一、技术架构

虽然绝大多数的用户不会关心 MES 设计的技术架构,但如果是好的 MES 产品,需首先必须具备先进的技术支撑(如 SOA 架构),只有先进的开发平台配合上可配置的模块模组,才可快速构建出符合不同用户场景的业务功能。试想一下:在制造管理中每个人的业务愿景和管理风格都不一样,如果没有一个强大的平台龙骨而无限制地堆积客制化模块,那么再好的系统都会崩塌、宕机。这就是为什么西门子、达索等工业软件产品大多采用 SOA 架构的原因,在此基础上,再配合上 MVVM 模式的代码编写规则,往往用几百、数千个灵活的、低耦合性的基础模组就能构建出百万种不同的业务功能,让众口不再难调。因此,对于有高要求、特别是以面向智能制造为目标的客户,有必要在选择 MES 产品之前,先了解一下支撑产品的底层技术。

 

二、基本功能

从功能涵盖性上而言,功能全面的 MES 系统需具备产品和工艺管理、计划调度生产管理、物料物流管理、生产质量管理、车间设备维护管理的五大基本模块,当然也应同时包括生产资源管理等模块。而面对智能制造的 MES,还必须具备系统集成和设备接口模块(另述),否则无法实现车间内部各类信息互通,并支撑智能化车间所需的智能调度、优化、可视化等功能。这也是即将发布的国标《数字化车间通用技术要求》、《智能工厂通用技术要求》中所明确要求的,因此,符合智能车间的 MES 必须具备以上的基本功能。

 

三、平台化

市场上的 MES 主要分为基于客户需求的项目级、客制化产品,以及通用的平台化产品两种类型。项目级别 MES 优点是:个性化、适用性强、低成本、交付较快,但带来的缺点是:开发需求描述中缺少行业的普遍性规则,易造成系统不符合多变的业务需求及行业规则,一旦企业未来发展后有新的需求,则需要投入大量的二次开发,同时,也将对软件架构的稳定性形成严峻的考验。

 

平台化 MES 产品要求开发者们能够深入理解并且熟悉该行业的实际制造流程,甚至对主要生产工序、工艺也要有深入的了解,而不是仅从程序开发的角度来设计 MES。同时,开发者们需要按照 ISA95 等标准规划、构建产品,以利于与其它各类标准化的软件实现业务关联及数据共享。优秀、资深的平台化 MES 企业首先应该是行业专家,可以根据该行业生产特性的需求,在软件上依靠模块化、可插拔等技术自由配置系统,促使工厂可以快速实施既符合行业共性,又满足企业个性需求的 MES 系统。因此,在条件允许的前提下,推荐选用产品级的、并具有很好可扩展性能的平台化 MES,虽然前期投入的资金、人力较大,但该类产品的稳定性较好、上线应用风险低、并应用周期长。

 

四、易操作性

随着 IT 技术的快速发展,新的视觉感及操作正在深刻影响着用户的应用习惯。特别作为基于工厂实际应用的软件产品,由于用户是基于车间层,因此更需具备易学、易用、快速上手的特点,如:采用一目了然的界面功能图标、以流程引擎来推动快速应用的操作方式等,使得在实际应用过程中,每个操作人员进入系统后,无论是熟手还是新手都能快速的进入自己的应用界面、找到自己需要的功能菜单,并明晰与自己有关的全业务流程,同时可大量采用拖拉、链接等类似于 Win7、Win10 等操作模式实现快速、便捷的组合、拆分、放大、缩小、隐藏等操作。当然,不仅限如此,易操作性还包括美观、绿色、适用的界面。

 

五、库房管理功能

某些 MES 产品对库房管理功能较弱,特别是国外 MES 更是如此,系统只能管控到物料,而将仓库交给 ERP 或 WMS。在近年智能制造需求的推动下,生产过程对柔性化、动态性、实时性的要求均有大幅提高,如果 MES 仅对车间内的物料进行管理已经无法满足实际需求,因此,新型 MES 势必将向仓库端延伸,以获得更多管控、调度权限,将 ERP 非实时库房变成 MES 实时的动态库房,并且实现数据的双向同步。

 

六、数字化排产

作为计划调度和生产管理人员,最关心的是如何准时、快速交付生产订单。这就要求 MES 不仅需对接 ERP 无限排产的 MRP 运算结果,而且需实现 APS 高级排程,当然这是最理想的结果,但在实际应用中,特别是多品种、小批量的产线很少有可以真正实现全自动排产的案例。对此,我们认为,新型的 MES 需对设备状态(包括预诊断)、工艺变化、人员情况进行动态数据采集、分析,并需结合生产调度仿真系统中的大数据分析、优化功能的支撑才可能实现理想中的自动排产。但在系统尚未达到这一目标之前、或作为补充,人工参与的排产将更加切合实际的应用,这就需要 MES 的排产功能中具有便于人工操控的快速排产、插单功能,并将在线工单执行状态、物料齐套性、设备、治具的占用情况、预判完成周期等信息以实施、在线地呈现以供排产时参考,并具备预警、报错等辅助功能,以上称为“数字化排产”。

 

七、可视化功能

1、先进的 MES 产品可视化表现形式已经越来越丰富,点状图、线状图、饼状图、雷达图、甘特图、三维图等都已是最基本的功能,而具备与生产过程仿真(优化)、物流、SCADA 等数据实现对接、多维度展示生产现状及预测的可视化,及可与移动端实现数据交互与呈现等功能已成为新型 MES 的发展趋势;

 

2、传统 MES 中可视化方式的设置,大多由 MES 厂家进行二次开发、或本企业的 IT 人员根据不断变化的需求去逐个开发水晶报表和看板形式,这已经远远不能满足当前面向智能制造的工厂多变的、个性化的可视化管理需求。新一代 MES 的可视化功能已可以由应用者根据当前生产需要而直接进行快速的设置和组态,而且操作灵活、便捷。

 

八、系统集成能力

这是智能车间 MES 的最具备智能化功能的特征表现:

1、与信息系统的集成:作为面向智能制造的 MES 系统,系统集成能力应为重要考量,这包括与 SQL、ORCAL 等数据库集成,与 PDM(对接 BOM、工艺)、ERP(对接计划、物料)、WMS(对接物流、运输)、仿真(对接数据)等软件集成,与 IOS、Android 移动端集成等;

 

2、与数据格式的集成:这是上面描述的那些信息集成的技术实现方式,比如:XML 、CSV、TXT、双方约定的中间表、Web service、开放的 API 接口等。

 

九、设备接口能力

近年来,工业互联网、工业物联网、工业大数据等已逐步从概念转型落地,其核心之一就是 MES 需与各种类型的物理设备进行数据对接。其类型包括下图所示七个不同物理层的各种设备:仪器仪表、传感器、AGV、机器人、工控设备、数控装备、贴片机、AOI 等等。一个好的 MES 系统不但能够采集这些设备的数据,而且需采用标准化的通用格式。

 

各种工业总线的集成(例如 OPC UA),其设备通讯协议例如: Profibus、Profinet、Modbus、CC-Link、DF1、SNP、设备专用 API、自定义等,还有一些是直接用设备数据格式对接,例如 JSON、XML 、CSV、TXT 等。

 

从几个角度浅述了基于智能制造的新一代 MES 的一些特征性要求,当然尚无法盖全,这还将涉及到具有行业特性的材料、工艺分析、诊断、优化等功能。本文旨在期望通过以上阐述,对新型 MES 的开发及应用起到一定的抛砖引玉的作用。