1  前言

   1.1  概述

   1.2  名词解释

MES：所谓MES，即为智能制造中的过程执行系统（manufacturing execution system）。

设备银行：工业互联网极简开发工具，极简接入、分析、显示、控制。

阿普奇：行业智能专用设备服务商，率先提出工业电脑模块化极简设计并深入落地，国内领先的加固工业计算机生产商，第一家国内工业电脑上市企业，免维护计算机概念的提出者，设备银行的指定工业计算机品牌。

EBOX：设备银行超级网关，带一套协议适配软件，支持任意RS485、以太网协议设备的上云，同时可实现两种任意协议间的互转换，同时EBOX支持边缘计算，用户可以自定义设备分析。

ECS：设备银行云控制器=超级网关+PLC+边缘计算中心，支持2G、4G、ADSL以太网上云。

 

    1.3  背景

随着人类文明的进步，人们对衣、食、住、行的生活需求量越来越大，越来越多样化，在汽车、建筑、家用电子、数码消费、食品、医药等行业的需求日益增长，推动了整个制造行业的快速成长与发展。但随着原材料成本上升，人工成本上升，人民币升值，企业利润越来越少。同时随着制造产业链全球化分工日益加剧，品牌厂商加工外包的普及，客户对供应商现场管理能力要求也越来越高。

 

在工业4.0和智能制造2025的推动，数字化智能工厂已然成为国内诸多工厂的标准实力体现，MES作为数字化工厂的一部分，解决了原材料成本、人工成本上升、生产现场管理混乱、定单杂生产效率难以提升、生产异常难以实时临控等问题。真正可以实现精益制造及管理，是工业4.0与智能制造的必要环节，鉴于中国工业制造的发力，先后涌出大量MES软件商、工程商、实施或用户等。

 

    1.4  行业现状

关于MES详细释义，及与工业4.0的关系，这里就不再累述，请见图1所示。

 

 

图1 

 

    1.4.1  工业4.0现状

当我们在使劲鼓吹或宣传工业4.0的时候，却没多少人真正理解4.0的实现过程，可能被大家所熟知的就是互联网下的智能生产或“无人工厂”，怎么样实现智能生产？按图1，在ERP和工业自动化控制中间加个MES就行了？三人行无师能和谐？

 

工厂的使命永远是接订单，然后生产产品，再把产品卖出去；而围绕订单的ERP和生产的自动化都有了，怎么生产、什么时候生产、生产成什么样到什么时候等却成了问题，这时有了MES。好玩的是夹在中间的MES不光要面对ERP和底层的自动化，独立的还有WMS、PLM之类的子系统，不“渗透”无参谋，MES是软件，必须要将工厂里的所有事物（包括人、设备、物料）都要信息化、互联。

 

显然，工业4.0并不是MES简单的填充，前提是必须信息化，才能通过数字去形成决策依据，才能透明，才会有智能制造。

 

   1.4.2  对MES的真实需求

MES的价值决定着市场需求，但制造业国情与产品需求决定着推行速度。中国之所以成为制造大国，主要是通过丰富的劳动力市场为起点，逐步完善工厂自动化。可当前仍然有一些行业甚至连自动化的工业3.0都未普及，更不用说通过MES来优化管理生产了。同时，鉴于科技的快速发展，各种消费类产品的快速生命期与市场差异化需求，无疑给工厂增加了难度，提出了快速、小批量、定制化苛刻要求。这些都使MES不能预期发挥其功效。

 

在实际的推行中，有80%以上的工厂都是以信息化、无纸化为当前目标。为了竞争客户的订单，光有规模与响应速度不行，得要用实际的数字来体现你的产能、效率，甚至进度。同时，在大的前景下，工业4.0的良性发展也受到政府的大力扶持，多地政府为了实现智能工厂的改造，向企业们提供了相当丰厚的补助。

 

   1.4.3  工厂自身需求

市场中，各种行业大大小小的制造、组装工厂不胜其数，并不是都能接到诸如华为、三星的大单，也并不是所有企业都能得到政府扶持，同样，也并非所有客户都非数字化工厂不合作。

在MES实际的实施中，厂商们为甲方分析后并没有直观的给出MES带来的效率提升点，成本控制百分比，甚至人力成本的控制，而是依据企业实际的生产流程，把生产环节中的人、机、料、法、环通过数字的形式来实现无纸化。而相应的优化却是厂商与甲方后期的一个长效磨合。所以，靠自己做数字化工厂改造的企业，都会被动的跟随市场，价值几百万的MES能给他们带来多少订单或提高多少效益，决定权在众多老板的经济思维中被模糊。

 

    2  MES的新思路

针对MES当前的市场定位及需求，我们通过一种新的思路来理解MES，我们要解决的是从MES的实施、使用、后期维护等多个角度来分析的，让MES以一种极简的方式顶起工业4.0的大梁。

 

    2.1  信息维度

在多次的软文中，我们己谈了很多MES产品化困难的原因，包括上不着天与ERP接口困难，下不着地与设备端接入难，再加上大多数的MES都是以整个生产过程的全生命周期为主干线，造成整个系统是紧耦合，任何一个环节的非标、不按流程操作、失误，都会影响整个MES的正常运行。

 

设备银行的出现，给MES厂商多了一条可靠的维度，也就是通过设备数据来分析生产运行，引导管理者提质增效，降本节能。这一条维度可以做很多文章，他的目的不是直接节省生产过程的人工，而是让管理者有了一个全新的视角，设备数据的视角，通过这个视角，管理者可以发现很多以前看不到分析不了的问题，通过这些问题的解决来达到提质增效，降本节能的目的。

 

图2 

    2.2  硬件维度

在实际的MES实施架构中，要做到五要素（人、机、料、法、环）的精准效率管理，除了工艺流程、信息管理等方面的软性应用软件、数据接口、数据库等，还需要承上启下的多层多点的硬件交互，如图3所示

 

 

图3 

 

所以，在MES实施现场，通常还会面临这些困难：

o 高温高湿

o 粉尘、水滴、污染物

o 设备运行的振动、冲击

o 电压的不稳定与干扰

o 各种设备通信电磁波干扰

o 安装繁琐不专业

o 布线难度大

o 与已有的设备无法通讯

o 无法实现过程控制

 

    2.2.1  设备连接

所以通过上面的描述，大家会发现以往MES系统的成败取决于资金投入、领导支持力度，用资金和人力来堆彻一套定制化的系统。因为MES上面被ERP卡，下面又是一系列封闭的自动化系统，这导致大多数中小型企业上MES是找死，不上是等死。怎么办？在新一代的工业互联网技术“设备银行”横空出世后，给了大量MES公司提供了一个全新的思维，成本也大大下降，构思如下：

1) 通过设备银行这类标准化的工业互联网工具，降低设备数据的采集、分析、显示、维护成本；

2) 碎片化MES功能，面向生产车间的各个岗位，提供基于微服务的工业App；（中小企业应该面对投入的现实，明确问题的解决，信息的完整和精确可以在下一步再迭代增加）

打通工业互联网和MES系统，设备银行提供全开放的JSON数据接口，用户可以很容易的通过设备银行获得设备层的数据，并分发给需要的人员；

 

    2.2.2  交互硬件

阿普奇作为国内首家登陆新三板的工业电脑企业，拥有非常多的自动化行业现场的交叉应用经验，能为MES的精准数据采集和业务处理提供可靠的支持，使MES的现场快速布置实施变得轻松简单，如图6：

 

 

我们使用单芯片超低功耗的工业平板电脑做为MES的交互、采集终端，使用工业级移动手持平板来实现物料的跟踪管理、巡检等，而在基于业务流层面，我们将声光报警用的开关量、WiFi、身份识别及物料电子标签的RFID等做成标准的模块组件，与我们产品高度集成在一起。

 

    2.2.2.1  工业级交互平板

Pseries-E5是针对工业4.0的开发的超薄紧凑型低功耗无风扇工业平板电脑系列产品，结合阿普奇模块化设计理念，通过模块化组合，可以形成不同尺寸、多种接口、不同性能等多种产品，以应对多种行业不同的应用需求。

 

采用凌动4代Baytrail平台单芯片背贴式CPU设计，高亮宽温LED背光液晶屏，双Intel千兆网络，大面积铝鳍零距离散热，保证了其长寿命稳定运行。集成宽压电源输入，具有过流、过压、EMC保护。外观采用钻石切割工艺，结合全模具压铸成型壳体使其更加坚固美观，配合高温五线电阻或钢化玻璃表面的电容触摸屏，符合IP65防护等级。紧凑轻薄的机身支持多种安装方式。适用各个行业的MES应用。

 

 

图7   

 

如图7中所示，用于MES交互的工业平板电脑主要有电容和电阻两大系列，从10寸到21寸，分别适用于各个细节行业的不同应用现场，其主要特点有：

● DC9~28V宽压抗干扰电源输入，符合工业现场复杂电源环境

● 第四代凌动Baytrail低功耗无风扇设计

● 板载内存与灵活的存储方式，抗振动冲击

● 全模具压铸铝成型，坚固美观，经久耐用

● 超轻越薄的紧凑型设计，安装便利

● 简单高效的通讯方式（WiFi/Intel千兆LAN/RS485/USB3.0）

● 高温五线电阻式和多点电容触摸屏，适合多种应用环境

● 可集成RFID读写，便利的人工考勤管理

● 选高清摄像头，实现影像监控管理

● 支持双扬声器，实现本位预警

● 嵌入式操作系统、稳定永久使用

● -20℃~70℃宽温长寿命工作

 

    2.2.2.2  RFID读写模块

RFID是一种无线射频识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。具有抗油污、加密、速度快等优点。物联网的兴起，让RFID技术得到了广泛的应用，尤其是在工厂物料、绩效、权限的智能数据上。

 

 

图8  

 

我们通过高度集成的RFID读写模块，来方便MES绩效的精准管理，与工厂原有门禁无缝对接，无需额外安装、布线，只需要接口（API）调用即可。

 

    2.2.2.3  双频WiFi模块

为了节省MES实施周期及布线难度，我们为人机交互点提供了无线网络方案。

使用Atheros 802.11a/b/g/n 2.4/5Ghz双频无线方案，更支持蓝牙4.0，而Atheros公司是802.11领域的先锋，基于OFDM的无线网络技术厂商，提供基于IEEE802.11a 5-GHz的芯片组，还拓展了蓝牙、GPS、以太网等领域的开发。Atheros的芯片被各大厂商所广泛采用，Netgear、TP-link、D-link、Intel等厂商均为Atheros客户。

尤其是5Ghz频段更有传输速度快、抗干扰能力强、兼容性高和省电的优点。