.工業 4.0 時代的 MES 系統

Is MES important for implementing Industry 4.0 
or Smart Manufacturing



源:传感器技术作者:法拉第  


我們正處於一個舊IT,走向新IT的變革時代。工業4.0的概念興起於德國,現在我們大家普遍認為,其是一次科技革命,或者說是一次新技術革命。




工業4.0的目的是透過應用物聯網等技術,提高德國的製造業水平,建立具有適應性、資源效率,及人工智慧的智慧工廠,在商業流程及價值流程中,整合客戶以及合作夥伴。

無論產業界或者學術界,如何解讀工業4.0,它的本質都是數據,這些數據包括了智慧產品的數據、企業營運的數據、產業鏈上的數據、企業外部數據等等。這些數據串起來工業4.0的生態圈。


  

四大主題構建工業4.0的核心業務
我們步入工業4.0的時代,實現由「自動化」向「智慧化」的轉變。透過CPS(Cyber-Physical Systems)網路,實現人、裝備和產品的即時連通、相互辨識,和有效交流,為消費者客製化「個性化」的商品,並且提供即時、高效的服務。
  
工業4.0的四個主題:智慧工廠、智慧生產、智慧物流和智慧服務。智慧工廠側重點,在於企業的智慧化生產系統,以及製造過程,對於網路化分布式生產設施的實現智慧生產側重點,在於企業的生產物流管理、製造過程人機協同

而智慧物流作為製造企業,非常重要的資源節點,其側重點在於透過網路、物聯網,整合物流資源,充分發揮現有的資源效率服務作為製造企業的後端網路,其側重點在於透過服務聯網結合智產品,為客戶提供更好的服務,發揮企業的最大價值。
  

1) 智慧工廠是傳統製造企業發展的一個新的階段。
它是在數位化工廠的基礎上,利用物聯網的技術和設備監控技術,加強資訊管理和服務,清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控率、減少生產線上人工的干預、即時正確的採集生產線數據,以及合理的生產計劃與生產進度,並加上綠色製造的手段,構建一個高效節能的、綠色環保的、環境舒適的人性化工廠。

未來各個工廠將具備統一的機械、電器和通信標準。以物聯網和服務網際網路為基礎,配備感測器、無線網路和RFID通信技術的智慧控制設備,可以對生產過程進行智慧化監控。由此,智慧工廠可以自主運行,工廠之間的零組件與機器可以互相交流。
  
智慧工廠是由軟體操控,進行資源整合,發揮各環節的最大效率。智慧工廠中的機器,將全部由軟體控制,工人只需要操作電腦就可以完成生產,進一步解放了工廠中的工人,整體看來,它就是一個擁有高度協同性的生產系統,包括即時監控、自動化管理、流程控制、能源監控等等。

收集及整合整個智慧工廠的業務數據,透過大數據的分析整合,使其全產業鏈可視化,達到生產最優化、流程最簡化、效率最大化、成本最低化和品質最優化的目的。
  

2) 智慧生產是由用戶參與實現「定人訂製」的過程。
智慧生產的生產線,可以實現大規模客製化,對生產的柔性要求極高。鑒於此,生產環節要廣泛應用人工智慧技術、採用一體化的智慧系統,智慧化裝備在生產過程中大展拳腳。

工廠的工人和管理者,可以透過網路,對生產的每一個環節進行監控,實現智慧化管理。
  
一體化的智慧系統,是由智慧裝備和人類專家組成的,在製造過程中,進行智慧化的活動,諸如分析、推理、判斷、構思和決策等,透過人與智慧裝備的合力共事,去擴大、延伸和部分取代人類專家,在製造過程中的腦力勞動。

它把製造自動化的概念更新,擴展到柔性化、智慧化和高度整合化。與傳統製造相比,智慧生產具有自組織和超柔性、自律能力、自學習能力和自維護能力、人機一體化、虛擬現實等特性。
  
3) 智慧物流以客戶為中心,促進資源優化配置。
根據客戶的需求變化,靈活調節運輸方式,應用條碼、RFID、感測器、全球定位系統等先進的物聯網技術,透過資訊處理平台,實現貨物運輸過程的自動化運作,和高效率優化管理,從而促進區域經濟的發展,和資源的優化配置,方便人的生活。
  
4) 智慧服務促進新的商業模式,促進企業向服務型製造轉型。
智慧產品+狀態感知控制+大數據處理,將改變產品的現有銷售和使用模式。增加了線上租用、自動配送和返還、優化保養和設備自動預警、自動維修等智慧服務新模式。
  

工業4.0背景下,MES被重新定義
我們可以把智慧工廠比作一個人,工業軟體就是這個人的神經系統。其中,在製造板塊,MES的作用尤為重要。

按照AMR所給予的定位:MES服務於工廠生產執行層的資訊系統,位於企業經營層的計劃系統,與生產過程的直接工業控制系統之間。

該定位將企業的運作劃分為三個層次,分別是:計劃層、執行層和控制層。其中:計劃層就是MRPⅡ或ERP等經營管理資訊系統。控制層包括DCS、PLC、NC/CNC或SCADA中的一個系統或這幾種配置的組合,以及各種儀器設備等介於兩者之間的是執行層,MES(製造執行系統)


  

介於企業的「計劃層」和製造「設備層」之間,對企業生產計劃進行「再計劃」,「指令」生產設備「協同」或「同步「動作,對產品生產過程進行即時的響應,使用當前確的數據對生產過程進行及時調整、更改或干預等處理。

採用雙向直接的通訊,在整個企業的產品供需鏈中,即向生產過程人員,傳達企業的期望(計劃),又向有關的部門提供,產品製造過程狀態的資訊反饋。
  
既不同於類似於ERP的企業營運系統,也不同於企業的過程控制系統,使用MES的經驗顯示,它既能提高按時交貨的能力,改善物料的流通性能,由能減少企業內部沒有附加值的活動。
  
在工業4.0背景下,推動智慧製造,構建智慧工廠、智慧生產、智慧物流和智慧服務體系,我們需要對MES重新進行定義,主要從以下幾個方面進行說明:
1) MES深度融入企業營運環節
智慧工廠中的機器將全部由軟體控制,工人只需要透過MES現場的操作電腦,或者移動終端就可以完成生產,MES結合企業營運的其他工業軟體,建構一個高度協同性的生產系統,對企業的設計、採購、銷售、計劃、製造和運維服務各個環節,對每一個與製造相關的指令,能夠精確調度、發送、跟蹤和監控,該指令影響生產的過程,成為實現生產線上,製程智慧化的基本技術手段。

MES收集及整合整個智慧工廠的業務數據,透過工業大數據的分析整合,使其全產業鏈可視化,達到生產最優化、流程最簡化、效率最大化、成本最低化和品質最優化的目的。
  
伴隨著製造企業的發展,未來製造企業勢必也是一個軟體公司,軟體系統的應用也會越來越多,MES就會成為製造企業營運的基石。
  
重新定義的MES的位置,與其他業務板塊同等重要,以網路化和扁平化的形式,對企業的生產計劃進行「再計劃」,「指令」生產設備「協同」或「同步「動作,對產品生產過程進行即時的響應,使用當前確的數據,對生產過程進行即時調整、更改或干預等處理。
針對大規模客製化的需求,可以實現柔性排程和調度
採用多向直接的通訊,在整個企業的產品供需鏈中,即向生產過程人員,傳達企業的期望(計劃),又向有關的部門,提供產品製造過程狀態的資訊反饋,還要告知生產線底層裝備之間,加工的法則,彼此的加工狀態。
  
既不同於類似於ERP的企業營運系統,也不同於企業的過程控制系統,使用MES的經驗顯示,它不再單純只針對製造過程進行優化,可以延伸至企業運營的其他的板塊,縮短產品的研發週期,提高生產效率,降低單元的產品的製造成本,提高產品的不良率和能源利用率。
2) MES的業務應用範圍更加深入
傳統MES的作用,就是實現企業的連續資訊流。並透過對資訊的傳遞和處理,對訂單下達到產品,完成的整個生產過程優化管理。

MESA歸納了MES的十一個主要功能模組,包括工序詳細調度、資源分配和狀態管理、生產單元分配、過程管理、人力資源管理、維護管理、品質管理、文檔控制、產品跟蹤,和產品清單管理、性能分析和數據採集等模組。

透過MES這些模組的有效協作,可以起到溝通企業計劃層和控制層,憑借資訊技術,提供精確的即時數據,並最終達到優化管理活動和生產活動的目的。而在現實當中,各不同行業企業,可以根據行業特點和企業實際,開發適合自身情況的多種功能模組。
  
從MESA的定義也可以看出,提供精確的即時數據,是一個優秀的MES的優勢所在。MES對數據提供的即時性,要明顯高於ERP,如果說控制層提供的即時時間系數為1,那麼,MES的時間系數為10,ERP的時間系數為100。

但是,重新定義的MES的核心優勢,不僅僅在於提供即時數據,而且需要對即時指令,進行準備的自學習和柔性調度,也就意味著MES的時間系數也變成了1。
工業4.0下MES的發展趨勢
MES是智慧製造在智慧工廠範疇內的承載主體,實現「物理工廠」的「資訊領域」的投影。在智慧製造工業網路的背景下,MES有哪些改變呢
  
1、傳統的整合,向過程融合發展
從未來的需求來看,尤其是在B2P的商業模式下,製造企業必須能夠快速處理大量的單件製造,及特別製造的方式,同時全球化驅動的分散性協同製造成為主流,這就導致了傳統設計、計劃到生產模式的反應遲緩,嚴謹的 PLM、ERP、MES的整合流程太過到剛性。
  
取而代之的是一種新的方式是設計、計劃和生產緊密協作、並行執行,基於同樣的需求、物料、產能等數據,PLM設計結束之前,柔性生產計劃即可快速下達,MES即時開始生產執行,同時實現良好的反饋機制。這種柔性協同,也對系統間設計 BOM、生產BOM、數據、模型等一致性和靈活性,提出了更高的要求。
  

2、傳統的數位管理向智慧管理發展
MESA組織給出MES功能模型的定義,強調生產過程「生產、質量、消耗及績效」的業務管理。近十年來MES的發展,也是參考這個功能模型的定義,集中在業務數據採集、業務數據傳遞和業務統計。透過業務過程的數位化,建立了協同工作平台,並在此基礎上進行數據分析與統計,基本實現了全面的數位化和透明化管理。
  
但在實施MES的過程中,都能深切感受到客戶,對MES智慧化期望較高:希望能夠採用APS自動實現作業任務編排,希望系統能夠根據過程變化,自動調整計劃,希望自動調整工藝參數來確保品質最佳。但事實上,傳統基於單據作業模式的MES,在數據分析與處理上,並沒有下太多的功夫。
  
在工業4.0時代,生產變化及靈活性更高,生產要素須自動配置,必然要求在生產全過程的數位化的基礎上,增加智慧優化方法。工廠的智慧化分為兩個層次:
  
一個層次是實現微觀層面的智慧優化。比如在工序層面的控制中,在區域協調優化中,採用智慧化技術。或者在某一個專業領域,如設備的狀態預測、品質預警及生產預警。
  
另一個層面是宏觀層面,根據生產過程中各要素的數位化,形成計劃、排產、品質控制、過程跟蹤的循環反饋,採用智慧優化算法進行協同優化。
3、傳統的生產線管理,向工廠運平台發展
工業4.0時代的MES,或許將重新定義,在協同製造方面,超越目前內部組織範疇,而擴展至與供應商和客戶的連接在製造智慧方面,將不限於收集、分析與展現,而將進一步實現現場即時分析、協同智慧決策,即時調整製造執行過程在業務領域層面,將擴展智慧裝備的性能監測與維護、綠色製造的能源管理等內容。在製造執行(Manufacturing Execution) 系統將躍變為卓越製造(Manufacturing Excellence)系統。
4、傳統的結構化數據,向工業大數據平台發展
製造雖然有環境因素、資源因素,但最重要的因素來看,差在哪呢分析認為,主要差在「軟實力」方面。

雖然在硬體層面,大部分國家的產業,也有明顯的差距,但有大量數據比較得出,即使一樣建設的生產線(例如汽車生產線,對岸中國的效率,仍然和鄰國日本差一大截,因此不能把責任推到基礎硬體層面。
  
工業4.0時代,技術的發展為數據的產生(物聯網)、儲存、分析(雲技術)、使用(行動通信互聯)更加方便。因此也可以說,工業4.0的變革是數據驅動型的變革。這個「軟實力」提升的主要驅動力是「數據」的利用。
  
MES傳統上處理各類業務單據,數據僅限於結構化的數據,很多企業在此基礎上,也開展了商務智慧(BI)的建設與利用,但總體上,還在有限的數據範圍內,進行事後分析。
  
今天的物聯網(包括設備、物料等IIOT及人工作業過程中的HIOT),將產生大量的即時資訊,都是表徵了生產過程的全像技術影像。這些數據在採集、管理、分析與可視化方面,技術上正在逐步可行。
  

5、傳統的功能套件,向模型驅動發展
在技術實現上,傳統的MES在逐步開發,及實施的過程中,功能一點點增加,最終形成覆蓋工廠管理需要的,一個功能套件集合,即我們常見的套裝軟體。

但這種套裝軟體從設計本質上,是以職能管理為核心的,以軟體系統為中心的。在工業4.0時代,面向以客戶為中心價值傳遞,以產品為中心的製造資源重組的要求時,傳統的MES是無能為力的。
  
有調查顯示,在MES系統建成的三年內,50%的工藝(模型)將會或多或少隨著生產的持續改進而調整,在工業4.0時代的客製化時代,這種變化更加劇烈。

這就要求MES系統必須是一個可適應、可擴展的系統,其技術的主要特點,是採用模型驅動技術來構架系統。將ISA95相關的、在製造業通用功能,以組件的方式,而各廠不同的、適應各自管理及工藝流程的、不同應用系統整合的部分,將透過可配置的模型平台來實現。當工藝流程發生變化時,只需在線上修改模型,而不需調整功能組件,從而實現系統的適應性。
  

6、傳統的視窗介面,向虛擬現實發展
從人機協同的角度來看,電腦技術發展到今天,主要存在兩個問題沒有很好解決。一是電腦的現場應用,一是資訊的展示方法。試想,透過鍵盤、滑鼠的資訊署輸入方法,完全是要求人們去適應電腦的需要,採用視窗操作介面,也是今天的電腦操作系統的展示資訊的手段。這些都是以電腦為核心,或者說以系統為核心的思想。
  
在工業4.0時代,物聯網技術引發數據海量增加、設備智慧化及自主化管理,這些變化將人從「操作員」的角色,逐步提升到「監控者及決策者」,人機交互的方式必須更加自然、即時、聚焦要點。
  
虛擬現實及增強現實技術,可以有效解決這一點。在工業4.0時代,虛擬世界將與現實世界高度融合。透過計算、自主控制和聯網、人、機器和資訊互相聯接,融為一體,所有的生產數據,將被全部整合到工廠虛擬現實管理系統中。
  
利用三維可視化技術,將生產場景真實展現出來,生產數據即時驅動三維場景中的設備,使其狀態與真實生產場景一致,從而讓管理者充分瞭解,整個生產場景中,各設備的運行狀況,達到監測、查看、分析的目的。
  
工業領域的創新發展,是推動科技創新、經濟成長和社會穩定的重要力量。但與此同時,市場競爭也在變得愈發激烈。
  
智慧製造的整體解決方案,實現虛擬生產和與現實生產環境的融合,採用創新的工業軟體、自動化技術、驅動技術及服務,讓MES深入企業營運應用過程中,促進企業縮短產品的研發週期,提高生產效率, 為企業發展提供技術支持。






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.全球值得關注的11家人臉辨識公司與機構

Facial recognition is on the rise in China



來源资本实验室


根據美國國家標準與技術研究院(NIST)的2018年全球人臉辨識算法測試(FRVT)最新結果,今年共有來自全球的39家企業和機構參與本次競賽。




其中,依圖科技的算法包攬了前兩名,商湯科技獲得第三名和第四名,中國科學院深圳先進技術研究院的算法獲得第五名,曠視科技算法獲得第八名。此外,俄羅斯的AI公司也有不俗的表現。




下面11家人臉辨識公司與機構都是本次測試的佼佼者,也是全球AI領域的領先者。

1.依圖科技
上海依圖網絡科技有限公司成立於2012年,致力於將人工智慧技術與行業應用相結合,目前已服務於安控、金融、交通、醫療等多個領域。




今年11月底,依圖公司推出了人工智慧癌症篩查工具,可以在幾秒鐘對患者掃描、超音波、病理標配、遺傳學及書面記錄等,一系列檢測數據進行分析,並做出診斷和治療建議,從而減輕醫生工作量,提高診斷能力和準確率。

依圖科技的人臉辨識技術在全球比賽中,都取得非常好的成績。2017年,在美國國家情報高級研究計劃局(IARPA)主辦的全球人臉辨識挑戰賽(FRPC)中獲得冠軍。2017年和2018年,公司連續兩次在美國國家標準與技術研究院(NIST)主辦的人臉辨識測試(FRVT)中獲得冠軍。

據2018年6月公司官方報告,依圖科技在千萬分之一誤報下的人臉辨識準確率已經接近99%。

今年11月,依圖科技啓動「AI防癌地圖」項目,計劃在未來5年內投入1億元項目資金,聯合數百家醫療機構,覆蓋中國19個省市自治區,以AI應用提升醫療機構服務供給能力,推動中國腫瘤篩查進入「AI+」時代。

今年6月,該公司獲得由高成資本、工銀國際和浦銀國際的2億美元C+輪融資。7月,依圖科技又獲得興業國信資管的1億美元融資。目前已累計融資3.55億美元。

2.商湯科技
商湯科技成立於2014年,是中國科技部指定的其國家新一代人工智慧「智慧視覺」開放創新平台之一,是中國最大的AI算法提供商,也是「全球最具價值的AI創新企業」。




公司自主研發的人臉辨識、圖像辨識、文本辨識、醫療影像辨識、影像分析、無人駕駛和遙感等AI技術,已經在智慧城市、智慧手機、互動娛樂及廣告、汽車、金融、零售、教育、房地產等多個行業得到應用。

公司已經與全球700多家知名公司和機構建立合作,包括美國麻省理工學院、高通、英偉達、本田,與中國本地一級企業如阿里巴巴等。目前公司約五分之二的收入來自中國政府部門的合同。

今年9月份,公司獲得來自軟銀中國資本的10億美元D輪融資,公司估值達到60億美元,公司累計融資達到26億美元。而可想而知,此值中美貿易尷尬期,美方對此發展態勢的態度。

3.曠視科技
北京曠視科技成立於2011年,致力於為全球行業用戶提供領先的人工智慧算法和解決方案,建構城市級智慧物聯網系統。




公司研發的人臉辨識技術、圖像辨識技術、智慧影像雲產品、智慧感測器產品、智慧機器人產品,已經廣泛應用於金融、手機、安控、物流、零售等領域,擁有上千家核心中國當地客戶,包括阿里巴巴、螞蟻金服、富士康、聯想、凱德、華潤、中信銀行等眾多行業級頭部企業。

今年7月,公司獲得阿里巴巴和博裕資本的6億美元D輪融資,目前已累計融資超過12億美元。

4.中科院深圳先進技術研究院
中國科學院深圳先進技術研究院是2006年2月由中國科學院、深圳市人民政府和香港中文大學共同成立的,以應用基礎研究、關鍵技術研究、技術整合與示範為重要的研究單元。




目前,該研究院已設立了十一個研究中心和三個研究室,其中多媒體整合技術研究中心主要致力於電腦視覺、深度學習、多媒體、智慧機器人等領域的研究和開發,並提出HFA-CNN、Center-Loss等深度人臉辨識模型和方法,在多個國際人臉公測數據庫(MORPH、FGNET、CACD、MegaFace、LFW)上取得國際領先或先進的辨識性能。

在今年7月份,美國國家標準與技術研究院組織的人臉辨識算法測試(FRVT)中,多媒體整合技術研究中心取得全球第二名。

5.VisionLabs
俄羅斯公司VisionLabs成立於2012年,專注於開發人臉辨識、目標辨識、增強現實和虛擬現實領域的產品和解決方案。其技術已在安全、銀行、零售、建築、運輸等行業得到應用。




近年來,依託其Luna生物特徵辨識平台,公司一直與大型銀行、谷歌和Facebook等大公司合作。該公司的技術應用非常具有創新性,比如其臉部辨識解決方案「允許車輛從遠處辨識車主、確認身份,並在接近時打開車門」。目前公司已累計融資550萬美元。

6. NEUROTechnology
立陶宛公司NEUROTechnology成立於1990年,為一安控公司系統整合商和硬體製造商,提供基於電腦視覺的指紋、臉部、虹膜、語音和掌紋等生物辨識技術。




該公司的產品可以用於民用和法醫應用,包括邊境海關、刑事調查、選民登記系統、驗證和複製檢查、護照簽發和其他國家級項目。目前已覆蓋全球超過140個國家的3000多家客戶。

最近在剛果,NEUROTechnology利用其 AI 技術對4650萬份「多生物特徵」選民記錄進行檢測,發現了了530萬張重複選票,90萬張選票來自未成年人。

7.Idemia
法國公司Idemia(原名OT-Morpho)成立於2007年,是全球最大的生物辨識終端供應商,也是美國駕照的頭號簽發商。該公司開發的臉部辨識解決方案IDEMIA Face Expert,主要用於執法和認證。目前公司在全球擁有14000多名員工,客戶覆蓋180個國家,其年營業收入接近30億美元




2017年,公司研發費用達到2億美元,SIM卡出貨量達到12億張。今年11月,公司與韓國SK電訊達成合作,為SK電訊提供符合GMSA標準的智慧互聯解決方案,推出首款基於GSMA Consumer標準的嵌入式SIM卡(eSIM)互聯手錶。

8. Camvi Technologies
矽谷新創公司Camvi Technologies成立於2014年,為政府和企業提供生物辨識解決方案,包括由深度學習AI技術支持的高級人臉辨識。




據該公司稱,其技術可以在一秒內完成對數十億張臉部數據庫的搜索,並能保持非常高的精度和準確度。該公司的即時影像辨識系統,可以辨識即時影像中的多個人臉,甚至在沒有網路連接的智慧手機上也能實現。

9. NTechLab
俄羅斯新創企業NTechLab成立於2015年,旨在創建與人類一樣智慧且與機器一樣高效的算法,是俄羅斯十大人工智慧新創公司之一。已累計融資150萬美元。




該公司開發的基於人臉辨識算法的產品FindFace Enterprise Server SDK,可以有效地處理人臉辨識,並在客戶端工作,NtechLab不會傳輸或儲存任何生物辨識數據。

它可以在即時視訊流和影像片段中,檢測和辨識人們的臉部,以處理各種業務任務,例如精確的人數、人口統計資訊、人員流動和使用者行為;還允許使用跨平台REST API整合到任何Web、行動或桌面應用程序中。

FindFace Enterprise Server SDK 2.0已在零售、銀行、娛樂、體育、活動管理、約會服務、安控、公共安全、國土安全等領域得到應用。

10. Vocord
俄羅斯新創企業Vocord成立於1999年,是一家基於電腦視覺和智慧影像處理算法的高科技安全系統開發商。




該公司開發的安全系統包括Vocord NetCam4攝影機、原始算法以及人臉辨識技術,辨識準確度超過98%。公開開發的臉部辨識引擎,在2016-2017年的Mega Face公開挑戰賽中獲得第一名。

11.EverAI
這家舊金山新創公司 Ever AI 成立於2013,開發了用於建構企業級人臉和對象辨識API和行動SDK的最大標記數據集。透過提供各種臉部辨識和屬性辨識服務,非常適合與CRM數據混合使用,並為客戶提供個性化行銷體驗。




該公司正在透過對覆蓋全球95個國家和地區的數千萬用戶,提供的130億張照片和影像進行AI培訓。據公司稱,他們的臉部辨識算法比微軟、亞馬遜等大公司的算法更快、更準確,並能檢測出種族和情緒等因素。

Ever AI獲得了Khosla Ventures、Felicis Ventures、Icon Ventures、Cherubic Ventures、Transmedia Capital和SV Angel等投資機構的支持,已累計融資2900萬美元。






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