MES在汽車製造中的應用之架構篇(7) -- 松耦合與緊耦合

MES作為一個執行系統，和車間現場的設備、控制系統有密切的集成關係，這是和一般的IT系統有較大區別的地方。

比如ERP下工單是以天為單位的，庫存也以天為單位進行結算。

但是MES在需要和PLC等現場設備集成的地方，通常要求系統以秒級單位進行響應。

因此，車間對MES的可用性就提出了很高的要求。

但是另一方面，與PLC相比，MES系統的設備在成本、穩定性、防護等級等方面又有較大差距，因此，業務方對MES的可用性往往抱著懷疑的態度。一些情況下，業務方要求MES高可用，另一方面又要項目組做出「MES當機怎麼辦」的預案。

在這種情況下，就形成了所謂松耦合的設計。

所謂松耦合，是比較緊耦合而言的。

緊耦合，有點類似同步通信，當一方系統出現異常時，另一方也無法正常工作。象康明斯NGMES、福特NGAVS、沃爾沃ANDON等系統都採用了緊耦合的設計。

而松耦合，類似於非同步通信，當一方系統出現短暫異常時，不會影響另一方的正常工作。

下面我們舉幾個松耦合的例子。

案例一：通過條碼緩存數據。

挑戰：某整車廠總裝車間，混線生產轎車、SUV、MPV，並且生產節拍達到61JPH(61台車/小時)，要怎麼保障生產線上設備的防錯？

方案：在裝車單上列印各設備的防錯條碼。

當車輛出PBS時，MES系統列印裝車單，並為各設備生成防錯條碼。防錯條碼由事先定義的字元串組成，包含車型、工藝參數等數據，並且合成一個長字元串。此過程由MES根據工藝配置自動完成，不需要和PLC交互。

當車輛進入防錯工位時，工人掃描裝車單上的防錯條碼，設備PLC經由掃描槍識別條碼對應的字元串，再對字元串進行拆分、反向解析，得到所需的防錯指令。此過程由PLC根據配置自動完成，不需要和MES交互。

案例二：通過RFID緩存數據。

挑戰：某發動機裝配車間，變型機較多，且工藝經常調整，因此需要MES能夠靈活地處理工藝變更，並且對現場生產的影響要儘可能小。

方案：在大容量RFID

首先，在MES系統設計一個工藝管理模塊，可以通過界面靈活地定義各機型在各工位的工藝。

其次，當發動機上線時，MES查詢機型的工藝配置數據，得到此發動機在各工位的工藝參數，並且通過PLC寫到64KB RFID TAG上。

第三，當發動機到達裝配工位，PLC讀取RFID TAG上本工位對應的工藝參數，指導設備進行對應的裝配、擰緊、檢測等作業。作業完成後，PLC把追溯需要的數據追加到RFID TAG上。

最後，當發動機到達下線工位，PLC把RFID TAG上追加的數據上傳給MES。

我們可以看到，僅僅在上線、下線工位，PLC需要和MES實時交互；而在大部分的裝配工位，作業僅僅通過PLC進行。

此外，由於工藝配置維護在MES系統里，配置數據存儲在MES中，可以通過MES客戶端界面，非常方便地進行工藝變更的配置。

圖3.7-1顯示了相關流程：

圖3.7-1

案例三：通過IT PLC緩存數據。

挑戰：某整車廠調度系統，能夠自動將訂單下發給線體PLC，也能夠自動從線體PLC同步車輛過站記錄。現要求系統提供2個小時的緩存，當系統或網路出現短暫異常時，不會影響現場作業。

方案：通過IT PLC緩存數據。

IT PLC作為現場管理的關鍵設備，能夠和線體PLC實時通信、交換數據。同時，IT PLC提供一定容量的數據存儲功能，可以緩存2小時的訂單數據和離線過站記錄。

每天的生產作業開始之前，計劃員在MES中提前「鎖定」訂單，系統自動將訂單數據下發給IT PLC，並緩存在IT PLC內部數據塊中。

當生產開始時，線體PLC向IT PLC請求訂單，IT PLC檢索本地緩存的數據，並轉發給線體PLC；當IT PLC本地緩存小於安全值時，則自動向MES請求下發新的訂單。當MES系統異常時，由於IT PLC和線體PLC的通信正常，且IT PLC向線體PLC下發的是本地緩存的數據，現場作業短時期內不會受到影響。

在過站記錄工位，線體PLC採集RFID TAG信息，並上傳給IT PLC。IT PLC判斷MES是否在線，如在線則將數據上傳給MES；如不在線則將數據緩存在IT PLC本地數據塊中；當MES恢復在線後，IT PLC將本地緩存的離線過站記錄上傳給MES。