新MES：工業(yè)4.0的骨干
工業(yè)4.0，第四次工業(yè)革命，是對制造公司的承諾，即以理論上的“一批”來降低成本，提高質(zhì)量，加快加工速度。這是一個市場，智能產(chǎn)品和智能設(shè)備可以自動進(jìn)行交互以動態(tài)地進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化。
對于大多數(shù)接近工業(yè)4.0(或數(shù)字轉(zhuǎn)型)的公司來說，這是一個概念，實現(xiàn)的方式和手段尚不清楚。在測試新技術(shù)，更新策略并為生產(chǎn)和供應(yīng)鏈運(yùn)營創(chuàng)建新方法的同時，公司必須解決的一個關(guān)鍵問題是—一種新的，可支持工業(yè)4.0的現(xiàn)代化制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。
新的MES具有使其能夠支持工業(yè)4.0的特性：
1.它是面向服務(wù)的和模塊化的。它可以處理包括事件和位置在內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，并與增強(qiáng)現(xiàn)實集成;
2.它具備為工廠數(shù)據(jù)提供完整的工廠范圍上下文的功能，因此可用于大數(shù)據(jù)和分析;
3.它可以在任何版本的移動和云上運(yùn)行并支持;
4.它的功能包括在車間“市場”上的自主產(chǎn)品與設(shè)備之間的中介連接。
因此，盡管MES本身是一個擁有數(shù)十年歷史的軟件類別，但它已通過連接性，功能性和集成性的重大升級，被證明是工業(yè)4.0的骨干。
工業(yè)4.0有何不同?
工業(yè)4.0是新技術(shù)、新策略和新生產(chǎn)方法的混合物，這些新技術(shù)、新策略和新生產(chǎn)方法導(dǎo)致了工業(yè)化的逐步轉(zhuǎn)變。隨著制造商面臨新的壓力-提高速度，降低成本，滿足大規(guī)模定制需求;大批量(大眾)產(chǎn)品將減少，而小批量“一體”產(chǎn)品將減少。這會影響轉(zhuǎn)換(更快)，質(zhì)量(接近零缺陷)，價格/利潤(維持壓力)和客戶要求(更加嚴(yán)格和要求更高的競爭壓力)。
當(dāng)前/傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)和自動化方法并非針對此范例而設(shè)計。面對不斷變化的快速變化，他們無法提供這些類型的結(jié)果。面對更大的混合和復(fù)雜性，利潤，周期時間和質(zhì)量都會受到影響。
工業(yè)4.0如何使公司在面對競爭對手的同時克服這些壓力?通過提供更多的數(shù)據(jù)和情報。
數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備交付，從分布廣泛的接觸點(diǎn)以前所未有的頻率收集數(shù)據(jù)，創(chuàng)建有價值，及時和精細(xì)的信息以進(jìn)行監(jiān)督和決策。數(shù)據(jù)包括機(jī)器學(xué)習(xí)，它可以通過使用復(fù)雜的算法來分析歷史數(shù)據(jù)以進(jìn)行連續(xù)流程調(diào)整，從而改善資產(chǎn)管理和收益管理，從而能夠基于預(yù)測分析做出非?？焖俚臎Q策。
智能是產(chǎn)品，設(shè)備和車間的新行為的基礎(chǔ)，這些行為變得可以自我配置和自我優(yōu)化。使用AI，他們可以更高效地完成復(fù)雜的任務(wù)：更少的時間，最少的成本和最高的質(zhì)量。工業(yè)4.0創(chuàng)建了一個動態(tài)的“市場”，該市場可以以最快和最便宜的方式高效地滿足客戶的需求。
新型工業(yè)4.0 MES
并非每個MES都支持Industry 4.0。從下表中可以看出，Industry 4.0愿景指出了五個特定的功能領(lǐng)域：
工業(yè)4.0要求許多當(dāng)前MES不具備的特性，因此制造IT必須仔細(xì)評估。
連接性/傳感/移動性：通過IIoT處理傳感器，位置和設(shè)備數(shù)據(jù)，同時提供其他MES上下文。
云/高級分析：充分利用工廠中的大量數(shù)據(jù)，無論是來自企業(yè)，通過移動設(shè)備，IIoT還是大數(shù)據(jù)。
分散化：通過IIoT連接管理和控制智能產(chǎn)品和工具的狀態(tài)。
垂直集成：確保雙向集成：從MES到控件/自動化層，再到企業(yè)應(yīng)用程序(如ERP)。
橫向整合：確保工廠是供應(yīng)鏈中透明，集成且可預(yù)測的一部分，最終在全球市場中作為“智能工廠”進(jìn)行交互。
總的來說，這些特征構(gòu)成了“新MES”。它專為復(fù)雜性而設(shè)計，可以承受不斷的變化，促進(jìn)協(xié)作并與智能傳感器，設(shè)備，設(shè)備和供應(yīng)鏈集成。
現(xiàn)在讓我們解決以下五個差異因素：
1.連接性和移動性
IIoT對MES的影響遠(yuǎn)不止是連接到互聯(lián)網(wǎng)并在移動設(shè)備上顯示。MES成為動態(tài)市場中心的業(yè)務(wù)流程層。這改變了MES的核心，即引導(dǎo)，監(jiān)視和記錄生產(chǎn)活動，成為確定低成本路線和工廠范圍內(nèi)運(yùn)營優(yōu)化的促進(jìn)者。
該平臺在任何時候都必須能夠監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)并進(jìn)行雙向通信，以使其成為新MES的高級工作流程的一部分。新工作流程的示例可能是：每隔“ x”秒測量一次值，然后將其饋入數(shù)據(jù)庫，在此數(shù)據(jù)庫中添加了更多的上下文數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給大數(shù)據(jù)分析引擎收集每10個數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值，然后作為工程數(shù)據(jù)收集活動的一部分按要求發(fā)送以進(jìn)行物料追蹤每當(dāng)基礎(chǔ)過程違反控制限制時，就增加測量頻率在“ Y”次測量之后，或在特殊情況下，如果指出超出規(guī)格值，則重新啟動并運(yùn)行自校準(zhǔn)程序。
MES的移動性已從簡單的設(shè)備演示擴(kuò)展到了更加敏捷和直觀的更新，更豐富的用戶界面。這些界面必須允許操作員執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)，以根據(jù)需要提供信息，從而提高效率。這些接口還需要提供情報，以支持更高價值的工作和關(guān)鍵的決策。這意味著視覺指示器必須特定于主機(jī)設(shè)備(工作站)，還必須特定于步驟，設(shè)備和要制造的產(chǎn)品的組合。由此產(chǎn)生的商業(yè)利益包括更快，更可靠，更高質(zhì)量地生產(chǎn)產(chǎn)品，并優(yōu)化了勞動利用率。行動中的人們將更快，更深入地了解決策狀態(tài)，同時需要做更少的事情來控制它。
2.云和高級分析
將MES遷移到云的猶豫與決策的響應(yīng)能力有關(guān)。隨著更多的智能來自工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，而不是硬連線的工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，這種說法就消失了。其他網(wǎng)絡(luò)問題(延遲，可靠性，安全性)正在積極解決。
混合云模型(同時使用公共和私有托管)允許最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)保持在本地邊緣。數(shù)據(jù)也可以饋送到機(jī)器學(xué)習(xí)算法所駐留的公共云，由物聯(lián)網(wǎng)傳感器中的簡單軟件執(zhí)行。
云計算的明顯優(yōu)勢之一是能夠臨時使用大量計算能力來處理高級分析的能力。顯然，MES將需要運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(ODS)來運(yùn)行報告，并將其發(fā)送到企業(yè)級的數(shù)據(jù)倉庫。這種ODS概念并不新鮮。區(qū)別在于使用云將選定的視圖從MES或企業(yè)分析中導(dǎo)出到大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
這些大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)集拆分為企業(yè)規(guī)模的大數(shù)據(jù)分析，以便在云中有效執(zhí)行?！靶翸ES”特有的功能是創(chuàng)建基于時間的導(dǎo)出到大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的功能，從而可以完全捕獲生產(chǎn)環(huán)境。沒有這種擴(kuò)展的上下文，生產(chǎn)數(shù)據(jù)將對企業(yè)具有最小的價值。
在生產(chǎn)領(lǐng)域，將分析添加到連接和移動功能可以實現(xiàn)預(yù)測性和預(yù)防性維護(hù)以及質(zhì)量，性能和制造方面的改進(jìn)。例如，當(dāng)分析顯示一次運(yùn)行的輸出時，系統(tǒng)可以自動優(yōu)化后續(xù)運(yùn)行。
云的商業(yè)利益包括平穩(wěn)且持續(xù)的軟件升級，這對于制造軟件(例如MES)至關(guān)重要，而對于許多高科技設(shè)施而言，MES風(fēng)險很大且難以更換。這消除了許多公司中使用的“意大利面代碼”，在這些公司中，使用補(bǔ)丁和臨時修復(fù)程序來支持較舊的MES產(chǎn)品。
云運(yùn)行數(shù)據(jù)分析的更高容量，彈性和成本效益是一項強(qiáng)大的業(yè)務(wù)優(yōu)勢。這允許采取預(yù)測性措施來管理不斷變化的業(yè)務(wù)現(xiàn)實，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行調(diào)整以跟上產(chǎn)品和流程的不斷變化。進(jìn)入預(yù)測性和規(guī)范性分析可以不斷更新MES模型，以提高吞吐量，質(zhì)量，產(chǎn)量和正常運(yùn)行時間。
3.權(quán)力下放以監(jiān)督市場
車間市場是工業(yè)4.0的中心概念，它提供有關(guān)加工路線的自主決策，以在任何給定時刻匹配實際情況。做出這一轉(zhuǎn)變對于實現(xiàn)“一個”的更高混合并保持更長的運(yùn)行速度和成本效益至關(guān)重要。MES可以充當(dāng)經(jīng)紀(jì)人代理，以兩種方式分配或綁定一件設(shè)備來制造產(chǎn)品：調(diào)度和調(diào)度。
在計劃中，MES系統(tǒng)會預(yù)先確定哪些產(chǎn)品與哪種設(shè)備搭配使用，何時才能滿足工廠范圍和基于業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，例如設(shè)備利用率目標(biāo)或客戶要求的交貨時間。使用FIFO之類的規(guī)則，基于本地上下文進(jìn)行調(diào)度以最大程度地減少瓶頸。它通常側(cè)重于有關(guān)設(shè)備，線路或其他資源的狀態(tài)和可用性的MES數(shù)據(jù)。
如果沒有市場調(diào)度，為一次性生產(chǎn)優(yōu)化車間幾乎是不可能的。這不是一件容易的事，解決問題的最佳方法是將規(guī)則作為可在MES或外部系統(tǒng)中運(yùn)行的可調(diào)用“外部”服務(wù)的一部分來執(zhí)行。它不是雙向地從MES推送到生產(chǎn)工作站，而是雙向，動態(tài)的信息流。
該市場是使工業(yè)4.0如此引人注目，為企業(yè)的關(guān)鍵部件之一。確定通過工廠的最佳路徑將有助于提高利用率和吞吐時間。理論上，由于每臺設(shè)備(或工廠)可以根據(jù)其當(dāng)前實時狀態(tài)“競標(biāo)”使用產(chǎn)品，因此產(chǎn)品(使用MES)可以協(xié)商最快，最低成本和最可靠的路線選擇。
系譜對于MES來說并不是新事物，但是在將來操作也將物理分散的情況下，該系譜可以直接寫入IoT設(shè)備，并且可以在制造過程中或制造后的任何時間從產(chǎn)品本身讀取。這可以擴(kuò)展供應(yīng)鏈效率，以包括更好的客戶服務(wù)，例如醫(yī)療設(shè)備，航空電子，汽車或其他電子行業(yè)的現(xiàn)場技術(shù)人員。
4.縱向整合
MES一直是自動化系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用程序之間的中間層。IoT的新之處是無處不在-在車間市場，供應(yīng)鏈和現(xiàn)場產(chǎn)品中-都有許多新的數(shù)據(jù)流可用于獲取和集成。
隨著分散活動的進(jìn)行，MES必須確保在所有相關(guān)系統(tǒng)中更新分析和交易的完整環(huán)境。支持工業(yè)4.0的MES需要有一個動態(tài)工作流系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過調(diào)用任何功能/參與模塊的功能來協(xié)調(diào)流程。
工作流規(guī)則可以存儲在數(shù)據(jù)庫中，隨時準(zhǔn)備為MES服務(wù)提供服務(wù)，因為它們可以協(xié)調(diào)從設(shè)備到企業(yè)和擴(kuò)展供應(yīng)鏈的數(shù)據(jù)。這種整合的商業(yè)利益它以不斷變化的車間市場為中心，確保簡單的“從車間到頂層”業(yè)務(wù)流程運(yùn)行更加順暢。
制定質(zhì)量抽樣計劃;這些計劃定義了通過給定設(shè)備對每個“ X”批次必須發(fā)生的特定測量/過程。如果連續(xù)一組讀數(shù)趨于高或低，它將執(zhí)行SPC測量并進(jìn)行預(yù)測性資產(chǎn)維護(hù)。
關(guān)鍵是MES功能不依賴復(fù)雜的集成，安裝和實施。MES的核心功能可以擴(kuò)展，以適應(yīng)維護(hù)，計劃，質(zhì)量并支持不斷推出的新的和獨(dú)特配置的產(chǎn)品，從而使“工業(yè)4.0”的速度和成本愿景成為現(xiàn)實。
5.橫向整合
工業(yè)4.0的范圍比工廠甚至企業(yè)都大。在這里可以更好地同步公司的端到端供應(yīng)鏈或價值網(wǎng)絡(luò)。由此產(chǎn)生的車間市場可以在供應(yīng)鏈層次上復(fù)制，工廠和生產(chǎn)線也可以競標(biāo)。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，MES必須具有隨時可用的有關(guān)當(dāng)前和即將發(fā)生的狀態(tài)的完整信息。它不僅將信息提供給整個企業(yè)，而且還提供給供應(yīng)商，合同制造商和分銷合作伙伴，以符合“智能供應(yīng)鏈”的工業(yè)4.0愿景。
這要求新的MES具有面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)和模塊化功能。公開以其他系統(tǒng)可以接受的安全格式提供有關(guān)動態(tài)生產(chǎn)狀態(tài)的當(dāng)前信息的服務(wù)對于此智能供應(yīng)鏈至關(guān)重要。
MES還可以在任何給定時間以狀態(tài)提供對設(shè)施中所有對象的完整3D表示的可見性。這本質(zhì)上是動態(tài)生產(chǎn)過程的數(shù)字孿生。
在商業(yè)利益供應(yīng)鏈中信息傳播的速度越快，合作伙伴可以越有效地合作。如今，工廠運(yùn)營信息已過時或受到嚴(yán)格保護(hù)。來自具有IIoT功能的車間市場，公司將能夠訪問和過濾每個貿(mào)易伙伴的信息，并且可以根據(jù)需要以接近實時的方式顯示當(dāng)前狀態(tài)，甚至可以精確到項目的粒度。
當(dāng)現(xiàn)場產(chǎn)品報告問題時，它可以幫助解決上游的生產(chǎn)過程和材料問題。它還可以為可能收到受影響產(chǎn)品的用戶提供更好的客戶服務(wù)。
在此工業(yè)4.0場景中，供應(yīng)鏈分析將達(dá)到新的水平。隨著制造即服務(wù)(MaaS)的出現(xiàn)，工廠在理論上可以對產(chǎn)品的完整生產(chǎn)或特定生產(chǎn)步驟進(jìn)行投標(biāo)。這種專業(yè)化可以提高生產(chǎn)效率，降低成本并改善供應(yīng)鏈。
新型MES促進(jìn)了工業(yè)4.0的發(fā)展
工業(yè)4.0需要新技術(shù)來實現(xiàn)這一愿景。如上所述，“新MES”本身就充滿了新技術(shù)和新概念。對于那些流程復(fù)雜，創(chuàng)新驅(qū)動的行業(yè)而言，這一點(diǎn)尤其重要。
好處是：
個性化產(chǎn)品。也許工業(yè)4.0的第一大推動力是向大規(guī)模定制的轉(zhuǎn)變，或者說“很多”。新的MES是車間和供應(yīng)鏈?zhǔn)袌龅膮f(xié)調(diào)者。
成本低廉。工業(yè)4.0的目標(biāo)是繼續(xù)保持降低生產(chǎn)成本的趨勢，即使批量很多也是如此。精益概念與不斷提高的自動化相結(jié)合，多年來降低了成本。添加包括AR，機(jī)器人，IIoT，移動和云在內(nèi)的Industry 4.0技術(shù)都有助于減少人們進(jìn)行重復(fù)性工作的需求。
快速需求響應(yīng)。生產(chǎn)較小批量的優(yōu)點(diǎn)是能夠以最小的存貨成本快速準(zhǔn)確地響應(yīng)需求。這也是精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)。車間市場支持這種情況，而MES對于市場運(yùn)作和供應(yīng)鏈合作伙伴均至關(guān)重要。
完美的品質(zhì)。MES始終在功能上并通過受規(guī)則和邏輯約束的工作流引擎來支持質(zhì)量。工業(yè)4.0意味著每個個性化或配置的產(chǎn)品可能具有一組不同的規(guī)范和過程。新的MES動態(tài)工作流引擎及其規(guī)則可確保質(zhì)量，即使這些產(chǎn)品有所不同。它還與供應(yīng)鏈合作伙伴進(jìn)行協(xié)調(diào)，以在必要時提供有關(guān)質(zhì)量的相關(guān)信息。
快速新產(chǎn)品介紹。以創(chuàng)新為驅(qū)動力的公司必須成功地在整個生命周期中順利通過生產(chǎn)和分銷來帶來新設(shè)計。新型MES通過將生產(chǎn)環(huán)境交付給智能產(chǎn)品可用的大量數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。在進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計時，R&D從過去和當(dāng)前的產(chǎn)品性能中更加清晰。
更好的決定。 工業(yè)4.0的優(yōu)點(diǎn)是能夠使用高級分析來推動更好的決策。預(yù)測性/規(guī)范性分析是未來，如果沒有MES提供的上下文，它們將受到損害。從傳感器獲得溫度讀數(shù)幾乎沒有什么信息，包括所產(chǎn)生的物質(zhì)，所用的配方以及傳感器的規(guī)格。
總結(jié)
公司正在向工業(yè)4.0遷移，以減輕其如今運(yùn)營所承受的壓力。有效利用包括云，移動，IIoT，大數(shù)據(jù)/分析在內(nèi)的工業(yè)4.0技術(shù)可推動運(yùn)營優(yōu)化并支持新的工業(yè)市場。
“新MES”旨在支持，協(xié)調(diào)并為所有這些新方法和技術(shù)提供上下文和優(yōu)化。它確實是工業(yè)4.0的體現(xiàn)和骨干。
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