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  編者語：MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的任務(wù)就是對生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。在實(shí)踐中，把生產(chǎn)現(xiàn)場檢測到的數(shù)據(jù)傳送到MES制造執(zhí)行系統(tǒng)卻是一項(xiàng)要求很高的任務(wù)：因?yàn)闆]有這方面的標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，但也可以簡單而又經(jīng)濟(jì)地通過以太網(wǎng)的MSX輸入輸出模塊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)向MES生產(chǎn)制造系統(tǒng)的傳輸。

由于在生產(chǎn)現(xiàn)場也可以看到IT技術(shù)的身影，因此就需要通過以太網(wǎng)把生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳送到企業(yè)的管理層次中，供企業(yè)管理者使用

   提高企業(yè)的效率，就必須最有效地去利用一切可用的信息。而實(shí)現(xiàn)這種利用的前提條件就是IT系統(tǒng)的兩個層面——計劃層面和執(zhí)行層面，即管理層面和生產(chǎn)層面能夠相互聯(lián)系、相互通信。于是，就誕生了企業(yè)資源管理系統(tǒng)，即所謂的ERP系統(tǒng)。而ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)的任務(wù)中并不包含生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的管理，因此就出現(xiàn)了連接兩個不同層次系統(tǒng)的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。

　　用于數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口

　　生產(chǎn)過程的接口以準(zhǔn)確地掌控生產(chǎn)現(xiàn)場當(dāng)前的數(shù)據(jù)為前提，同時也要求在MES制造執(zhí)行系統(tǒng)與ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)之間有標(biāo)準(zhǔn)化的連接接口，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個系統(tǒng)之間的共享。

　　德國標(biāo)準(zhǔn)化委員會頒布的DIN EN 62264標(biāo)準(zhǔn)奠定了在ERP系統(tǒng)和MES系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的前提。這一標(biāo)準(zhǔn)的目的是：不受企業(yè)自動化程度高低的影響實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換。

連接MES制造執(zhí)行系統(tǒng)和ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)的以太網(wǎng)

　　它帶給用戶的主要優(yōu)點(diǎn)是：

　　（1）在引進(jìn)新產(chǎn)品時節(jié)省時間；

　?。?）更好的集成工具；

　?。?）自動化投資費(fèi)用較低；

　?。?）更好的按照用戶要求進(jìn)行設(shè)定的可能性；

　?。?）優(yōu)化了物資的采購和物流。

　　管理和互聯(lián)網(wǎng)通信的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)提供了控制層和傳感器、執(zhí)行器層次之間無限制的數(shù)據(jù)通信能力。另外，數(shù)據(jù)的可用性、通信和信息交流的質(zhì)量在企業(yè)的領(lǐng)域中都得到了提高，從而提供了舒適的生產(chǎn)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力。

　　為了在企業(yè)不同的各個層次中實(shí)現(xiàn)暢通無阻的通信，使用像以太網(wǎng)TCP/IT、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議（XML格式）或者M(jìn)odnus傳輸協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口是非常有意義的。

　　在生產(chǎn)加工過程中，最經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。由于在IT系統(tǒng)中也能夠看到以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的身影，因此在企業(yè)層次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸中也常常使用這一傳輸協(xié)議（圖1）。另外，完成檢測和控制任務(wù)用的傳感器和其他硬件的連接采用了工業(yè)企業(yè)常見的插接連接和螺紋連接的連接模塊，這也大大擴(kuò)展了其可用性。

智能化以太網(wǎng)輸入輸出模塊在IT層次（ERP）和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）之間的連接

　　準(zhǔn)確的檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)和同步的數(shù)據(jù)采集

　　在要求檢測數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確到每一個檢測點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)且同步采集這些數(shù)據(jù)時，對以太網(wǎng)的應(yīng)用就提出了很高的要求。例如，在汽車工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)動機(jī)活塞運(yùn)動和氣缸的檢測有大量這樣的數(shù)據(jù)，在氣缸和活塞的生產(chǎn)加工中就有著不可忽視的微米級公差。

　　檢測點(diǎn)附近的模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化

　　解決同步采集的大量檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸問題的方法利是采用了智能化以太網(wǎng)連接模塊的分散式配置方式。其中的重要一步就是盡可能的在檢測點(diǎn)處對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，以便實(shí)現(xiàn)很高的精度，使這些數(shù)據(jù)具有時間標(biāo)記。在數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處完成上述處理之后，才把這些數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)傳送出去。這樣一來，傳送到上一級控制系統(tǒng)中與每一個發(fā)動機(jī)氣缸對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)就不會遺失了。這樣，在控制系統(tǒng)中和這些數(shù)據(jù)的使用設(shè)備中，就可以隨時調(diào)用全部的檢測數(shù)據(jù)，不受數(shù)據(jù)傳送時間和傳送先后順序的影響。

　　例如，某微處理器生產(chǎn)廠希望降低芯片的分辨率，希望對其芯片的生產(chǎn)制造工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。因此，對生產(chǎn)設(shè)備不同地點(diǎn)的溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行檢測并把檢測結(jié)果傳送到MES制造執(zhí)行系統(tǒng)中進(jìn)行處理就顯得非常有必要了。檢測電子元器件應(yīng)具有與數(shù)據(jù)接口兼容的能力，以便可以向任一MES制造執(zhí)行系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)。除此以外還因?yàn)榘惭b空間的原因檢測元器件應(yīng)直接安裝在機(jī)床設(shè)備上，而不是在電氣控制柜中。大量不同信號數(shù)據(jù)的采集還應(yīng)盡可能地同時進(jìn)行，以保障檢測的可靠性。生產(chǎn)現(xiàn)場所用的以太網(wǎng)應(yīng)用于檢測數(shù)據(jù)的傳輸。

　　智能化的以太網(wǎng)模塊非常節(jié)約

　　傳統(tǒng)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)不能滿足這種功能擴(kuò)展的要求。在滿足一定條件的情況下，智能化的以太網(wǎng)模塊是能夠滿足這一要求的；這些條件是：它自身具有一定的智能，是基于節(jié)約型的和高性能的生產(chǎn)過程的以太網(wǎng)系統(tǒng)。只有這樣的系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)模擬數(shù)據(jù)的現(xiàn)場數(shù)字化；才能夠任意地對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。這樣就可以以照時間為標(biāo)記為每一個數(shù)據(jù)包做卷標(biāo)，進(jìn)行計算，進(jìn)行內(nèi)插計算或者傳輸?shù)皆诰€RAM緩存中。最重要的是：這些傳輸?shù)組ES制造執(zhí)行系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)都是有意義的檢測數(shù)據(jù)，不是原始數(shù)據(jù)。也就是說，智能化的以太網(wǎng)模塊應(yīng)該具有對檢測到的溫度、壓力、長度等原始物理數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的能力。這樣就可以方便地在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中識別和評判生產(chǎn)過程的變化了。

拓展模塊示意圖

　　第二個重要的條件就是這種以太網(wǎng)模塊的工業(yè)適應(yīng)性問題。為了提高檢測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，應(yīng)該直接在機(jī)床或者被測工件處采集檢測數(shù)據(jù)。這就要求以太網(wǎng)的輸入輸出模塊具有很強(qiáng)的抗振動性能、很高的抗干擾性能、非常堅(jiān)固或者很好的抗噴射水的能力。因此，堅(jiān)固的外殼、螺栓連接、使用大量過濾器、靜電隔離和IP 65的安全防護(hù)等級，成為安全采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的前提條件。

　　若電子數(shù)據(jù)采集設(shè)備要通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，則必須滿足第三個條件：因?yàn)榻?jīng)以太網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)要直接傳輸?shù)組ES制造執(zhí)行系統(tǒng)或者ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)（圖2）。由Addi-Data公司研發(fā)生產(chǎn)的MSX模塊是專門為直接在檢測現(xiàn)場使用而研發(fā)的模塊，滿足了上述各種要求。為實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用，它可使用多種不同的信號：采集壓力、溫度和長度的數(shù)字輸入輸出、模擬輸入輸出以及大量的其他信號。它的設(shè)計適合于在惡劣的工作環(huán)境中使用，具有IP 65的安全防護(hù)等級，具有多種多樣的安全防護(hù)措施。為了避免支付專利使用費(fèi)和升級強(qiáng)制，在MSX-E模塊中安裝了Embedded-Linux操作系統(tǒng)。嵌入的Embedded網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器允許用戶方便地進(jìn)行以太網(wǎng)模塊配置；使之具有多種多樣有意義的調(diào)用可能性，例如能夠連續(xù)地對存儲器中寄存的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，自動刷新模塊，能夠提供預(yù)先設(shè)置數(shù)據(jù)包的排序模塊。

　　保障數(shù)據(jù)傳輸性能的以太網(wǎng)模塊

　　這種以太網(wǎng)模塊配備的是ARM9微處理器。它為用戶提供了對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的能力、轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)的能力以及存儲數(shù)據(jù)的能力。最終，這一模塊能夠把檢測到的數(shù)據(jù)提供給MES制造執(zhí)行系統(tǒng)或者ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)，能夠?qū)z測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有意義的分類篩選，或者在檢測數(shù)據(jù)更新之后把這些數(shù)據(jù)傳輸給上一級控制系統(tǒng)。檢測數(shù)據(jù)的傳輸由一個軟件程序來實(shí)現(xiàn)，利用這一軟件程序，一方面用戶可以自己定義MES制造執(zhí)行系統(tǒng)所需的參數(shù)（通道、數(shù)據(jù)采集時間），另一方面，也允許用戶選擇不同的數(shù)據(jù)格式，例如選擇My-SQL、SQL-Server、Access和XML格式的數(shù)據(jù)。這樣，用戶就可以直接利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊來選擇和設(shè)置生產(chǎn)過程監(jiān)控參數(shù)。嵌入數(shù)據(jù)庫可以任意擴(kuò)大，檢測數(shù)據(jù)也能以其他數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸。

　　如果采集到的信號有著不同的信號類型，所采集的信號數(shù)據(jù)量很大，則以太網(wǎng)信號、24V供電電壓信號、外部設(shè)備的24V硬件觸發(fā)信號都能從一個模塊傳輸?shù)搅硪粋€模塊。利用以太網(wǎng)開關(guān)，該模塊還能夠與任意一個以太網(wǎng)硬件相互通信。以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議還能夠結(jié)合SOAP簡單對象訪問協(xié)議構(gòu)成遠(yuǎn)程計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)訪問模式，允許簡單方便的使用.NET或者其他加工程序。

　　若對硬件有特殊要求時，則以太網(wǎng)輸入輸出模塊能夠自動的與之相互匹配。利用其內(nèi)置的擴(kuò)展模塊可以方便的在一個或者多個MSX-E模塊上運(yùn)行用戶自己設(shè)計的應(yīng)用程序。這又給用戶提供了自己調(diào)試軟件程序的可能性，或者委托專業(yè)公司研發(fā)設(shè)計專用程序的可能性。這一模塊所使用的軟件是利用Addi-Data直接編寫的。這樣，用戶就可以使用源代碼，或自己動手編寫專用程序了。這就使得用戶無需更多的專業(yè)合作伙伴來修改專用軟件。若把模塊的一些智能化功能和自己編寫的應(yīng)用軟件結(jié)合在一起，就可使以太網(wǎng)模塊控制的檢測系統(tǒng)具有更多的自主應(yīng)用功能，通過自動啟動調(diào)用存儲的應(yīng)用程序，自動做到開機(jī)工作。

　　沒有IPC也能正常工作

　　利用IPC在生產(chǎn)現(xiàn)場直接處理檢測數(shù)據(jù)是有可能的，但不是必須的。MSX-E模塊可以實(shí)現(xiàn)一個細(xì)長型的檢測系統(tǒng)：借助于其自有的智能化功能，在獨(dú)立工作時，即在使用IPC的情況下也能將有意義的檢測數(shù)據(jù)、而不是將檢測后未加處理的原始數(shù)據(jù)提供給MES生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)。在拓展模塊（圖3）的幫助下，能夠保障尺寸檢測的精度要求，減少了對工業(yè)計算機(jī)的依賴。