現(xiàn)代制造企業(yè)對(duì)適應(yīng)工業(yè)4.0包括制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)在內(nèi)的IT系統(tǒng)有越來(lái)越高的需求。在VDI5600準(zhǔn)則中詳細(xì)描述了MES系統(tǒng)必須要有的功能和特性，這與工業(yè)4.0又有多大的聯(lián)系呢？面向未來(lái)的MES4.0概念或許可以指明方向。
在所有為準(zhǔn)備工業(yè)4.0所推薦的行動(dòng)中包括“引入MES系統(tǒng)”，但是具體該是什么樣的MES？要成為企業(yè)的信息和數(shù)據(jù)中樞平臺(tái)，MES系統(tǒng)必須要具有哪些特性和功能？
VDI 5600準(zhǔn)則對(duì)工業(yè)4.0的意義
VDI(德國(guó)工程師協(xié)會(huì))在2007年發(fā)布的針對(duì)MES系統(tǒng)的5600準(zhǔn)則(http://www.vdi.eu/engineering/vdi-standards搜索5600)在范圍廣泛的各種功能之外，還明確指出應(yīng)該包括“橫向集成”和“實(shí)時(shí)性能”。這對(duì)于工業(yè)4.0同樣具有重大意義。從而MES系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的具體實(shí)踐中起到關(guān)鍵作用。
按照VDI5600準(zhǔn)則中所定義，橫向集成在“VDI工業(yè)4.0架構(gòu)“中起關(guān)鍵作用(源引：MPDV和VDI德國(guó)工程師協(xié)會(huì))
現(xiàn)狀
目前的MES市場(chǎng)呈現(xiàn)很大的多樣性，但是僅有極少的系統(tǒng)滿足VDI5600準(zhǔn)則中的標(biāo)準(zhǔn)要求。很多系統(tǒng)具有在線性能，可是卻缺乏橫向集成能力。不少?gòu)S家只能夠完成部分的MES任務(wù)，其它功能必須通過(guò)外部的第三方軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。越來(lái)越多的廠家擴(kuò)展其功能組合，以符合VDI5600準(zhǔn)則。可是，作為橫向集成的基本要求之一的避免內(nèi)部接口隨著功能數(shù)量的增加，卻沒(méi)有被滿足。德國(guó)MPDV公司的HYDRAMES系統(tǒng)很好地展示了提供全方位功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)橫向集成。
“同一屋檐下”：橫向集成
MES4.0未來(lái)概念中，“橫向集成”即實(shí)現(xiàn)整個(gè)價(jià)值鏈以及完成所有MES任務(wù)的全部功能和數(shù)據(jù)互聯(lián)。橫向集成的基本特征為避免內(nèi)部接口和全系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)。
今只有少數(shù)MES系統(tǒng)在同時(shí)提供范圍廣泛的功能和全面的橫向集成– MPDV公司的HYDRA系統(tǒng)就是其中之一(源自：MPDV)
舉例而言，在車(chē)間生產(chǎn)實(shí)際中，工單登錄(BDE)和質(zhì)量檢測(cè)(CAQ)在同一個(gè)終端上進(jìn)行。更理想的情形是，這二個(gè)功能以類(lèi)似的對(duì)話框展現(xiàn)出來(lái)。這對(duì)操作者而言是極大的便利，因?yàn)槠渲恍鑼W(xué)習(xí)理解一個(gè)功能。操作者更是節(jié)省了大量時(shí)間，他不必去另外的專(zhuān)用質(zhì)檢位。
如果各功能模塊都來(lái)自同一個(gè)廠家，MES系統(tǒng)管理也將會(huì)極為簡(jiǎn)便，比如維護(hù)軟件時(shí)，以及極其重要的MES壽命周期管理。典型情形下，一套復(fù)雜的軟件系統(tǒng)時(shí)除了周期性的小更新和錯(cuò)誤修正外，還有大的版本升級(jí)和變更，從而需要改變核心軟件。一個(gè)橫向集成的軟件系統(tǒng)可以在軟件升級(jí)后立即重新投入使用，因?yàn)楦髂K和功能是互相聯(lián)系結(jié)合的。這對(duì)用戶而言就意味著節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。
橫向集成是MES解決方案模塊化結(jié)構(gòu)的一個(gè)前提條件。一方面便于成功引入MES系統(tǒng)，這對(duì)中小企業(yè)尤為重要。另一方面用戶可以自行決定，為其應(yīng)用選擇哪些功能，以及相應(yīng)地調(diào)整組合以滿足其特定的需求。并且在之后的使用過(guò)程中，可以隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)充功能和模塊。無(wú)論MES匹配的是什么樣生產(chǎn)制造過(guò)程，還是在哪種文化或哪個(gè)國(guó)家使用該MES系統(tǒng)，一個(gè)模塊化的、橫向集成的MES解決方案都可以滿足各種不同的需求。
盡管有些廠家一味地宣稱其產(chǎn)品“適應(yīng)工業(yè)4.0”，然而對(duì)用戶的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益而言，必須要考慮到橫向集成。
進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用數(shù)據(jù)：關(guān)聯(lián)性評(píng)估
工業(yè)4.0中非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是各集成的系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)跨部門(mén)地進(jìn)行處理并評(píng)估。越是復(fù)雜的制造環(huán)境，對(duì)相互有聯(lián)系的數(shù)據(jù)評(píng)估就越重要，這有助于監(jiān)視各生產(chǎn)過(guò)程以達(dá)到高效生產(chǎn)。只有相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可以提供有價(jià)值的信息，從而了解生產(chǎn)過(guò)程。只有對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有更多更深的了解，才能對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。反之，這是保持競(jìng)爭(zhēng)力的需求– 尤其從工業(yè)4.0的角度來(lái)看。
集成化的數(shù)據(jù)管理–所有采集到的數(shù)據(jù)同一存儲(chǔ)在一個(gè)中央數(shù)據(jù)庫(kù)中 (源自：MPDV).
以下是生產(chǎn)實(shí)際中幾個(gè)例子：
能源費(fèi)用僅在掌握之中
當(dāng)今時(shí)代，能源費(fèi)用持續(xù)上漲，各種復(fù)雜的節(jié)支模式不斷出現(xiàn)，制造型企業(yè)需要一個(gè)工具來(lái)收集并評(píng)估能源消耗數(shù)據(jù)。在集成化的MES系統(tǒng)中，能源數(shù)據(jù)可以和其它生產(chǎn)數(shù)據(jù)一道被收集，例如已完成的生產(chǎn)工單或者設(shè)備狀態(tài)。這樣立即清楚地知道，那些生產(chǎn)步驟消耗大量能源，或者哪些設(shè)備是耗能大戶。從而可以制定相應(yīng)的能源優(yōu)化措施以降低能源成本，比如避開(kāi)用電高峰期就是其中之一。這些只有通過(guò)橫向集成的解決方案才可實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦鞑块T(mén)之間的數(shù)據(jù)必須要互相關(guān)聯(lián)。
HYDRA系統(tǒng)中，能源消耗關(guān)聯(lián) -以便確切了解每個(gè)生產(chǎn)訂單消耗了多少能源 (源自：MPDV)
以人為本
即使在工業(yè)4.0時(shí)代，高素質(zhì)人員仍然是必不可缺的重要資源。借助集成的數(shù)據(jù)管理，上下班電子打卡結(jié)合班次表獲得的人員出勤和缺席時(shí)間可以與生產(chǎn)紀(jì)錄互相對(duì)照，從而建立各種評(píng)估考核機(jī)制，以及獎(jiǎng)金、績(jī)效激勵(lì)制度。根據(jù)員工的技能資質(zhì)，通過(guò)一個(gè)與生產(chǎn)訂單相關(guān)的人員計(jì)劃能夠高效、優(yōu)化安排調(diào)度人力資源，這對(duì)很多小批量、個(gè)性化訂單的生產(chǎn)尤其顯得重要，而員工的積極性也被充分調(diào)動(dòng)起來(lái)。
MES助力質(zhì)量管理
產(chǎn)品質(zhì)量在工業(yè)4.0時(shí)代同樣有重要的地位。使用集成的MES系統(tǒng)，質(zhì)檢計(jì)劃可以與生產(chǎn)同步生成。在車(chē)間終端上登錄生產(chǎn)訂單時(shí)，便立即獲得對(duì)應(yīng)的質(zhì)檢指令。車(chē)間終端根據(jù)規(guī)定的間隔(基于時(shí)間或者生產(chǎn)周期)自動(dòng)顯示所需的質(zhì)檢要求，自動(dòng)收集的質(zhì)檢和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)供評(píng)估之用。如果設(shè)備已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，那么進(jìn)一步的質(zhì)量檢測(cè)自動(dòng)化還可采集過(guò)程參數(shù)(例如溫度、壓力、流速…)。由此，能夠持續(xù)地提高或者穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量。
車(chē)間數(shù)據(jù)采集和質(zhì)量管理集成到同一個(gè)系統(tǒng) – 操作者使用HYDRA直接在設(shè)備旁進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量檢測(cè)(源自：MPDV).
預(yù)防性設(shè)備維護(hù)
MES解決方案在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部管理所有生產(chǎn)資源包括設(shè)備，以及工具、刀具等其它生產(chǎn)輔助資料。一個(gè)通用的數(shù)據(jù)庫(kù)可以跨部門(mén)地計(jì)劃安排和評(píng)估所有生產(chǎn)資源，例如，當(dāng)一個(gè)生產(chǎn)訂單在車(chē)間內(nèi)排產(chǎn)時(shí)，可以清晰地獲知可以使用哪些工具，或者該工具在使用過(guò)程中是否需要維護(hù)。統(tǒng)一管理生產(chǎn)周期和使用時(shí)間的數(shù)據(jù)收集使得對(duì)設(shè)備和工具的預(yù)防性和按需維護(hù)成為可能。因此，設(shè)備和工具的利用率得到提高，停機(jī)或閑置時(shí)間得以減少。
從計(jì)劃到控制
工業(yè)4.0中分散管理的系統(tǒng)需要指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，以及一定程度的計(jì)劃和控制。和車(chē)間的直接聯(lián)結(jié)能夠使計(jì)劃成為精確的生產(chǎn)控制，不可預(yù)見(jiàn)的事件可被立即發(fā)覺(jué)，相關(guān)負(fù)責(zé)的人員可以實(shí)時(shí)做出反應(yīng)。如果一臺(tái)設(shè)備發(fā)生停機(jī)，MES系統(tǒng)中的圖形化排產(chǎn)模塊會(huì)檢查是否有其它設(shè)備可替代使用，是否會(huì)對(duì)本訂單和其它訂單有影響。除了可以根據(jù)設(shè)備和工具的可用性做出計(jì)劃安排外，完全集成的MES解決方案還能夠兼顧其它資源，比如人員、物料庫(kù)存和能源消耗等。如此的透明度使生產(chǎn)制造獲得或提升應(yīng)急反應(yīng)能力。
HYDRA車(chē)間排產(chǎn)提供多維的生產(chǎn)計(jì)劃和控制(源自：MPDV).
愿景：未來(lái)觸手可及
對(duì)MES4.0未來(lái)概念的實(shí)現(xiàn)讓工業(yè)4.0所描繪的未來(lái)前景變得更加清晰可見(jiàn)。橫向集成的MES環(huán)境中增強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及數(shù)據(jù)的正確性越來(lái)越成為生產(chǎn)IT系統(tǒng)的焦點(diǎn)。科技的創(chuàng)新使得過(guò)去似乎不可逾越的障礙逐漸消失，技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，而隨著工廠中的自主調(diào)控系統(tǒng)不斷增多，自由靈活的獲取相關(guān)數(shù)據(jù)就變得比以往任何時(shí)候更為重要。所有這些都顯示，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)不僅適合工業(yè)4.0，而是必然的需求。然而更重要的是，MES應(yīng)該完全符合VDI5600準(zhǔn)則。請(qǐng)不要忘記，不是每一個(gè)系統(tǒng)都有資格叫作MES。
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本文標(biāo)題：工業(yè)4.0必須橫向集成MES –但應(yīng)正確選擇實(shí)施！
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