工业领域紧耦合MES实践

工业领域紧耦合 MES实践

彭先涛

（浙江恒逸集团有限公司，浙江省 杭州市 311200）

摘要：智能制造是我国由制造大国迈向制造强国的战略途径，涉及的技术较为复杂，但MES无疑是核心之一。智能制造的“智”是体现在紧耦合MES中，即系统具备一定的判断和决策能力。紧耦合MES落地较难，本文结合多个智能工厂成功落地经验给出一些路径，希望能为行业发展起到抛砖引玉之作用。

关键词：智能制造；MES；紧耦合；智能工厂；工业互联网

引言

制造业是经济实业的基础，由于对产品质量要求越来越高、招工难、成本管控等因素，制造业进行转型升级已是业界共识。通过智能制造实现制造业的转型升级是国家战略的重要方向。

智能制造涉及的范围较广，涵盖工业互联网、数字化、网络化等。笔者先后落地过多个汽车整车厂、化纤厂的智能工厂，本文只对MES进行展开论述，希望为MES落地提供一些经验之谈。

首先需认识到MES不是一套软件，而是组织架构、管理方式、业务流程等的显性化和改变。MES有松耦合与紧耦合之分：松耦合MES不与现场设备控制层面有交互，主要侧重于数据层面的集成与应用展示，因集成简单、项目周期短、项目职责单一等成为大部分供应商的主流，但若方向把控不好，很容易做成BI、BPM、大屏展示等项目；紧耦合MES直接与现场各种生产设备、系统集成，参与现场设备的控制，业务场景、技术实现较为复杂，但却是实现智能工厂中“信息化做决策，自动化作执行”必不可少的，也是工厂实现工业互联网、数字化转型的基石。本文就紧耦合MES落地进行展开。

1. 紧耦合MES的架构

紧耦合MES三层架构(自下向上为Controllers、MMI、MES)是笔者多个项目成功落地的总结，看似简单，实则是多个实践经历后的最优落地方案。紧耦合需遵循“一一对应，有求必应”的原则，“一一对应”：现场设备控制层面的请求和MES处理层面的响应是严格一一对应的，防止出错，现场设备控制层一般作为业务需求的发起端（即请求）；“有求必应”：现场控制层发起一次请求后，MES业务处理层必须在一定的时间内有响应返回，现场控制器据此控制设备动作与否，避免没有响应导致“该开不开，该停不停”。对于任何系统而言，笔者建议要遵循“二八原则”：20%是正常的业务流程，80%是各种异常情况的处理，评判一个系统的好坏与否其实就是看系统的异常处理机制是否健全或强悍，即系统的鲁棒性、容错性。

Controllers层：生产现场的设备众多，该层为现场设备控制层，主要指现场设备控制器、集成设备控制系统等。工业控制层面，难度在于控制器种类多、通信协议多，融合难度大。

MMI层（PAAS层）：中间信息接口层，起到“承上启下”的作用，打通IT与自动化的连接，可作为工业互联网平台。此层“启下”的难点在于现场设备控制器各异，通信协议各不相同，融合难度较大，同时也需认识到工业通信有基础的统一标准即OPC，可采用OPC协议为基准。

MES（SAAS层）：MES并不单纯是一套软件，既是管理、工艺、经验等诸多隐性知识进行显性化的手段和途径, 也是通过IT融合管理、工艺、自动化等的复杂工程。结合实际业务需求进行功能模块的设计、落地，既包含常规IT软件的开发，又涉及与众多系统的对接或融合。MES的成功落地建议遵循“4321原则”，即：花费40%的成本进行业务调研、业务梳理、技术选型、架构设计、蓝图设计、FDS等，花费30%的成本进行技术落地、功能开发等，花费20%的成本进行正常测试、异常测试、压力测试等各种测试，正式上线运行后花费10%的成本进行日常运维、后续必要升级等。

2. 技术实施路径

Controllers层：对于集团型公司，尽管现场设备繁多，即使同一种类的设备也有多个品牌型号，但要考虑后续紧耦合MES的推广性、可移植性、维护成本等，对于最基础的关键控制器部分可制定统一的标准。

MMI层：可以理解为DAQ层，通过该层打通自动化与IT之间数据的互通有无，该层实现的难点在于既要实现现场分散、多点的控制器集成，又要保证IT系统收发数据的准确性、及时性。可通过OPC UA连接自动化层，结合RESTFUL或MQTT，由IT进行接收处理，IT处理完后返回的信息传递按相反的流程传递至自动化控制器层。该方式可保证数据交互的实时性、可靠性、并发性。

MES层：梳理清楚业务是成功的保障。MES的实现上不必纠结于何种技术实现，需结合自身实际状况进行落地。成功落地需遵循“先主后次”的原则：对于影响现场生产的功能优先设计、上线，并且主要上正常处理的功能，异常处理的逐步增加上线，做好版本管控；次要的功能如报表、PMC看板等可延后实现，只要有数据，展示类的只是如何应用。MES层也是管理等理念的体现与落地，如“精益生产”理念的落地。以前精益生产的理念是“不制造缺陷，不传递缺陷”，落地可借鉴“ANDON系统”：现场有缺陷时，通过人工触发按钮、自动触发等方式及时传递，通知人员及时处理，避免缺陷传递至下一工序、造成停线；现在精益生产的理念是“尽可能短的缩短产品交付周期”，应注重基础管理、现场管理、各系统的逻辑对接与交互，如做好基础辅料库存管理，随时精准掌握库存现状、进出库情况等，通过MES与LES、JIT等系统的对接，及时协调现场生产物料的需求、确保生产节拍。

紧耦合MES的成功落地实施是跨学科、跨部门的项目，管理部门涉及仓库、设备管理部、IT信息部、采购等，技术部门涉及生产工艺、自动化、IT、大数据、AI等。对于企业初次实施MES，需是一把手工程，能对部门资源进行统一调度。从业务理解深度、项目风险把控、成本把控、运维深度与自主性等方面考虑，建议自行实施，也可通过项目的成功实施培养一批企业自身业务、技术过硬的队伍。

3. 小结

为了面对到来的第四次工业革命，各国结合自己的现状提出了不同的发展战略，如：美国结合自身软件的优势提出“工业互联网”，德国结合自身设备硬件的优势提出“工业4.0”，中国结合自身制造大国的优势提出“中国制造2025”。笔者认为智能制造发展先后应经历的阶段：1）打基础：打好自动化、信息化的基础，此阶段也要改变相应工序的职责，更好的发挥技术所带来的效率提升，促进“人机料法环”的协同；2）促融合：促进两化融合的实现，打破各处的设备、信息孤岛，落地工业物联网，实现“信息化做决策，自动化做执行”，达到智能工厂/无人工厂的初步愿景；打通“人财物产销”，初步实现供应链一体化；3）赋新能：关注AI、工业大数据等新技术并引入，在相应环节中进行落地 ，赋予智能制造更多的“智慧”，为企业经营决策提供更加精准、高效的依据。

4. 结束语

设备、技术等都是为工业生产而服务，生产的需求促进了技术的进步；工业领域技术是逐步积累的，引进新技术或新概念，既要看到其发展、构成的本质，又要考虑引入后能为企业带来多大的价值。例如：没有工业物联网做基础的DAQ，工业互联网是空中楼阁、无源之水。

对MES落地角度而言：对于离散行业，紧耦合MES要作为主线，核心业务与非核心业务要做到“松紧有度”；对于流程行业，可松耦合MES先行，但切莫偏离初衷，做成BI、OA、BPM等；注重生产数据的积累，在MES中采用工业大数据、AI为相应环节赋能。深入梳理自身业务，剖析需求，是实施MES等项目成功的基础；工业行业中的新技术、新概念并不是一蹴而就，而是有一定的基础、发展背景，不用一味的追求“新”，适合自身现状才是最好的。

彭先涛（1986.11—），男，浙江省杭州市，工学硕士，中级工程师。研究方向：CIMS；复杂工业系统设计与应用；工业互联网、AI应用。