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            新MES:工業4.0的骨干

            工業4.0,第四次工業革命,是對制造公司的承諾,即以理論上的“一批”來降低成本,提高質量,加快加工速度。這是一個市場,智能產品和智能設備可以自動進行交互以動態地進行動態優化。

            對于大多數接近工業4.0(或數字轉型)的公司來說,這是一個概念,實現的方式和手段尚不清楚。在測試新技術,更新策略并為生產和供應鏈運營創建新方法的同時,公司必須解決的一個關鍵問題是—一種新的,可支持工業4.0的現代化制造執行系統(MES)。

            新的MES具有使其能夠支持工業4.0的特性:

            1.它是面向服務的和模塊化的。它可以處理包括事件和位置在內的物聯網數據,并與增強現實集成;

            2.它具備為工廠數據提供完整的工廠范圍上下文的功能,因此可用于大數據和分析;

            3.它可以在任何版本的移動和云上運行并支持;

            4.它的功能包括在車間“市場”上的自主產品與設備之間的中介連接。

            因此,盡管MES本身是一個擁有數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4.0的骨干。

            工業4.0有何不同?

            工業4.0是新技術、新策略和新生產方法的混合物,這些新技術、新策略和新生產方法導致了工業化的逐步轉變。隨著制造商面臨新的壓力-提高速度,降低成本,滿足大規模定制需求;大批量(大眾)產品將減少,而小批量“一體”產品將減少。這會影響轉換(更快),質量(接近零缺陷),價格/利潤(維持壓力)和客戶要求(更加嚴格和要求更高的競爭壓力)。

            當前/傳統的制造系統和自動化方法并非針對此范例而設計。面對不斷變化的快速變化,他們無法提供這些類型的結果。面對更大的混合和復雜性,利潤,周期時間和質量都會受到影響。

            工業4.0如何使公司在面對競爭對手的同時克服這些壓力?通過提供更多的數據和情報。

            數據通過物聯網設備交付,從分布廣泛的接觸點以前所未有的頻率收集數據,創建有價值,及時和精細的信息以進行監督和決策。數據包括機器學習,它可以通過使用復雜的算法來分析歷史數據以進行連續流程調整,從而改善資產管理和收益管理,從而能夠基于預測分析做出非??焖俚臎Q策。

            智能是產品,設備和車間的新行為的基礎,這些行為變得可以自我配置和自我優化。使用AI,他們可以更高效地完成復雜的任務:更少的時間,最少的成本和最高的質量。工業4.0創建了一個動態的“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域:

            MES

            工業4.0要求許多當前MES不具備的特性,因此制造IT必須仔細評估。

            連接性/傳感/移動性:通過IIoT處理傳感器,位置和設備數據,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據,無論是來自企業,通過移動設備,IIoT還是大數據。

            分散化:通過IIoT連接管理和控制智能產品和工具的狀態。

            垂直集成:確保雙向集成:從MES到控件/自動化層,再到企業應用程序(如ERP)。

            橫向整合:確保工廠是供應鏈中透明,集成且可預測的一部分,最終在全球市場中作為“智能工廠”進行交互。

            總的來說,這些特征構成了“新MES”。它專為復雜性而設計,可以承受不斷的變化,促進協作并與智能傳感器,設備,設備和供應鏈集成。

            現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的影響遠不止是連接到互聯網并在移動設備上顯示。MES成為動態市場中心的業務流程層。這改變了MES的核心,即引導,監視和記錄生產活動,成為確定低成本路線和工廠范圍內運營優化的促進者。

            該平臺在任何時候都必須能夠監視設備的狀態并進行雙向通信,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,然后將其饋入數據庫,在此數據庫中添加了更多的上下文數據,然后發送給大數據分析引擎收集每10個數據點的平均值,然后作為工程數據收集活動的一部分按要求發送以進行物料追蹤每當基礎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,如果指出超出規格值,則重新啟動并運行自校準程序。

            MES的移動性已從簡單的設備演示擴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行重復性任務,以根據需要提供信息,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鍵的決策。這意味著視覺指示器必須特定于主機設備(工作站),還必須特定于步驟,設備和要制造的產品的組合。由此產生的商業利益包括更快,更可靠,更高質量地生產產品,并優化了勞動利用率。行動中的人們將更快,更深入地了解決策狀態,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能力有關。隨著更多的智能來自工業物聯網,而不是硬連線的工廠自動化網絡,這種說法就消失了。其他網絡問題(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)允許最關鍵的數據保持在本地邊緣。數據也可以饋送到機器學習算法所駐留的公共云,由物聯網傳感器中的簡單軟件執行。

            云計算的明顯優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將需要運行數據存儲(ODS)來運行報告,并將其發送到企業級的數據倉庫。這種ODS概念并不新鮮。區別在于使用云將選定的視圖從MES或企業分析中導出到大數據結構中。

            這些大數據結構將數據集拆分為企業規模的大數據分析,以便在云中有效執行?!靶翸ES”特有的功能是創建基于時間的導出到大數據結構的功能,從而可以完全捕獲生產環境。沒有這種擴展的上下文,生產數據將對企業具有最小的價值。

            在生產領域,將分析添加到連接和移動功能可以實現預測性和預防性維護以及質量,性能和制造方面的改進。例如,當分析顯示一次運行的輸出時,系統可以自動優化后續運行。

            云的商業利益包括平穩且持續的軟件升級,這對于制造軟件(例如MES)至關重要,而對于許多高科技設施而言,MES風險很大且難以更換。這消除了許多公司中使用的“意大利面代碼”,在這些公司中,使用補丁和臨時修復程序來支持較舊的MES產品。

            云運行數據分析的更高容量,彈性和成本效益是一項強大的業務優勢。這允許采取預測性措施來管理不斷變化的業務現實,并使用機器學習進行調整以跟上產品和流程的不斷變化。進入預測性和規范性分析可以不斷更新MES模型,以提高吞吐量,質量,產量和正常運行時間。

            3.權力下放以監督市場

            車間市場是工業4.0的中心概念,它提供有關加工路線的自主決策,以在任何給定時刻匹配實際情況。做出這一轉變對于實現“一個”的更高混合并保持更長的運行速度和成本效益至關重要。MES可以充當經紀人代理,以兩種方式分配或綁定一件設備來制造產品:調度和調度。

            在計劃中,MES系統會預先確定哪些產品與哪種設備搭配使用,何時才能滿足工廠范圍和基于業務的標準,例如設備利用率目標或客戶要求的交貨時間。使用FIFO之類的規則,基于本地上下文進行調度以最大程度地減少瓶頸。它通常側重于有關設備,線路或其他資源的狀態和可用性的MES數據。

            如果沒有市場調度,為一次性生產優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則作為可在MES或外部系統中運行的可調用“外部”服務的一部分來執行。它不是雙向地從MES推送到生產工作站,而是雙向,動態的信息流。

            該市場是使工業4.0如此引人注目,為企業的關鍵部件之一。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,由于每臺設備(或工廠)可以根據其當前實時狀態“競標”使用產品,因此產品(使用MES)可以協商最快,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設備,并且可以在制造過程中或制造后的任何時間從產品本身讀取。這可以擴展供應鏈效率,以包括更好的客戶服務,例如醫療設備,航空電子,汽車或其他電子行業的現場技術人員。

            4.縱向整合

            MES一直是自動化系統和業務應用程序之間的中間層。IoT的新之處是無處不在-在車間市場,供應鏈和現場產品中-都有許多新的數據流可用于獲取和集成。

            隨著分散活動的進行,MES必須確保在所有相關系統中更新分析和交易的完整環境。支持工業4.0的MES需要有一個動態工作流系統,該系統能夠通過調用任何功能/參與模塊的功能來協調流程。

            工作流規則可以存儲在數據庫中,隨時準備為MES服務提供服務,因為它們可以協調從設備到企業和擴展供應鏈的數據。這種整合的商業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”業務流程運行更加順暢。

            制定質量抽樣計劃;這些計劃定義了通過給定設備對每個“ X”批次必須發生的特定測量/過程。如果連續一組讀數趨于高或低,它將執行SPC測量并進行預測性資產維護。

            關鍵是MES功能不依賴復雜的集成,安裝和實施。MES的核心功能可以擴展,以適應維護,計劃,質量并支持不斷推出的新的和獨特配置的產品,從而使“工業4.0”的速度和成本愿景成為現實。

            5.橫向整合

            工業4.0的范圍比工廠甚至企業都大。在這里可以更好地同步公司的端到端供應鏈或價值網絡。由此產生的車間市場可以在供應鏈層次上復制,工廠和生產線也可以競標。

            為了實現這一目標,MES必須具有隨時可用的有關當前和即將發生的狀態的完整信息。它不僅將信息提供給整個企業,而且還提供給供應商,合同制造商和分銷合作伙伴,以符合“智能供應鏈”的工業4.0愿景。

            這要求新的MES具有面向服務的體系結構(SOA)和模塊化功能。公開以其他系統可以接受的安全格式提供有關動態生產狀態的當前信息的服務對于此智能供應鏈至關重要。

            MES還可以在任何給定時間以狀態提供對設施中所有對象的完整3D表示的可見性。這本質上是動態生產過程的數字孿生。

            在商業利益供應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,工廠運營信息已過時或受到嚴格保護。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易伙伴的信息,并且可以根據需要以接近實時的方式顯示當前狀態,甚至可以精確到項目的粒度。

            當現場產品報告問題時,它可以幫助解決上游的生產過程和材料問題。它還可以為可能收到受影響產品的用戶提供更好的客戶服務。

            在此工業4.0場景中,供應鏈分析將達到新的水平。隨著制造即服務(MaaS)的出現,工廠在理論上可以對產品的完整生產或特定生產步驟進行投標。這種專業化可以提高生產效率,降低成本并改善供應鏈。

            新型MES促進了工業4.0的發展

            工業4.0需要新技術來實現這一愿景。如上所述,“新MES”本身就充滿了新技術和新概念。對于那些流程復雜,創新驅動的行業而言,這一點尤其重要。

            好處是:

            個性化產品。也許工業4.0的第一大推動力是向大規模定制的轉變,或者說“很多”。新的MES是車間和供應鏈市場的協調者。

            成本低廉。工業4.0的目標是繼續保持降低生產成本的趨勢,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合,多年來降低了成本。添加包括AR,機器人,IIoT,移動和云在內的Industry 4.0技術都有助于減少人們進行重復性工作的需求。

            快速需求響應。生產較小批量的優點是能夠以最小的存貨成本快速準確地響應需求。這也是精益生產的基礎。車間市場支持這種情況,而MES對于市場運作和供應鏈合作伙伴均至關重要。

            完美的品質。MES始終在功能上并通過受規則和邏輯約束的工作流引擎來支持質量。工業4.0意味著每個個性化或配置的產品可能具有一組不同的規范和過程。新的MES動態工作流引擎及其規則可確保質量,即使這些產品有所不同。它還與供應鏈合作伙伴進行協調,以在必要時提供有關質量的相關信息。

            快速新產品介紹。以創新為驅動力的公司必須成功地在整個生命周期中順利通過生產和分銷來帶來新設計。新型MES通過將生產環境交付給智能產品可用的大量數據來實現。在進行新產品設計時,R&D從過去和當前的產品性能中更加清晰。

            更好的決定。 工業4.0的優點是能夠使用高級分析來推動更好的決策。預測性/規范性分析是未來,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幾乎沒有什么信息,包括所產生的物質,所用的配方以及傳感器的規格。

            總結

            公司正在向工業4.0遷移,以減輕其如今運營所承受的壓力。有效利用包括云,移動,IIoT,大數據/分析在內的工業4.0技術可推動運營優化并支持新的工業市場。

            “新MES”旨在支持,協調并為所有這些新方法和技術提供上下文和優化。它確實是工業4.0的體現和骨干。

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