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“工业4.0”时代的MES设计

作者:葛岩 来源:电子技术与软件工程 论文栏目:计算机论文     更新时间:2019-04-14   浏览

本学术论文《“工业4.0”时代的MES设计》,转载自学术期刊《电子技术与软件工程》2015年9期 发表过的职称 论文,原文作者:葛岩,由中国学术论文网编辑整理录入,仅供您在工业4.0,工业互联网+,MES等方面参考学习。

葛岩

摘 要 在工业革命和互联网革命之后,德国提出了“工业4.0”的概念,美国通用电气公司(General Electric Company,简称GE)提出了工业互联网革命(Industrial Internet Revolution)。作者认为,工业互联网是以物联网(Internet of Things,简称IOT)技术为基础,在此之上进行提升,将机器与MES(Manufacturing Execution System)通过互联网技术联接起来,来实现智能工厂。而在2013~2014年,移动互联网有了巨大的发展,通过研究移动互联网软件的服务模式,以此为基础,提出了“工业4.0”时代的MES的设计思想与架构。

【关键词】工业4.0 工业互联网 MES

1 前言

在2013年的汉诺威工业博览会上,德国联邦教研部与联邦经济技术部提出了“工业4.0”的概念,它描绘了制造业的未来愿景,提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后,人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础,以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。与此相对,美国通用电气公司提出了“工业互联网”的概念,“工业互联网”是一个宏大的愿景,但又是一个简单的概念:把机器联入网络,并利用产生的数据为企业服务。不同于阿里巴巴的大数据来自于对个人行为的监测,工业互联网的数据来自安装在机器上的传感器。机器开动,传感器走起。快了慢了,歪了斜了,一五一十地形成数据,传到云端进行存储、分析与决策。

2 工业4.0”时代的MES设计概述

不管是“工业4.0”还是工业互联网,这都是世界上两大最先进的工业化发达国家对第四次工业革命的愿景,都是以融合互联网为基础。MES在工业生产一直广泛应用。那么在“工业4.0”时代,MES应该如何设计呢?

作者认为,“工业4.0”应该是以自动化程度的高度覆盖为基础的,一条流水线,以前每个站点都是由工人手动作业完成,数据也是人员在MES系统上操作完成记录。在“工业4.0”时代,每一个站点应该都是由自动化机台完成其制程,而这些机台可以联网,有自己的硬件平台可以运行一个简单的操作系统,例如像Android。而MES系统的Client端可以像App一样单独安装的机台上,控制机台的作业,并且将数据实时传送至MES Server端。MES Server端再将数据记录至数据库,形成报表。

MES Client端可以进行分布式更新,由Server端对每一条流水线的Client端系统进行版控,需要更新的线别进行更新,不需要更新的线别可以暂时先不更新,这样可以保证流水线不会因为没有必要的更新而浪费生产时间,损失产能。且先行更新的线别可以先对系统进行测试,发现系统bug,避免对其他线别造成影响。

这样设计最突出的有点在于实时性,以往MES的数据都是有人员操作系统进行记录,这样的信息记录方式存在如下几个缺点:

(1)增加作业人员负担,作业人员做完制程后,还需要手动打开电脑过账,很大程度上增加了每一片面板的制程时间。

(2)增加了异常出现几率,有些时候,可能由于作业人员的错误操作,而引起系统异常,继而导致Server端宕机,影响整个工厂的生产。

(3)对作业人员会有计算机操作技能上的要求,从而增加了劳动力成本。

(4) 手动记录过账信息有滞后性,即使产线作业人员准确快速的记录信息,从信息的记录到报表的生成,仍然还有10~15分钟的过程。尤其是管理人员需要实时查看产线的生产状态信息,这一块目前还是无法做到实时。

由机台端将信息发送至MES有如下优点:

(1)准确快速,机台完成制程后,可以实时将信息传给MES,可以快速完成所有作业。

(2)减少异常发生几率,由于完全由机器自动化生产,不管是制程还是记录数据,都将大幅提升系统稳定性,减少物理系统与信息系统发生异常的几率。

(3)节省劳动力成本,人力具有不稳定性,中国大陆的人口红利已经消失,劳动力成本越来越高,很多企业纷纷把工厂迁到内陆地区或东南亚国家,欧美和台湾富士康等工厂也在研究机器人作业来代替人力作业,一旦机器人普及,可以由机器人快速收集数据传递给MES。

(4)数据实时传输,例如,一旦机台发生异常或待料,可立即将机况与线况记录至系统,工厂管理人员可以实时查看工厂所有生产线,机台的运行情况。

举个例子:MES系统有个子模块叫EPMS(Equipment Management System,设备管理系统),该系统主要用来反映机台的实时生产状态,记录机台生产的历史状态。工厂管理人员可以通过EPMS来监控工厂目前的生产情况。查看当天或者当周,机台的有效生产时间是多少,是什么原因影响了机台的生产。可以对满载产能进行估算。但是这些功能的基础是数据能够准确的记录。目前,这些数据都是人员手动记录,有时,作业人员会根据实际的产能来计算有效生产时间,计算宕机时间,力求生产时间和实际产能能够完美匹配起来,为了记录而记录,这样的记录不具有实时性,准确性,往往一天才汇总一次记录进去。而如果是有机器来记录,任何影响机台生产的操作,机台都会立刻发送数据给MES,MES会将数据记录,告知作业人员该机台因为什么原因而停产,停产多长时间后又恢复生产。

3 结论

以类似手机App应用的架构为基础来设计MES,可以实现的功能有很多,由于篇幅有限,作者就不一一赘述。目前,由于工厂购置的机台年代不一,生产厂商各异,机台很难有统一的标准,而且机台的系统也比较简单,仅仅是对机台的机构进行操作,并不具备联网的功能。但是在未来,在“工业4.0”时代,机台的设计应该也要有统一的标准和规范,更加智能化,可以运行统一的操作系统,操作系统可以提供API接口给各种类型的MES系统进行调用,通过MES对机台机构进行操作,联网记录生产数据,甚至可以在手机或平板电脑上安装对应的App,远程对MES进行控制,浏览生产资讯。

作者单位

友达光电(苏州)有限分公司 江苏省苏州市 215000

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