智慧工厂的集成化平台

作者:Jurgen Kletti 文章来源:MM《现代制造》 点击数:284 发布时间:2018-10-19
在数字化向前迈进的时代,由于越来越多的企业需要并要求其制造IT具有更大的灵活性,这样便催生出了首个替代制造执行系统(MES)的制造集成平台(MIP)。制造集成平台(MIP)作为制造IT的第四代代表,将标准化与个性化集于一身。
智慧工厂的集成化平台

按照工业4.0观点运行的制造要求具有效率的生产管理
按照工业4.0观点运行的制造要求具有效率的生产管理

与第四次工业革命(工业4.0)同步,也催生出了用于制造IT的第四代软件(图1)。在此,除了与制造有着紧密联系的IT系统外,IT系统的结构也越来越受到更多关注。由此,要求应用开放的平台作为智慧工厂车间的IT基础则更加合理。

制造IT将更为灵活

在此,让我们回顾一下迄今为止的四代制造IT(图1):

● 用于企业数据监测(BDE)、机器数据监测(MDE)或计算机辅助质量控制(CAQ)的岛式生产方案

● 符合德国工程师协会(VDI)指针5600的模块化制造执行系统(MES)

● 制造管理系统和单片式的制造执行系统(MES)

技术服务和各应用软件组成的平台化解决方案

第一代系统通常是用于机器数据监测、质量安全或制造控制的专门的岛式生产方案。第二代单片式IT系统常常是囊括了多个这样的岛式生产方案的解决方案,后来被称之为制造执行系统(MES)。只有通过德国工程师协会(VDI)指针5600和在该指针中定义的制造执行系统(MES),才产生了模块化的第三代制造执行系统,例如MPDV公司的Hydra。由此,今天世界上的许多企业才能够成功且全面的掌控自己日常生产。

并不是工业4.0才使得制造IT如同许多其他IT系统那样面临着进退两难: 一方面是流程越来越复杂;而另一方面,需要标准化,以使这种复杂性变得可控和符合未来的要求。最终还是需要一个标准化的个性化软件作为理想的解决方案。当前的在很多地方宣传的平台体系结构中显露出类似的应用可能性,这不只是能够将制造业从进退两难的境地解脱出来,而且还能变成第四代制造IT 。

图1 对迄今为止已验证了的四代生产制造IT回顾
图1 对迄今为止已验证了的四代生产制造IT回顾

横向集成将成为系统固有特点

平台成功的一个重要标志是将标准化的可组态的基本技术服务与个性化应用分离开来。今天,人们谈论的是技术服务和各种应用软件。技术服务的作用是,研发人员不必每次都要进行的新发明便可以适合数据体系结构形式熟练的运行程序化的后台功能。与此同时,平台能够确保各个不同生产厂家的各种应用软件的互操作性。这样,迄今为止经常熟练实施的水平集成便带有本身固有的特性,并在平台环境中继续发挥作用。

当创新平台的数量增加时,只有少数平台可作为先进的制造IT的基础。一方面是有所谓的物联网平台,这些平台用于将所检测的数据进行储存和分配;而另一方面,则是一个纯技术平台,该纯技术平台在一定程度上用作各数据提供方的应用操作系统。这两种类型的平台有着不同的优点。而制造企业既需要能够利用各种应用软件,又能够完整反映数字化生产的解决方案。在这种前后关系上,物联网平台可以充当数据提供方。

例如,在2018年汉诺威工业博览会上,MPDV公司介绍了一个平台:是制造集成平台(MIP)(图2)。其实质也被称作是虚拟生产现实(ViPR),组成生产数字双胞胎的生存空间。在那里不只是储存和储备数据,更多的是将全部数据组成一个数字图像模型。在这个关联上,人们也称之为语义学上的信息模型,该信息模型是以制造环境中长年积累的经验为基础的。

图2 第四代生产制造IT: 制造集成平台
图2 第四代生产制造IT: 制造集成平台

此外,集成服务实现了与生产车间场地和其他IT系统(企业资源计划系统)的通信。世界范围内1000余个制造执行系统(MES)的未来安装用户均会从技术诀窍中受益。借助于研发平台(SDK)可实现任意的应用。研发平台(SDK)除了范围广泛的程序库和学习程序外,还有示例应用,也就是所谓的制造应用软件(mApps)。因为已经包含了所有重要的数据结构体系和基本功能,所以研发方可将制造集成平台(MIP)作为基础进行研发,从而节省大量时间和编程费用。制造集成平台(MIP)自2018年年中起便可提供给客户使用。目前,与首批试点用户和研发合作伙伴的合作已在商谈中。

在提高如制造集成平台(MIP)这样的平台灵活性的基础上,将来制造企业可从各种各样的应用场景中受益。原则上由此能够实现当今的制造执行系统(MES)的功能,而且,能够实现的还会更多。这里有我们选择出了几个实例:

例1. 采用IT资源的实施方案

企业A是一个电子部件生产厂家,由于客户的要求越来越复杂,因此企业A使用原先的制造执行系统(MES)已经不能满足要求。特别是为了应对客户提出的全面任务以及在产品应用中对产品维修实行跟踪的要求,这便要求企业A在各种不同的应用生产中形成的各自的数据。

为了应对这样的复杂性,企业A引进了制造集成平台(MIP),并利用相应的附带技术服务与企业资源规划(ERP)系统以及众多生产机器相连接。 企业A还自行研发了手工输入数据的制造应用软件(mApps),且制造集成平台(MIP)为此利用软件开发工具包。制造集成平台(MIP0)的数据结构是开放式的,在物料交货后,在生产的过程中监测的数据也能够提供使用。企业A研发了一个与现实的技术服务中利用的IT系统实现数据同步的制造应用软件(mApps)。该企业中期计划是,实现将整个技术服务工具变成制造应用软件(mApps),以实现统一数据管理。

结论是:企业A利用制造集成平台(MIP)建立了生产和技术服务中的现有IT系统的集成。通过在制造集成平台(MIP)上的技术服务系统的迁移,产生进一步的协同效应,这样资源便可进一步加以利用。

图3 MPDV公司的制造集成平台(MIP)
图3 MPDV公司的制造集成平台(MIP)

例2. 通过系统集成器和利用行业的关注来编制解决方案

企业B是一家机器制造生产厂家,该生产厂家有自己的金属铸造车间。传统的生产(如安装作业)要求能够采用一个原先的制造执行系统(MES),但是,因为企业B的客户需要个性化合金机器零件,所以集成铸造车间的流程是复杂的。由此,该企业的铸造车间的运行应该采用该企业自行研发的IT系统。

在寻求一个适合的整体解决方案时,企业B找到了一个金属加工的系统集成器S,该企业的客户专用合金的使用对于该系统集成器无特别之处。遗憾的是,系统集成器S的安装流程的配置中没有制造执行系统(MES)功能。系统集成器借助于制造集成平台(MIP)能够与市场上可使用的安装流程制造应用软件(mApps)相连接,从而为企业B提供一个全面的技术解决方案。该方案一方面基于标准化的部件,另一方面精准的满足了企业B的个性化需求。这样,企业B便得到了一个符合未来需求的整体技术解决方案。该整体技术解决方案更加简单,作为从制造执行系统(MES)在组合和铸造车间的生产线方案(Insellosung),该系统对模拟计算机辅助质量控制(CAQ)流程等其他流程制造应用软件(mApps)是开放式的。

例3. 通过机器生产厂家的流程制造应用软件(MAPPs)来提高生产效率

企业C已在很多生产部门全面利用制造集成平台(MIP)。现在是要在生产厂家M提供的新压力铸造机上引进利用制造集成平台(MIP)。据称,为了能够监测重要数据,企业C 要完成生产厂家M提供的新压力铸造机与制造IT的连接。

在制造集成平台(MIP)的基础上,企业B现在能够提供用于技术数据监测和图像化以及用于调整数据自动化传输的制造应用软件(mApps)。该制造应用软件(mApps)可使客户能够在其制造集成平台(MIP)上进行调准,并能够立即与新的机器进行信息交换。这样,企业C不仅能够保护其自己的IT资源,与此同时还能够更快的使新机器投入运行。

在很多情况下,未来的目的是要在努力实现标准化的基础上的连接个性化的设备,也就是说,一个标准化的个性化软件。为此目标,生产制造IT市场在逐步继续向前发展。许多企业在中期还在使用传统的制造执行系统(MES)时,对于生产制造IT第四代的需求已经明显显现。

这样,生产制造企业将来可以选择是否要利用一个制成的、通过市场检验的制造执行系统(MES),或是要选择一个第四代制造集成平台(MIP)。在此,企业自己对相关IT技术诀窍和与之相关联的工业4.0战略则有着决定性的意义。