基于FactoryTalk平台的MES软件全面解决方案

基于FactoryTalk平台的MES软件全面解决方案通过分析MES的功能，并结合制造企业的特点，论述了实现制造企业信息化的基础过程平台及生产执行系统MES信息化解决方案。以罗克韦尔自动化的FactoryTalk为基础，介绍了罗克韦尔自动化的硬件系统集成构架和MES系列软件BizWare平台，可针对制造企业的特点，选择不同的软件来组态成特定的MES系统，提出了现实可行的电子化制造方案。和科学的统筹来促进企业内部效率的最大化，受到很多企业的青睐。最近几年，很多企业花费大量的人力和物力在企业内部实施ERP进程。但是目前我国企业实施ERP系统的成功率较低，ERP实施失败的原因，最主要的结症在于企业的基础管理薄弱，对ERP系统产生的各种计划不能很好地执行，从而达不到预想的效果。因此要强调“ERP首先是一种思想”，进而在体制和战略的层面上延伸展开。但这又忽视了实施ERP成功的另一个重要条件，即基础执行系统。如果没有强有力的执行系统，再好的计划也得不到落实。因此，制造企业信息化的根本需求是如何将信息系统，制造系统和基础自动化系统有机地结合起来，其目标是成为整合各种能源和资源的有机整体，以实现电子化制造。2基于FactoryTalk平台的系统集成构架FactoryTalk是运行在Window平台下，镶嵌在罗克韦尔自动化不同软件产品中的一组服务，它允许数据从现场到企业的各个层次透明地流动，并使信息重叠在整个企业信息流中最小化。为了实现这个目标，必须有一个统一的过程控制平台，以避免不同的控制系统之间通讯所带来的信息瓶颈。罗克韦尔自动化的电子化制造典型配置如图1所示。1）系统集成构架的组成罗克韦尔自动化的集成构架主要由Logix控制平台、NetLinx通讯网络、ViewAnyWare人机界面和FactoryTalk企业实时数据交换技术组成。为了理解它们之间的相互关系，可把Logix控制平台比作人的大脑；NetLinx通讯网络比作遍布全身的神经系统；ViewAnyWare人机界面比作人的五官，能够感知外界信息；FactoryTalk如同大脑中的记忆信息，知道所需的信息放在何处。可见，组成集成构架的4个部分是有机联系的整体，而且随着技术的发展，将有更多组件融入到集成构架中。2）系统集成构架的技术优势①Logix控制平台的优势以ControlLogix可编程过程自动化控制器（PCS）为代表的Logix产品采用全新的设计理念和技术，将NetLinx通讯网络中的生产者/消费者通讯模式应用到它的背板（ControlBus），使得机架上的每个模块甚至是处理器都可以视为ControlBus背板总线上的节点，这一创新使得ControlLogix在单一机架内实现多处理器、无槽位限制和热拔插成为可能。同时，由于EtherNet/IP网络、ControlNet网络、DeviceNet网络都采用了CIP（通用信息协议）作为其网络应用层的协议，使得ControlBus背板总线成为不同网络信息相互传输的桥梁。在不同网络通讯过程中，数据的传输是从“通讯模块-背板总线-另一通讯模块”，所以并不需要ControlLogix处理器的参与，Logix平台将顺序控制、过程控制、传动控制及运动控制统一到同一个平台，根据不同的控制需求来配置系统。②Netlinx通讯构架优势单一的现场总线很难适应工业现场不同设备需要。因此，各种现场总线技术和产品应运而生，随之带来的问题是如何让网络之间互联更加高效、更加透明。罗克韦尔自动化将原有的DeviceNet网络、ControlNet网络与新一代的EtherNet/IP网络进行了整合，在各个网络的应用层中都采用了CIP（通用信息协议），从而实现了网络之间信息路由和无缝连接，构造了一个从车间到企业、从设备底层到管理信息层的开放与集成。企业信息集成的目的在于通过有效地掌握信息对企业的生产进行优化，过去的企业信息网络难以与车间现场的设备建立通讯连接，使得在企业信息管理系统中出现了“信息孤岛”和“数据屏障”。在NetLinx集成构架中，融入控制、数据采集和设备组态三大功能，而且解决了传统控制网络的缺陷，让用户真正体验到了网络间的无缝路由和零编程通信。③ViewAnyWhere人机界面战略的优势罗克韦尔自动化提出了ViewAnyWare人机界面战略方案，通过RSViewStudio统一的开发环境，实现不同平台下人机界面应用项目之间的共享，从而缩短了开发和培训时间。除了通信技术上的优势，集成构架为用户带来了高效、省时的解决方案。节省连线、节省编程时间、节省现场调试和维护时间，这就意味着整个系统生产效率的提高。3）FactoryTalk制造企业信息化平台及电子化制造FactoryTalk企业实时数据库技术是一种多层协作的框架结构，它允许用户在全企业范围内共享实时信息，并能保证高效的通讯。利用FactoryTalk这一通用的平台实现了统一的通讯和协作，实现了罗克韦尔软件产品之间的数据连接，也可以将这种连接扩展到SAP和Oracle等信息系统。配合FactoryTalk企业实时数据交换技术，系统内的实时数据可以在企业内部一次定义，即可高效共享，为控制、诊断等实时数据在企业范围内的透明共享奠定了基础。成熟的数据库事务管理软件在实时数据库和关系型数据库之间搭起了一座可靠的桥梁，为MES系统RSBizWare套件、ERP系统的应用，提供了成熟、可靠、开放化的解决方案。即Logix控制平台、NetLinx通讯网络、ViewAnyWare人机界面、FactoryTalk企业实时数据库在不同的层面上环环相扣，构造了一个工厂和企业数据从底到顶，无缝集成，结构开放、方便透明的一个企业数据访问基础构架，完成了现代企业内部纵向的集成，解决了工厂生产不透明的问题，使得企业在竞争中易于建立基础优势，为企业走向未来的柔性制造，即适应市场需求的电子化制造铺平了道路。3生产执行系统MES全面解决方案1）生产执行系统MES定义美国于1992年成立制造业生产执行系统协会（MESA），专门研究并推进生产执行系统在企业中的应用。MESAInternational（生产执行系统国际协会）将MES定义为：“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时作出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理”。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。同时MES又与计划层和控制层保持双向通信能力，从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。据ARC新情报，CMM模型（CollaborativeManufactuningManagement，协同制造管理），如图2所示。由图可见，一个企业内有很多的管理系统，例如ERP，CRM，EAM，MES等。不同的管理系统需要完成不同的功能。ERP，MES，自动控制系统都位于产品链中，负责把产品按照一定的规则加工出来。ERP系统记录产品的使用、客户的订单和原材料的需求，并向执行层MES发送请求，制造更多的产品或库存，用于完成客户订单。MES系统负责产品的生产以及所有与产品生产相关的操作。产品配方或产品设计细节可以被存贮在MES层，为自动控制系统提供“如何制造”的指令。自动控制系统按照MES的指令，生产出所需的产品。同时，自动控制系统会将一些生产信息反馈给MES，MES将一些信息反馈给ERP。这种由生产执行系统改进的工作管理模式意味着必须不断地将执行情况反馈给计划管理系统（ERP），以便计划采购能及时注意到物料需求的变化。管理系统的关键在于生产执行系统提供与计划管理系统的接口，这给管理部门和车间生产部门都带来很大益处。如果将生产执行系统能面向“实时”生产而运作，则能收到更好的效果。扩展的接口使信息能在办公室管理和生产车间两个方向及时准确地流动。总之，ERP企业资源计划是企业的宏观计划层，负责企业中远期的规划和近中期的生产计划。MES生产执行系统将ERP系统的计划进一步细化，生成排工单这样具体可执行的指令，并控制具体计划的执行使其不偏离ERP的要求。自动控制系统的运作又以生产执行系统的具体指令为依据。2）生产执行系统MES的功能组成生产执行系统MES主要由下列元素组成：资源配置与状态管理；作业与详细排产；分配生产单元；文件控制；数据采集；人力管理；质量管理；过程管理；维修管理；产品跟踪与历史记录；性能分析。3）RSBizWare系列产品罗克韦尔自动化作为MESAInternational（生产执行系统国际协会）的重要成员，成功地推出了基于Microsoft平台软件的MES解决方案。如前所述，实现电子化制造的关键在于系统平台的统一性和完整性，以及信息流动透明性和有效性，罗克韦尔自动化所提供的系统集成构架（IntegratedArchitecture）和基于Microsoft平台软件的MES解决方案RSBizWare系列软件，RSBizWare是一系列生产执行系统解决方案软件，它以FactoryTalk为基础为工厂现场提供真正的互操作功能以及连续的提供可共享生产数据，为实现制造企业电子化制造提供了即插即用的MES平台，用户可根据需要建立满足自己企业特点的专用管理系统。罗克韦尔MES软件，如图3所示。①据采集和数据库的集成RSSql软件其工作原理，如图4所示。RSSqls是一种能够帮助您更好地将工业生产过程和现场控制中有价值的数据与企业的IT系统和其他制造业应用系统集成在一起。它架设了现场控制层实时数据和企业数据库以及ERP系统的双向桥梁。帮助您更好地管理您的生产过程，使得现场数据和企业管理层透明连接。RSSql通过事件触发方式将选择的成块数据从实时数据库传送至关系数据库，反之，亦可将选择的成块数据，通过触发方式从关系数据库至实时数据库，即实现数据在事件驱动下的双向通讯。RSSql的优点如下：a）连接包括MicrosoftSQLServer和Oracle在内的几乎所有数据库；b）连接COM＋/MTS；c）支持DDE，OPC，FactoryTalkDirectory；d）可直接连接SAP；e）支持压缩（Compression）；f）支持单向、双向数据传送，满足各种应用需求；g）容错（FaultTolerant）；h）可伸缩性（分布式）；i）向导和检查表（Checklist）。②过程数据分析Historian软件Historian通过大量的过程数据分析，如温度、压力、流量等，帮助企业分析控制过程的可变因素。Historian的优点如下：a）通过对历史数据的分析来优化制造过程；b）将生产数据变为“有效信息”；c）可以连接工厂内所有设备：采用RSLinx连接RA控制器，与RSView直接连接，采用开放的OPC/DDE连接第三方设备；d）完整的解决方案：数据采集和存取，过程参数的分析，图形可视化，企业报表；e）抓拍“数据挖掘”：标准时间序列模板，可定制的分析工具；f）进一步深入分析数据的辅助图表工具：BarGraph，Grid，Pie，Pareto等；g）Historian也能分析其他应用采集的数据。③生产计划调度和管理Scheduler软件通过有效的手段帮助您管理每日的生产订单和生产任务的安排。并提供了分析工具来预测订单的生产结果以及由于设备、订单的情况变化给完成生产任务带来的冲击，协助您及时调整生产计划的调度。cheduler的优点如下：a）有限能力排产（FiniteCapacityScheduling，FCS）应用；b）提高生产设备效率的工具，考虑到了可能降低生产过程效率的各种因素：资源约束、班次方式、人力/工具/物料可利用率、计划/非计划维护、当前负载、生产容量；c）基于产品的解决方案，可以提供更准确和实际的排产。④生产效率分析和提高PlantMetrics软件通过分析及利用生产制造设备和资产的效率，制造商能使现有设备实现更高的生产率，获取超过基准的更多回报。它追踪真正的造成生产效率损