工业4.0必须横向集成MES–但应正确选择实施!

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访客:35744  发表于:2016-12-16 10:11:08

工业4.0必须横向集成MES –但应正确选择实施!

现代制造企业对适应工业4.0包括制造执行系统(MES)在内的IT系统有越来越高的需求。在VDI5600准则中详细描述了MES系统必须要有的功能和特性,这与工业4.0又有多大的联系呢?面向未来的MES4.0概念或许可以指明方向。

在所有为准备工业4.0所推荐的行动中包括“引入MES系统”,但是具体该是什么样的MES?要成为企业的信息和数据中枢平台,MES系统必须要具有哪些特性和功能?

VDI 5600准则对工业4.0的意义

VDI(德国工程师协会)在2007年发布的针对MES系统的5600准则在范围广泛的各种功能之外,还明确指出应该包括“横向集成”和“实时性能”。这对于工业4.0同样具有重大意义。从而MES系统在实现工业4.0的具体实践中起到关键作用。

图1

按照VDI5600准则中所定义,横向集成在“VDI工业4.0架构“中起关键作用(源引:MPDV和VDI德国工程师协会)

现状

目前的MES市场呈现很大的多样性,但是仅有极少的系统满足VDI5600准则中的标准要求。很多系统具有在线性能,可是却缺乏横向集成能力。不少厂家只能够完成部分的MES任务,其它功能必须通过外部的第三方软件系统实现。越来越多的厂家扩展其功能组合,以符合VDI5600准则。可是,作为横向集成的基本要求之一的避免内部接口随着功能数量的增加,却没有被满足。德国MPDV公司的HYDRAMES系统很好地展示了提供全方位功能的同时实现横向集成。

“同一屋檐下”:横向集成

MES4.0未来概念中,“横向集成”即实现整个价值链以及完成所有MES任务的全部功能和数据互联。横向集成的基本特征为避免内部接口和全系统的模块化结构。

图2  

今只有少数MES系统在同时提供范围广泛的功能和全面的横向集成– MPDV公司的HYDRA系统就是其中之一(源自:MPDV)

举例而言,在车间生产实际中,工单登录(BDE)和质量检测(CAQ)在同一个终端上进行。更理想的情形是,这二个功能以类似的对话框展现出来。这对操作者而言是极大的便利,因为其只需学习理解一个功能。操作者更是节省了大量时间,他不必去另外的专用质检位。

如果各功能模块都来自同一个厂家,MES系统管理也将会极为简便,比如维护软件时,以及极其重要的MES寿命周期管理。典型情形下,一套复杂的软件系统时除了周期性的小更新和错误修正外,还有大的版本升级和变更,从而需要改变核心软件。一个横向集成的软件系统可以在软件升级后立即重新投入使用,因为各模块和功能是互相联系结合的。这对用户而言就意味着节省时间和费用。

横向集成是MES解决方案模块化结构的一个前提条件。一方面便于成功引入MES系统,这对中小企业尤为重要。另一方面用户可以自行决定,为其应用选择哪些功能,以及相应地调整组合以满足其特定的需求。并且在之后的使用过程中,可以随时对系统扩充功能和模块。无论MES匹配的是什么样生产制造过程,还是在哪种文化或哪个国家使用该MES系统,一个模块化的、横向集成的MES解决方案都可以满足各种不同的需求。

尽管有些厂家一味地宣称其产品“适应工业4.0”,然而对用户的长远利益而言,必须要考虑到横向集成。

进一步开发利用数据:关联性评估

工业4.0中非常关键的一点是各集成的系统能够对数据跨部门地进行处理并评估。越是复杂的制造环境,对相互有联系的数据评估就越重要,这有助于监视各生产过程以达到高效生产。只有相关联的数据可以提供有价值的信息,从而了解生产过程。只有对生产过程有更多更深的了解,才能对其进行优化。反之,这是保持竞争力的需求– 尤其从工业4.0的角度来看。

图3

集成化的数据管理–所有采集到的数据统一存储在一个中央数据库中 (源自:MPDV).

以下是生产实际中几个例子:

能源费用仅在掌握之中

当今时代,能源费用持续上涨,各种复杂的节支模式不断出现,制造型企业需要一个工具来收集并评估能源消耗数据。在集成化的MES系统中,能源数据可以和其它生产数据一道被收集,例如已完成的生产工单或者设备状态。这样立即清楚地知道,那些生产步骤消耗大量能源,或者哪些设备是耗能大户。从而可以制定相应的能源优化措施以降低能源成本,比如避开用电高峰期就是其中之一。这些只有通过横向集成的解决方案才可实现,因为各部门之间的数据必须要互相关联。

图4

HYDRA系统中,能源消耗关联 -以便确切了解每个生产订单消耗了多少能源 (源自:MPDV)

以人为本

即使在工业4.0时代,高素质人员仍然是必不可缺的重要资源。借助集成的数据管理,上下班电子打卡结合班次表获得的人员出勤和缺席时间可以与生产纪录互相对照,从而建立各种评估考核机制,以及奖金、绩效激励制度。根据员工的技能资质,通过一个与生产订单相关的人员计划能够高效、优化安排调度人力资源,这对很多小批量、个性化订单的生产尤其显得重要,而员工的积极性也被充分调动起来。

MES助力质量管理

产品质量在工业4.0时代同样有重要的地位。使用集成的MES系统,质检计划可以与生产同步生成。在车间终端上登录生产订单时,便立即获得对应的质检指令。车间终端根据规定的间隔(基于时间或者生产周期)自动显示所需的质检要求,自动收集的质检和设备状态数据供评估之用。如果设备已经联网,那么进一步的质量检测自动化还可采集过程参数(例如温度、压力、流速…)。由此,能够持续地提高或者稳定生产质量。

图5

车间数据采集和质量管理集成到同一个系统 – 操作者使用HYDRA直接在设备旁进行生产过程中质量检测(源自:MPDV).

预防性设备维护

MES解决方案在一个系统内部管理所有生产资源包括设备,以及工具、刀具等其它生产辅助资料。一个通用的数据库可以跨部门地计划安排和评估所有生产资源,例如,当一个生产订单在车间内排产时,可以清晰地获知可以使用哪些工具,或者该工具在使用过程中是否需要维护。统一管理生产周期和使用时间的数据收集使得对设备和工具的预防性和按需维护成为可能。因此,设备和工具的利用率得到提高,停机或闲置时间得以减少。

从计划到控制

工业4.0中分散管理的系统需要指导标准,以及一定程度的计划和控制。和车间的直接联结能够使计划成为精确的生产控制,不可预见的事件可被立即发觉,相关负责的人员可以实时做出反应。如果一台设备发生停机,MES系统中的图形化排产模块会检查是否有其它设备可替代使用,是否会对本订单和其它订单有影响。除了可以根据设备和工具的可用性做出计划安排外,完全集成的MES解决方案还能够兼顾其它资源,比如人员、物料库存和能源消耗等。如此的透明度使生产制造获得或提升应急反应能力。

图6

HYDRA车间排产提供多维的生产计划和控制(源自:MPDV).

愿景:未来触手可及

对MES4.0未来概念的实现让工业4.0所描绘的未来前景变得更加清晰可见。横向集成的MES环境中增强的联网,统一数据存储,以及数据的正确性越来越成为生产IT系统的焦点。科技的创新使得过去似乎不可逾越的障碍逐渐消失,技术持续进步,而随着工厂中的自主调控系统不断增多,自由灵活的获取相关数据就变得比以往任何时候更为重要。所有这些都显示,制造执行系统(MES)不仅适合工业4.0,而是必然的需求。然而更重要的是,MES应该完全符合VDI5600准则。请不要忘记,不是每一个系统都有资格叫作MES。

来源:e-works

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