实时工厂信息系统将实现自动化和物流之间的协调

今天的汽车工厂为了对制造过程进行支持，安装了一系列独立的软件系统来对生产订单控制、流程监控、顺序规划、车辆识别、质量管理、维护管理和材料控制进行管但在大多数汽车工厂，这些系统并未进行集成，因此还不能够相互协调，而且系统与系统之间不能进行交换信息，因此也就不能做到资源共享。 生产监控系统（PMCS）在自动化操作方面占据着核心地位。这些系统将生产设备和可编程逻辑控制器（PLC）产生的信号采集并结合起来，对相关的情况进行控制，并进行可视化和为设施的运转提供功能。这些系统的优点在于，它们可以对数据进行实时管理，并且真正实现了工厂信息的共享化，因为几乎所有的终端都拥有了对信息进行访问的权利。 尽管对流程信号和环境的操作和可视化被誉为是所谓的SCADA系统的主要功能，但实时信号处理和和生产车间接口连接的主要工作是由PMC系统完成的。这些功能通常是通过面向对象的系统实施的，通过标准化的协议和环境建立接口。 Fraunhofer信息和数据处理研究所（Fraunhofer llTB）在为汽车厂开发新型的PMC系统方面有30多年的历史。2005年，戴姆勒-克莱斯勒公司在德国Bremen的工厂为其C级车订购了新一代的PMC系统。新车型的生产将于2007年上半年开始，但实际上在工程师还在对其设备进行调试的时候，PMC系统已经在运行了。 车间的工人通过生产监控系统从PLC系统采集数据，以对制造过程进行实时控制。这些系统可以帮助那些只基于产量的生产决策。当因生产设施发生故障而停工或发现质量问题时，他们所能知道的仅仅是有一定数量的车辆受到了影响，而无法对和这些车辆相关的顾客订单或一些重要的细节如颜色和规格等进行辨别。这是因为，过程监控系统并不支持任何与产品或订单相关的信息。为了克服这一弱点，新一代的与生产相联系的IT系统即将问世，那就是：制造执行系统（MES）。 在进行实时数据处理时，MES方法可以在过程监控工具和带有产品信息的系统（如产品ID,顾客或订单数据和生产序列等）之间建立联系。这一联系的关键在于目标识别系统。在汽车行业，这些识别系统可以对车身以及一些由生产顺序决定需要量（just-insequence）的零部件进行识别和跟踪。 但是车身识别和跟踪还是有很大的改进余地，例如对制造过程中错过的周期、固定的读/写点，和漏掉的反馈进行检查时，加入了很多不必要的车身跟踪计算、PLC信号和纸张信息扫描系统。 由于PMC系统通常是在高度分布式的软硬件环境下运行的，所以它无法保证所有相关的零部件都能相互联系，在这样的前提条件下，每个子系统应该保证至少在某个时间段内应进行自动化运转。 PMC系统应能提供工厂所需的所有途径。戴姆勒一克莱斯勒的Bremen厂有一个中央控制室，可对车身、涂装和总装车间进行控制，但其他的工厂的系统的集中度没有这么强，它们有时采取的是混合途径。 在一个非集中式的结构中，车间的操作工作站可完成一些可视化和操作任务。在这种情况下，和特定的操作系统之间保持独立性就非常很重要，因为微软公司的Windows系统将来必须和Linux以及其他操作系统建立联系。 保证相邻的IT系统，如质量管理、维护和修理、顺序日程、车身识别等之间的相互协调性应该越简单越好。这些程序之间的联系可以帮助以对车间发生的意外干扰作出更准确的反应，并加大了生产相关信息的透明度。 如果这些MES系统是来自于不同的软件提供商，就会出现一些问题。因为迄今为止，还没有一种标准化的通信方式来服务于这些系统之间，因而就会出现一些由于误解通信概念而产生的问题。 所有目前正在运转的系统的工程环境通常只局限于单一的系统：对于工厂的规范、信号类型和信号线路等信息还没有建立统一的存储机制。单一系统的运转所需的大部分信息不得不重复地提供给子系统的工程部分。这就导致了不必要的工程成本。由于采用手工输入，这样还容易发生错误，特别是在对工厂进行配置时。 在今后几年里，许多汽车制造商的装配线将由带自觉（self-aware）功能的设备和可变编程逻辑控制器（PLC）组成。这些设备和控制器具备理解它们的功能和被运作的方式的能力。有些装配机器人已经具备了Web服务器的功能，其状态可以被可视化和重新设置。 假定这一趋势继续发展下去，这种“即接入即生产”（Plug-and-Produce）的软件组成部分有可能会在生产系统的工程设计方面引起一场革命。这将导致对不同工程系统之间标准化的通信方式的需求的增加。软件已经慢慢成为制造业新概念的关键推动力量，而这些新概念在以前是不可能被实现的。 Fraunhofer llTB的生产监控系统专家已经开始对支持“即接入即生产”（Plug-and-Produce）方式的智能工程工具进行研究。如戴姆勒一克莱斯勒的IngegraMCG概念就是支持这种方式的工具中的一种。这种方式的好处是可以很容易将新设备加入生产线，而且生产线被重新设置的速度也大大增加。 生产监控系统必须能实时地对生产工厂进行可视化管理和操作。因此，它们在进行信号通信和操作工程时必须要做到迅速。即便如此，也不一定能在生产过程的任一时刻都可以通过普通的总线系统建立联系。这个时候，就需要一些特殊的自治功能，来保证工厂的正常运转。 对于某些操作，例如换档等，系统必须能在很短的时间内处理大量的数据和信号。每秒必须能对数百个信号进行传递、收集、分类、合并、并能将信号传送到数据库用于评估。 不仅如此，PMC系统必须能为对应的生产线提供几种不同的协议，例如开放过程控制、微软协议和简单的互联网协议等。这些协议可以完成不同功能、执行不同的数据格式和不同频率的通信以及实现不同的数据结构。PMC系统必须将所有这些数据进行实时的集成。 PMC不能按照孤立的系统进行开发，必须要通过一系列接口与相关的IT系统连接。从经济角度来考虑，这些IT系统通常都是工厂以前一直所采用的旧系统，而没有用更新，更容易集成的系统来代替它们。 PMC系统需要一个能将其与其它制造执行系统的组件集成的平台。一些设备提供商如西门子、沃达丰和Rockwell Automation为其各自的组件都提供了这样的一个平台，但如果是在同一个平台上操作不同提供商提供的系统是非常困难的。系统需要提供专门配制的接口来针对不同提供商提供的组件。 集成是一种挑战。原则上来说，有很多方法都可以将系统进行集成，它们各有其优缺点。其中有三种常用的方案分别是供货商专用平台、数据库中心法和在客户平台上进行集成。 戴姆勒-克莱斯勒和Fraunhofer IITB选择了采用软件代理来进行集成。代理平台通常为平台上托管的代理程序之间提供一种标准的通信方式。由于利用各个子系统本身的性质，互换概念的唯一性就可以得到保障了。 戴姆勒-克莱斯勒在其新的C级车上已经成功运用了面向对象的PMC系统ProV is.NT，Fraunhofer llTB也决定在开发更新的PMC或其他MES组件时用软件代理来进行集成。 新的生产监控系统—Provis Agent的系统架构的连接对物流、质量管理或建筑物基础设施控制等IT系统都是开放的。中央监控服务器包括一些提供支持的软件代理。每个代理覆盖一种功能，而这些功能都已包含在ProVis. NT系统中。该系统包含对不同类型的信号，例如开关、模拟量和距离以及工作时间模型、警报和统计数据等的功能性处理。 输入/输出代理将各种类型的输入/输出通道进行封装，并允许控制室的服务器对相应的系统发来的信号进行统一的监控。可视化代理用于提供和各种常用的SCADA系统以及Fraunhofer的实时可视化工具ProVis. Visu之间的接口。 采用这些代理程序优点在于，PMC自身能和其他与车间有关的程序建立联系，对软件进行更改的效率也高于面向对象的软件系统，而且系统整体的维护非常容易。 操作代理一直为单一信号或复杂的操作提供操作环境。这些环境可以仅仅是某一对应的工厂的名称和操作模式，也可以是来自几个分厂的不同类型的信号的组合。 主要的目的是为操作人员提供所有需要的信息，以进行各种操作，甚至包括一些复杂的操作，如为不同的工厂更改工作时间模型等。在任何时候，操作人员都必须能对其行为的后果进行正确的估计。 今天市场上还没有能同时对工厂内的行为以及产品流和物流进行监控的生产监控系统。不过，这两个领域的集成已经开始了。为了消除这些系统之间的障碍，汽车厂必须首先打破厂内各部门之间的界限。这意味着将生产工程师和计算机专家的知识结合起来。