第五章 總結(jié)與展望
在制造行業(yè)實(shí)施MES 過(guò)程中,首先需要面對(duì)的是各個(gè)不同廠商設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題,在工業(yè)通信領(lǐng)域,國(guó)際工業(yè)巨頭幾乎壟斷了工業(yè)通信行業(yè)的各項(xiàng)專利。本文從另一個(gè)角度出發(fā),通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)的二次開發(fā),使得以太網(wǎng)構(gòu)架的協(xié)議能夠應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)線中,設(shè)計(jì)出一套能兼容大多數(shù)底層協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)通信機(jī)制,并通過(guò)在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用驗(yàn)證了這種解決方法的可行性。
5.1 本文工作的回顧
本文以一條液晶生產(chǎn)線的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)為研究背景,探討了在生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)中運(yùn)用新興的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),對(duì)設(shè)備底層設(shè)備進(jìn)行通信的統(tǒng)一化。具體做了以下工作:
1. 研究了國(guó)內(nèi)外MES 發(fā)展情況,分析工業(yè)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)通信方式的特殊性,對(duì)該領(lǐng)域國(guó)外主要廠商和專利寡頭的壟斷情況進(jìn)行了剖析,提出在國(guó)內(nèi)發(fā)展MES 的首要難題。
2. 在傳統(tǒng)的工業(yè)通信領(lǐng)域中進(jìn)行了通信方式的改進(jìn),在辦公用的以太網(wǎng)構(gòu)架上,設(shè)計(jì)定義了一層用戶層(ACD-MD 層),用ACE-MD 層來(lái)兼容各種設(shè)備通信協(xié)議。在服務(wù)器端設(shè)計(jì)定義各種底層設(shè)備使用的協(xié)議,在設(shè)備終端設(shè)計(jì)定義服務(wù)器端的送出協(xié)議類型,使得底層設(shè)備所使用的各種協(xié)議能夠被服務(wù)器所識(shí)別,并通過(guò)ACE-MD層相互進(jìn)行通信數(shù)據(jù)的交換。通過(guò)這種方式,將通常用于辦公網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)協(xié)議直接引入生產(chǎn)線.
3. 在設(shè)計(jì)過(guò)程中,為了減少傳統(tǒng)以太網(wǎng)中廣播數(shù)據(jù)包的頻率,提高以太網(wǎng)的性能。設(shè)計(jì)采用終端名稱進(jìn)行終端識(shí)別代替IP 地址池的終端查找方式,減少了傳統(tǒng)以太網(wǎng)中廣播風(fēng)暴引起的系統(tǒng)振蕩的概率。同時(shí)采用了無(wú)確認(rèn)的發(fā)送機(jī)制,以用來(lái)減少傳輸?shù)难訒r(shí),提高M(jìn)ES 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
4. 對(duì)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了改造,設(shè)計(jì)增加了發(fā)送代理和接受代理,在發(fā)送端和接收端的存儲(chǔ)空間劃分出一定區(qū)域作為數(shù)據(jù)緩存區(qū)域,對(duì)服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存管理機(jī)制,這種機(jī)制保證了傳入應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)時(shí)性,解決了當(dāng)出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)傳輸(如服務(wù)器之間和數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)拷貝,或者M(jìn)ES服務(wù)器同時(shí)發(fā)送大量指令給設(shè)備群)時(shí)的數(shù)據(jù)碰撞和完整性問(wèn)題,對(duì)節(jié)省建設(shè)成本、提高M(jìn)ES 性能做出了很大貢獻(xiàn)。
5. 在以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備通信在MES 中的作用進(jìn)行了進(jìn)一步研究,提出了EI(設(shè)備集成)的概念,以陣列車間為例,分析了工業(yè)以太網(wǎng)在生產(chǎn)車間的實(shí)際應(yīng)用,也就是EI 的運(yùn)行思路和應(yīng)用效果,展示了系統(tǒng)開發(fā)的最終界面,提高了設(shè)備群自主運(yùn)作能力,簡(jiǎn)化MES 控制的復(fù)雜度,提高生產(chǎn)效率、減少必要環(huán)節(jié),成為MES 成功實(shí)施的基礎(chǔ)。
6. 在文章的最后,總結(jié)了工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用后系統(tǒng)的性能提升情況,同時(shí)分析了工業(yè)以太網(wǎng)在MES 中應(yīng)用后曝露出來(lái)的問(wèn)題,根據(jù)這些問(wèn)題提出了一些對(duì)策,并分析了這些對(duì)策在實(shí)際應(yīng)用中的效果。
5.2 成果及意義
液晶制造產(chǎn)業(yè)在中國(guó)大陸剛剛起步,產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整,很多設(shè)備和工藝依賴進(jìn)口。因此,如何提高液晶制造型企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力,縮小與業(yè)界領(lǐng)先企業(yè)之間的差距,是國(guó)內(nèi)液晶制造企業(yè)需要學(xué)習(xí)的第一步。而MES 作為與生產(chǎn)線直接相關(guān)的IT系統(tǒng),其優(yōu)劣對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、產(chǎn)品生產(chǎn)速度產(chǎn)生直接影響,成為制造型企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。液晶生產(chǎn)線的特殊性決定了在MES 實(shí)施過(guò)程中無(wú)法使用現(xiàn)有的軟件產(chǎn)品,在借鑒國(guó)外液晶制造標(biāo)桿企業(yè)和國(guó)內(nèi)外類似MES 系統(tǒng)的情況下,開發(fā)出符合自身需要的MES 系統(tǒng),以優(yōu)化產(chǎn)能、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,成為國(guó)內(nèi)新興企業(yè)的一條出路。本論文針對(duì)生產(chǎn)制造業(yè)實(shí)施MES 中碰到的數(shù)據(jù)采集問(wèn)題進(jìn)行了探討,在分析工業(yè)通信領(lǐng)域目前的情況的基礎(chǔ)上提出了利用以太網(wǎng)構(gòu)架來(lái)進(jìn)行開發(fā),從而設(shè)計(jì)出一套既可以繞開國(guó)際廠商的專利陷阱,又能成功應(yīng)用于液晶行業(yè)MES 系統(tǒng)的底層設(shè)備通信協(xié)議。
本課題對(duì)液晶制造企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的建立和實(shí)施進(jìn)行了研究,在生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備之間,增加了設(shè)備集成層,分析設(shè)備集成層對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑?jīng)過(guò)比較之后選擇工業(yè)以太網(wǎng)并進(jìn)行開發(fā)改造實(shí)施。
工業(yè)以太網(wǎng)在大型復(fù)雜設(shè)備群中的應(yīng)用比較少,主要困難在于以太網(wǎng)絡(luò)“先天不足”:定位于辦公網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP 協(xié)議對(duì)堵塞的處理方式導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突的時(shí)候網(wǎng)絡(luò)傳輸性能會(huì)大幅下降,這對(duì)于復(fù)雜的設(shè)備,尤其是生產(chǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)是需要避免的情況。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的復(fù)雜度不斷提高,傳統(tǒng)的總線通信在成本上的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)日漸減少,工業(yè)以太網(wǎng)成為解決生產(chǎn)線通信的一個(gè)現(xiàn)成的解決方案,如何改造以太網(wǎng)協(xié)議,使之能夠適合工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),成為所有制造型企業(yè)在信息化實(shí)施中的一個(gè)關(guān)鍵,也是以后MES 與PCS 層研究的重中之重。
通過(guò)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)在液晶生產(chǎn)線的MES 系統(tǒng)中應(yīng)用的研究,充分說(shuō)明了以太網(wǎng)的生命力和蓬勃前景,也說(shuō)明了在制造領(lǐng)域打破國(guó)際廠商的專利壟斷是完全可行的,對(duì)以后其他信息化系統(tǒng)(如SPC 的建立,ERP 的實(shí)施等)有著借鑒作用,同時(shí)為推廣到其他行業(yè)打下了基礎(chǔ)。
5.3 工業(yè)以太網(wǎng)在MES 應(yīng)用中的問(wèn)題及未來(lái)展望
工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用,使得MES 系統(tǒng)在系統(tǒng)決策層和設(shè)備數(shù)據(jù)層之間架起了一個(gè)信息通道,起到了很好的橋梁作用,但是隨著工廠生產(chǎn)產(chǎn)能的增加,也必須認(rèn)識(shí)到工業(yè)以太網(wǎng)在MES 應(yīng)用中存在的一些問(wèn)題。
基于工業(yè)以太網(wǎng)的MES 系統(tǒng)在液晶生產(chǎn)企業(yè)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)起到了良好的效果,較好地解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)MES 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的問(wèn)題。總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際,有以下優(yōu)點(diǎn):·工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用,使得MES 系統(tǒng)在底層設(shè)備和管理信息化系統(tǒng)(如ERP、CRM等)中起到了一個(gè)橋梁的作用,如果需要,戰(zhàn)略層的信息化系統(tǒng)可以直接從重要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)并應(yīng)用到戰(zhàn)略分析中,對(duì)優(yōu)化企業(yè)流程,提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有很大的幫助;
·MES 系統(tǒng)應(yīng)用新型的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù),摒棄了以往的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線機(jī)制的繁雜結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化了傳輸機(jī)制,沒有眾多的協(xié)議轉(zhuǎn)換,在整體結(jié)構(gòu)上給人以耳目一新的感覺,這樣網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單,沒有各類通信制式之間轉(zhuǎn)換機(jī)制,便于統(tǒng)一設(shè)計(jì)和優(yōu)化;
·統(tǒng)一了傳輸?shù)奈锢砭路,現(xiàn)場(chǎng)不再有各種規(guī)格不同粗細(xì)不一的通信線纜,給日常維護(hù)工作更加便利;
·數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備基本固定,不像采用傳統(tǒng)總線機(jī)制那樣在整個(gè)數(shù)據(jù)采集傳輸過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)很多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備,這樣有利于故障排查工作;
·液晶生產(chǎn)設(shè)備基本都有Ethernet 輸出數(shù)據(jù)端口,這樣在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中,不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就可以直接傳入MES,必要時(shí)候也可以直接輸入ERP 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,這種操作在以前的總線通信方式中是一個(gè)比較復(fù)雜的步驟,但在以太網(wǎng)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集中很容易實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)然,工業(yè)以太網(wǎng)也有其自身的不足,對(duì)于不足的有些討論因?yàn)闀r(shí)間和篇幅的關(guān)系沒有展開,但是隨著生產(chǎn)時(shí)間和產(chǎn)品線產(chǎn)能的增加,工業(yè)以太網(wǎng)的MES 系統(tǒng)在液晶生產(chǎn)企業(yè)的有些弊端也日益暴露,Ethernet 網(wǎng)絡(luò)的通信方式畢竟是為辦公網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的,很多工業(yè)方面的功能還是有所欠缺,主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn):·工業(yè)以太網(wǎng)由于其特殊的丟包處理機(jī)制,隨著傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的增大,網(wǎng)絡(luò)的性能會(huì)不穩(wěn)定,這就要求以太網(wǎng)的帶寬利用率一定要維持在一個(gè)比較低的水平,一旦超出這個(gè)水平,信息采集的延遲就會(huì)增大,如果數(shù)據(jù)量進(jìn)一步加大的話,還會(huì)出現(xiàn)丟包等對(duì)于MES 生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)無(wú)法接受的問(wèn)題;
·對(duì)一個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集方式或者數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)的更改,有可能會(huì)引起其他設(shè)備的通信中斷,由于都采取了將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā),這樣如果其中的某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障或者要求更改采集地點(diǎn),就需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進(jìn)行相應(yīng)配置,這樣會(huì)影響到其他的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集,增加了MES 功能擴(kuò)充的風(fēng)險(xiǎn)。目前針對(duì)以上的一些問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始相關(guān)的研究,后繼的研究者也可以就從這兩個(gè)方面繼續(xù)進(jìn)行研究,相信在不久的將來(lái)會(huì)有一定的突破。
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