引言
從2015年開始，國內生產企業及自動化設備供應商都在主動或被迫的關注“工業4.0”。大家正在一頭霧水時，國家拋出了“中國制造2025”，這時候所有人都慌不擇路的要變革，想緊跟國家的步伐。殊不知“工業4.0”到底是什么都沒有弄明白！
生產企業迫不及待的上MES，買Robot，簡單粗獷的以為這樣就實現了“工業4.0”。
自動化設備供應商更甚，簡單的用PLC代替繼電器、Robot取代傳統式的機械手、加裝一兩臺伺服電機等，然就把機器貼上“智能”的標簽；以之**客戶的胃口。
此文并無抨擊之意，而是對“工業4.0”的一點點探究；想以此“藥引子”，激發工程技術人員、生產管理人員、信息從業者等諸領域同仁，共同頭腦風暴，將其（工業4.0）從概念化，碰撞為可以落地的，實實在在的可執行的一個個思路、標準、規范。
一、 工廠信息系統
現在普遍認同將工廠信息系統分為4級：
Level1，即現場層，包括傳感器，儀表，電機、氣缸等執行機構，也包括特定的設備及專業儀器，當然也涵蓋PLC、PAC、工控機、嵌入式控制單元及HMI。
Level2，即控制層，主要使用高性能的PLC或工控機將分布于全廠的各Level1單元進行聯網，數據匯總，集中控制。HMI為標配人機交互系統，其還會有SCADA系統，同一管理，實現人機交互。
Level3，即生產層，一般為MES系統，還會有設備管理系統等。主要面向訂單執行、生產計劃、排程等。
Level4，即企業層，ERP系統，完成財務、人員、訂單等管理。
有些專家會將SCADA系統劃分為Level2.5，認為其是Level2和Level3的中間層，完成之間的數據交互。
從上述分層可以看出，Level1和Level2的界限其實很含糊，大體上是依據控制器或儀表執行效率高低、及數據交互量的大小來區分，表征出來的就是網絡協議、架構的不同。
面向“工業4.0”的工廠信息系統應具備以下屬性：
1、網絡化
即全廠的各個環節皆應聯網，實現網絡化，便于信息交互、集中管理及監控。利用總線網絡、以太網等技術，實行網絡布局。
隨著工業以太網的發展，我們有足夠的理由相信，未來工廠信息系統的網絡物理層會趨于同一，一網到底一定是大趨勢，即工業以太網，在其基礎上根據不同的應有要求（實時性、吞吐量）運行不同的協議（PROFINET、POWERLINK、EtherCAT等）。而不同協議的數據在傳輸到一個控制節點時，會自行編譯，再傳輸至下一個不同協議需求的控制節點。
2、統一性
①統一的通訊：實現了從現場級、控制級到管理級協調一致的通訊，實現不論身在工廠的哪一級，都可以訪問任意的一個設備、控制單元、儀表、查看訂單、設備信息等。
②統一的數據管理：工廠的所有設備、人員等從統一的全局共享數據庫中獲取數據。實行統一數據管理機制，所有的系統信息都存儲于一個數據庫中，實現系統的整體性、提高信息的準確性，從而對工廠的安全穩定運行提供技術保障。
3、開放性
①網絡的開放性，面向通用的、標準的網絡（以太網）。
②對辦公系統開放并支持。
③遠程訪問的開放性（APP/WEB訪問）。
二、生產聯動系統
市面上現在存在諸多管理系統，例如：MES、WMS、EMS、EAM、APS、DNC等等，其最大弊端就是各系統相互獨立，無法協調運作，使用者還需要在不同系統間進行紙質流程操作！
當然也有生產企業已經意識到這一點，在上MES系統時，要求供應商在MES基礎上增加“高級排程”、“設備管理”等功能，但終究是治標不治本。這也給系統供應商提供了一個契機、指明了一個方向：市場需求的是一個全面的、統一的、無縫的管理系統。
在這提出一個概念：“PCAS”Production continuous action system。生產聯動系統！
符合“工業4.0”的管理系統應具有：功能全面性、數據統一性、交互無縫性、操作開放性。
生產聯動系統，應涵蓋工廠信息化的所有功能，且訪問統一的全局數據庫，保證各子系統間數據的統一性、完整性、實時性。
生產訂單執行過程如下：
從“訂單下發”、“訂單執行”的過程可以看出：PCAS（生產聯動系統）是工廠內所有管理系統的大腦中樞、紐帶、中間環節。其用于協調各系統的運作，及各系統間的信息數據交換。所有的數據管理、備份皆由PCAS完成，各管理系統僅作為PCAS的一個標準模塊。進而使ERP僅僅面向于一個接口（PCAS），而不是像以前一樣， ERP要承擔協調功能，面對多個不同的系統。
三、“智能”機器
“智能”機器，人們理所當然認為就是機器人取代人、現有的機器和設備。
不可否認隨著科技的進步，機器人將更加的“智能”，但可以確定是在可預見的時間內，機器人不可能完全的取代人，更無望替換自動化設備。機器人只將會“大規模”的應用在各行各業的自動化設備上。
我們在大力的倡導研發“智能”機器，但什么樣的機器才叫“智能”機器呢？業內缺暫無定論。個人認為在短期之內無法實現所謂“智能”機器的夢想，只會促使現有的自動化設備不停的更新、換代，不斷的、持續的提高設備的自動化程度。所以“智能”機器這個夢想不失為一個很好的“催化劑”，鞭策著工程技術人員、研發人員。
自動化設備是由機、電、氣、液構成，比喻為一個人：PLC/PAC就是大腦，電、氣、液就是肌肉，機械就是骨架。它們相互配合、協同運作，實現既定的功能。若想使其更加的“智能”，那就像軍隊一樣，需要一個強而智慧的指揮官，即“PCAS”。而設備應加強自身的“軍事素質”，也就是自動化程度更大。由這樣的“士兵”和“指揮官”組成部隊，才是我們需要的。
那什么樣的自動化設備，才能更進一步的符合“工業4.0”的要求呢？個人認為應從以下幾個方面改善、提高！
1、機械部分：設計應趨于模塊化、標準化、簡單化。需要同步、凸輪等功能時，盡量使用伺服同步、電子凸輪等伺服系統替換傳統的機械部件，減少復雜的傳動機構。需要調節部分應盡量采用伺服電機進行自動調節；手動調節部分應盡量使用編碼器進行數值反饋提示；不可調節部分應盡量使用快換方式的模具、工裝。
2、電氣液部分：應參考相關國內、國外標準；還應考慮安全、防爆等標準。
3、程序部分：編寫方式應符合PLCopen標準；進行必要的軟性安全防護的程序編寫；設備信息、生產信息進行分類、匯總，以便于數據采集。開放命令接口，以便MES系統對機器進行控制。
4、人機交互部分：應提供全面的設備、控制器、生產等信息。
“工業4.0”工廠不僅需要對自動化設備進行設備信息、生產信息的數據采集，還要實現對其進行必要的控制。對自動化設備而言也就是信息反饋，任務下行兩個功能。
四、“工業4.0”帶給設備供應商的機遇
如前文所述，“工廠信息系統”中Level2和Level3之間存在一個中間層，完成兩級之間的數據交互。而就Level3（管理系統）來說，其不僅需要獲取Level2（設備/機器）的信息數據（設備信息、生產信息），還需要實現對Level2（設備/機器）的管理（命令控制）。即“信息反饋”，“任務下行”。
但在現行情況下，Level2（設備/機器）相對于Level3（管理系統）是處于“被動式”的角色，不管是“信息反饋”，還是“任務下行“都要依靠中間層的“數據采集”軟件來輔助。
這就給生產廠家在構建信息化工廠時，帶來很多問題。需要另行購買“數據采集”軟件，導致額外的費用支出。
主要是由以下原因導致的：
1、設備供應商采用不同的控制系統（PLC/PAC等），提供不同的協議（數據）接口、不同的網絡接口。（信息反饋）
2、設備供應商的設備數據（設備信息、生產信息）無法滿足標準接口需求，例如MES、EMS等定義的數據規范。（信息反饋）
3、一般設備供應商開發的設備，并未考慮和MES、EMS等管理系統的對接，也就無法接受上層管理系統的控制命令。（任務下行）
4、設備的程序修改需要額外的資金、人力、時間的投入成本。（任務下行）
上述問題不是生產廠家導致，完全是現有“信息系統”構建方式的弊端。而正因如此，這給設備供應商帶來了很大的機遇。即將“信息反饋”、“任務下行”的功能融合在設備/機器里（Level2），給生產廠家帶來實惠！
更加自動化的設備應具備：信息反饋，任務下行之屬性。未來的自動化設備將會有更加開放的、標準的、規范的數據接口，方便與上層管理系統進行數據、命令的交互。既能“主動式”將設備信息、生產信息拋送至上層管理系統（PCAS、MES、EMS等），又能接受上層管理系統的管理命令（設備的程序預留“管理命令“的接口）。
任務下行：即設備在編程開發時，就預留接受上層命令的接口，以便實現更加“智能“的管理。
結后語
“工業4.0”，“中國制造2025”正在激發我們去改變現在，不管是生產廠家，還是系統、設備供應商，皆應抓住此契機，提高自己，改變世界。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：MES系統與工業4.0
相關文章
