開門見山

　　名詞解釋：

　　MES：所謂MES(manufacturing execution system)即為智能制造中的過程執行系統。

　　設備銀行：工業互聯網極簡開發工具，極簡接入、分析、顯示、控制。

　　阿普奇：行業智能專用設備服務商，率先提出工業電腦模塊化極簡設計和免維護計算機概念，是國內領先的一家加固工業計算機生產商，也是國內第一家工業電腦上市企業，設備銀行指定工業計算機品牌。

　　EBOX：設備銀行超級網關，帶一套協議適配軟件，支持任意RS485、以太網協議設備的上云，同時可實現兩種任意協議間的互轉換，支持邊緣計算，用戶可以自定義設備分析。

　　ECS：設備銀行云控制器=超級網關+PLC+邊緣計算中心，支持2G、4G、ADSL以太網上云。

　　EBOX、ECS手機APP界面

　　背景

　　隨著人類文明的進步，人們對衣、食、住、行的需求量越來越大。在汽車、建筑、家用電子、數碼消費、食品、醫藥等行業的需求日益增長，但原材料、人工成本的上升，企業的利潤越來越少。同時，隨著制造產業鏈全球化分工日益加劇，品牌廠商加工外包的普及，客戶對供應商現場管理能力的要求也越來越高。

　　在工業4.0和智能制造2025的推動下，數字化智能工廠已然成為國內諸多工廠的標準實力體現。MES作為數字化工廠的一部分，解決了原材料成本、人工成本上升、生產現場管理混亂、定單雜生產效率難以提升、生產異常難以實時臨控等問題，真正地可以實現精益制造及管理，是工業4.0與智能制造的必要環節，鑒于中國工業制造的發力，先后涌出大量MES軟件商、工程商、實施或用戶等。

　　工業4.0行業現狀

　　當我們在使勁鼓吹或宣傳工業4.0的時候，卻沒多少人真正理解4.0的實現過程，可能被大家所熟知的就是互聯網下的智能生產或“無人工廠”，怎么樣實現智能生產?

　　工廠的使命永遠是接訂單，然后生產產品，再把產品賣出去，而圍繞訂單的ERP和生產的自動化都有了，但怎么生產、什么時候生產、生產成什么樣等卻成了問題，這時有了MES。好玩的是夾在中間的MES不光要面對ERP和底層的自動化，獨立的還有WMS、PLM之類的子系統，不“滲透”無參謀，MES是軟件，必須要將工廠里的所有事物(包括人、設備、物料)都要信息化、互聯。

　　顯然，工業4.0并不是MES簡單的填充，前提是必須信息化，才能通過數字去形成決策依據，才能透明，才會有智能制造。

　　MES與工業4.0關系圖

　　對MES的真實需求

　　MES的價值決定著市場的需求，但制造業國情與產品需求決定著推行速度。中國之所以成為制造大國，主要是通過豐富的勞動力市場為起點，逐步完善工廠自動化。可當前仍然有一些行業甚至連自動化的工業3.0都未普及，更不用說通過MES來優化管理生產了。同時，鑒于科技的快速發展，各種消費類產品的快速生命期與市場差異化需求，無疑給工廠增加了難度，提出了快速、小批量、定制化苛刻要求。這些都使MES不能預期發揮其功效。

　　在實際的推行中，有80%以上的工廠都是以信息化、無紙化為當前目標。為了競爭客戶的訂單，光有規模與響應速度不行，得要用實際的數字來體現你的產能、效率，甚至進度。同時，在大的前景下，工業4.0的良性發展也受到政府的大力扶持，多地政府為了實現智能工廠的改造，向企業們提供了相當豐厚的補助。

　　工廠自身需求

　　市場中，各種行業大大小小的制造、組裝工廠不勝其數，并不是都能接到諸如華為、三星的大單，也并不是所有企業都能得到政府扶持，同樣，也并非所有客戶都非數字化工廠不合作。

　　在MES實際的實施中，廠商們為甲方分析后并沒有直觀的給出MES帶來的效率提升點，成本控制百分比，甚至人力成本的控制，而是依據企業實際的生產流程，把生產環節中的人、機、料、法、環通過數字的形式來實現無紙化。而相應的優化卻是廠商與甲方后期的一個長效磨合。所以，靠自己做數字化工廠改造的企業，都會被動的跟隨市場，價值幾百萬的MES能給他們帶來多少訂單或提高多少效益，決定權在眾多老板的經濟思維中被模糊。

　　MES的新思路

　　針對MES當前的市場定位及需求，我們通過一種新的思路來理解MES，我們要解決的是從MES的實施、使用、后期維護等多個角度來分析的，讓MES以一種極簡的方式頂起工業4.0的大梁。

　　信息維度

　　在前面的軟文中，我們已談了很多MES產品化困難的原因，包括上不著天與ERP接口困難，下不著地與設備端接入難，再加上大多數的MES都是以整個生產過程的全生命周期為主干線，造成整個系統是緊耦合，任何一個環節的非標、不按流程操作、失誤，都會影響整個MES的正常運行。

　　設備銀行的出現，給MES廠商多了一條可靠的維度，也就是通過設備數據來分析生產運行，引導管理者提質增效，降本節能。這一條維度可以做很多文章，它的目的不是直接節省生產過程的人工，而是讓管理者有一個全新的視角---設備數據的視角，通過這個視角，管理者可以發現很多以前看不到分析不了的問題，通過這些問題的解決來達到提質增效，降本節能的目的。

　　設備銀行：手機APP

　　硬件維度

　　在實際的MES實施架構中，要做到五要素(人、機、料、法、環)的精準效率管理，除了工藝流程、信息管理等方面的軟性應用軟件、數據接口、數據庫等，還需要承上啟下的多層多點的硬件交互，如圖所示。

　　所以，在MES實施現場，通常會面臨這些困難：

　　1)高溫高濕;

　　2)粉塵、水滴、污染物;

　　3)設備運行的振動、沖擊;

　　4)電壓的不穩定與干擾;

　　5)各種設備通信電磁波;

　　6)安裝繁瑣不專業;

　　7)布線難度大;

　　8)與已有的設備無法通訊;

　　9)無法實現過程控制。

　　設備連接

　　綜上描述，大家會發現過往MES系統的成敗取決于資金投入、領導支持力度，用資金和人力來堆徹一套定制化的系統。在過往的系統中，因為MES上面被ERP卡，下面又是一系列封閉的自動化系統，這導致大多數中小型企業 “上MES是找死，不上是等死” 。怎么辦?

　　在新一代的工業互聯網技術“設備銀行”橫空出世后，給了大量MES公司提供了一個全新的思維，成本也大大下降，構思如下：

　　1)通過設備銀行這類標準化的工業互聯網工具，降低設備數據的采集、分析、顯示、維護成本;

　　2)碎片化MES功能，面向生產車間的各個崗位，提供基于微服務的工業App;(中小企業應該面對投入的現實，明確問題的解決，信息的完整和精確可以在下一步再迭代增加)

　　打通工業互聯網和MES系統，設備銀行提供全開放的JSON數據接口，用戶可以很容易的通過設備銀行獲得設備層的數據，并分發給需要的人員。

　　設備銀行：手機APP

　　交互硬件

　　阿普奇作為國內首家登陸新三板的工業電腦企業，擁有非常多的自動化行業現場的交叉應用經驗，能為MES的精準數據采集和業務處理提供可靠的支持，使MES的現場快速布置實施變得輕松簡單。

　　我們使用單芯片超低功耗的工業平板電腦作為MES的交互、采集終端，而在基于業務流層面，將聲光報警用的開關量、WiFi、身份識別及物料電子標簽的RFID等做成標準的模塊組件，與產品高度集成在一起。如圖所示。

　　工業級交互平板

　　Pseries-E5是針對工業4.0的超薄低功耗無風扇工業平板電腦系列產品，結合阿普奇模塊化設計理念，通過模塊化組合，可以形成不同尺寸、多種接口、不同性能等多種產品，以應對多種行業不同的應用需求。

　　采用凌動4代Baytrail平臺單芯片背貼式CPU設計，高亮寬溫LED背光液晶屏，雙Intel千兆網絡，大面積鋁鰭零距離散熱，保證了其長壽命穩定運行。集成寬壓電源輸入，具有過流、過壓、EMC保護。外觀采用鉆石切割工藝，結合全模具壓鑄成型殼體使其更加堅固美觀，配合高溫五線電阻或鋼化玻璃表面的電容觸摸屏，符合IP65防護等級。緊湊輕薄的機身支持多種安裝方式。適用各個行業的MES應用。

　　用于MES交互的工業平板電腦主要有電容和電阻兩大系列，從10寸到21寸，分別適用于各個細節行業的不同應用現場，其主要特點有：

　　? DC9~28V寬壓抗干擾電源輸入，符合工業現場復雜電源環境

　　? 第四代凌動Baytrail低功耗無風扇設計

　　? 板載內存與靈活的存儲方式，抗振動沖擊

　　? 全模具壓鑄鋁成型，堅固美觀，經久耐用

　　? 超輕越薄的緊湊型設計，安裝便利

　　? 簡單高效的通訊方式(WiFi/Intel千兆LAN/RS485/USB3.0)

　　? 高溫五線電阻式和多點電容觸摸屏，適合多種應用環境

　　? 可集成RFID讀寫，便利的人工考勤管理

　　? 選高清攝像頭，實現影像監控管理

　　? 支持雙揚聲器，實現本位預警

　　? 嵌入式操作系統、穩定永久使用

　　? -20℃~70℃寬溫長壽命工作

　　RFID讀寫模塊

　　RFID是一種無線射頻識別技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。具有抗油污、加密、速度快等優點。物聯網的興起，讓RFID技術得到了廣泛的應用，尤其是在工廠物料、績效、權限的智能數據上。

　　我們通過高度集成的RFID讀寫模塊，來方便MES績效的精準管理，與工廠原有門禁無縫對接，無需額外安裝、布線，只需要接口(API)調用即可。

　　雙頻WiFi模塊

　　為了節省MES實施周期及布線難度，我們為人機交互點提供了無線網絡方案。

　　使用Atheros 802.11a/b/g/n 2.4/5Ghz雙頻無線方案，更支持藍牙4.0，而Atheros公司是802.11領域的先鋒，基于OFDM的無線網絡技術廠商，提供基于IEEE802.11a 5-GHz的芯片組，還拓展了藍牙、GPS、以太網等領域的開發。Atheros的芯片被各大廠商所廣泛采用，Netgear、TP-Link、D-Link、Intel等廠商均為Atheros客戶。

　　尤其是5Ghz頻段更有傳輸速度快、抗干擾能力強、兼容性高和省電的優點。

　　隔離輸入/開關量

　　面對成熟的工業3.0自動化現場，MES的實施除了要實現設備數據的采集，還要加裝基于物料、過程、質量等控制的信號燈、報警、光電開關等。通過PLC來實現這些功能，從成本或編程上都耗費不少，于是輕量的輸入輸出便成了熱門。

　　而行業內標準產品的DIO接口一般都是低電平信號(5V&3.3V)，無法實現工業現場標準器件的直接通訊(現場多以24V為主，信號干擾等)，雖然DIO應用起來經濟高效，但如果應用不當，不但無法通訊，還會影響數據的精準，甚至導致設備受損。

　　A.無法驅動常見設備(24V)

　　B.輸入電壓范圍有限，直接24V信號燒設備

　　C.控制電路設計繁瑣，不好量產安裝

　　D.抗干擾能力差，采集數據不準

　　E.無保護措施，浪涌或過壓，會讓設備不穩定或受損

　　所以，針對MES現場的實際應用，我們將DIO升級，高度集成，徹底解決實施過程中的安裝、開發、成本煩惱，快速連接，快速開發應用。具有如下應用特點：

　　1) 模塊化設計，兼容阿普奇所有產品

　　2) 光電隔離寬壓輸入

　　3) OMRON繼電器直接輸出

　　4) 有源/無源信號多種輸入

　　5) 標準DB頭應用接口(可附帶接線端子)

　　移動手持平板

　　除此之外，我們還針對在線巡檢、叉車、推車等移動場景的應用，提供手持平板電腦TPP-10通訊解決方案。

　　通過標準x86平臺與工業級的接口來延伸智能工廠的物流信息實現，讓MES更靈活。其特點如下：

　　? J1900低功耗多核處理器

　　? 高強度鋁合金機身，抗震防摔，IP65

　　? 10寸高清寬屏電容屏

　　? WiFi+BT/4G/RFID/2D Mudolar Selected

　　? 標準USB/COM/LAN/CAN工業級接口

　　? 可配置DDR3L內存和mSATA硬盤

　　? 支持Windows/Linux操作系統

　　穩定的操作系統

　　在中國市場，WinTel生態的工程應用占比高居不下，但在實際應用過程中Windows平臺的穩定性一直被業界所詬病。

　　所以在用戶操作系統這個板塊上面，我們采用Windows Embedded Standard 7操作系統，它提供了業內領先的可靠性、安全性和性能。其靈活的嵌入性能更適用于各低功耗產品的開發與運行。

　　FBWF(File Based Write Filter)，基于文件的寫保護過濾，在內存中對所有文件進行寫操作(如圖所示)能讓系統在頻繁的非法斷電中穩定運行，防止病毒的侵害，延長存儲設備的使用壽命。

　　我們提供系統完美定制開發，實現一次植入永久使用。

　　維護維度

　　MES維護不了!這是大多數無IT部門MES用戶的共同感受!

　　MES的運維包括幾個方面：

　　1)軟件的運維，包括服務器的運維，如系統崩潰了，如若沒有好的熱備系統，沒有相應的維護人員，常常會因此而苦惱，輕則損失數據，造成與ERP之間的誤差，重則系統崩潰需要額外出錢請開發商上門服務。

　　2)硬件的運維，包括電子看板的各電腦系統、設備層的數據采集和網絡系統。

　　3)功能的升級，比方說增加了新的產線，比方說使用過程中有遇到了不順的地方需要開發商二次修改的。

　　目前的MES系統能用好的，大多自己都有較強的IT事業部，或者是有錢，把這部分工作分包給了開發商，其它的用戶大多感覺自己在被MES玩。

　　MES運維需要提升系統的堅固性、產品性、可維護性，而大多數MES系統因為是定制開發的，這三個方面都表現得非常差。

　　MES故障的重災區：

　　1) 工業計算機、服務器

　　2) 工業互聯網(數據采集、邊緣態分析)

　　設備銀行ECS、EBOX的可維護性

　　在開發設備銀行之前，筆者己設計過非常非常多的工業產品，對于工業產品的可維護性可以說是深有感悟。還記得我在某公司打工時，開發過一套無線的分布式IO模塊，當時自作聰明的把所有的信道選擇、站地址配置，主從站變量映射，都做成了一套軟件，從而使硬件更加小巧。結果沒想到我自認為的高明設計卻成為了一個巨大的坑。這個系統的產品在面市后，公司就將其使用到全國各地的自動化項目中，初期，因為工程都是我們自己公司的工程師上門，還沒有發現問題。等過了幾年，這個隱患才慢慢暴露，但凡現場有模塊損壞了，客戶都無法直接更換，一定要我們去人。

　　無論是成都還是哈爾濱還是新疆，那段時間，這種上門服務成為了用戶與我們工程部之間最大的摩擦，差旅費誰出?能不能盡早派人去上門?

　　在后來的十多年中，我又在控制系統產品中遇到了幾次同樣的問題，如一套LonWorks的控制系統，每次更換模塊一定要用LonMark在現場進行組態配置，這么惡心的設計讓我對美國佬恨之入骨。

　　還有電力載波模塊，用戶的用電設備增加有可能會影響模塊間的通訊，一定要我們派人去現場調配。最后有個客戶實在受不了了，只能增加一套獨立的交流電網用于電力載波模塊的通訊。

　　最后還有設備銀行出來前的物聯網項目，每次GPRS-DTU的損壞，都需要進行配置，如果寄給用戶后沒有配置好，通常還是需要我們的工程師上門。

　　在MES行業應用中，因為增加了工業互聯網，設備層的數據能夠上來了。卻也增加了一套硬件系統和通訊系統的維護，這些工作往往并不是MES公司的專長，還需要另外的自動化公司去協助。為此設備銀行在設計之初就把免配置、一鍵替換當作維護設計的核心目標。

　　盡管知道現在許多同行會抄襲我們的設計，但我仍為此設計感到自豪，需要在這顯擺一下：

　　1)免配置：設備銀行的所有硬件無需進行通訊參數配置，上電即在云端，掃碼即可接入。用戶完全不用關心域名、IP、端口、帳號、密鑰等任何通訊相關的參數。

　　2)一鍵替換：設備銀行的ECS、EBOX壞了怎么辦?拿一個新的模塊過來，掃碼，點擊一鍵替換即可，無需任何的重新組態工作!甚至工程商可以在千里之外寄一個模塊過去，讓用戶把端子拔過來，然后工程商在異地點擊一鍵替換即可。

　　正因為上面的兩個特性，所以設備銀行極簡派工業互聯網決非浪得虛名!這就是設備銀行極簡化中的極簡維護。

　　這使廣大的MES用戶不再為硬件的維護而苦惱，更換和維護的難度比換一個燈泡更簡單。

　　結束語

　　設備銀行與MES的銜接如虎添翼，它是一個工具，是一個生態，是新工業的新思想，其中包括了做控制系統的矩形科技、做工業互聯網的老狗科技、做工業計算機的阿普奇、做工業互聯網服務的賽遠、做人聯網的工控兄弟連。大家圍繞著簡單是美的設計思想，一步一步的豐富整個生態，幫助工業用戶提質增效、降本節能。