基于P-MES2.0系統(tǒng)的智能車間實施方案

邵振榮，曹鎮(zhèn)游，朱 霖

(揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州225002)

基于P-MES2.0系統(tǒng)的智能車間實施方案

邵振榮，曹鎮(zhèn)游，朱 霖

(揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州225002)

隨著國內(nèi)工業(yè)自動化的高速發(fā)展，打造可視化車間，實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)和設(shè)備狀態(tài)，使管理者遠(yuǎn)程了解和控制物料、設(shè)備、人員等工廠資源，已被眾多大型企業(yè)提上公司管理議程。此外，MES系統(tǒng)還可與ERP/DCS系統(tǒng)全面集成，為企業(yè)搭建一個生產(chǎn)制造平臺，實現(xiàn)對生產(chǎn)全過程的管理。

MES；智能車間；P-MES；數(shù)據(jù)；控制

該方案是在工業(yè)4.0以及中國制造2025等環(huán)境背景下，以SAP-MII軟件為平臺，企業(yè)級私有云為依托，結(jié)合設(shè)備管理、生產(chǎn)管理以及生產(chǎn)業(yè)務(wù)看板、管理駕駛艙等管理需求進(jìn)行快速部署的智能制造解決方案。

本方案包含以下3點內(nèi)容：實施過程及范圍、系統(tǒng)架構(gòu)及部署、其他內(nèi)容及總結(jié)。

1 實施過程及范圍

本方案為揚(yáng)力集團(tuán)P-MES2.0標(biāo)準(zhǔn)實施方案，將實施過程分為4個階段從而達(dá)到模塊化部署、快速見效，同時滿足客戶某些定制需求的實施方案。以下闡述方案實施過程。

1.1 車間設(shè)備部署

1.1.1 車間硬件改造

該單元分為網(wǎng)絡(luò)改造及設(shè)備改造。

網(wǎng)絡(luò)改造主要包含：

(1)骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)?？蛻粜枰獑为毶暾堃粭l20M以上光纖寬帶，需要上下行速率對稱并有固定IP地址。骨干通信網(wǎng)絡(luò)由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通過光纖接入組成工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不存在傳輸距離、傳輸速率、溫度變化、電氣干擾、線路老化、信號衰減等影響因素。每個車間配置一臺環(huán)網(wǎng)骨干交換機(jī)用于光纖接入。

(2)車間網(wǎng)絡(luò)建設(shè)?？蛻糗囬g由若干個普通型非網(wǎng)管工業(yè)交換機(jī)相連，通過星型、鏈型或環(huán)形拓?fù)涞姆绞浇尤氕h(huán)網(wǎng)骨干交換機(jī)。

(3)數(shù)據(jù)安全建設(shè)?？蛻粜杞y(tǒng)一安裝一臺相同品牌的VPN一體化網(wǎng)關(guān)，由VPN網(wǎng)關(guān)通過Internet VPN與揚(yáng)力總部MII服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采用IPsec協(xié)議進(jìn)行通道加密，以達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

(4)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器建設(shè)。由于客戶現(xiàn)場數(shù)據(jù)采用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，可能會存在不穩(wěn)定因素，所以數(shù)據(jù)采集和存儲都在客戶當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，并把數(shù)據(jù)實時發(fā)送到揚(yáng)力總部MII服務(wù)器，建議每個客戶的廠區(qū)部署一臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，自帶歷史數(shù)據(jù)存儲功能，可同時進(jìn)行實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的查詢。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器最低配置要求Xeon至強(qiáng)處理器，8G內(nèi)存，500G硬盤，2個千兆網(wǎng)口，運(yùn)行景同數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

(5)車間報工及看板展示建設(shè)?？蛻裘織l產(chǎn)線配一臺落地式工業(yè)平板電腦以及智能電視(或者通過55寸x4液晶拼接屏顯示，自帶Android系統(tǒng)和以太網(wǎng)口)接入最近的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。其中，電腦用于生產(chǎn)現(xiàn)場上班簽到、任務(wù)接收、任務(wù)報工、設(shè)備停機(jī)原因維護(hù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用操作，智能電視用于產(chǎn)線看板展示。同時，條碼槍可連接到平板電腦上。由于大型設(shè)備不易搬運(yùn)，所以條碼槍應(yīng)具備無線掃碼并自帶存貯功能。

(6)其他硬件設(shè)施建設(shè)。車間視頻監(jiān)控設(shè)備建設(shè)，主要用于生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控。監(jiān)控設(shè)備為IP高清攝像頭，采用H.265壓縮技術(shù)，1080P占用帶寬為2Mbits/s，直接接到工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)(同時為實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號以及視頻信號分流還需配置單獨的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬盤錄像機(jī)及數(shù)據(jù)服務(wù)器)。

設(shè)備改造主要包含：客戶車間生產(chǎn)設(shè)備PLC和智能數(shù)據(jù)設(shè)備通過景同數(shù)據(jù)采集終端JT602就地采集，經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)傳輸至景同數(shù)據(jù)采集服務(wù)器MES202，對數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理之后傳送至MII服務(wù)器，由MES系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；各類RS485端口的單一型數(shù)據(jù)設(shè)備如溫濕度計、稱重計等通過景同JT602設(shè)備就地采集，然后通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)骄巴瑪?shù)據(jù)采集服務(wù)器MES202上。

1.1.2 設(shè)備管理模塊

該模塊是為了滿足第一階段的主要實施設(shè)備管理的基礎(chǔ)模塊。

(1)設(shè)備臺賬管理。針對客戶生產(chǎn)設(shè)備的臺賬管理，包含設(shè)備名稱、廠商、購置日期、規(guī)格參數(shù)等信息管理。

(2)設(shè)備維修管理。維修管理記錄具體的維修故障代碼、故障描述、解決方案、更換零部件，維修人員，維修工時等。

(3)設(shè)備檢修計劃、停機(jī)管理。提供檢修計劃作為對需在停機(jī)時完成的維修任務(wù)進(jìn)行計劃安排。相關(guān)管理人員通過對當(dāng)前任務(wù)項目的判斷，確定檢修計劃明細(xì)項目。

1.1.3 車間看板

該單元包含生產(chǎn)管理看板及設(shè)備看板，PMES2.0系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的看板樣式，同時可根據(jù)客戶實際的使用需求再次進(jìn)行定制開發(fā)。

1.2 生產(chǎn)管理實施

1.2.1 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理內(nèi)容主要包括用戶管理、角色管理、組管理、權(quán)限管理和菜單管理。其中用戶管理主要對用戶添加、刪除、修改進(jìn)行管理，以及對用戶的停用、啟用進(jìn)行管理；角色管理主要對角色添加、刪除、修改進(jìn)行管理；組管理主要對用戶進(jìn)行劃分組別；權(quán)限管理主要對用戶按角色進(jìn)行權(quán)限劃分；菜單管理主要對系統(tǒng)的菜單進(jìn)行添加、刪除、修改管理。

1.2.2 資源分配和狀態(tài)管理

該模塊管理機(jī)器設(shè)備、工具、人員、物料、其他設(shè)備以及其他生產(chǎn)實體(例如進(jìn)行加工必須準(zhǔn)備的工藝文件、加工程序等文檔資料)，用以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。它還要提供資源使用情況的歷史記錄，確保設(shè)備能夠正確安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)，同時提供資源的實時狀態(tài)信息。對這些資源的管理，還包括為滿足生產(chǎn)計劃的要求對其所作的預(yù)定和調(diào)度。

1.2.3 生產(chǎn)單元工序級調(diào)度

接收EXCEL導(dǎo)入或其他信息系統(tǒng)集成的工序級工單，在編制生產(chǎn)作業(yè)計劃中，該模塊提供與指定生產(chǎn)單元相關(guān)的優(yōu)先級屬性、特征的作業(yè)排序功能。其目標(biāo)是通過良好的作業(yè)順序最大限度減少生產(chǎn)過程中的準(zhǔn)備時間。這種調(diào)度，是基于有限能力的調(diào)度并通過考慮生產(chǎn)中的交錯、重疊和并行操作來準(zhǔn)確計算出設(shè)備上下料和調(diào)整時間。

1.2.4 生產(chǎn)任務(wù)接收、報工及工時核算

車間生產(chǎn)人員通過刷IC卡讀取并接收所在生產(chǎn)線/設(shè)備/班組的工序級生產(chǎn)任務(wù)，在任務(wù)完成后進(jìn)行數(shù)量/時間報工，最終由管理人員審核任務(wù)的完成情況并對其本次工作任務(wù)的工資進(jìn)行核算。

1.2.5 質(zhì)量追溯

根據(jù)工程目標(biāo)來實時記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品和加工過程的質(zhì)量，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量控制和確定生產(chǎn)中需要注意的問題。質(zhì)量追溯是為了發(fā)現(xiàn)在制造環(huán)節(jié)產(chǎn)生的質(zhì)量問題及根源，實時糾正制造系統(tǒng)中的故障?？砂磁?、設(shè)備、工序、日期、訂單號、加工人員或檢驗人員等條件進(jìn)行查詢。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)合該產(chǎn)品質(zhì)量BOM，可以追溯到產(chǎn)品原材料信息、設(shè)備信息、工裝信息、操作人、檢驗人、檢驗設(shè)備、加工數(shù)據(jù)和不合格品處置單號等信息。通過對這些數(shù)據(jù)的可視化處理，以直觀交互的界面呈現(xiàn)追溯報告。

1.2.6 文檔控制

此模塊控制、管理并傳遞與生產(chǎn)單元有關(guān)的信息文檔，包括工作指令、配方、工程圖紙、標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程、工藝參數(shù)、批量加工記錄、工程更改通知以及各種轉(zhuǎn)換操作間的通訊記錄，并提供信息編輯功能。文檔控制模塊將各種指令下達(dá)給操作層，包括向操作者提供操作數(shù)據(jù)或向設(shè)備控制層提供生產(chǎn)配方。此外，它還包括對其他重要數(shù)據(jù)的控制與完整性維護(hù)。當(dāng)然，還有存儲歷史數(shù)據(jù)功能。

1.3 管理駕駛艙實施

1.3.1 透明化車間

通過LAMP指示面板顯示當(dāng)前生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，采用不同的顏色區(qū)分當(dāng)前設(shè)備正常與異常。提供各類業(yè)務(wù)電子看板，可以采用PC/PDA/LED大屏幕等方式展現(xiàn)，根據(jù)業(yè)務(wù)角色不同，實時提醒相關(guān)人員，如QC任務(wù)看板、入出庫任務(wù)看板等。維持企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行過程中的生產(chǎn)設(shè)備、工具和儀器儀表的正常運(yùn)行是企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行最重要的功能。如果這些生產(chǎn)工具不是被集中在一個企業(yè)中，就可以考慮作為一種智能MES功能。維護(hù)管理保證工廠的設(shè)備處在良好的狀態(tài)，正常完成工作任務(wù)。

1.3.2 設(shè)備運(yùn)行分析及狀態(tài)監(jiān)控

根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，對設(shè)備的開停次數(shù)、凈運(yùn)行時間、運(yùn)行負(fù)載分布(設(shè)備空轉(zhuǎn)、低負(fù)載、正常負(fù)載、超負(fù)載的累計時長)進(jìn)行統(tǒng)計，實現(xiàn)生產(chǎn)能力分析、設(shè)備故障率分析、設(shè)備OEE分析、設(shè)備運(yùn)行記錄統(tǒng)計分析、設(shè)備維修統(tǒng)計分析等。實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、關(guān)鍵參數(shù)變化趨勢、設(shè)備安全、潤滑、溫度等，統(tǒng)計設(shè)備運(yùn)行效率、運(yùn)行成本，計算易損件更換時間等功能。

1.3.3 手機(jī)APP功能

設(shè)備的開關(guān)機(jī)、設(shè)備運(yùn)行情況等信息推送手機(jī)APP，用戶通過手機(jī)APP即可查看設(shè)備開關(guān)機(jī)以及設(shè)備運(yùn)行情況信息，以便及時了解生產(chǎn)情況。

1.4 其他定制需求實施

1.4.1 系統(tǒng)集成

主要包括P-MES2.0系統(tǒng)與客戶其他信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成工作，通過多系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)利用率，減少不必要的重復(fù)錄入工作，消除信息孤島。

1.4.2 定制需求

主要針對客戶提出的除P-MES2.0標(biāo)準(zhǔn)功能以外的其他功能的開發(fā)需求。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及部署

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示，其業(yè)務(wù)功能主要包含生產(chǎn)管控及設(shè)備管理兩大模塊。

系統(tǒng)部署方案如圖2所示，按照揚(yáng)力集團(tuán)P-MES 2.0標(biāo)準(zhǔn)的智能工廠建設(shè)模板進(jìn)行快速部署。

3 其他內(nèi)容及總結(jié)

智能車間建設(shè)是一個循序漸進(jìn)、逐步深化的過程，系統(tǒng)各應(yīng)用模塊的正常運(yùn)維需要一定的應(yīng)用環(huán)境。因此，為降低系統(tǒng)建設(shè)風(fēng)險，實現(xiàn)快速部署、迅速見效，需要充分做好前期準(zhǔn)備，采取“總體規(guī)劃、分步實施、先試點、后推廣”的總體實施策略。同時，P-MES 2.0系統(tǒng)的成功實施不是一蹴而就的，實施過程中需要企業(yè)與廠商多方參與，協(xié)調(diào)解決實施過程中的各類問題。讓我們一起實現(xiàn)智能制造，在產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同中實現(xiàn)合作共贏。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)部署方案

[1] 周 華，楊建軍.基于全能體的MES構(gòu)建[J].制造業(yè)自動化，2010，(11).

[2] 王成橋,喬 非.ERP與MES集成模式方法研究 [J].工業(yè)工程，2011，(3).

[3] 李文輝.制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的應(yīng)用與發(fā)展[J]。蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2010，(3).

Discussion about implement solution of P-MES 2.0 system in the enterprise

SHAO Zhenrong,CAO Zhenyou,ZHU Lin
(Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225002,Jiangsu China)

With the rapid development of domestic industrial automation,a visualization workshop and the real-time monitoring of field production&equipment status have been put on the agenda of many large enterprises,which can help the managers remotely understand and control material,equipment,personnel and other plant resources.Besides,the MES system can also be fully integrated with ERPDCS system to build a manufacturing platform for the enterprise,in order to achieve the administration of the whole production process.

MES;Data;Control;P-MES

TP274

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.025

1672-0121(2017)05-0082-04

2017-05-10；

2017-06-14

邵振榮(1984-)，男，從事電氣控制、機(jī)電一體化、觸摸屏和PLC 等研究。E-mail：464724058@qq.com