1  前言

1.1概述

1.2名詞解釋：

MES：所謂MES，即為智能制造中的過程執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturingexecutionsystem）。

設(shè)備銀行：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)極簡開發(fā)工具，極簡接入、分析、顯示、控制。

阿普奇：行業(yè)智能專用設(shè)備服務(wù)商，率先提出工業(yè)電腦模塊化極簡設(shè)計并深入落地，國內(nèi)領(lǐng)先的加固工業(yè)計算機生產(chǎn)商，第一家國內(nèi)工業(yè)電腦上市企業(yè)，免維護計算機概念的提出者，設(shè)備銀行的指定工業(yè)計算機品牌。

EBOX：設(shè)備銀行超級網(wǎng)關(guān)，帶一套協(xié)議適配軟件，支持任意RS485、以太網(wǎng)協(xié)議設(shè)備的上云，同時可實現(xiàn)兩種任意協(xié)議間的互轉(zhuǎn)換，同時EBOX支持邊緣計算，用戶可以自定義設(shè)備分析。

ECS：設(shè)備銀行云控制器=超級網(wǎng)關(guān)+PLC+邊緣計算中心，支持2G、4G、ADSL以太網(wǎng)上云。

1.3背景

隨著人類文明的進步，人們對衣、食、住、行的生活需求量越來越大，越來越多樣化，在汽車、建筑、家用電子、數(shù)碼消費、食品、醫(yī)藥等行業(yè)的需求日益增長，推動了整個制造行業(yè)的快速成長與發(fā)展。

但隨著原材料成本上升，人工成本上升，人民幣升值，企業(yè)利潤越來越少。同時隨著制造產(chǎn)業(yè)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(yīng)商現(xiàn)場管理能力要求也越來越高。

在工業(yè)4.0和智能制造2025的推動，數(shù)字化智能工廠已然成為國內(nèi)諸多工廠的標準實力體現(xiàn)，MES作為數(shù)字化工廠的一部分，解決了原材料成本、人工成本上升、生產(chǎn)現(xiàn)場管理混亂、定單雜生產(chǎn)效率難以提升、生產(chǎn)異常難以實時臨控等問題。真正可以實現(xiàn)精益制造及管理，是工業(yè)4.0與智能制造的必要環(huán)節(jié)，鑒于中國工業(yè)制造的發(fā)力，先后涌出大量MES軟件商、工程商、實施或用戶等。

1.4行業(yè)現(xiàn)狀

關(guān)于MES詳細釋義，及與工業(yè)4.0的關(guān)系，這里就不再累述，請見圖1所示。

圖1MES與工業(yè)4.0的關(guān)系

1.4.1工業(yè)4.0現(xiàn)狀

當我們在使勁鼓吹或宣傳工業(yè)4.0的時候，卻沒多少人真正理解4.0的實現(xiàn)過程，可能被大家所熟知的就是互聯(lián)網(wǎng)下的智能生產(chǎn)或“無人工廠”，怎么樣實現(xiàn)智能生產(chǎn)？按圖1，在ERP和工業(yè)自動化控制中間加個MES就行了？三人行無師能和諧？

工廠的使命永遠是接訂單，然后生產(chǎn)產(chǎn)品，再把產(chǎn)品賣出去；而圍繞訂單的ERP和生產(chǎn)的自動化都有了，怎么生產(chǎn)、什么時候生產(chǎn)、生產(chǎn)成什么樣到什么時候等卻成了問題，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(tǒng)，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(shè)備、物料）都要信息化、互聯(lián)。

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

1.4.2對MES的真實需求

MES的價值決定著市場需求，但制造業(yè)國情與產(chǎn)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(yè)甚至連自動化的工業(yè)3.0都未普及，更不用說通過MES來優(yōu)化管理生產(chǎn)了。同時，鑒于科技的快速發(fā)展，各種消費類產(chǎn)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(yù)期發(fā)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(guī)模與響應(yīng)速度不行，得要用實際的數(shù)字來體現(xiàn)你的產(chǎn)能、效率，甚至進度。同時，在大的前景下，工業(yè)4.0的良性發(fā)展也受到政府的大力扶持，多地政府為了實現(xiàn)智能工廠的改造，向企業(yè)們提供了相當豐厚的補助。

1.4.3工廠自身需求

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

在MES實際的實施中，廠商們?yōu)榧追椒治龊蟛]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(jù)企業(yè)實際的生產(chǎn)流程，把生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的人、機、料、法、環(huán)通過數(shù)字的形式來實現(xiàn)無紙化。而相應(yīng)的優(yōu)化卻是廠商與甲方后期的一個長效磨合。所以，靠自己做數(shù)字化工廠改造的企業(yè)，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(quán)在眾多老板的經(jīng)濟思維中被模糊。

2  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(yè)4.0的大梁。

2.1信息維度

在多次的軟文中，我們己談了很多MES產(chǎn)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(shè)備端接入難，再加上大多數(shù)的MES都是以整個生產(chǎn)過程的全生命周期為主干線，造成整個系統(tǒng)是緊耦合，任何一個環(huán)節(jié)的非標、不按流程操作、失誤，都會影響整個MES的正常運行。

設(shè)備銀行的出現(xiàn)，給MES廠商多了一條可靠的維度，也就是通過設(shè)備數(shù)據(jù)來分析生產(chǎn)運行，引導(dǎo)管理者提質(zhì)增效，降本節(jié)能。這一條維度可以做很多文章，他的目的不是直接節(jié)省生產(chǎn)過程的人工，而是讓管理者有了一個全新的視角，設(shè)備數(shù)據(jù)的視角，通過這個視角，管理者可以發(fā)現(xiàn)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(zhì)增效，降本節(jié)能的目的。

圖2信息維度

2.2硬件維度

在實際的MES實施架構(gòu)中，要做到五要素（人、機、料、法、環(huán)）的精準效率管理，除了工藝流程、信息管理等方面的軟性應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)庫等，還需要承上啟下的多層多點的硬件交互，如圖3所示

圖3多層多點的硬件交互

所以，在MES實施現(xiàn)場，通常還會面臨這些困難：

●高溫高濕；

●粉塵、水滴、污染物；

●設(shè)備運行的振動、沖擊；

●電壓的不穩(wěn)定與干擾；

●各種設(shè)備通信電磁波干擾；

●安裝繁瑣不專業(yè)；

●布線難度大；

●與已有的設(shè)備無法通訊；

●無法實現(xiàn)過程控制。

2.2.1設(shè)備連接

所以通過上面的描述，大家會發(fā)現(xiàn)以往MES系統(tǒng)的成敗取決于資金投入、領(lǐng)導(dǎo)支持力度，用資金和人力來堆徹一套定制化的系統(tǒng)。

因為MES上面被ERP卡，下面又是一系列封閉的自動化系統(tǒng)，這導(dǎo)致大多數(shù)中小型企業(yè)上MES是找死，不上是等死。

怎么辦？

在新一代的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)“設(shè)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(gòu)思如下：

1)通過設(shè)備銀行這類標準化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工具，降低設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示、維護成本；

2)碎片化MES功能，面向生產(chǎn)車間的各個崗位，提供基于微服務(wù)的工業(yè)App；（中小企業(yè)應(yīng)該面對投入的現(xiàn)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)和MES系統(tǒng)，設(shè)備銀行提供全開放的JSON數(shù)據(jù)接口，用戶可以很容易的通過設(shè)備銀行獲得設(shè)備層的數(shù)據(jù)，并分發(fā)給需要的人員；

圖4手機工具化

圖5第三方控制系統(tǒng)極簡上云

2.2.2交互硬件

阿普奇作為國內(nèi)首家登陸新三板的工業(yè)電腦企業(yè)，擁有非常多的自動化行業(yè)現(xiàn)場的交叉應(yīng)用經(jīng)驗，能為MES的精準數(shù)據(jù)采集和業(yè)務(wù)處理提供可靠的支持，使MES的現(xiàn)場快速布置實施變得輕松簡單，如圖6：

圖6交互硬件

我們使用單芯片超低功耗的工業(yè)平板電腦做為MES的交互、采集終端，使用工業(yè)級移動手持平板來實現(xiàn)物料的跟蹤管理、巡檢等，而在基于業(yè)務(wù)流層面，我們將聲光報警用的開關(guān)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，與我們產(chǎn)品高度集成在一起。

2.2.2.1工業(yè)級交互平板

Pseries-E5是針對工業(yè)4.0的開發(fā)的超薄緊湊型低功耗無風扇工業(yè)平板電腦系列產(chǎn)品，結(jié)合阿普奇模塊化設(shè)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(chǎn)品，以應(yīng)對多種行業(yè)不同的應(yīng)用需求。

采用凌動4代Baytrail平臺單芯片背貼式CPU設(shè)計，高亮寬溫LED背光液晶屏，雙Intel千兆網(wǎng)絡(luò)，大面積鋁鰭零距離散熱，保證了其長壽命穩(wěn)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(jié)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(yè)的MES應(yīng)用。

圖7用于MES交互的工業(yè)平板電腦

如圖7中所示，用于MES交互的工業(yè)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(jié)行業(yè)的不同應(yīng)用現(xiàn)場，其主要特點有：

●DC9-28V寬壓抗干擾電源輸入，符合工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜電源環(huán)境

●第四代凌動Baytrail低功耗無風扇設(shè)計

●板載內(nèi)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(jīng)久耐用

●超輕越薄的緊湊型設(shè)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(yīng)用環(huán)境

●可集成RFID讀寫，便利的人工考勤管理

●選高清攝像頭，實現(xiàn)影像監(jiān)控管理

●支持雙揚聲器，實現(xiàn)本位預(yù)警

●嵌入式操作系統(tǒng)、穩(wěn)定永久使用

●-20℃-70℃寬溫長壽命工作

2.2.2.2RFID讀寫模塊

RFID是一種無線射頻識別技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸。具有抗油污、加密、速度快等優(yōu)點。物聯(lián)網(wǎng)的興起，讓RFID技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在工廠物料、績效、權(quán)限的智能數(shù)據(jù)上。

圖8RFID讀寫模塊

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(diào)用即可。

2.2.2.3雙頻WiFi模塊

為了節(jié)省MES實施周期及布線難度，我們?yōu)槿藱C交互點提供了無線網(wǎng)絡(luò)方案。

使用Atheros802.11a/b/g/n2.4/5Ghz雙頻無線方案，更支持藍牙4.0，而Atheros公司是802.11領(lǐng)域的先鋒，基于OFDM的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廠商，提供基于IEEE802.11a5-GHz的芯片組，還拓展了藍牙、GPS、以太網(wǎng)等領(lǐng)域的開發(fā)。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(yōu)點。

圖9雙頻WiFi模塊

2.2.2.4隔離輸入/開關(guān)量

面對成熟的工業(yè)3.0自動化現(xiàn)場，MES的實施除了要實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，還要加裝基于物料、過程、質(zhì)量等控制的信號燈、報警、光電開關(guān)等。通過PLC來實現(xiàn)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(yè)內(nèi)標準產(chǎn)品的DIO接口一般都是低電平信號（5V&3.3V），無法實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場標準器件的直接通訊（現(xiàn)場多以24V為主，信號干擾等），雖然DIO應(yīng)用起來經(jīng)濟高效，但如果應(yīng)用不當，不但無法通訊，還會影響數(shù)據(jù)的精準，甚至導(dǎo)致設(shè)備受損。

A.無法驅(qū)動常見設(shè)備（24V）

B.輸入電壓范圍有限，直接24V信號燒設(shè)備

C.控制電路設(shè)計繁瑣，不好量產(chǎn)安裝

D.抗干擾能力差，采集數(shù)據(jù)不準

E.無保護措施，浪涌或過壓，會讓設(shè)備不穩(wěn)定或受損

所以，針對MES現(xiàn)場的實際應(yīng)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(fā)、成本煩惱，快速連接，快速開發(fā)應(yīng)用。具有如下應(yīng)用特點：（規(guī)格參數(shù)見圖7）

1)模塊化設(shè)計，兼容阿普奇所有產(chǎn)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(yīng)用接口（可附帶接線端子）

圖10隔離輸入/開關(guān)量

2.2.2.5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(yīng)用，提供手持平板電腦TPP-10通訊解決方案。

圖11移動手持平板

通過標準x86平臺與工業(yè)級的接口來延伸智能工廠的物流信息實現(xiàn)，讓MES應(yīng)用更靈活。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/2DMudolarSelected

●標準USB/COM/LAN/CAN工業(yè)級接口

●可配置DDR3L內(nèi)存和mSATA硬盤

●支持Windows/Linux操作系統(tǒng)

2.2.2.6穩(wěn)定的操作系統(tǒng)

在中國市場，WinTel生態(tài)的工程應(yīng)用占比高居不下，但在實際應(yīng)用過程中Windows平臺的穩(wěn)定性一直被業(yè)界所詬病，所以在用戶操作系統(tǒng)這個板塊上面，我們采用WindowsEmbeddedStandard7操作系統(tǒng)，它提供了業(yè)內(nèi)領(lǐng)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(chǎn)品的開發(fā)與運行。

FBWF（FileBasedWriteFilter），基于文件的寫保護過濾，在內(nèi)存中對所有文件進行寫操作（如圖10），能讓系統(tǒng)在頻繁的非法斷電中穩(wěn)定運行，防止病毒的侵害，延長存儲設(shè)備的使用壽命。

我們提供系統(tǒng)完美定制開發(fā)，實現(xiàn)一次植入永久使用。

圖12穩(wěn)定的操作系統(tǒng)

2.3維護維度

MES維護不了！

這是大多數(shù)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(wù)器的運維，如系統(tǒng)崩潰了，如若沒有好的熱備系統(tǒng)，沒有相應(yīng)的維護人員，常常會因此而苦惱，輕則損失數(shù)據(jù)，造成與ERP之間的誤差，重則系統(tǒng)崩潰需要額外出錢請開發(fā)商上門服務(wù)。

2、硬件的運維，包括電子看板的各電腦系統(tǒng)、設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

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

目前的MES系統(tǒng)能用好的，大多自己都有較強的IT事業(yè)部，或者是有錢，把這部分工作分包給了開發(fā)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(tǒng)的堅固性、產(chǎn)品性、可維護性，而大多數(shù)MES系統(tǒng)因為是定制開發(fā)的，這三個方面都表現(xiàn)得非常差。

MES故障的重災(zāi)區(qū)：

1)工業(yè)計算機、服務(wù)器

2)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（數(shù)據(jù)采集、邊緣態(tài)分析）

2.3.1設(shè)備銀行ECS、EBOX的可維護性

在開發(fā)設(shè)備銀行之前，筆者己設(shè)計過非常非常多的工業(yè)產(chǎn)品，對于工業(yè)產(chǎn)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(fā)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(jié)果沒想到我自認為的高明設(shè)計卻成為了一個巨大的坑。這個系統(tǒng)的產(chǎn)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(fā)現(xiàn)問題。等過了幾年，這個隱患才慢慢暴露，但凡現(xiàn)場有模塊損壞了，客戶都無法直接更換，一定要我們?nèi)ト恕?/p>

無論是成都還是哈爾濱還是新疆，那段時間，這種上門服務(wù)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(tǒng)產(chǎn)品中遇到了幾次同樣的問題，如一套LonWorks的控制系統(tǒng)，每次更換模塊一定要用LonMark在現(xiàn)場進行組態(tài)配置，這么惡心的設(shè)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(shè)備增加有可能會影響模塊間的通訊，一定要我們派人去現(xiàn)場調(diào)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(wǎng)用于電力載波模塊的通訊。

最后還有設(shè)備銀行出來前的物聯(lián)網(wǎng)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。

圖13設(shè)備銀行ECS、EBOX的可維護性

在MES行業(yè)應(yīng)用中，因為增加了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備層的數(shù)據(jù)能夠上來了。卻也增加了一套硬件系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)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(xié)助。

圖14設(shè)備銀行護性

為此設(shè)備銀行在設(shè)計之初就把免配置、一鍵替換當作維護設(shè)計的核心目標。

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

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

2)一鍵替換：設(shè)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(tài)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(shè)備銀行極簡派工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)決非浪得虛名！這就是設(shè)備銀行極簡化中的極簡維護。

圖15設(shè)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。

3  結(jié)束語

設(shè)備銀行與MES的銜接如虎添翼，它是一個工具，是一個生態(tài)，是新工業(yè)的新思想，其中包括了做控制系統(tǒng)的矩形科技、做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的老狗科技、做工業(yè)計算機的阿普奇、做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的賽遠、做人聯(lián)網(wǎng)的工控兄弟連。大家圍繞著簡單是美的設(shè)計思想，一步一步的豐富整個生態(tài)，幫助工業(yè)用戶提質(zhì)增效、降本節(jié)能。