What is Manufacturing Execution System (MES) ?
來源：e-works
目前，無論是新建還是升級改造項目，其控制系統的規劃或功能拓展目標，都在圍繞著 MES (Manufacturing Execution System)系統進行。由於現場級控制系統是 MES 系統的基礎和支撐，其功能是否完善直接影響 MES 系統作用的發揮，因此，探討如何根據 MES 系統的理念和功能，要求來規劃或擴展現場控制系統的功能，顯得十分必要和迫切。
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| https://medium.com/@zoeclive007/mes-global-manufacturing-execution-systems-mes-market-manufacturing-process-analysis-dynamics-fafcebec1f36 |
1.通信
MES 中各系統間以及各控制層之間的資訊，必須要可以自由流動，為此需要在它們之間建構通信網路。目前常規的做法是在管理層(監控層)與控制層之間，透過工業網路交換資訊，控制層與現場設備層之間，透過現場總線交換資訊。
為了避免不必要的通信轉換，控制系統的 PLC 最好具有進行網路和現場總線( Profibus、DeviceNet 等)通信的功能。變頻器最好具備對應現場總線的通信接口。
智慧儀表等裝置最好具有現場總線，或網路通信接口，如屬於某系統或與某系統關係緊密，也可在系統內進行局域模擬量傳輸。如工廠生產線應用了 ProfiNet 技術，通信將變得更簡潔，但目前汽車行業幾乎沒有應用。
為了避免不必要的通信轉換，控制系統的 PLC 最好具有進行網路和現場總線( Profibus、DeviceNet 等)通信的功能。變頻器最好具備對應現場總線的通信接口。
智慧儀表等裝置最好具有現場總線，或網路通信接口，如屬於某系統或與某系統關係緊密，也可在系統內進行局域模擬量傳輸。如工廠生產線應用了 ProfiNet 技術，通信將變得更簡潔，但目前汽車行業幾乎沒有應用。
2.設備運行狀態檢測
為了讓 MES 系統中的監控電腦或人機介面，能更形象準確地顯示工藝設備整體，及其各裝置的運行狀態，現場控制系統必須對電機、水泵和感測器等的運行或通斷狀態，進行檢測和判斷。這就需要增設相應的檢測元件，如編碼器，可直接檢測電機是否運行；光電開關，可檢測工件是否透過或佔位；測距開關，可以檢測移動設備行進距離；壓力開關，可以檢測是否過載；風速儀，可以間接檢測風機運行與否；接近開關，可間接反映設備間同步狀態；電流表，可間接反映電機運行狀態等。
當採用間接方式時，需配合軟體來實現其功能，例如，通過檢測電機運行電流(不包括起動過程)，可以間接判斷其是否處於運行狀態。圖2所示的坐標反映電機的運行電流。上下限值根據電機實際工作中負載的變化範圍而確定，當電機運行電流在上下限之間時，可認為電機處於運行狀態，電流為零則處於停止狀態，其他區間為故障狀態。
當採用間接方式時，需配合軟體來實現其功能，例如，通過檢測電機運行電流(不包括起動過程)，可以間接判斷其是否處於運行狀態。圖2所示的坐標反映電機的運行電流。上下限值根據電機實際工作中負載的變化範圍而確定，當電機運行電流在上下限之間時，可認為電機處於運行狀態，電流為零則處於停止狀態，其他區間為故障狀態。
3.參數檢測與控制
MES 系統檢測與調整現場參數的功能，主要靠網路和控制系統實現。為此，建議在現場 PLC 與現場設備之間建立數位量或類比量的參數傳遞通道，盡量不採用現場設備與上位機直接通信的方式。
以溫度測控為例，有很多種方案，目前比較流行的方案，是直接透過 PLC 的本地或遠端類比量 I/O 直接檢測和控制。圖3 以遠端類比量 I/O 測控為例，上位機和現場人機介面可實現參數調整和動態顯示，上位機還可以記錄和繪製參數變化曲線等。類比量 I/O 根據變送器信號控制電動調節閥的開度，以實現溫度調控。
以溫度測控為例，有很多種方案，目前比較流行的方案，是直接透過 PLC 的本地或遠端類比量 I/O 直接檢測和控制。圖3 以遠端類比量 I/O 測控為例，上位機和現場人機介面可實現參數調整和動態顯示，上位機還可以記錄和繪製參數變化曲線等。類比量 I/O 根據變送器信號控制電動調節閥的開度，以實現溫度調控。
4.工件或行動設備位置檢測
如上位系統要精確顯示工件或行動設備的行進位置，控制系統應根據顯示對象的不同，配置雷射測距感測器、編碼器或條碼開關等。雷射測距感測器可直接檢測設備的移動距離；編碼器方案是透過檢測輸出軸轉角的變化後，再換算成位移的方法；條碼開關則是透過檢測條碼帶上條碼的變化，來確定設備位置，條碼帶須沿設備移動路徑佈置安裝。
條碼帶的大致形狀。另外，當精度要求不高時，為節省成本，也可根據公式 s=vt 計算移動距離。其中，s 為移動距離，v 為檢測或換算的設備實際運行(旋轉)速度，t 為運行時間。
條碼帶的大致形狀。另外，當精度要求不高時，為節省成本，也可根據公式 s=vt 計算移動距離。其中，s 為移動距離，v 為檢測或換算的設備實際運行(旋轉)速度，t 為運行時間。
5.融入辨識系統
車體辨識是 MES 系統的重要組成部分。目前的常用作法是採用 RFID 技術將辨識系統融入到控制系統中。數據載體在工廠的入口處，被寫入加工安裝資訊並隨工件行進，各工位根據從數據載體中，讀到的資訊完成工藝作業，然後再將必要的過程資訊寫入數據載體。一般情況下，在重要工藝段前後及分類道岔前，必須設置讀寫站。
6.感測器的冗餘設置
在建構了 MES 系統的生產工廠裡，感測器的冗餘設置是十分必要的。冗餘不僅可以提高設備運行的可靠性和效率，還能為故障判斷創造便利條件。
一般情況下，在升降機、移行機和翻轉機等關鍵部位，都要對位置檢測感測器進行冗餘設置，以降低撞車、掉車等的概率，減少因感測器故障造成的停產，此外，還可以相互成為故障診斷的參照物。
一般情況下，在升降機、移行機和翻轉機等關鍵部位，都要對位置檢測感測器進行冗餘設置，以降低撞車、掉車等的概率，減少因感測器故障造成的停產，此外，還可以相互成為故障診斷的參照物。
7.資訊提示
MES 系統注重提升每道工序的品質和效率，為此而在工位和生產線上設置的資訊提示板，可以顯示來自於生產管理系統的加工(安裝)資訊及來自於生產線各工位的求援資訊等。
8.現場資訊的人工讀寫
由於工件的製造資訊須伴隨工件始終，為了避免因數據丟失而長時間影響後續作業，需在現場適當設置人工讀寫站，如工控機、HMI等。該讀寫站應能透過通信網路，讀取上位系統和控制系統的相關資訊，並能將資訊寫入數據載體或上位系統。一般情況下，應至少在車間的入口、出口以及工件轉掛處設置這樣的讀寫站。另外，對讀寫站進行權限管理也是非常必要的。
9.故障診斷
故障診斷也是 MES 系統的重要功能。現場 PLC 將完成很多故障診斷的邏輯，並將結果傳送至上位系統，上位系統再根據可能性大小按順序進行提示。PLC 進行軟體診斷的方法很多，如趨勢分析法、直接參照法和標準延時法等。
10.防錯
不同的工廠或不同的工段，所採用的防錯方法是有區別的。以總裝工廠的部分內飾件裝配工段為例，為了保證裝配工件的準確性，首先須將配件按型號類別分區放置，再在取配件的通道上，安裝光幕或光電開關等進行動作檢測。
如上所述，MES 系統能否充分展示其強大的優越性，很大程度上依賴現場控制系統的有效支撐。從另一角度考慮，MES 對現場控制系統的新要求，將極大地推動現場控制系統的改進和完善。
上述拓展功能就是在 MES 的啓發下構想和體會出來的，但也並非完全局限於 MES 框架內。另外，因筆者見識所限，上文所述未能涵蓋支撐 MES 的全部功能。
上述拓展功能就是在 MES 的啓發下構想和體會出來的，但也並非完全局限於 MES 框架內。另外，因筆者見識所限，上文所述未能涵蓋支撐 MES 的全部功能。
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