一、行业背景

制造执行系统 (manufacturing execution system， 简称MES)是美国AMR公司(Advanced Manufacturing Research，Inc．)在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来，帮助企业实现生产计划管理、生产过程控制、产品质量管理、车间库存管理、项目看板管理等，提高企业制造执行能力。

以汽车行业为例，通过对冲压车间、焊装车间、涂装车间、总装车间、动力总成间等数据的采集，集成了生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化信息体系。

图1 汽车行业MES系统架构 

二、需求分析

车间设备联网与数据采集在MES系统的硬件架构中占据重要的位置。它是连接车间设备、产线层和车间MES系统的中间环节，是实现工厂“两化融合”的关键之一，可保证自动化层实时在线数据进入MES/ERP管理层。

据统计，当前我国规模以上工业企业里，80%以上的机器设备都是没有联网、不会说话的“哑”设备，只有20%的设备联了网。但这些设备遵循不同的通信协议，存在严重的“语言障碍”，成为制约工业互联网平台建设的卡脖子瓶颈。

图2 MES系统的设备联网与数据采集

而将这些“哑”设备进行联网和数据采集，在具体实施上存在着以下难点：

1、自动化设备多样化：设备品类繁多、年代跨度大，各有各的私有协议、工业接口，且不同品牌的机床/数控系统开放程度不同，采集主机需支持市场上成千上百种协议，或供应商具有开发协议能力；

2、采集服务器类型繁多，采集主机需支持各厂家的组态软件、数据库、DCS系统、公有云/私有云等；

3、考虑到各层次网络的相对独立性和安全问题，为防止黑客攻击、人员的非法操作、病毒的侵害，保障系统的运行安全，需在数据采集的同时进行数据加密；

4、跨领域的对接任务繁重：自动化设备厂商、数采系统服务商、网络系统服务商、软件服务商4方密切配合，沟通成本高；

5、甲方对智能制造的理解深度不同，对数采系统的需求定义，沟通成本高；

6、不影响原有生产系统，特别是不停止生产的同时数采系统，调试时间较长，成本较高；

7、需考虑未来系统之间、工序之间数据互联互通，需遵循标准，做好文件规范整理与移交。

图3 各种各样的自动化设备

三、鋆锦方案

上海鋆锦作为工业通讯集成化方案的服务商，为客户提供集数据采集、网络通讯于一体的完整解决方案。以工业智能网关为核心的数据采集系统，和以工业交换机、工业无线为核心的网络通讯系统，为用户打通了现场设备与服务器之间的软硬件通道。

图4 上海鋆锦在MES系统中的数采和联网方案 

鋆锦的YGate工业智能网关是一款专业的工业数据采集转发设备，集通讯接口服务器、工控 机、工控软件于一体的智能设备，是一款基于ARM架构的工业级产品。作为统一的采集设备，实现对分散于不同地点、不同通信接口、不同通信协议、不同网络结构内的智能仪表或PLC控制系统中的能源计量数据采集，并将不同协议、不同接口的通信标准转换成标准通信协议、统一接口同上层数据库进行通信。

同时，YGate工业智能网关产品具有数据断线缓存功能，以保证管理系统的数据的完整性和连续性。通过网关管理软件和网管软件及自发现功能对集团内采集设备进行远程维护、监控和管理。

图5 鋆锦智能网关产品

它具有以下基本功能：

1、 支持多种通讯链路，如：RS-232/422/485、以太网、4G等，为用户行之有效的解决网络异构的问题；

2、 支持采集工业现场的多种工业设备协议，并以多种标准工业设备协议向其他系统或设备提供数据分发服务.如：OPC、Modbus、IEC61850、IEC60870、DNP3等，统一工业通信的多种协议标准；

3、 支持脚本系统、数据存储、远程同步更新和网络管理功能等众多高级的功能特性；

4、 操作简便，内嵌管理系统，是基于互联网的应用开发，可在线调试、图形化操作配置、远程维护，提高工程服务效率。

在数据安全方面，鋆锦的YGap工业安全网闸产品解决了数据采集安全性加密、设备层网络与信息网互联安全隔离的两大问题。

图6 鋆锦YGap工业安全网闸产品

它与防火墙等网络安全设备存在着本质的不同，因为工业安全网闸阻断网络的直接连接，只完成特定工业应用数据的交换。它通过内部的双独立主机系统，一端接入到站控系统的网络，通过采集接口完成各子系统数据的采集；另一端接入到集团专网或通过ADSL、无线等方式接入到公网，完成数据到调度中心的传输。

双主机之间通过专有的PSL 网络隔离传输技术，截断TCP连接，彻底割断穿透性的TCP连接。PSL的物理层采用专用隔离硬件，链路层和应用层采用私有通信协议，数据流采用128 位以上加密方式传输，更加充分保障数据安全。PSL技术实现了数据完全自我定义、自我解析、自我审查，传输机制具有彻底不可攻击性，从根本上杜绝了非法数据的通过，确保子系统控制系统不会受到攻击、侵入及病毒感染。

在服务方面，鋆锦在MES系统的数据采集方案中积累了多年的技术沉淀和丰富的项目经验，为客户提供现场调研、方案设计、工程实施、售后运维等全生命周期的服务。

图7 鋆锦设备联网和数采项目实施步骤

四、典型案例

 2019年，鋆锦为上汽集团物流板块某智能化仓库提供了专业的数据采集系统和服务。

该智能化仓库是业内首 个零部件物流运作的“无人仓”。走进现场，入库、扫描、搬运、排序、分拣、出库……整个过程，只有收货口和取货口需要操作人员。滑靴分拣线、变焦自动扫描设备、提升机、环形穿梭车、6轴机器人……在上百个自动化设备的配合下，一切都有条不紊地运行着。

图8 汽车“智能+”仓库 

有条不紊运行的背后，离不开数字化“大脑”对仓储物流进行整体性的规划与控制。在数字化“大脑”的支持下，车间入口处再也看不到排队等待卸货的卡车了——在供应链前端，零件、物料箱、订单、卡车四者绑定，并上传到云端共享，从而得到优化的规划和调度。司机摆脱了以往的手写登记和单据填写，仅仅通过手机上的二维码进行入场申请和交货订单提交审核工作。得益于标签标准设计，每箱零件都有对应信息。仓库利用了仓储管理系统，精确跟踪每一箱物料的数量、位置。同时，车间配合自动化设备，实现动态库位管理，提升库位利用率。

上海鋆锦为该项目提供了数据采集和数据上云的解决方案，主要依托鋆锦自主研发的工业智能网关产品，将产线和仓库自动化设备中的智能设备、智能仪表、PLC等数据采集上来，经过协议解析、数据前置处理，并最终将数据送入数据库和私有云。

图9 现场实施照片

鋆锦的数据采集系统方案为用户解决了工业现场数据采集的难题，并全心全意做好安装调试、数据库对接等方案落地工作，和技术培训、售后运维等客户服务，取得了客户的一致好评。

五、鋆锦优势

鋆锦作为工业通讯集成化方案的服务商，立足华东，服务全国，旨在为客户提供成熟的方案和专业的服务。我们在EMS能源管理系统的数据采集方案中积累了多年的技术沉淀和丰富的项目经验，为客户提供数据采集、数据处理、数据通讯和数据显示4个方面的完整解决方案，和方案设计、工程实施、售后运维等全生命周期的服务。

图10 上海鋆锦全生命周期服务 

工业采集网关和安全隔离网闸作为MES系统承上启下的关键性设备，起到了连接OT和IT的作用，工业环境的高复杂性对设备的性能要求极高，具体参数请参考以下链接：

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