MES在汽车制造中的应用之架构篇（一）
MES作为车间现场的执行系统，对稳定性、可靠性提出了很高的要求。这部分将介绍汽车制造MES的典型架构，并通过康明斯、福特、沃尔沃的案例予以分析说明。此外，还介绍了业内广泛使用的Kepware OPC系列产品。另外，还基于作者实践，介绍了IT PLC的应用及松耦合的设计。
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。
康明斯NGMES介绍
康明斯是全球知名的柴油发动机制造商，NGMES是其全球统一实施的MES系统。
NGMES基于Apriso FlexNet平台开发，由制造工程部门的业务专家、控制专家，和IT部门的技术专家进行联合设计，由Apriso公司顾问指导，由Tata公司技术人员进行开发。
NGMES基于康明斯发动机制造流程设计，由于采用了通用化设计，可配置程序较高，因此也适用于零部件制造工厂。
1.业务功能
NGMES不包含机加车间业务，覆盖了缸盖分装线、发动机内装线、外装线、检测线的整体业务。
其业务模块包含计划管理、工艺管理、零件追溯、料架防错、拧紧防错、设备防错、质量管理、质量门、装配防呆等。
计划模块能够自动接收ERP工单，并生成序列号下发给上线工位PLC。
工艺管理模块提供工艺BOM配置功能，提供界面将物料BOM进一步拆分到装配工位、配料工位、拧紧工位、料架位置、装配顺序、图片地址等，为防呆防错提供依据。
零件追溯模块提供序列号、批次号追溯形式，可实时配置。
料架防错通过与PLC集成，在发动机到达时，通过发动机序列号自动识别零件在料架上的位置，并通过料架灯通知工人，工人在捡料后料架灯自动熄灭，并自动判断防错是否完成。
拧紧防错通过与PLC集成，在发动机到达时，通过发动机序列号自动识别拧紧枪号、拧紧次数，并通过拧紧枪控制器通知工人，在拧紧作业完成后，自动采集拧紧数据。
设备防错通过与PLC集成，自动向设备下发工艺参数，并收集操作结果数据。
质量模块提供了质量报警、问题检查、缺陷管理、短装管理、质量评审、维修管理、报废管理等功能。
质量门工位会检查质量状态是否合格、是否漏工位、是否漏装多装、是否检测不合格、是否评审不通过、是否有缺陷未清除。
工人使用的NGMES客户端界面通过与PLC集成，当发动机到达时，自动显示发动机的产品信息和质量信息，以及要装配的零件顺序、要扫描的零件清单、关键零件图片、问题清单，从而实现装配防呆的效果。
此外，NGMES通过消息队列服务器从ERP接收工单，从PLM接收物料BOM。
图3.2-1是其业务架构示意图：
图3.2-1 康明斯NGMES业务架构
2.架构特点
如图3.2-1所示，NGMES的系统架构非常典型：
图3.2-2 康明斯NGMES系统架构
NGMES基于Apriso FlexNet平台开发，其核心模块是Process Designer，用于定义核心业务逻辑和流程，同时也是一个集成开发和调试环境，能够直接调用数据库函数和存储过程，能够直接和OPC通信。
为提高运算效率，有大量业务逻辑直接写在数据库里，然后通过Process Designer调用，然后进行类型转换、流程跳转。
为简化构架，应用服务器集成了DB Client、OPC Client、MQ Client、打印机服务器等功能。
由于客户端采用B/S架构，因此采用网络服务器实现负载均衡。由于Apriso FlexNet基于.Net框架，因此支持本地JS脚本和DLL调用，如人工装配工位的OPC Client直接部署在客户端上，从而实现了OPC通信的分布式架构。
NGMES的重大特点是高度可配置和界面一致性，大部分装配工位运行的是同一个程序，程序界面根据工艺配置自动生成，根据PLC信号自动刷新页面和进行握手。
3.架构优点
由于界面一致性高，操作工上手非常容易，可使用相同版本的培训文件，对所有工厂的同户进行集中培训。
由于基于.Net框架开发，组件工具多，界面友好，再搭配大尺寸触摸屏，工人操作方便，形象很高大上。
由于所有工厂采用相同的程序包，可在项目实施前搭建演示和培训系统。
由于高度可配置，所有工厂80%的业务功能使用相同的核心代码，只有20%的订制开发，因此实施周期短，通常一个大型项目只要半年的实施时间。
由于所有工厂使用相同的代码，可在全球共享设计、实施、运维团队。
4.架构缺点
由于可配置性高，这就要求核心模块要考虑各种各样的应用场景，如装配工位界面有考虑：有没有追溯件(如有是什么规则)、有没有料架防错、有没有拧紧防错、有没有质量检查、有没有质量报警、有没有零件图片、有没有短装检查，这样核心程序的流程跳转逻辑就变得非常复杂，非常难以理解，当现场出现问题时难以迅速找到症结。
同样的原因，造成OPC侦听进程较多，拖慢了OPC响应速度。
系统逻辑部分部署在Process Designer，部分部署在数据库中，这样提高了应用服务器的响应速度，减少了应用服务器与数据库之间的I/O，但是运维人员对模块的设计更难以理解。
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