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漢思原創(chuàng)

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預(yù)約演示 對(duì)話專家

MES多工廠模型探討

作者：Hanthink 發(fā)布時(shí)間：2023-06-01 10:19:52 3645

前言

隨著國內(nèi)企業(yè)對(duì)MES認(rèn)知的提升

，越來越多的制造企業(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
，這說明中國是當(dāng)之無愧的制造業(yè)大國，其制造業(yè)的復(fù)雜度
，制造業(yè)的體量
，已促進(jìn)了中國制造業(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)工廠之間用專線或VPN方式連接，這樣的好處是運(yùn)維相對(duì)簡單
，由集團(tuán)的IT專業(yè)人員對(duì)服務(wù)器
、數(shù)據(jù)庫、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

，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)庫服務(wù)器；分布式部署
，極大降低了服務(wù)器問題導(dǎo)致的停線
，一旦服務(wù)器、系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)有問題
，也僅僅是一個(gè)工廠出現(xiàn)異常
；

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

，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)開發(fā)與部署
，代碼和管理混亂
；系統(tǒng)運(yùn)維不標(biāo)準(zhǔn)，簡單的數(shù)據(jù)庫監(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)庫與MES授權(quán)費(fèi)也是翻倍，無論是Oracle/Sqlserver數(shù)據(jù)庫
，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，需要增加接口開發(fā)來匯總集團(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匯集和分發(fā)數(shù)據(jù)
；

那么MES能否像DMS銷售系統(tǒng)、WMS倉儲(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屬于車間層
，和車間控制層、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)專線
，是否能和車間控制器
、車間設(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)了專線
，把全國各個(gè)工廠連接在一個(gè)大的“局域網(wǎng)”內(nèi)，只要通過防火墻或企業(yè)路由器
，開放幾個(gè)MES服務(wù)器IP和端口
，即可簡單接入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)
，異地車間設(shè)備通過專線去集團(tuán)MES服務(wù)器
，會(huì)有什么問題呢？

不少集團(tuán)IT在規(guī)劃MES時(shí)

，提出了剛才的問題
，而且看似找不到這樣做的弊端，但這樣的思路方式
，是沒有站在MES所處的企業(yè)信息層級(jí)來思考的
，因?yàn)镸ES是緊密和車間層結(jié)合的，雖然MES有部分功能是車間排產(chǎn)、車間物料配送
、車間工藝指導(dǎo)
，但更多的是車間設(shè)備集成，車間數(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3萬筆數(shù)據(jù)，從設(shè)備傳輸?shù)組ES服務(wù)器
；也就是說一個(gè)有規(guī)模的輪胎質(zhì)檢車間
，每日2班可產(chǎn)生48萬筆數(shù)據(jù)，每年產(chǎn)生超過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
，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
，磁盤讀寫瓶頸
，如果一個(gè)輪胎集團(tuán)企業(yè)，把全國4個(gè)工廠集中在一個(gè)MES部署
，那每小時(shí)會(huì)產(chǎn)生12萬筆數(shù)據(jù)寫入或讀?div id="d48novz" class="flower left">
。欢俏覀冎圃鞓I(yè)有多少成本構(gòu)建一個(gè)小型的12306機(jī)房
，或一個(gè)門戶網(wǎng)站的機(jī)房呢
？而且MES平臺(tái)是否要發(fā)展類似SAP的Hana內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)來解決高速訪問的問題呢？所以當(dāng)一個(gè)制造業(yè)集團(tuán)的工廠越來越多時(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)問題
，SmartWork把MES功能劃分為PEC（Production Execute Center）車間執(zhí)行層和PMC(Production Management Center) 車間管理層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
，與車間設(shè)備直接對(duì)接
，例如以一個(gè)汽車制造集團(tuán)為例，MES的PEC和PMC功能劃分如下：

PMC車間管理層把與車間關(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車間執(zhí)行層
，則集中在設(shè)備接口
、車間ANDON，車間監(jiān)控
、車間打印這些模塊
，也就是脫離PMC層，在車間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)車間執(zhí)行層的PEC始終處于數(shù)據(jù)不增長的狀態(tài)，一直處于高頻率執(zhí)行車間的各種操作
；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\西門子數(shù)據(jù)機(jī)床
、梅特勒\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)簡易的PEC車間系統(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)緩存越小；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)給車間PLC層，在PLC里做一定緩存
，顯示在車間HMI顯示屏幕
，提醒車間注意，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9大模型來進(jìn)行生產(chǎn)建模，這樣才能靈活配置生產(chǎn)過程
，而不是為一個(gè)生產(chǎn)形態(tài)而開發(fā)一套系統(tǒng)
，那樣就無法做到一個(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)在車間控制，與設(shè)備高度集成
，那么毫無疑問是用分布式部署
，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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