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MES多工廠模型探討

作者:Hanthink 發(fā)布時(shí)間:2023-06-01 10:19:52 3644

前言

隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)MES認(rèn)知的提升

,越來(lái)越多的制造企業(yè)已不滿足單個(gè)工廠實(shí)施MES
,而是考慮如何規(guī)劃集團(tuán)MES架構(gòu)
。對(duì)比國(guó)外MES產(chǎn)品和案例,關(guān)于集團(tuán)MES架構(gòu)的案例并不多,這說(shuō)明中國(guó)是當(dāng)之無(wú)愧的制造業(yè)大國(guó)
,其制造業(yè)的復(fù)雜度
,制造業(yè)的體量,已促進(jìn)了中國(guó)制造業(yè)的各行業(yè)領(lǐng)頭羊企業(yè)率先思考如何布局集團(tuán)MES
,多工廠MES

本文就如何構(gòu)建集團(tuán)MES,多工廠架構(gòu)

,做一些經(jīng)驗(yàn)分享,給相關(guān)企業(yè)一些參考

集團(tuán)+多工廠架構(gòu)

,從幾個(gè)方面來(lái)討論:

1-MES服務(wù)器架構(gòu)如何構(gòu)建

2-MES功能如何劃分

3-如何做到多地的數(shù)據(jù)傳輸與穩(wěn)定

4-如何進(jìn)行多工廠建模;

01
多工廠業(yè)務(wù)模型

集團(tuán)多工廠模型復(fù)雜,因?yàn)楦鞴S

、車(chē)間生產(chǎn)形態(tài)可能不一樣
、生產(chǎn)線不同、管理方法不同
,以下是一個(gè)多工廠業(yè)務(wù)模型:

02
多工廠服務(wù)器架構(gòu)

企業(yè)IT一般考慮投資效益

,希望一套服務(wù)器能支持多個(gè)工廠的應(yīng)用
,每個(gè)工廠之間用專(zhuān)線或VPN方式連接
,這樣的好處是運(yùn)維相對(duì)簡(jiǎn)單
,由集團(tuán)的IT專(zhuān)業(yè)人員對(duì)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)
、系統(tǒng)做運(yùn)維,能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定;

如果集中一套服務(wù)器部署

,服務(wù)器配置要求高,且要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)冗余,包括數(shù)據(jù)庫(kù)集群
、應(yīng)用服務(wù)器集群
、接口服務(wù)器集群
;特別是應(yīng)用服務(wù)器需要2臺(tái)以上做集群
;網(wǎng)絡(luò)必須支持冗余
,交換機(jī)雙節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)冗余(例如電信或聯(lián)通雙網(wǎng)絡(luò))
,通過(guò)這樣的配置才能確保MES系統(tǒng)的高可用性
,避免服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)
,導(dǎo)致停線。

如果每個(gè)工廠部署一套服務(wù)器

,服務(wù)器可以精簡(jiǎn)
,部分應(yīng)用集中部署在一臺(tái)服務(wù)器上
,例如報(bào)表與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器
;分布式部署
,極大降低了服務(wù)器問(wèn)題導(dǎo)致的停線
,一旦服務(wù)器、系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)有問(wèn)題
,也僅僅是一個(gè)工廠出現(xiàn)異常

但是分布式部署產(chǎn)生的問(wèn)題是,集團(tuán)IT希望運(yùn)維能簡(jiǎn)易

,數(shù)據(jù)能集中
,否則某些區(qū)域的工廠不具備MES運(yùn)維能力,缺乏運(yùn)維人員
,當(dāng)MES系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)
,不能及時(shí)解決
;另外分布式部署,MES系統(tǒng)也難統(tǒng)一版本
,各個(gè)工廠自主一套MES系統(tǒng)
,重復(fù)開(kāi)發(fā)與部署,代碼和管理混亂
;系統(tǒng)運(yùn)維不標(biāo)準(zhǔn),簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)控與備份也難每日確保執(zhí)行
;除了硬件投資翻了幾倍外
,數(shù)據(jù)庫(kù)與MES授權(quán)費(fèi)也是翻倍,無(wú)論是Oracle/Sqlserver數(shù)據(jù)庫(kù)
,還是MES授權(quán)
,如果是多工廠分布部署,必定會(huì)產(chǎn)生服務(wù)器授權(quán)費(fèi)
,這樣極大增加了企業(yè)實(shí)施MES的費(fèi)用。

多工廠的數(shù)據(jù)交互復(fù)雜

,需要增加接口開(kāi)發(fā)來(lái)匯總集團(tuán)需要的數(shù)據(jù)
,例如集團(tuán)的排產(chǎn)和計(jì)劃監(jiān)控
、各工廠人員
、設(shè)備的效益分析
、各工廠的生產(chǎn)效率
、產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)
,還有研發(fā)中心的工藝文件發(fā)布,都需要頻繁的接口來(lái)匯集和分發(fā)數(shù)據(jù)

那么MES能否像DMS銷(xiāo)售系統(tǒng)

、WMS倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、甚至ERP那樣
,做到集中部署呢
?或稱為云MES呢?我們知道MES屬于車(chē)間層
,和車(chē)間控制層、設(shè)備層緊密結(jié)合
,如果MES服務(wù)器放在異地
,遠(yuǎn)隔成百上千公里,即使有企業(yè)專(zhuān)線
,是否能和車(chē)間控制器
、車(chē)間設(shè)備高速集成呢
?一些多工廠企業(yè)
,工廠之間已經(jīng)架構(gòu)了專(zhuān)線
,把全國(guó)各個(gè)工廠連接在一個(gè)大的“局域網(wǎng)”內(nèi)
,只要通過(guò)防火墻或企業(yè)路由器
,開(kāi)放幾個(gè)MES服務(wù)器IP和端口,即可簡(jiǎn)單接入MES
,例如在新疆工廠
,客戶端電腦輸入一個(gè)IP 172.168.x.x地址
,就能連接到遠(yuǎn)在北京的MES服務(wù)器,那么在確保網(wǎng)絡(luò)速度和穩(wěn)定性都很可靠時(shí)
,異地車(chē)間設(shè)備通過(guò)專(zhuān)線去集團(tuán)MES服務(wù)器
,會(huì)有什么問(wèn)題呢?

不少集團(tuán)IT在規(guī)劃MES時(shí)

,提出了剛才的問(wèn)題
,而且看似找不到這樣做的弊端
,但這樣的思路方式
,是沒(méi)有站在MES所處的企業(yè)信息層級(jí)來(lái)思考的,因?yàn)镸ES是緊密和車(chē)間層結(jié)合的
,雖然MES有部分功能是車(chē)間排產(chǎn)
、車(chē)間物料配送、車(chē)間工藝指導(dǎo)
,但更多的是車(chē)間設(shè)備集成,車(chē)間數(shù)據(jù)采集等,需要與設(shè)備大量進(jìn)行數(shù)據(jù)交互
。例如輪胎廠
,僅僅在檢驗(yàn)工序,一條輪胎需要經(jīng)過(guò)均勻機(jī)檢測(cè)
、動(dòng)平衡檢測(cè)、X光機(jī)檢測(cè)
、外觀檢測(cè)
,每條輪胎從檢測(cè)設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)達(dá)到10條以上,一個(gè)輪胎工廠2條生產(chǎn)線
,每小時(shí)產(chǎn)量3000條
,等于每小時(shí)有3萬(wàn)筆數(shù)據(jù),從設(shè)備傳輸?shù)組ES服務(wù)器
;也就是說(shuō)一個(gè)有規(guī)模的輪胎質(zhì)檢車(chē)間
,每日2班可產(chǎn)生48萬(wàn)筆數(shù)據(jù)
,每年產(chǎn)生超過(guò)1億多筆數(shù)據(jù),這么頻繁的數(shù)據(jù)交互
,不是ERP
、WMS系統(tǒng)能比擬的
,因?yàn)镋RP等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)
,大部分是人工操作產(chǎn)生
,并非如MES來(lái)自設(shè)備高頻率產(chǎn)生的數(shù)據(jù);當(dāng)然有些工廠會(huì)使用生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),例如Rockwell FT History、Wonderware Historian
、GE Fanuc iHistorian
,但如果要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析計(jì)算,例如輪胎參數(shù)采集后
,要立即根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行輪胎等級(jí)判斷
,立即傳輸給輪胎分揀系統(tǒng),那還是需要Oracle/Sqlserver這種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算
;那么在高頻率的MES與設(shè)備數(shù)據(jù)交互時(shí)
,VPN專(zhuān)線的集中服務(wù)器部署是否就滿足了呢?其實(shí)剛才的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
,已經(jīng)說(shuō)明了答案
,我們都知道服務(wù)器有I/O瓶頸,內(nèi)存瓶頸
,CPU瓶頸
,磁盤(pán)讀寫(xiě)瓶頸,如果一個(gè)輪胎集團(tuán)企業(yè)
,把全國(guó)4個(gè)工廠集中在一個(gè)MES部署
,那每小時(shí)會(huì)產(chǎn)生12萬(wàn)筆數(shù)據(jù)寫(xiě)入或讀?div id="4qifd00" class="flower right">
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;而那我們制造業(yè)有多少成本構(gòu)建一個(gè)小型的12306機(jī)房
,或一個(gè)門(mén)戶網(wǎng)站的機(jī)房呢
?而且MES平臺(tái)是否要發(fā)展類(lèi)似SAP的Hana內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)解決高速訪問(wèn)的問(wèn)題呢?所以當(dāng)一個(gè)制造業(yè)集團(tuán)的工廠越來(lái)越多時(shí),集中式服務(wù)器部署
,勢(shì)必會(huì)遇到性能瓶頸而無(wú)法突破

另外集中式部署,也增加了工廠停線的風(fēng)險(xiǎn)

,大家都知道MES是支持智能制造
、工業(yè)4.0的基礎(chǔ)系統(tǒng),一旦MES系統(tǒng)出問(wèn)題
,生產(chǎn)線就會(huì)停線
,而多工廠集中部署,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致所有工廠停線
;另外MES功能和工廠的設(shè)備類(lèi)型
,生產(chǎn)線布局,管理模式緊密相關(guān)
,例如一個(gè)生產(chǎn)風(fēng)電的集團(tuán)
,有機(jī)艙工廠、電機(jī)工廠、葉片工廠
、輪轂工廠、電柜工廠
、裝配工廠
,我們?nèi)绾卧谝惶准瘓F(tuán)MES服務(wù)器內(nèi),部署6套不同形態(tài)的MES系統(tǒng)呢
?是否要在一套MES內(nèi)
,通過(guò)參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)6個(gè)制造形態(tài),那么MES功能會(huì)變得非常復(fù)雜
。雖然ERP能通過(guò)配置實(shí)現(xiàn)多個(gè)行業(yè)的功能
,但畢竟ERP標(biāo)準(zhǔn)化程度比MES高很多。

03
多工廠功能架構(gòu)

那么怎么解決一些集團(tuán)制造業(yè)提出的MES集團(tuán)化管理需求呢

,例如有些企業(yè)的計(jì)劃由總廠制定
,物流配送由集團(tuán)統(tǒng)一管理
,產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)由一個(gè)研發(fā)中心發(fā)布,MES基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由總廠維護(hù)
,生產(chǎn)績(jī)效由總廠管理
,如果有這些需求,如果是分布式MES部署
,那么數(shù)據(jù)接口會(huì)非常復(fù)雜
,也無(wú)法支持集團(tuán)的統(tǒng)一管理
。HanThink 推出的SmartWork套件
,良好的解決了這個(gè)問(wèn)題
,SmartWork把MES功能劃分為PEC(Production Execute Center)車(chē)間執(zhí)行層和PMC(Production Management Center) 車(chē)間管理層2個(gè)模塊
,PMC實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化部署
,PEC實(shí)現(xiàn)分布式部署,與車(chē)間設(shè)備直接對(duì)接
,例如以一個(gè)汽車(chē)制造集團(tuán)為例,MES的PEC和PMC功能劃分如下:

PMC車(chē)間管理層把與車(chē)間關(guān)系不大、且通用性比較高的模塊進(jìn)行了集中

,例如排產(chǎn)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
、ERP接口、工藝文件等
。PEC車(chē)間執(zhí)行層,則集中在設(shè)備接口
、車(chē)間ANDON
,車(chē)間監(jiān)控
、車(chē)間打印這些模塊
,也就是脫離PMC層
,在車(chē)間PEC層也能獨(dú)立運(yùn)行,在PEC層會(huì)駐留一定數(shù)據(jù)量的已排產(chǎn)的計(jì)劃
、已維護(hù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
,當(dāng)然PEC層執(zhí)行完畢的數(shù)據(jù)采集
、生產(chǎn)產(chǎn)量
、質(zhì)量數(shù)據(jù),也會(huì)定時(shí)傳輸?shù)絇MC層
,作為報(bào)表統(tǒng)計(jì)依據(jù)
;另外在PEC層不會(huì)一直駐留已生產(chǎn)數(shù)據(jù)
,凡是過(guò)期數(shù)據(jù),而且已經(jīng)傳輸給PMC產(chǎn)生報(bào)表
,那么在PEC層的生產(chǎn)數(shù)據(jù)會(huì)清理
,這樣讓負(fù)責(zé)車(chē)間執(zhí)行層的PEC始終處于數(shù)據(jù)不增長(zhǎng)的狀態(tài)
,一直處于高頻率執(zhí)行車(chē)間的各種操作
;而報(bào)表統(tǒng)計(jì),歷史數(shù)據(jù)查詢
,需要大數(shù)據(jù)、高消耗運(yùn)算的
,均在PMC層,包括歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的遷移
。這里特別要提到,如果要實(shí)現(xiàn)PMC集中化管理
,企業(yè)的ERP
、PDM等與MES接口系統(tǒng)
,也需要實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化管理,例如ERP就不能每個(gè)工廠各一套系統(tǒng)
,而必須也用集中式部署,否則會(huì)造成一套MES PMC要開(kāi)發(fā)多個(gè)不同ERP的接口

04
多工廠接口架構(gòu)

PEC層提供多種與車(chē)間設(shè)備接口方式

,特別針對(duì)常用的設(shè)備,已有插件配置
,可直接配置完成連接,例如阿特拉斯\馬頭的擰緊設(shè)備
、Fanuc\西門(mén)子數(shù)據(jù)機(jī)床
、梅特勒\(chéng)賽多利斯的電子稱,這樣可以讓多工廠的PEC能盡量功能統(tǒng)一
,維護(hù)簡(jiǎn)單
,以下是PEC常用接口:

在PEC和PMC之間的數(shù)據(jù)傳輸

,采用MQ消息機(jī)制傳輸,確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定與高效
,一個(gè)集團(tuán)PEC可支持與多個(gè)工廠的PMC接口通訊
,即使是某個(gè)工廠的生產(chǎn)模式非常特殊
,那么它的PEC系統(tǒng),能獨(dú)立運(yùn)行
,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
、計(jì)劃等可以用導(dǎo)入方式
,例如企業(yè)在國(guó)外投資一個(gè)組裝工廠
,生產(chǎn)計(jì)劃不穩(wěn)定
,完全人工制定
,產(chǎn)量也不大
,那么就只需要部署一個(gè)簡(jiǎn)易的PEC車(chē)間系統(tǒng),不需要和集團(tuán)PMC系統(tǒng)接口

以下是集團(tuán)PMC和車(chē)間PEC的接口模型:

PMC,PEC多工廠架構(gòu)完成后的方案如下:

這里特別要強(qiáng)調(diào)從設(shè)備到上位數(shù)據(jù)傳遞的變化

,即要按數(shù)據(jù)頻率
,分散在設(shè)備層
、車(chē)間控制層
、MES層
、ERP層,而且越往設(shè)備層
,數(shù)據(jù)傳輸頻率越高
,數(shù)據(jù)緩存越?div id="d48novz" class="flower left">
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;例如設(shè)備停線數(shù)據(jù),如果是設(shè)備瞬間中斷的毫秒級(jí)數(shù)據(jù)
,在設(shè)備層只會(huì)有短暫的脈沖信號(hào)存儲(chǔ)
,而到了秒級(jí)的停線信號(hào)
,則會(huì)發(fā)給車(chē)間PLC層,在PLC里做一定緩存,顯示在車(chē)間HMI顯示屏幕
,提醒車(chē)間注意
,而如果是分鐘級(jí)別的停線信號(hào),則要發(fā)給MES
,在MES存儲(chǔ)
,維護(hù)停線原因,并做分析班次
、車(chē)間的停線分析報(bào)表
,而ERP需要的停線數(shù)據(jù),則需要到月數(shù)據(jù)
,年數(shù)據(jù)
;這樣的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)分布,會(huì)把高頻率的信息交互交給底層處理
,而減少上位系統(tǒng)的處理壓力。這個(gè)設(shè)計(jì)模型
,也貫穿在SmartWork的多工廠模型中,從而提高了MES平臺(tái)的穩(wěn)定性

05
多工廠對(duì)象建模

關(guān)于在構(gòu)建PEC車(chē)間執(zhí)行層時(shí)

,如何能滿足一個(gè)集團(tuán)多個(gè)不同制造形態(tài),必須要在MES平臺(tái)依據(jù)ISA95要求的4類(lèi)9大模型來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)建模
,這樣才能靈活配置生產(chǎn)過(guò)程
,而不是為一個(gè)生產(chǎn)形態(tài)而開(kāi)發(fā)一套系統(tǒng)
,那樣就無(wú)法做到一個(gè)集團(tuán)下MES系統(tǒng)的高度整合
。HanThink SmartWork即是按ISA95來(lái)構(gòu)建工廠對(duì)象,用對(duì)象配置
,以及提供對(duì)象API方法
,快速構(gòu)建工廠生產(chǎn)流程:

總結(jié):

關(guān)于集團(tuán)制造業(yè)是否選擇集中式部署還是分布式部署
,取決于MES要實(shí)現(xiàn)什么樣的目標(biāo)
,以及規(guī)劃的MES方向。如果MES重點(diǎn)在車(chē)間控制
,與設(shè)備高度集成
,那么毫無(wú)疑問(wèn)是用分布式部署
,集團(tuán)報(bào)表管理模式;如果MES重點(diǎn)在生產(chǎn)管理
,統(tǒng)一生產(chǎn)協(xié)調(diào),而把設(shè)備采集
、控制已分布到各個(gè)設(shè)備供應(yīng)商完成了;而且多工廠的生產(chǎn)模式比較統(tǒng)一
,那么MES可以集中部署
,方便維護(hù)與管理。

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