MES與生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成

MES與生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成(2007年)MES最大的價值就是數(shù)據(jù)(Data)和信息(Information)的轉換。如果把MES比喻為人，那么生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成就相當于人的血液系統(tǒng)。好的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成是MES得以成功的重要基礎。MES建設中應該充分考慮利用計算機、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與通信設備、各種技術標準和實時歷史數(shù)據(jù)庫軟件的有機組合來實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成。MES生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成有如下特點：海量的數(shù)據(jù)集成。這類數(shù)據(jù)集成無論是采集范圍還是數(shù)據(jù)規(guī)模都是海量的。實時的數(shù)據(jù)集成。這類數(shù)據(jù)集成面向實時計算，實時分析，實時應用。而且數(shù)據(jù)是有時效性的，延時的記錄和存儲將會導致應用的錯誤甚至失敗。復雜的數(shù)據(jù)源。這類數(shù)據(jù)集成往往要考慮到復雜的數(shù)據(jù)源類型，異構的網(wǎng)絡接口等因素。面向多種應用的數(shù)據(jù)集成。集成目標往往要面對ERP，MES甚至控制系統(tǒng)的應用生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成是利用按照標簽點的形式通過定時地收集、存儲生產(chǎn)過程帶有有時標數(shù)據(jù)、離線手工數(shù)據(jù)、或者其他外部應用數(shù)據(jù)(如消息，報警，生產(chǎn)事件)，并針對這些數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫平臺提供實時管理和應用能力。集成過程應該考慮實時分布采集、經(jīng)濟存儲、方便管理、可擴展的協(xié)同應用。生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成可以參照相關國內外技術標準、行業(yè)標準、事實的產(chǎn)品標準。生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成的系統(tǒng)結構設計、系統(tǒng)配置、軟件編制應滿足企業(yè)對生產(chǎn)可靠運行的要求。生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成必須能夠保證生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集過程的實時性、數(shù)據(jù)的完整性。從系統(tǒng)安全而言，生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成要充分考慮保證系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)的安全、采用適當?shù)募用芊雷o措施、數(shù)據(jù)備份措施，提供嚴格的用戶認證、權限管理和審計手段、數(shù)據(jù)的時效性。從開放性和可擴展性考慮，生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成應采用應開放式體系結構和分布式系統(tǒng)設計，以滿足未來MES應用和企業(yè)信息綜合應用的要求?？偟恼f來，生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成包括分布采集、經(jīng)濟存儲、靈活管理、可擴展的協(xié)同應用等四個組成部分：數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)采集(DataAcquisitionandCollection)數(shù)據(jù)歸檔與存儲(DataArchivesandStorage)數(shù)據(jù)組態(tài)與數(shù)據(jù)庫管理(DataConfigurationandAdministration)數(shù)據(jù)應用(DataApplicationIntegration)MES的實時數(shù)據(jù)集成是一個非常重要而且復雜的話題。目前很多MES廠家都推出各自的實時數(shù)據(jù)庫平臺。現(xiàn)有很多優(yōu)秀的分布式生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成平臺，可支持現(xiàn)場百萬點級現(xiàn)場的采集規(guī)模。這些平臺通過其標準的0PC采集可以連接各種主流DCS系統(tǒng)和PLC，其采集速率可以達到毫秒級。他們還可以直接支持文件數(shù)據(jù)導入，XML文件，用戶自定義SDK開發(fā)工具等，并內置SCADA采集器，同時支持的功能還包括原始數(shù)據(jù)的各種計算，存儲，分布式數(shù)據(jù)庫服務器間數(shù)據(jù)采集同步等強大功能。以光纖骨干網(wǎng)絡為基礎，采用控制系統(tǒng)層和管理系統(tǒng)層分開的雙層網(wǎng)絡結構，控制系統(tǒng)層連接各班組各生產(chǎn)線的控制網(wǎng)絡，管理系統(tǒng)層則連接企業(yè)骨干網(wǎng)。生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)層通訊傳送到實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)需要保存為歷史數(shù)據(jù)。實時歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫則通過管理系統(tǒng)層通訊向骨干網(wǎng)發(fā)布信息。異地用戶通過掛在骨干網(wǎng)上的客戶機實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程維護MES生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集對象包括：帶有時標(Time-Stamp)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)帶有時標的報警、消息、生產(chǎn)事件信息手工實驗數(shù)據(jù)（如果各種理化檢測指標）計量數(shù)據(jù)（如稱重數(shù)據(jù)）批次信息（如批次號碼，批次執(zhí)行狀態(tài)等）連續(xù)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)實應用中有很多種對過程數(shù)據(jù)的稱呼方式：數(shù)據(jù)標簽tag，工位號，I/O點，變量，數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)點。他們的差別在于：I/O點-來自于過程控制系統(tǒng)的，在現(xiàn)場有對應輸入輸出地址的實際I/O標簽點：在組態(tài)軟件中或者實時數(shù)據(jù)庫中用來標記數(shù)據(jù)對象的表示。其數(shù)目可能包括現(xiàn)場的I/O數(shù)目加上內存變量。MES的數(shù)據(jù)完整性要求采集的數(shù)據(jù)屬性包括如下方面：數(shù)據(jù)標簽名稱：標簽的名字屬性。一般直接繼承過程控制系統(tǒng)的名稱定義?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)多的話可能會有標簽點重名。在標簽點重名的情況下，在數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集時候最好的命名方式是根據(jù)控制系統(tǒng)的位置或者被控對象的特征在原重名的標簽點名稱加前綴或者后綴。數(shù)據(jù)標簽描述：針對該數(shù)據(jù)標簽的用戶自定義描述或者系統(tǒng)描述。工程單元：該數(shù)據(jù)標簽點的工程單元描述。注釋：該數(shù)據(jù)標簽點的用戶定義注釋。數(shù)據(jù)類型：所采集數(shù)據(jù)的類型（如二進制數(shù)、單精度浮點數(shù)、雙精度浮點數(shù)、單整形數(shù)、雙整形數(shù)、定長字符串、不定長字符串、BLOB二進制對象、時間、未定義數(shù)據(jù)類型等）。數(shù)據(jù)地址：該標簽點的數(shù)據(jù)來源地址（如OPC地址、組態(tài)軟件的地址）。采集周期：兩次讀取標簽的間隔。MES要求針對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)，產(chǎn)量計數(shù)，工藝參數(shù)等來自控制系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)以及開發(fā)接口實現(xiàn)對手工輸入數(shù)據(jù)、手持設備或者其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。在這個過程中控制系統(tǒng)接口是非常重要的一部分。有時現(xiàn)場具備控制系統(tǒng)的接口條件，有些時候要通過控制網(wǎng)絡轉換與擴展，硬件擴展、升級上位監(jiān)控計算機甚至新建立接口站等方式完成控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集；軟件上應支持通過OPC服務器或者XML方式采集控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。離散數(shù)據(jù)采集典型離散型工業(yè)擁有大量的機床和數(shù)控設備，隨著工廠數(shù)控設備的大量增加及日益緊迫的生產(chǎn)壓力，客戶面臨著以下問題現(xiàn)場中的數(shù)控設備種類很多，協(xié)議與接口類型種類差別很大。通訊接口之間兼容性很差，維護管理不方便。有些數(shù)控設備沒有網(wǎng)絡接口，只提供軟驅或者串行口，頻繁的熱插拔經(jīng)常燒壞機床和電腦接口。生產(chǎn)管理部門不能及時、準確地得到工件生產(chǎn)數(shù)量。不能自動獲得機床開工狀況和主軸運轉情況，不能準確分析機床利用率低等瓶頸問題。無法準確、科學地制定生產(chǎn)計劃，無法實現(xiàn)生產(chǎn)管理協(xié)同。以上問題導致車間管理混亂，數(shù)控機床利用率低。零件廢品增多，產(chǎn)品加工成本居咼不下。目前通用的方法是利用DNC方法來集成現(xiàn)場離散的機臺設備。DNC分布式數(shù)字控制(DistributedNumberControl)，是以計算機技術、通訊技術、數(shù)控技術等為基礎，把數(shù)控機床與上層計算機集成起來，從而實現(xiàn)數(shù)控機床的集中控制管理，以及數(shù)控機床與上層計算機間的信息交換。它是現(xiàn)代化機械加工車間實現(xiàn)車間自動化的重要模式，是奠定MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的組成部分。幾種典型的離散數(shù)據(jù)集成的方法DNC網(wǎng)卡方式：可采集到機床各類實時信息，操作信息、設備運行狀態(tài)、故障報告、數(shù)控設備的開機時間、主軸運轉時間、設備運行參數(shù)（XYZ坐標等）、機床使用效率、零件加工工時等所需要的各類機床信息。宏指令的方式：可實當前程序名（零件名稱）、加工開始時間、加工結束時間、主軸轉速、進給速度、當前刀具號等機床實時信息。PLC通信方式：利用PLC通過RS232/485與機床通信，可以用從PLC直接讀取機床加工日志文件的形式，采集各種所需的機床數(shù)據(jù)，可以獲得機床工作記錄，包括程序名稱、加工時間、進給、轉速、刀具信息等各種需要的機床參數(shù)。然后再通過PLC的以太網(wǎng)絡接口轉換信息給數(shù)據(jù)庫。這里PLC相當于一個網(wǎng)關，或者實現(xiàn)協(xié)議轉換的工作。PLC采集方式：利用PLC直接采集機床的I/O點，然后將信息傳遞給數(shù)據(jù)庫。這種方法信息集成的內容非常有限。手工方式：操作員或編程員在控制面板上，輸入特定的觸發(fā)程序，經(jīng)DNC服務器的自動翻譯，就可得到機床端的任意信息，從而實現(xiàn)機床的監(jiān)控。觸發(fā)程序可根據(jù)用戶的需要，不受數(shù)量限制地進行自定義。手持終端方式：利用專用的手持終端，根據(jù)機床運行以及生產(chǎn)的狀態(tài)利用該終端輸入信息，并通過以太網(wǎng)絡傳遞給數(shù)據(jù)庫，該種方式可以用在沒有數(shù)控系統(tǒng)的老舊的設備上。條碼掃描方式：將常用的信息（操作員，產(chǎn)品種類，加工數(shù)量，設備起停等）打印在信息卡上，現(xiàn)場的操作工需要輸入信息時候，利用條碼掃描器直接讀取就可了。這種方式減少了操作工人信息輸入的工作量。但是信息內容有限制。MES中需要集成有機床的信息的內容包括：機床運行，停工，裝夾、拆卸等生產(chǎn)零件數(shù)量、加工時間，種類生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲MES生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)存儲利用實時歷史數(shù)據(jù)庫或者關系型數(shù)據(jù)庫對過程數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)歸檔。包括數(shù)據(jù)文創(chuàng)建、復制、刪除、備份的功能。在MES生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)存儲部署過程中需要考慮面向過程數(shù)據(jù)經(jīng)濟存儲或者優(yōu)化存儲的手段，數(shù)據(jù)壓縮方法以及用戶可對壓縮能力選擇的途徑。面向更為復雜的應用還要考慮到計算引擎或者計算接口，實現(xiàn)二次計算-存儲能力。計算引擎以及接口支持統(tǒng)計至少能夠滿足最大值、最小值、平均值、累計值以及通用統(tǒng)計分析的計算功能。從存儲的角度而言既可直接存儲過程數(shù)據(jù)又可存儲過程數(shù)據(jù)中間計算結果。MES生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)存儲過程數(shù)據(jù)應該可以包含如下內容：標簽點名稱、標簽點時間標簽、標簽點描述、數(shù)據(jù)源地址、數(shù)據(jù)點工程單元、數(shù)據(jù)類型、掃描周期、量程范圍、數(shù)據(jù)時間標志、數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)狀態(tài)（含數(shù)據(jù)質量或者其它數(shù)據(jù)點狀態(tài)信息）等。除了以上所述，MES生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)存儲還要考慮系統(tǒng)擴容和已有歷史數(shù)據(jù)的移植。生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理員對整個實時歷史數(shù)據(jù)管理和組態(tài)包括如下幾個方面的內容:用戶權限管理：實時歷史數(shù)據(jù)庫平臺支持基于角色的用戶權限管理，可以對每個用戶指定具體的操作權限，確保其只能進行權限范圍內的操作。數(shù)據(jù)組態(tài)：單獨或者批量組態(tài)數(shù)據(jù)點：創(chuàng)建、更新、刪除、查詢數(shù)據(jù)點以及相關屬性。離線和在線兩種方式進行數(shù)據(jù)庫組態(tài)和配置，所謂在線方式是指系統(tǒng)運行過程中修改數(shù)據(jù)庫配置避免數(shù)據(jù)庫停機時間（Downtime）和重裝（Reload）的修改。運行管理：設置系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)運行監(jiān)視。（系統(tǒng)參數(shù)如：采集規(guī)模、歸檔文件、壓縮策略、采集接口、負載、并發(fā)用戶、系統(tǒng)報警和系統(tǒng)消息等）。備份與恢復：通過手工方式或者自動方式備份數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配置信息和歷史歸檔數(shù)據(jù)，并可從備份文件恢復數(shù)據(jù)。審計功能：記錄和追蹤數(shù)據(jù)庫配置信息與數(shù)據(jù)修改。日志功能：記錄數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行中的操作信息、警告信息、錯誤信息等。遠程維護：支持Web方式遠程維護。在某些強制性規(guī)范約束的行業(yè)，MES的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理還需要進一步滿足行業(yè)規(guī)范的要求。例如在醫(yī)藥行業(yè)的GMP/FDA21CFRPart11,要求生產(chǎn)數(shù)據(jù)的配置的變更、采集手段的變化、實時數(shù)據(jù)的手工等調整都要經(jīng)過嚴格的許可，并且這種變化是被完整記錄并且可以追蹤的到的MES的數(shù)據(jù)應用大致包含以下幾個方面：管理數(shù)據(jù)回取或訪問時的權限管理，如根據(jù)權限運行服務器、配置標簽點、讀寫數(shù)據(jù)。提供數(shù)據(jù)回取時的統(tǒng)計計算能力：計算最大最小值、計算指定時間范圍均值、計算累計、計算記錄個數(shù)或者次數(shù)、最大最小值發(fā)生時間等。提供采樣數(shù)據(jù)回取能力：指定間隔時間的采樣數(shù)據(jù)回取、指定采樣數(shù)目的數(shù)據(jù)回取。為MES的擴展應用提供二次開發(fā)工具，以API或者SDK的方式提供函數(shù)調用接口，支持的函數(shù)應包括：面向服務器管理和狀態(tài)信息的查詢、面向數(shù)據(jù)點管理和狀態(tài)信息的查詢、面向接口站和數(shù)據(jù)采集的管理和狀態(tài)信息的查詢、面向數(shù)據(jù)的查詢、更改、統(tǒng)計計算。提供ODBC或OLEDB接口，支持SQLSELECT子集，以SQL語句實現(xiàn)面向服務器信息的查詢、面向數(shù)據(jù)點屬性的查詢、面向接口站和數(shù)據(jù)采集信息的查詢、面向數(shù)據(jù)信息的查詢(計算方式或者采樣方式)。提供具備圖形化的應用開發(fā)界面，實現(xiàn)生產(chǎn)流程圖動態(tài)再現(xiàn)、關鍵性能指標參數(shù)(KPI:KeyPerformaneeIndex)動態(tài)計算、趨勢顯示與分析工具。支持Web訪問解決方案：生產(chǎn)流程圖動態(tài)再現(xiàn)、KPI動態(tài)再現(xiàn)、趨勢顯示與分析工具。提供以報表開發(fā)手段：專門報表開發(fā)工具、Excel加載宏或者其它形式的報表功能。數(shù)據(jù)采集負載平衡MES建設過程中需要集成和管理大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為了平衡控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊負載，需要考慮在數(shù)據(jù)采集端支持針對過程數(shù)據(jù)特性針對每個標簽點采集頻率、采集相位進行獨立或者批量定義。在數(shù)據(jù)采集端可以支持多種數(shù)據(jù)類型的采集包括數(shù)字量、模擬量、字符串或者自定義等等。數(shù)據(jù)采集緩存考慮到網(wǎng)絡中斷或者數(shù)據(jù)存儲部分因為某些原因無法及時響應數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)發(fā)送請求，數(shù)據(jù)采集端要求支持數(shù)據(jù)緩存功能，能夠在將過程數(shù)據(jù)暫存于本地，網(wǎng)絡恢復正常或者數(shù)據(jù)存儲端響應后將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)緩存區(qū)的大小可按需配置。支持同類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復制功能。MES數(shù)據(jù)平臺的設計與實施在MES系統(tǒng)需求分析過程中，在切實了解目標客戶的生產(chǎn)系統(tǒng)情況、信息化應用情況，針對數(shù)據(jù)集成部分應該做如下考慮?？紤]到數(shù)據(jù)集成成本和時間代價，評估現(xiàn)有控制系統(tǒng)是否符合開放性標準（如提供OPCServer或者ODBC等工具），如果不支持這些開放性標準，則與控制系統(tǒng)提供商協(xié)商給出合適的系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口