اتوبوس خدمات سیستم اجرایی ساخت

28 ژوئیه، 2013 توسط wso2

قبل از پرداختن به موضوع، می‌خواهم برخی اصطلاحات را که معمولاً در صنعت تولید استفاده می‌شود، ارائه کنم.

اصطلاح سیستم اجرایی ساخت

MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM (MES) توسط تحقیق AMR در سال 1990 ابداع شد. مفهوم MES از زمان توسعه سیستم‌های اطلاعاتی پیشرفته رایانه‌ای برای تولید، تقریباً طی سه دهه تکامل یافته است. در زیر تعریف MES از انجمن سیستم اجرایی تولید (MESA) آورده شده است.

MES اطلاعاتی را ارائه می‌دهد که بهینه‌سازی فعالیت‌های تولید را از زمان اخذ و به جریان انداختن سفارش تا تولید و آماده‌سازی کالاهای نهایی امکان پذیر می‌کند. با استفاده از داده‌های فعلی و دقیق، MES فعالیت‌های کارخانه را هنگام آغاز، پاسخ داده و گزارش می‌دهد. پاسخ سریع حاصل از تغییر شرایط، همراه با تمرکز بر کاهش فعالیت‌هایی که ارزش افزوده‌ای ایجاد نمی‌کنند، عملیات و فرآیندهای موثر کارخانه را هدایت می‌کند و بازده دارایی‌های عملیاتی و همچنین تحویل به موقع، چرخش موجودی، حاشیه ناخالص سود و عملکرد جریان نقدی را بهبود می‌بخشد. این سیستم از طریق ارتباطات دو طرفه اطلاعات مهم در مورد فعالیت‌های تولیدی را در سراسر شرکت و زنجیره تامین فراهم می‌کند.

سیستم، درحالی که کار می‌کند، مجبور است با چندین سیستم ناهمگن ارتباط برقرار کند. برخی از آن‌ها در زیر ذکر شده است.

    مدیریت چرخه زندگی محصول (PLM)

    برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP)

    مدیریت ارتباط با مشتری (CRM)

    مدیریت منابع انسانی (HRM)

    سیستم اجرای فرآیند توسعه (PDES)

    کنترل نظارت و اکتساب داده‌ها (SCADA)

    کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC)

    سیستم‌های کنترل توزیع شده (DCS)

    سیستم‌های اتوماسیون دسته‌ای Batch Automation Systems

بیایید نگاهی به نحوه جریان اطلاعات بین سیستم اجرایی ساخت و سایر سیستم‌های متصل بیندازیم.

از MES به PLM: نتایج آزمون تولید

از PLM به MES: تعاریف محصول، لایحه عملکرد (مسیریابی)، دستورالعمل کار الکترونیکی، تنظیمات تجهیزات

از MES تا ERP: نتایج عملکرد تولید، مواد تولید شده و مصرف شده

از ERP به MES: برنامه ریزی تولید، نیازهای سفارش

از MES به CRM: اطلاعات ردیابی و ردیابی محصول

از CRM به MES: شکایت از محصول

از MES تا HRM: عملکرد پرسنل

از HRM به MES: مهارت پرسنل، در دسترس بودن پرسنل

از MES به PDES: نتایج آزمایش تولید و اجرا

از PDES به MES: تعاریف جریان تولید

من همه سیستم‌های مورد استفاده را ذکر نکرده‌ام. دلیل این امر این است که سیستم‌های ذکر شده در بالا به دسته‌ای به نام Level-4 Systems تعلق دارند که توسط استاندارد ISA-95 تعریف شده است.

ISA-95، همانطور که معمولاً بیشتر به آن اشاره می‌شود، یک استاندارد بین المللی برای ایجاد یک رابط خودکار بین سیستم‌های سازمانی و کنترل است. این استاندارد برای تولیدکنندگان جهانی تهیه شده است. این نرم‌افزار برای استفاده در همه صنایع و انواع فرآیندها مانند فرآیندهای تولید دسته‌ای (بهر)، فرآیندهای مداوم و تکراری ایجاد شده است.

یک تعریف مشترک داده، B2MML زبان کد نویسی برای تولید در استاندارد ISA-95 برای ارتباط سیستم‌های MES با این سیستم‌های سطح 4 تعریف شده است.

استاندارد B2MML فرمی برای تبادل اطلاعات ISA-95 تعریف می‌کند و روش خاصی اسناد XML را برای مبادلات تعریف می‌کند.  B2MML همان چیزی است که استاندارد ISA-95 را قابل پیاده‌سازی می‌کند. این طرح‌ها به صورت رایگان در سایت www.mesa.org در دسترس هستند. بنابراین، تمام سیستم‌های سطح 4 و MES باید B2MML را با معنای سازگاری درک کنند.

سیستم‌های دیگر مانند SCADA ، PLC ، DCS و Batch Automation Systems به سیستم‌های سطح 2 ISA-95 تعلق دارند.

از MES به PLC: دستورالعمل‌های کار، دستور العمل‌ها، نقاط تعیین‌شده

از PLC به MES: مقادیر فرآیند، هشدارها، نقاط تنظیم‌شده، نتایج تولید

بیشتر سیستم‌های MES قابلیت اتصال این موارد را به عنوان بخشی از اجزای محصولات خود ارائه می‌دهند. ارتباط مستقیم داده‌های تجهیزات کف کارخانه با اتصال به کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) برقرار می‌شود. غالبا، داده‌های کف کارخانه ابتدا برای کنترل در زمان واقعی در یک سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS) یا سیستم کنترل نظارت و اکتساب داده (SCADA) جمع‌آوری و تشخیص داده می‌شود. در این حالت، سیستم‌های MES برای تبادل داده‌های کف کارخانه به این سیستم سطح 2 متصل می‌شوند. استاندارد صنعتی برای اتصال کف کارخانه OLE برای کنترل فرآیند (OPC) است.

MES اطلاعات مورد نیاز پرسنل کارخانه را برای مدیریت موثر فرآیند تولید از زمان راه اندازی سفارش تا تولید کالاهای نهایی ارائه می‌دهد. لایه‌ای از  MES، که مسئول مدیریت کارخانه است، در زیر ERP قرار دارد که مدیریت کسب و کار را بر عهده دارد.

بسیاری از الزامات رایج مشترک بین ERP و MES وجود دارد. به عنوان مثال داده‌های موجودی مواد اولیه است. ERP برای اهداف ارزیابی موجودی کالا و برنامه ریزی پیشرفته، باید سطح فعلی مواد اولیه را بداند. MES باید سطح موجودی مواد اولیه فعلی را بداند تا بتواند مواد اولیه صحیح را در زمان مناسب به مرکز کار صحیح ارسال کند. تفاوت مربوط به جزئی بودن اطلاعات مورد نیاز است. برای ERP، دانستن موجودی کل واقعی برای هر ماده اولیه کافی است – وی می‌تواند از این داده‌ها برای محاسبه ارزش موجودی و برنامه‌ریزی تخصیص مواد در آینده برای تولید استفاده کند. با این حال، برای MES، این درجه از جزئیات کافی نیست.

برای بهینه‌سازی استفاده از موجودی کالا، MES باید از هر زیر مجموعه زیادی از موجودی، مقدار آن، مکان آن و وضعیت فعلی آن مطلع شود. مزایای تجاری قابل توجهی برای ادغام ERP-MES به خوبی وجود دارد: فرآیندهای تجاری ناب که به طور یکپارچه از مرز ERP-MES عبور می‌کنند. همگام‌سازی داده‌ها، به طوری که کارخانه همیشه طبق مشخصات فعلی درحال تولید محصول است و ERP همیشه می‌تواند براساس اطلاعات فعلی و دقیق از موجودی در قفسه‌های فروشگاه برنامه‌ریزی کند.

بیایید همه مواردی را که در بالا بحث کردیم در یک نمودار خلاصه کنیم.

ما قبلاً در مورد چگونگی استفاده از B2MML برای اتصال سیستم‌های لایه 4 با MES بحث کردیم. حال، بیایید بر روی OPC تمرکز کنیم و ببینیم چگونه می‌توان از آن برای اتصال MES با سیستم‌های لایه 2 استفاده کرد.

OLE برای کنترل فرآیند (OPC) که مخفف Object Linking and Embedding بوده برای کنترل فرآیند است، نام اصلی مشخصات استاندارد است که در سال 1996 توسط یک کارگروه صنعتی در خصوص اتوماسیون صنعتی تهیه شده است. این استاندارد ارتباط داده‌های کارخانه در زمان واقعی بین دستگاه‌های کنترل از تولیدکنندگان مختلف را مشخص می‌کند. بعداً بنیاد OPC مخفف رسمی را به معنای «ارتباطات بستر باز» تغییر نام داد.

تغییر در نام منعکس‌کننده کاربردهای OPC برای کاربردهای کنترل فرآیند، تولید گسسته، اتوماسیون ساختمان و موارد دیگر است. OPC همچنین فراتر از اجرای اولیه OLE به معنای پیوند و جاسازی اشیا قرار گرفته است و شامل سایر فن‌آوری‌های انتقال داده از جمله XML ، Microsoft .NET Framework و حتی قالب TCP باینری کد شده بنیاد OPC است.

یک سرور OPC برای یک دستگاه سخت افزاری روش‌های مشابهی را برای دسترسی مشتری OPC به داده‌های خود مانند سایر سرورهای OPC برای دستگاه‌های سخت افزاری مشابه و دیگر فراهم می‌کند. هدف این بود که میزان تلاش تکراری مورد نیاز تولیدکنندگان سخت‌افزار و شرکای نرم‌افزاری آن‌ها و SCADA و سایر تولیدکنندگان HMI برای ایجاد ارتباط بین این دو مورد کاهش یابد.

هنگامی که یک سازنده سخت افزار OPC Server خود را برای دستگاه سخت افزار جدید توسعه داد، کار آن‌ها بر این اساس انجام شد تا به هر «بالاترین سطح» اجازه دسترسی به دستگاه خود را بدهد، و هنگامی که تولیدکننده SCADA مشتری OPC خود را توسعه داد، کار آن‌ها انجام شد تا امکان دسترسی به هر سخت افزار، موجود یا هنوز ایجاد نشده، با یک سرور سازگار با OPC فراهم شود.

سرورهای OPC روشی را برای بسیاری از بسته‌های نرم افزاری مختلف به شرط اینکه مشتری OPC باشد فراهم می‌کنند تا به داده‌های دستگاه کنترل فرآیند، مانند PLC یا DCS دسترسی پیدا کنند. به طور سنتی، هر زمان که بسته به دسترسی به داده‌های دستگاه، رابط سفارشی یا درایور نیاز داشت، باید نوشته می‌شد. هدف OPC تعریف یک رابط مشترک است که یک بار نوشته می‌شود و سپس توسط هر کسب و کار، SCADA ، HMI یا بسته‌های نرم افزاری سفارشی مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرد.

در ژانویه 2004، بنیاد OPC یک گروه کاری را موظف به ایجاد معماری جدیدی کرد که OPC را به اوج فن‌آوری برساند و چارچوبی برای قابلیت همکاری ارائه دهد که برای 10 سال آینده و بعد از آن قابل اجرا باشد. نتیجه آن OPC-UA بود.

OPC UA از دو پروتکل پشتیبانی می‌کند. این فقط برای برنامه نویسان برنامه از طریق تغییر در URL قابل مشاهده است. پروتکل باینری opc.tcp: // Server و http: // Server برای وب سرویس است. در غیر این صورت OPC UA برای API کاملاً شفاف کار می‌کند.

پروتکل باینری بهترین عملکرد و حداقل سربار را ارائه می‌دهد، حداقل منابع را به خود اختصاص، بدون تجزیه کننده XML ، SOAP و HTTP ، که برای دستگاه‌های جاسازی شده مهم است، بهترین قابلیت همکاری را ارائه می دهد. پروتکل وب سرویس (SOAP) به بهترین وجهی از ابزارهای موجود پشتیبانی می‌شود، به عنوان مثال از محیط‌های JAVA یا .Net و با استفاده از پورت‌های استاندارد http / https مناسب دیوار آتش است.

تمام آن‌چه تا اینجا بحث کردیم پس زمینه است. استفاده از Bus Service Manufacturing (MSB) در جریان / روند تولید چیست؟ بیایید اکنون روی آن تمرکز کنیم.

در اینجا ESB / MSB به عنوان لایه‌های اتصال MES بین سیستم‌های Layer-2 و Layer-4 عمل می‌کند. اگر یک جریان تولید معمول داشته باشیم، MSB دستورالعمل‌های ارائه شده توسط MES را اجرا می‌کند. MES اطلاعات مربوط به دستورالعمل‌های مورد نیاز، مسیرها یا دستور اجرای PLCها و اطلاعات مهم را در اختیار شما قرار خواهد داد.

پس از هر فراخوانی PLC از MSB، اطلاعات پاسخی که دریافت می‌کند به MES ارسال می‌شود. این داده‌های ذخیره شده توسط سیستم‌های Layer-4 ERP ، CRM قابل مصرف است.

تاکنون، جریان اطلاعات زیر بین MES و ERP که در ابتدا به آن اشاره کردیم معنادارتر خواهد بود.

از MES به ERP: نتایج عملکرد تولید، مواد تولید شده و مصرف شده از ERP به MES: برنامه‌ریزی تولید، نیازهای سفارش

در یک سیستم تولید، نقش MSB به سادگی فراتر از سادگی درخواست برای PLC یا سیستم‌های لایه 2 است. MSB همچنین مسئول:

    رسیدگی و بازیابی شکست‌ها

    انجام دادن معاملات

    انجام دادن زیر ترافیک زیاد

    بارگیری کردن تعادل بین چندین PLC

   جمع آوری آمار عملیاتی از PLC

با توجه به موارد فوق سیستم‌های تولید را باید به کار گرفت.