。而正因如此,这给设备供应商带来了很大的机遇。即将“信息反馈”、“任务下行”的功能融合在设备/机器里(Level2),给生产厂家带来实惠!

更加自动化的设备应具备:信息反馈,任务下行之属性。未来的自动化设备将会有更加开放的、标准的、规范的数据接口,方便与上层管理系统进行数据、命令的交互。既能“主动式”将设备信息、生产信息抛送至上层管理系统(PCAS、MES、EMS等),又能接受上层管理系统的管理命令(设备的程序预留“管理命令“的接口)。

任务下行:即设备在编程开发时,就预留接受上层命令的接口,以便实现更加“智能“的管理。

结后语

“工业4.0”,“中国制造2025”正在激发我们去改变现在,不管是生产厂家,还是系统、设备供应商,皆应抓住此契机,提高自己,改变世界。


本文由华铁海兴转载。来源:互联网  作者:佚名

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