用实时 MES 数据驱动数字化工厂

随着向全数字化工厂的推进，制造执行系统 ​​(MES) 软件对各行各业的制造商来说从未像现在这样重要。通过在制造运营中采用最新的快速响应制造执行系统解决方案，制造商可以快速更新时间敏感的运营数据，从而帮助改进工厂流程并使数字工厂更接近现实。

随着制造和商业软件系统融合的进步，越来越多的制造商意识到数字工厂带来的好处，实时或近实时数据性能提供了比他们在过去的。制造商越来越重视实施智能制造解决方案和工业物联网 (IIoT) 所需的基础设施，而基于云的 MES 系统通常是这些技术的核心。

“趋势是业务系统的融合，以获得对设备和系统运行的深入分析。我们看到数据提供商联合起来，”5ME（辛辛那提）执行副总裁 Pete Tecos 说，并指出 5ME 最近与 SmartWare 合作，将 Freedom 智能制造解决方案和 Smartware 的 Bigfoot CMMS（计算机化维护管理系统）平台结合在一起。 “我们收集数据并在各个系统之间共享的速度越快，我们对整体运营的了解就越好。”

云的影响

随着越来越多的公司开始采用基于云的制造技术，MES 解决方案、企业资源管理 (ERP) 和车间数据收集系统的功能正在更加无缝地融合，协同工作以使 IIoT 和工业 4.0 工作在车间更加有效地板。

“它可以实现‘制造的圣杯’：通过数据共享进行实时、全面的系统分析，”Tecos 说。 “调整和/或更正的速度更快，对制造运营的干扰更少。”

当今的制造软件解决方案提供了丰富的工具来跟踪制造企业的关键工厂指标，包括整体设备效率 (OEE) 和许多其他指标，并且随着这些解决方案的开发人员合作满足需求，这些丰富的系统可以很好地结合在一起物联网/工业物联网。

“基本上，您从与资产和各种制造系统连接的工厂层级开始，然后提供可视化层 [OEE 驾驶舱] 来查看性能和 KPI，”Tecos 说。 “最后，将实时信息向上游推送到业务系统空间[ERP、MES、CMMS、质量系统]。如果所有这些系统都能共生而不是各自为政，那么您就可以通过交换实时运营智能来推动运营实现高效的自适应制造——这就是圣杯。”

Tecos 补充说，与其他平台的兼容性是关键。 “易用性、数据收集能力和机器类型的多功能性也很重要。我们的软件从多个角度呈现数据，并将其分为三类：频率、持续时间和货币化。我们着眼于这些之间的相关性，基本上采用频率和持续时间数据来创建运营的货币化视图
。”

一些 5ME 客户的结果令人印象深刻。在安装了 5ME 的 eLog 系统后，重型设备制造商 Caterpillar 位于伊利诺伊州东皮奥里亚的工厂将安装 Freedom eLog 的机器的平均延误时间缩短了一半，并将机器循环时间缩短了 30%，总计 120 万美元增加附加值。该公司报告说，它发现电子“基于事实”的数据比以前使用的纸质系统/手动流程要好得多、更准确、情绪更少。

企业视角

MES 系统不再是独立系统，Siemens PLM Software（德克萨斯州普莱诺）美洲制造实践副总裁 Stephen Brown 指出。 “MES 是互连的企业 IT 基础架构的一部分。 MES 的价值现在由 MES 系统在整个价值链中的集成程度来定义，无论是上游到产品开发和生产工程，还是下游到自动化，”他说。

“客户希望将整个价值链数字化，从产品设计到生产规划、生产工程、生产执行，再到服务。我们称之为数字企业，”布朗说。 “更具体地说，我们使用数字孪生这个词。我们帮助我们的客户创建一个数字孪生，不仅包括产品，还包括生产过程、工厂和生产设备。然后，我们的客户使用数字孪生来完全模拟产品及其制造过程，然后再投入大量资金用于原型、工具和实物资产。”

他指出，这些因素促成了快速创新。 “这不仅仅是管理制造业务。它是关于创建一个能够响应新产品要求的灵活、响应迅速且可预测的制造流程。”

布朗说，一旦投入生产并与自动化相关联，西门子的客户就可以使用来自车间的实时数据做出决策。 “示例包括生产调度软件可以用来优化计划的实时机器可用性或正常运行时间，以及生产过程中发现的质量问题，可以近乎实时地传达给工程部门以进行零件处理，这在航空航天，”布朗说。 “最后，使用 Mindsphere 进行物联网和数据分析，我们在整个数字企业中形成闭环。

西门子通过其 Teamcenter PLM 管理创新和变革流程，创建了产品和制造流程的数字孪生，Brown 说。 “然后，我们与我们的 MOM [制造运营管理] 产品组合集成，将所需的产品、制造和质量数据发送到车间，然后使用 Mindsphere 进行物联网和大数据分析，以捕获竣工数据，将洞察反馈回产品和持续改进的流程设计。”

工业物联网加速

Dassault Systèmes-Delmia 副总裁 Eric Green 表示，制造商正在寻求更多地利用大数据和 IoT/IIoT 热潮以及云移动性。 “这些都在影响今天的制造商，但在有明确的商业案例之前，它们仍处于探索阶段，”他说。

“借助一些专门围绕 IIoT 和 IoT 的技术，他们仍在发现和了解机会所在。如果你想想工业物联网，制造商多年来一直在做先驱，”格林指出。 “IIoT 正在提供新一代、新的演进。但我们的客户拥有超过 20 年的设备，这些新技术必须能够支持现有的设备投资。”

他补充说，制造商的关键是找到他们可以在哪里以及如何应用创新。 “作为消费者，我们每个人都在用我们驾驶的汽车、我们拥有的智能手机和智能设备创造一种体验。这正在对公司如何进入市场产生影响。它迫使这些制造商提高效率或更具创新性。”

他指出，对于像达索这样的开发商来说，目标是快速有效地将令人兴奋的新产品推向市场。 “如果您考虑将新产品推向市场，从产品设计到制造再到消费者，创新平台需要能够快速协作以将设计推向市场。”他补充说，这超越了 ERP，更多地成为了一个业务创新平台。 MOM、制造运营管理等应用程序通过基于协作模型的方法将产品从设计到制造过程中，可以加快产品发布的交付速度。

“对于我们作为一个组织来说，我们认为这是一个关键的优先事项，”格林说。 “MOM 是比 MES 更广泛的功能集——涉及多个站点、更广泛的集合和范围以及更广泛的库存控制。您所看到的是，不同的组织已将其范围扩大到包括 MOM，这与我们提供的创新息息相关。”

为用户提供近乎实时的能力是一个关键优势。 “它的价值在于我们具有全局可见性，如果有变化，这些变化可以传播并消除错误。”

格林说，Delmia-Apriso 软件实现了从工程到制造的各个方面的数字连续性。 “这是使用虚拟世界来优化不同场景的能力，例如模型组合，”他说。 “通过将现实世界的执行模型和日期与工程的虚拟世界相结合，我们使用模拟或优化来评估基于真实工厂数据的更改的影响，然后再将更改部署到工厂。 Delmia Apriso 软件帮助用户提供对全球运营的可见性和控制，以优化生产、库存和质量的执行。”

Siemens MOM 产品组合包括 MES、质量、高级调度和制造智能。 “与这些应用相关的是制造工厂设计和仿真解决方案、我们的 Tecnomatix 产品组合，当然还有 Mindsphere 的物联网和数据分析，”Brown 补充道。 “我们采用工程 BOM，然后将其转换为制造 BOM，然后是流程清单。这就是 MES 接管的地方。

“我们为每个步骤创建工作说明，包括质量和检验步骤，然后可以在工作站向操作员展示特定零件时将这些说明发送给操作员，”布朗说。或者，我们可以根据呈现给该工作单元的部件向机器人工作单元发送特定代码。在批量定制的世界中，批量接近 1，我们能够实现历史上只有在硬自动化和超大批量生产中才能看到的周期时间和成本。”

西门子还为 Simatic IT MES UAF 2.1 添加了一个新的自动化网关应用程序，该应用程序提供了与西门子 S7 控制器的 OPC 连接和直接连接，布朗说。该应用程序配置由连接到自动化系统标签的属性组成的自动化节点对象。 “自动化网关包括维护与自动化系统连接、同步自动化数据的服务，”他说。 “自动化数据暴露给UA app命令进行读写，app可以通过信号管理订阅自动化数据变化事件。”

更多机器分析

随着分析需求的增长，更多的选择比比皆是，例如罗克韦尔自动化（密尔沃基）去年秋天在罗克韦尔自动化博览会上宣布的新机器分析解决方案。这些系统包括罗克韦尔面向设备的 FactoryTalk Analytics 和面向设备制造商的基于云的 FactoryTalk for Machines 应用程序，以及系统和企业分析。

分析补充了 MES 和 ERP 系统，并帮助制造商利用来自通过 IIoT 连接的传感器的新兴数据。 “人们继续谈论工业 4.0 和智能制造，”罗克韦尔自动化信息软件业务经理 Todd Montpas 说。 “他们真正感兴趣的是该技术是否对机器性能进行了扩展，而他们真正需要的是执行级别的所有这些功能——我们必须确保他们拥有有效的流程。”

他补充说，许多客户对基于云的系统感兴趣，并指出一些主要客户对微软的 Azure 云感兴趣。 “我们正在尝试做的是采用一种非常可扩展的方法，具有可扩展的执行，但内置于可扩展的分析策略中；通过在其上放置传感器，您可以获得在机器级别执行的实时分析，以及机器学习来预测故障。”

在汉诺威工业博览会上，GE Digital（波士顿）于 4 月推出了其新的工厂应用 MES 解决方案，旨在增强其为混合制造行业提供的高度自动化生产流程的产品。这个新版本为客户提供了一个新的用户界面，使用了 GE 先进的 UX 设计，以更好地使运营人员能够分析设备效率并确定停机的根本原因。

GE Digital 数字产品管理副总裁 Matthew Wells 表示：“我今天看到的一件有趣的事情是，很多客户都希望为工业物联网‘做好准备’。” “它正在发展，但它正在融入混合云的概念。它是带有大 E 的 MES [强调执行]；他们希望在前提下保持运行。工业物联网和云提供的是一种补充方式。”

Wells 指出，响应时间以及制造运营对 99% 以上可靠性的需求使制造商无法涌向云端。 “99% 的可靠性就够了吗？许多客户不会接受他们制造工厂的风险，”他说。 “云真正提供的是一种深入研究数据的方法。在云中，您可以存储历史记录并进行机器学习。当您拥有云时，您可以访问大量数据，并提高分析的有效性。”

Wells 补充说，在云中随时访问数 TB 的数据使制造商能够充分利用数字孪生，这是 IIoT 的主要吸引力。 “数字孪生是一组分析，基本上可以模拟在后台不断运行的机器的行为，调整数据，”威尔斯说。 “这就是工业物联网价值真正开始的地方。这是一个发展迅速的新兴市场。”