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MES和SCADA的未来会不会更紧密地结合在一起?

2021-12-24新闻

本文选自AutomationWorld丨作者贝丝·斯塔克波尔

Aug 3rd, 2021


尽管SCADA(监督控制和数据采集)和MES(制造执行系统)之间有越来越多的重叠迹象,但这两个自动化主流更有可能作为一对紧密结合的夫妇共存,而不是作为一个单一的动力源制造平台重新出现。

SCADA系统倾向于诸如PLC和传感器等设备的亚秒级通信工作,以监测和控制车间设备和工作流程的细枝末节。MES在更高的层次上运作,作为控制中心,监督生产调度、质量控制和可追溯性,以及其他关键的操作方面。

因此,这些系统在历史上一直是孤立的,针对制造领域的不同方面。但它们的功能已经开始凝聚在一起。SCADA正被赋予先进的功能,如内置智能、关系数据库和有限的跟踪能力,而MES系统则通过实时生产监控和与不断增长的、更复杂的传感器网络的直接通信来实现转变。



专家表示

这些平台的共同命运是更紧密的整合和界限的模糊,因为制造商正在努力实现所谓的 "单层玻璃",这是实现更快、更有效决策的关键。


GE Digital-Ranbir Saini

自动化软件产品管理总监 

这不是MES与SCADA的问题,而是人们想要实现的目标。那都是关于提高效率、降低成本和使人员更有效。要做到这一点,需要一个单一的玻璃窗,特别是今天的操作员更加精通技术,并期望在平板电脑上获得统一的体验。



GE Digital-Ranbir Saini 

自动化软件产品管理总监 

有了单一玻璃窗的概念,工厂车间的操作员、主管和其他制造业的专业人员可以在综合仪表板和可视化中获得他们所需要的关于单个设备资产、生产线性能和工厂车间顶线指标的所有数据,而不是过去那种孤立的数据点和无数的HMI屏幕。"最后,MES或SCADA[辩论]只是描述了一套支持互操作性和数据交换的能力,以一种上下文的方式,使每个人都能看到所有的数据,并利用它来做出明智的决策,"


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随着MES和SCADA的任务围绕设备数据采集、可视化和功能重叠而合并,这就为融合提供了可能。


但是,MES和SCADA系统的全盘合并并没有多大意义,这是有原因的。从ISA 95或Purdue模型(一种工业通信的层次结构)的角度来看,SCADA系统在二级上运行,即以亚秒级的速度与PLC和其他低级控制交换实时、时间序列数据。


另一方面,MES在一个更长的时间尺度上运行--相对于亚秒级的控制数据,MES作为一个基于交易的系统,在数小时甚至数天和数周内提取数据。


考虑现实世界中监测一个批处理罐的例子。SCADA每秒都在监测温度;如果检测到超出范围的变化,就会启动一个过程修正,使温度回到正常范围。MES也关注储罐温度,但从超出标准的读数是否会导致异常,以确保未来的质量控制。


"这些系统在不同的时间尺度下运行--SCADA与时间序列数据联系在一起,比如以非常快的节奏监测温度,以确保安全和一切正常工作,"Aveva的高级副总裁兼监测和控制主管Rashesh Mody解释说。"当把毫秒级的数据与MES交易系统的更大的时间尺度结合起来时,就会更加困难[而且]涉及到很多协调。"


速度上的差异也会影响到每个系统与其他系统接口的协议。SCADA依赖于OPC、EtherNet/IP和Modbus等工业协议,而MES则支持更广泛的协议,因为它需要与SCADA和其他业务系统如ERP(企业资源规划)系统对话,通常通过防火墙的保护使用网络服务和其他协议。


尽管有这些差异,"扁平化堆栈 "和整合平台的论点在于这两个系统都是从相同的数据源中提取的,因此可以从精简人机界面的机会中获益,系统集成公司Grantek的智能制造总监Sam Russem指出。


Russem说:"它可以简化操作员和系统的日常用户的体验,"他解释说,很多时候,负责运行设备的生产线操作员需要与生产调度系统互动,以确定具体的配方指令或挖掘有助于解决设备报警的数据。"他补充说:"在旧系统中,调度发生在MES中,设备控制发生在SCADA中。"将所有这些信息通过一个单一的界面呈现给需要这些信息的人,这种想法使体验更加顺畅。"



事实上,Grantek已经与一家制造商合作,将MES功能整合到SCADA主干系统中,并取得了很大的成功。通过添加类似于MES的功能,如调用ERP来获取生产订单,并通过SCADA使用这些数据来安排生产线上的订单,制造商能够减少整体的基础设施成本,同时为操作员提供集中的数据可视化。"


Russem说:"通过设计可以访问MES数据的SCADA屏幕,或者反过来,有机会以你以前无法想象的方式考虑屏幕,并为操作员和计划员每天的工作增加价值。"融合故事的一部分是打破数据孤岛和数据民主化。


Cox说,"合并 "平台的好处是单一的玻璃窗,使操作员能够在同一屏幕上获得SCADA和MES的数据,并具有更高层次的背景,而不必在不同的系统之间切换。此外,在一个统一的平台上开发,避免了不同开发环境的复杂性,也避免了将同一数据映射到多个地方。"


他解释说:"虽然Ignition提供了与第三方MES或业务解决方案的集成,但如果没有记录在案的API(应用编程接口)或开放标准,就很难让这些系统协同工作。"有了统一的开发环境,你可以更快地解决挑战和建立解决方案。它还为未来奠定了基础......通过扩展系统的能力。"


Aveva的Mody认为,"合并 "MES/SCADA平台的概念在单一资产甚至小型生产线的层面上可能是可行的,但在大多数情况下,需要的是功能齐全的最佳平台,支持比过去更高层次的整合,。


Aveva对更高层次集成的看法的关键是一个模型驱动的架构,它将其System Platform SCADA和InTouch HMI平台与MES和其他企业软件连接起来。模型驱动的架构允许部署模块化的MES应用,以实现更大的可扩展性和易于定制,同时能够将操作实践定义为数字工作流,可以跨越应用。


罗克韦尔自动化通过在SCADA层面增加一些类似于MES的跟踪和追踪功能来整合其核心平台,但其真正的重点是整合--尽管这种整合不同于MES和SCADA的直接联系。"


罗克韦尔MES业务的产品经理Todd Montpas解释说:"在过去,集成是一个项目;你将MES数据下发到SCADA层面,但有不同的数据结构和大量的转换需要。"现在我们让它变得简单易行"。


简化是通过 "智能对象 "来实现的,它是识别可发现的数据点和数据关系模型的结构,现在它被配置在控制层面,作为标签结构的一部分。Montpas说,这种方法甚至在机器踏上工厂车间之前就简化了集成过程。


除了两个平台之间更高层次的整合之外,背景化是融合故事的另一个重要部分。通用电气通过自定义视图和特定角色的仪表盘来解决这个问题,将来自无数平台和资源的数据转化为推动更好决策的洞察力。


对于DelmiaWorks(原IQMS,现在是达索系统的一部分)来说,在其MES平台上增加类似SCADA的功能,如实时生产过程监控,一直是一个优先事项,但现实是SCADA系统不会消失,所以整合和优化使用这些数据是共存策略的核心。"


DelmiaWorks的负责人和达索系统公司的高级行业营销经理Louis Columbus指出:"我们的平台从第一天起就能够整合SCADA数据,并通过为数据带来更大的适应性和上下文智能,继续在MES层面上增加价值。




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认识到需要消除制造业中的数据孤岛,SCADA和MES软件的供应商正在增加一些功能,通过更紧密的整合和对开放标准的拥抱来模糊这两个平台之间的界限。


在应达自动化,MES和SCADA的融合是通过其Ignition服务器平台的模块化实现的,该平台利用OPC UA和MQTT等开放技术,作为工厂车间资源的枢纽。


通过这种方法,Sepasoft的MES模块可以直接插入Ignition,作为附加组件,从一个组合平台上解决各种MES功能--例如,产品谱系、整体设备效率(OEE)、停机时间、统计过程控制(SPC)、配方,以及与ERP系统的连接。


"企业已经厌倦了因专有解决方案、缺乏集成选项和传统的定价模式而产生的孤岛,"应达自动化公司销售工程部联合总监Travis Cox说。"在数字化转型或工业4.0时代,企业希望弯曲OT和IT的世界,将系统整合在一起,实现更大的数据访问,并为更多人提供数据。"


即使孤岛式或混合式的替换方案已不复存在,上下文和整合工作将继续促进SCADA和MES之间更加智能和富有成效的伙伴关系。"Iconics公司在三菱电机的企业客户总监Oliver Gruner说:"这不是一个系统取代另一个系统的问题,而是分享两个系统提供的数据。"这是利用两个系统的最佳部分,将数据转化为信息。"




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