MES在汽车制造中的应用之架构篇(7) -- 松耦合与紧耦合

MES作为一个执行系统，和车间现场的设备、控制系统有密切的集成关系，这是和一般的IT系统有较大区别的地方。

比如ERP下工单是以天为单位的，库存也以天为单位进行结算。

但是MES在需要和PLC等现场设备集成的地方，通常要求系统以秒级单位进行响应。

因此，车间对MES的可用性就提出了很高的要求。

但是另一方面，与PLC相比，MES系统的设备在成本、稳定性、防护等级等方面又有较大差距，因此，业务方对MES的可用性往往抱着怀疑的态度。一些情况下，业务方要求MES高可用，另一方面又要项目组做出“MES当机怎么办”的预案。

在这种情况下，就形成了所谓松耦合的设计。

所谓松耦合，是比较紧耦合而言的。

紧耦合，有点类似同步通信，当一方系统出现异常时，另一方也无法正常工作。象康明斯NGMES、福特NGAVS、沃尔沃ANDON等系统都采用了紧耦合的设计。

而松耦合，类似于异步通信，当一方系统出现短暂异常时，不会影响另一方的正常工作。

下面我们举几个松耦合的例子。

案例一：通过条码缓存数据。

挑战：某整车厂总装车间，混线生产轿车、SUV、MPV，并且生产节拍达到61JPH(61台车/小时)，要怎么保障生产线上设备的防错？

方案：在装车单上打印各设备的防错条码。

当车辆出PBS时，MES系统打印装车单，并为各设备生成防错条码。防错条码由事先定义的字符串组成，包含车型、工艺参数等数据，并且合成一个长字符串。此过程由MES根据工艺配置自动完成，不需要和PLC交互。

当车辆进入防错工位时，工人扫描装车单上的防错条码，设备PLC经由扫描枪识别条码对应的字符串，再对字符串进行拆分、反向解析，得到所需的防错指令。此过程由PLC根据配置自动完成，不需要和MES交互。

案例二：通过RFID缓存数据。

挑战：某发动机装配车间，变型机较多，且工艺经常调整，因此需要MES能够灵活地处理工艺变更，并且对现场生产的影响要尽可能小。

方案：在大容量RFID TAG上存储工艺数据。

首先，在MES系统设计一个工艺管理模块，可以通过界面灵活地定义各机型在各工位的工艺。

其次，当发动机上线时，MES查询机型的工艺配置数据，得到此发动机在各工位的工艺参数，并且通过PLC写到64KB RFID TAG上。

第三，当发动机到达装配工位，PLC读取RFID TAG上本工位对应的工艺参数，指导设备进行对应的装配、拧紧、检测等作业。作业完成后，PLC把追溯需要的数据追加到RFID TAG上。

最后，当发动机到达下线工位，PLC把RFID TAG上追加的数据上传给MES。

我们可以看到，仅仅在上线、下线工位，PLC需要和MES实时交互；而在大部分的装配工位，作业仅仅通过PLC进行。

此外，由于工艺配置维护在MES系统里，配置数据存储在MES中，可以通过MES客户端界面，非常方便地进行工艺变更的配置。

图3.7-1显示了相关流程：

图3.7-1 通过RFID缓存数据

案例三：通过IT PLC缓存数据。

挑战：某整车厂调度系统，能够自动将订单下发给线体PLC，也能够自动从线体PLC同步车辆过站记录。现要求系统提供2个小时的缓存，当系统或网络出现短暂异常时，不会影响现场作业。

方案：通过IT PLC缓存数据。

IT PLC作为现场管理的关键设备，能够和线体PLC实时通信、交换数据。同时，IT PLC提供一定容量的数据存储功能，可以缓存2小时的订单数据和离线过站记录。

每天的生产作业开始之前，计划员在MES中提前“锁定”订单，系统自动将订单数据下发给IT PLC，并缓存在IT PLC内部数据块中。

当生产开始时，线体PLC向IT PLC请求订单，IT PLC检索本地缓存的数据，并转发给线体PLC；当IT PLC本地缓存小于安全值时，则自动向MES请求下发新的订单。当MES系统异常时，由于IT PLC和线体PLC的通信正常，且IT PLC向线体PLC下发的是本地缓存的数据，现场作业短时期内不会受到影响。

在过站记录工位，线体PLC采集RFID TAG信息，并上传给IT PLC。IT PLC判断MES是否在线，如在线则将数据上传给MES；如不在线则将数据缓存在IT PLC本地数据块中；当MES恢复在线后，IT PLC将本地缓存的离线过站记录上传给MES。