MES在汽车制造中的应用之架构篇(1) -- 基础架构

MES是大型的应用系统，其特点是：

1)       实时性高，通常客户端的响应时间在1~5秒内，和PLC通信的响应时间在1~2秒。

2)       功能复杂，包含了计划、生产、工艺、质量、设备等诸多业务模块，逻辑较复杂。

3)       稳定性高，通常会要求达到99.5%以上的在线率，不然会影响现场生产。

4)       和外部系统(如ERP/PLM/WMS)有较多数据交互。

因此，为了保证MES系统稳定、可靠运行，需要通过系统架构设计予以保障。

图2.3-1显示了MES系统的典型架构关系。

图3.1-1 MES系统基础架构

应用服务器是MES的核心，其功能包括：

1)       业务模型的定义。

2)       工艺路线的定义。

3)       业务逻辑的处理。

4)       对于输入、输出数据的处理。

5)       数据的类型转换、格式转换。

6)       计划任务的处理。

7)       OPC客户端，用于和OPC服务器通信。

8)       MQ客户端，用于和MQ服务器通信。

9)       DB客户端，用于执行数据库读写。

通常应用服务器会采用Cluster机制进行冗余处理，以提供高可用性。

数据库用于存储和备份数据，通常采用Oracle/MSSQL等大型成熟关系型数据库。

数据库通常会划分成生产数据库和历史数据库。

生产库用于实时业务处理，通常只存储较近一段时间如3个月以内的数据。生产库采用DataGuard等技术提供冗余支持。

历史数据库会存储所有的历史数据，数据量大，通常用于报表输出。

因此我们可以在应用服务器上执行实时数据查询，而通过报表服务器执行历史数据统计分析。

网络服务器主要用于处理客户端的输入输出，主要功能有：

1)       图形界面展示。

2)       采集用户输入数据。

3)       对用户键盘、鼠标操作的响应。

4)       本地脚本处理。

5)       本地DLL调用，如.NET框架支持调用本地OPC客户端，从而实现分布式OPC通信。

通常网络服务器会采用Network Load Balance实现负载均衡，以支撑客户端高并发。

由于MES系统中注册的打印机主要以网络打印机为主，因此还需要部署专用打印机服务器以驱动所有的网络打印机。

MES和PLC的通信，目前还是以OPC作为主流的形式。

OPC是一个中间件平台，安装对应的驱动后，OPC服务器能够将PLC数据块中存储的数据映射成内存变量，OPC变量在形式上和普通的IT变量没有区别。

目前应用较广泛的是Kepware OPC Server，其价格较低，提供了几乎所有主流PLC的驱动，此外还有一些功能强大的插件，如IoT Gateway能够将OPC变量封装成Web Service进行调用。

MES和PLC通信的耦合性、实时性都较强，如PLC的扫描周期一般为50~100ms，而OPC的扫描周期通常设置为250~1000ms。

MES和ERP/PLM/WMS有较多的数据交互，但对实时性的要求较低。此外，为了减少系统间的耦合性，通常会采用消息队列的机制在系统间传输数据。

例如ERP部署在集团公司，PLM部署在研究院，而MES部署在工厂，那么通常会在集团公司部署消息队列服务器，然后在集团、工厂、研究院部署MQ客户端，从而实现三地之间的数据交互。