新MES:工业4.0的骨干

工业4.0,第四次工业革命,是对制造公司的承诺,即以理论上的“一批”来降低成本,提高质量,加快加工速度。这是一个市场,智能产品和智能设备可以自动进行交互以动态地进行动态优化。

对于大多数接近工业4.0(或数字转型)的公司来说,这是一个概念,实现的方式和手段尚不清楚。在测试新技术,更新策略并为生产和供应链运营创建新方法的同时,公司必须解决的一个关键问题是—一种新的,可支持工业4.0的现代化制造执行系统(MES)。

新的MES具有使其能够支持工业4.0的特性:

1.它是面向服务的和模块化的。它可以处理包括事件和位置在内的物联网数据,并与增强现实集成;

2.它具备为工厂数据提供完整的工厂范围上下文的功能,因此可用于大数据和分析;

3.它可以在任何版本的移动和云上运行并支持;

4.它的功能包括在车间“市场”上的自主产品与设备之间的中介连接。

因此,尽管MES本身是一个拥有数十年历史的软件类别,但它已通过连接性,功能性和集成性的重大升级,被证明是工业4.0的骨干。

工业4.0有何不同?

工业4.0是新技术、新策略和新生产方法的混合物,这些新技术、新策略和新生产方法导致了工业化的逐步转变。随着制造商面临新的压力-提高速度,降低成本,满足大规模定制需求;大批量(大众)产品将减少,而小批量“一体”产品将减少。这会影响转换(更快),质量(接近零缺陷),价格/利润(维持压力)和客户要求(更加严格和要求更高的竞争压力)。

当前/传统的制造系统和自动化方法并非针对此范例而设计。面对不断变化的快速变化,他们无法提供这些类型的结果。面对更大的混合和复杂性,利润,周期时间和质量都会受到影响。

工业4.0如何使公司在面对竞争对手的同时克服这些压力?通过提供更多的数据和情报。

数据通过物联网设备交付,从分布广泛的接触点以前所未有的频率收集数据,创建有价值,及时和精细的信息以进行监督和决策。数据包括机器学习,它可以通过使用复杂的算法来分析历史数据以进行连续流程调整,从而改善资产管理和收益管理,从而能够基于预测分析做出非常快速的决策。

智能是产品,设备和车间的新行为的基础,这些行为变得可以自我配置和自我优化。使用AI,他们可以更高效地完成复杂的任务:更少的时间,最少的成本和最高的质量。工业4.0创建了一个动态的“市场”,该市场可以以最快和最便宜的方式高效地满足客户的需求。

新型工业4.0 MES

并非每个MES都支持Industry 4.0。从下表中可以看出,Industry 4.0愿景指出了五个特定的功能领域:

MES

工业4.0要求许多当前MES不具备的特性,因此制造IT必须仔细评估。

连接性/传感/移动性:通过IIoT处理传感器,位置和设备数据,同时提供其他MES上下文。

云/高级分析:充分利用工厂中的大量数据,无论是来自企业,通过移动设备,IIoT还是大数据。

分散化:通过IIoT连接管理和控制智能产品和工具的状态。

垂直集成:确保双向集成:从MES到控件/自动化层,再到企业应用程序(如ERP)。

横向整合:确保工厂是供应链中透明,集成且可预测的一部分,最终在全球市场中作为“智能工厂”进行交互。

总的来说,这些特征构成了“新MES”。它专为复杂性而设计,可以承受不断的变化,促进协作并与智能传感器,设备,设备和供应链集成。

现在让我们解决以下五个差异因素:

1.连接性和移动性

IIoT对MES的影响远不止是连接到互联网并在移动设备上显示。MES成为动态市场中心的业务流程层。这改变了MES的核心,即引导,监视和记录生产活动,成为确定低成本路线和工厂范围内运营优化的促进者。

该平台在任何时候都必须能够监视设备的状态并进行双向通信,以使其成为新MES的高级工作流程的一部分。新工作流程的示例可能是:每隔“ x”秒测量一次值,然后将其馈入数据库,在此数据库中添加了更多的上下文数据,然后发送给大数据分析引擎收集每10个数据点的平均值,然后作为工程数据收集活动的一部分按要求发送以进行物料追踪每当基础过程违反控制限制时,就增加测量频率在“ Y”次测量之后,或在特殊情况下,如果指出超出规格值,则重新启动并运行自校准程序。

MES的移动性已从简单的设备演示扩展到了更加敏捷和直观的更新,更丰富的用户界面。这些界面必须允许操作员执行重复性任务,以根据需要提供信息,从而提高效率。这些接口还需要提供情报,以支持更高价值的工作和关键的决策。这意味着视觉指示器必须特定于主机设备(工作站),还必须特定于步骤,设备和要制造的产品的组合。由此产生的商业利益包括更快,更可靠,更高质量地生产产品,并优化了劳动利用率。行动中的人们将更快,更深入地了解决策状态,同时需要做更少的事情来控制它。

2.云和高级分析

将MES迁移到云的犹豫与决策的响应能力有关。随着更多的智能来自工业物联网,而不是硬连线的工厂自动化网络,这种说法就消失了。其他网络问题(延迟,可靠性,安全性)正在积极解决。

混合云模型(同时使用公共和私有托管)允许最关键的数据保持在本地边缘。数据也可以馈送到机器学习算法所驻留的公共云,由物联网传感器中的简单软件执行。

云计算的明显优势之一是能够临时使用大量计算能力来处理高级分析的能力。显然,MES将需要运行数据存储(ODS)来运行报告,并将其发送到企业级的数据仓库。这种ODS概念并不新鲜。区别在于使用云将选定的视图从MES或企业分析中导出到大数据结构中。

这些大数据结构将数据集拆分为企业规模的大数据分析,以便在云中有效执行。“新MES”特有的功能是创建基于时间的导出到大数据结构的功能,从而可以完全捕获生产环境。没有这种扩展的上下文,生产数据将对企业具有最小的价值。

在生产领域,将分析添加到连接和移动功能可以实现预测性和预防性维护以及质量,性能和制造方面的改进。例如,当分析显示一次运行的输出时,系统可以自动优化后续运行。

云的商业利益包括平稳且持续的软件升级,这对于制造软件(例如MES)至关重要,而对于许多高科技设施而言,MES风险很大且难以更换。这消除了许多公司中使用的“意大利面代码”,在这些公司中,使用补丁和临时修复程序来支持较旧的MES产品。

云运行数据分析的更高容量,弹性和成本效益是一项强大的业务优势。这允许采取预测性措施来管理不断变化的业务现实,并使用机器学习进行调整以跟上产品和流程的不断变化。进入预测性和规范性分析可以不断更新MES模型,以提高吞吐量,质量,产量和正常运行时间。

3.权力下放以监督市场

车间市场是工业4.0的中心概念,它提供有关加工路线的自主决策,以在任何给定时刻匹配实际情况。做出这一转变对于实现“一个”的更高混合并保持更长的运行速度和成本效益至关重要。MES可以充当经纪人代理,以两种方式分配或绑定一件设备来制造产品:调度和调度。

在计划中,MES系统会预先确定哪些产品与哪种设备搭配使用,何时才能满足工厂范围和基于业务的标准,例如设备利用率目标或客户要求的交货时间。使用FIFO之类的规则,基于本地上下文进行调度以最大程度地减少瓶颈。它通常侧重于有关设备,线路或其他资源的状态和可用性的MES数据。

如果没有市场调度,为一次性生产优化车间几乎是不可能的。这不是一件容易的事,解决问题的最佳方法是将规则作为可在MES或外部系统中运行的可调用“外部”服务的一部分来执行。它不是双向地从MES推送到生产工作站,而是双向,动态的信息流。

该市场是使工业4.0如此引人注目,为企业的关键部件之一。确定通过工厂的最佳路径将有助于提高利用率和吞吐时间。理论上,由于每台设备(或工厂)可以根据其当前实时状态“竞标”使用产品,因此产品(使用MES)可以协商最快,最低成本和最可靠的路线选择。

系谱对于MES来说并不是新事物,但是在将来操作也将物理分散的情况下,该系谱可以直接写入IoT设备,并且可以在制造过程中或制造后的任何时间从产品本身读取。这可以扩展供应链效率,以包括更好的客户服务,例如医疗设备,航空电子,汽车或其他电子行业的现场技术人员。

4.纵向整合

MES一直是自动化系统和业务应用程序之间的中间层。IoT的新之处是无处不在-在车间市场,供应链和现场产品中-都有许多新的数据流可用于获取和集成。

随着分散活动的进行,MES必须确保在所有相关系统中更新分析和交易的完整环境。支持工业4.0的MES需要有一个动态工作流系统,该系统能够通过调用任何功能/参与模块的功能来协调流程。

工作流规则可以存储在数据库中,随时准备为MES服务提供服务,因为它们可以协调从设备到企业和扩展供应链的数据。这种整合的商业利益它以不断变化的车间市场为中心,确保简单的“从车间到顶层”业务流程运行更加顺畅。

制定质量抽样计划;这些计划定义了通过给定设备对每个“ X”批次必须发生的特定测量/过程。如果连续一组读数趋于高或低,它将执行SPC测量并进行预测性资产维护。

关键是MES功能不依赖复杂的集成,安装和实施。MES的核心功能可以扩展,以适应维护,计划,质量并支持不断推出的新的和独特配置的产品,从而使“工业4.0”的速度和成本愿景成为现实。

5.横向整合

工业4.0的范围比工厂甚至企业都大。在这里可以更好地同步公司的端到端供应链或价值网络。由此产生的车间市场可以在供应链层次上复制,工厂和生产线也可以竞标。

为了实现这一目标,MES必须具有随时可用的有关当前和即将发生的状态的完整信息。它不仅将信息提供给整个企业,而且还提供给供应商,合同制造商和分销合作伙伴,以符合“智能供应链”的工业4.0愿景。

这要求新的MES具有面向服务的体系结构(SOA)和模块化功能。公开以其他系统可以接受的安全格式提供有关动态生产状态的当前信息的服务对于此智能供应链至关重要。

MES还可以在任何给定时间以状态提供对设施中所有对象的完整3D表示的可见性。这本质上是动态生产过程的数字孪生。

在商业利益供应链中信息传播的速度越快,合作伙伴可以越有效地合作。如今,工厂运营信息已过时或受到严格保护。来自具有IIoT功能的车间市场,公司将能够访问和过滤每个贸易伙伴的信息,并且可以根据需要以接近实时的方式显示当前状态,甚至可以精确到项目的粒度。

当现场产品报告问题时,它可以帮助解决上游的生产过程和材料问题。它还可以为可能收到受影响产品的用户提供更好的客户服务。

在此工业4.0场景中,供应链分析将达到新的水平。随着制造即服务(MaaS)的出现,工厂在理论上可以对产品的完整生产或特定生产步骤进行投标。这种专业化可以提高生产效率,降低成本并改善供应链。

新型MES促进了工业4.0的发展

工业4.0需要新技术来实现这一愿景。如上所述,“新MES”本身就充满了新技术和新概念。对于那些流程复杂,创新驱动的行业而言,这一点尤其重要。

好处是:

个性化产品。也许工业4.0的第一大推动力是向大规模定制的转变,或者说“很多”。新的MES是车间和供应链市场的协调者。

成本低廉。工业4.0的目标是继续保持降低生产成本的趋势,即使批量很多也是如此。精益概念与不断提高的自动化相结合,多年来降低了成本。添加包括AR,机器人,IIoT,移动和云在内的Industry 4.0技术都有助于减少人们进行重复性工作的需求。

快速需求响应。生产较小批量的优点是能够以最小的存货成本快速准确地响应需求。这也是精益生产的基础。车间市场支持这种情况,而MES对于市场运作和供应链合作伙伴均至关重要。

完美的品质。MES始终在功能上并通过受规则和逻辑约束的工作流引擎来支持质量。工业4.0意味着每个个性化或配置的产品可能具有一组不同的规范和过程。新的MES动态工作流引擎及其规则可确保质量,即使这些产品有所不同。它还与供应链合作伙伴进行协调,以在必要时提供有关质量的相关信息。

快速新产品介绍。以创新为驱动力的公司必须成功地在整个生命周期中顺利通过生产和分销来带来新设计。新型MES通过将生产环境交付给智能产品可用的大量数据来实现。在进行新产品设计时,R&D从过去和当前的产品性能中更加清晰。

更好的决定。 工业4.0的优点是能够使用高级分析来推动更好的决策。预测性/规范性分析是未来,如果没有MES提供的上下文,它们将受到损害。从传感器获得温度读数几乎没有什么信息,包括所产生的物质,所用的配方以及传感器的规格。

总结

公司正在向工业4.0迁移,以减轻其如今运营所承受的压力。有效利用包括云,移动,IIoT,大数据/分析在内的工业4.0技术可推动运营优化并支持新的工业市场。

“新MES”旨在支持,协调并为所有这些新方法和技术提供上下文和优化。它确实是工业4.0的体现和骨干。

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