MOM (製造運營管理系統)

源自於:
http://camstar.industrysoftware.automation.siemens.com/cn/resources/glossary/manufacturing-operations-management-systems-term/

定義

製造運營管理 (MOM) 系統用於管理產品和服務的創造、開發、生產和分銷。MOM 是一種監督製造過程各個方面的方法,並且特別側重於提高效率。MOM 是對製造執行系統 (MES) 軟體的自然發展,它將關注點從單個生產設施擴展到整個供應網路;另外,它還監控製造過程的各個方面,包括生產能力分析、在製品庫存周轉和標準提前期。通常,MES 應用程式的定義非常寬泛,並且因人而異。而 MOM 的方式則更為結構化。

MOM 軟體的類型很多,包括用於生產管理、績效分析、品質和合規以及人機界面 (HMI) 的軟體。生產管理軟體提供有關作業和訂單、人力和物料、機器設備狀態以及產品出貨的即時資訊。性能分析軟體顯示機器、生產線、工廠和企業級別的性能指標,以用於情景分析或歷史分析。品質和合規軟體用於提升運營過程和流程對於標準和規範的合規性。HMI 軟體是一種製造運營管理 (MOM) 軟體,它使操作員能夠使用電腦介面管理工業和程序控制機械設備。

20 世紀 80 年代末,普渡大學 (Purdue University) 工業工程系為工廠運營的業務過程和實現技術創建了最早的實用活動模型之一。普渡大學的 CIM 參考模型建立了人們經常提起的製造企業技術與業務過程的“0-4 層模型”,奠定了 MOM 系統的理論基礎。隨著時間的推移,許多組織在此基礎上繼續深入,開發出更加複雜完善的 MOM 模型。其中較為重要的是製造企業解決方案協會 (Manufacturing Enterprise Solution Association, MESA) 和國際自動化學會 (International Society of Automation, ISA),它們在開發和採用製造運營管理的行業標準方面發揮了主導作用。APICS(以前稱為美國生產與庫存管理學會,現在稱為美國運營管理協會)還將運營管理定義為將輸入轉化為最終產品和服務的計畫、調度和管理活動。

與 MOM 有關的一個主要標準是 ISA-95,即企業系統與控制系統集成國際標準。ISA-95 包含各種模型和術語。

ISA-95 的定義
ISA-95 標準的官方名稱為“NSI/ISA-95 企業控制系統集成”(ANSI/ISA-95 Enterprise-Control System Integration,國際上稱為 IEC/ISO 62264)。但是,標準的名稱幾乎沒有提供任何關於其價值的資訊。利用此標準可從整個公司角度審視系統集成,使您可以將上千個操作和資料點精煉歸納為一個可理解的框架。該標準專注於活動,並且要一方面在企業與 ERP 之間定義和集成活動,另一方面在企業與 MES、MOM 和運營管理之間定義和集成活動。標準甚至涉及詳細的感測器和物理過程。

這些模型可用來確定銷售、財務和物流系統必須與生產、維護和品質系統交換哪些資訊。這些資訊在 UML 模型中進行結構化,UML 模型是開發 ERP 系統與 MES 系統之間的標準介面的基礎。ISA-95 標準可用於多種用途,例如作為定義用戶要求的指導、用於甄選 MES 供應商或作為開發 MES 系統和資料庫的基礎。

ISA-95 採納了製造企業的技術與業務過程的分層模型來作為標準的層級。這些層級為:

  • 0
    定義實際的物理過程。
  • 1
    定義感應和操縱物理過程所涉及的活動。
  • 2
    定義監控和控制物理過程的活動。
  • 3
    定義用於生產需要的最終產品的工作流的活動。
  • 4
    定義管理製造運營所需的業務相關活動。

製造運營管理系統位於模型的第 3 層。從元件或軟體角度看,第 1 到 4 層可以被視為:

  • 1
    智慧設備
  • 2
    控制系統(例如 PLC、DCS)
  • 3
    製造運營系統(例如 MES)
  • 4
    企業物流系統(例如 ERP)

MOM 系統解決以下關鍵的製造方面:品質、安全性、可靠性、效率和監管合規。ISA-95 的第 3 部分對製造運營管理系統中發生的活動定義如下:

  • 生產運營管理
  • 維護運營管理
  • 實驗室(即品質)運營管理
  • 物料搬運和存放管理(包括庫存控制)
  • 支援管理安全、資訊、配置、文檔、監管合規以及事故/偏差等的活動

如今的 MOM 系統允許製造商規範和優化整個企業內的過程、最大限度縮短提前期、優化資產利用率、加快產品上市速度以及提高生產可視性和協作能力。在分散於廣闊地理區域、更加依賴製造網路的全球市場中,MOM 系統正在發揮日益核心的作用來使製造商能夠以高效且盈利的方式開展競爭。

ISA-95 第 3 部分對 MOM 的定義是“在生產設施第 3 層內用於協調生產中的人員、設備和物料的活動、功能和交換。”它包括生產運營管理、維護運營管理、品質運營管理和庫存運營管理。

 

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新一代網路架構SDN顛覆傳統網路的控制模式 | iThome

來源: 新一代網路架構SDN顛覆傳統網路的控制模式 | iThome

Google、Facebook、Yahoo、微軟等多家指標型的大企業投入了SDN架構與OpenFlow技術的發展,這個新世代的網路架構改變了傳統網路控制的模式,對諸多網通業者帶來不小的衝擊。

 

現今的網路架構是建立於擴展樹協定(Spanning Tree Protocol,STP)上的三層式架構,透過各種傳輸協定來傳送封包,然而,隨著雲端應用服務及巨量資料需求日益增加,網際網路的路由表越來越複雜,讓目前的網路架構產生了許多問題,越來越不敷使用。

為了要實現各種網路協定,交換器或是路由器必須不斷的拆分及重組封包,導致傳輸效率不佳,無法有效發揮網路頻寬;網路管理人員需要客製調整各種網路設定時,必須針對每臺交換器或路由器,逐一登入命令執行介面(command-line interface,CLI)設定,相當麻煩,也不易快速變動網路架構來因應企業建置新系統的需求。而且透過人工逐一設定的方式也有很高的風險,一旦網路管理人員輸入了錯誤的指令,很容易造成網路服務癱瘓。

此外,網通廠商的設備雖然能通過共通的協定進行傳輸,但是各有各的網路管理技術或是網路作業系統軟體,網管軟體彼此之間難以相容,一旦企業購買某一廠牌的設備,未來更新設備時就必須遷就於該廠牌的網管功能,無法選用其他廠牌的設備,造成被網通廠商挾持的情形。

SDN架構將全由軟體發號施令

SDN網路架構就是為了要解決傳統網路的這些問題,SDN的特色是修改了傳統網路架構的控制模式,將網路分為控制層(Control Plane)與資料層(Data Plane),將網路的管理權限交由控制層的控制器(Controller)軟體負責,採用集中控管的方式。

控制器軟體就像是人類的大腦,統一下達指令給網路設備,網路設備則專責於封包的傳遞,就像是人類的四肢負責執行各項動作。這樣的概念讓網管人員能更靈活也更彈性地配置網路資源,日後網管人員只需在控制器上下達指令就可以進行自動化的設定,無須逐一登入網路設備進行各別的設定,節省人力成本也降低了人為部署發生疏失的可能性。

而OpenFlow技術則是一項通訊協定,用於控制層和資料層間建立傳輸通道,就像是人類的神經一樣,負責大腦與四肢的溝通,OpenFlow協定目前也是實現SDN架構最主流的技術。

OpenFlow技術將封包傳送的路徑看成是一條「Flow」,就好像是專屬的傳輸路徑,網管人員可依據企業政策或是服務層級協議(Service Level Agreement,SLA)在控制器軟體上設定各項網管功能以及預先建立邏輯網路,來決定封包傳輸方式,例如經過哪些交換器,需要多少的網路頻寬,再將傳輸路徑設定成OpenFlow路由表(Flow Table)。

接著在控制層和資料層之間利用SSL加密技術建立起安全的傳輸通道,控制器會將設定好的OpenFlow路由表透過傳輸通道傳送給資料層的網路設備來進行封包派送。因為傳輸路徑已預先設定完成,交換器不需要透過不斷學習來尋找封包傳送的路徑,可大幅提升傳輸效率,降低延遲(Latency)的時間。

此外,企業日後僅需透過廠商提供的OpenFlow韌體進行更新,即成為支援OpenFlow技術網路設備,就可以透過支援OpenFlow技術的控制器軟體來管理。也就是說,不論企業採購哪一家廠商支援OpenFlow技術的網路設備,都將交由控制器統一管理,被單一網通廠商綁定的問題就可以迎刃而解了。

SDN是可程式化的開放網路架構

由OpenFlow技術所打造的SDN架構,除了可解決現今網路架構的盲點,在控制器軟體上也將提供API讓第三方使用者可依據企業政策及需求來開發相關的應用程式,像是網路安全管理、負載平衡、頻寬管理QoS等,也就是說,SDN是個可程式化的開放網路架構。

國家高速網路與計算中心網路與資安組研究員劉德隆表示,現階段要開發SDN應用程式的門檻較高,但對於硬體設備廠商來說,將會是一大衝擊,交換器的重要性將會不如以往,未來客製化的軟體就可以提供各項硬體設備的功能,而專門設計網路硬體設備的廠商是否會因為SDN架構的出現就此沒落,也是自SDN提出後,備受關注的議題之一。

HP企業事業群網路設備事業處副總經理劉士毅認為,就算交換器的功能會越來越單純,未來可能僅負責封包的傳送,但網通廠商仍可專精於該提升傳輸效率及硬體設計成本的節省,也說不定SDN的刺激會有更多創新的功能出現。

2016年SDN市場規模預估達20億美元

不少專家皆認為,SDN開放API將會在市場上帶來一波新的商機。研究機構IDC也預測, 2013年,SDN的市場規模約為2億美元,到了2016年則將成長至20億美元,也就是說,SDN架構的市場相當具有發展的潛力。

許多廠商也投入了這塊新興的市場,推出相關的產品或是解決方案,但是目前技術上仍未標準化,僅有為數不多的企業應用案例,除了Google之外,有數間企業因為特殊的需求率先試用SDN架構的產品或是解決方案,像是日本NTT、AT&T、eBay、HBO、CERN等等。

學術界投入和發展SDN的腳步較快,例如由美國美國多所大學、企業、政府機構與跨國研究單位所共同維護的先進網路社群Internet2,目前這個社群中已有數十所大學透過OpenFlow技術彼此互相連接,而且骨幹網路頻寬至少達到100GbE,以便研究人員、教授、學生以及開發人員等進行研究及測試之用。

AP (Access Point)

資料來源:維基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%84%A1%E7%B7%9A%E6%8E%A5%E5%8F%96%E5%99%A8

電腦網路用語中,無線接入點無線接收盒無線網路基地台(Access Point或Wireless Access Point,縮寫為APWAP)是一種連接無線網路,亦可以連接有線網路,即乙太網的裝置。它能當作中介點,使得有線與無線上網的裝置互相連接、傳輸資料等。當數個無線接收盒運行時,將傳送的資料藉由一個存取點連接至另一個存取點,使得這個無線網路擴大,稱為「漫遊」。(反之,整個無線網路沒有任何接收盒就成為一個點對點的ad-hoc網路)。無線存取點亦具有DHCP之動態配置IP位址功能。

API 應用程式介面

資料來源: 維基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E6%8E%A5%E5%8F%A3

應用程式介面英語:Application Programming Interface,簡稱:API),又稱為應用編程介面,就是軟體系統不同組成部分銜接的約定。由於近年來軟體的規模日益龐大,常常需要把複雜的系統劃分成小的組成部分,編程介面的設計十分重要。程式設計的實踐中,編程介面的設計首先要使軟體系統的職責得到合理劃分。良好的介面設計可以降低系統各部分的相互依賴,提高組成單元的內聚性,降低組成單元間的耦合程度,從而提高系統的維護性和擴充功能性。

API種類

物件導向語言的API

庫與框架的API

API與協定

API與裝置介面

Web API

 

 

SCADA 資料採集與監控系統

資料來源:維基百科

資料採集與監控系統(supervisory control and data acquisition,簡稱SCADA)一般是有監控程式及資料收集能力的電腦控制系統。可以用在工業程式、基礎設施或是裝置中。

SCADA系統會包括以下的子系統:

  1. 人機介面(human machine interface,簡稱HMI)是一個可以顯示程式狀態的裝置,操作員可以依此裝置監控及控制程式。
  2. (電腦)監控系統可以採集資料,也可以送出命令監控程式的進行。
  3. 遠端終端控制系統(Remote Terminal Unit,簡稱RTU)連接許多程式中用到的感測器,資料採集(Data acquisition)後將數位的資料傳送給監控系統。
  4. 可編程邏輯控制器(programmable logic controller,簡稱PLC)因為其價格便宜,用途廣泛,也常用作現場裝置,取代特殊功能的遠端終端控制系統(RTU)。
  5. 通訊網路則是提供監控系統及RTU(或PLC)之間傳輸資料的管道。

系統概念

SCADA一詞是指一個可以監控及控制所有裝置的集中式系統,或是在由分散在一個區域(小到一個工廠,大到一個國家)中許多系統的組合。其中大部份的控制是由遠端終端控制系統(RTU)或PLC進行,主系統一般只作系統監控層級的控制。例如在一個系統中,由PLC來控制製程中冷卻水的流量,而SCADA系統可以讓操作員改變流量的目標值,設定需顯示及記錄的警告條件(例如流量過低,溫度過高)。PLC或RTU會利用回授控制來控制流量或溫度,而SCADA則監控系統的整體效能。

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SCADA 系統範例
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SCADA系統自動控制動態例

OPC UA 通訊規格

(資料來源: 泓格科技)

OPC UA新世代工業自動化的互用性標準,規範資料交換的安全性、可信賴的多廠品牌機器設備、跨多種平台等相關通訊標準。
此標準擴充傳統 OPC 通信協定,使得底層工廠到高端企業間的資料採擷、資訊建模以及傳輸通訊更加安全可靠

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OPC UA 關鍵特色

  • 資料通訊不受限於平台
    OPC UA 的設計獨立於各種平台。使用 HTTP 上的 SOAP/XML,OPC UA 可部署至 Linux、Windows XP 嵌入式系統、Windows 7 以及傳統 Windows 各種平台。
  • 統一存取機制
    OPC UA 將現有 OPC 的 DA、A&E、HDA、命令、複合式資料與物件型態等規格,統整為一個規格。提供一個資訊存取的通用機制,降低系統整合的成本。
  • 通訊標準化 – 透過防火牆和 Internet
    OPC UA 採用訊息安全機制,這表示訊息可經由 HTTP、UA TCP 埠或任何其他可用的通訊埠來分程傳達。
  • 可靠性和備援冗餘
    OPC UA 可設定逾時 (Timeout) 檢測與錯誤 (Error) 檢測,以及通訊故障自動恢復機制。OPC UA 也允許不同廠商設備應用間的備援 (冗餘) 配置。
  • 安全機制
    OPC UA 預設啟用加密安全機制,採用先進憑證處理,包括: 鑑定(Authentication)、授權 (Authorization)、機密性 (Confidentiality)、完整性 (Integrity)。

MQTT: 互動式 M2M 傳輸技術

來源: Maxkit: MQTT(一)簡介

MQTT是什麼?

MQTT的全名為 Message Queuing Telemetry Transport,為IBM和Eurotech共同製定出來的protocol,在MQTT的官網可以看到一開始它對MQTT的介紹:

MQTT is a machine-to-machine (M2M)/"Internet of Things" connectivity protocol. It was designed as an extremely lightweight publish/subscribe messaging transport.

簡單來說,它是為了物聯網而設計的protocol,並且它是透過publish/subscribe的方式來做訊息傳送。由於是為了物聯網而設計的協定,因此它所需要的網路頻寬是很低的,而所需要的硬體資源也是低的。

Publish/Subscribe:
在看MQTT之前,最好要先知道Publish/Subscribe的訊息傳送機制為何,這樣之後在看其協定時,才會更快上手。Publish/Subscribe有三種主要的組成元件,分別為Publisher、Subscriber以及Topic。Publisher為訊息的來源,它會將訊息發送給Topic,而Subscriber向Topic註冊,表示他們想要接收此Topic的訊息;因此當有某個Publisher對Topic發送訊息時,只要是有對此Topic註冊的Subscriber,都會收到此則訊息。
它們的關係如下圖:

MQTT特性:

了解了Publish/Subscribe的機制之後,讓我們來看看MQTT有哪些特性:

  1. Publish/Subscribe的訊息傳送模式,來提供一對多的訊息分配。
  2. 使用TCP/IP來提供基本的網路連結。
  3. 三種訊息傳送服務的qualities:
    • “At most once",最多一次,訊息遺失或是重複發送的狀況可能會發生;這種quality適合應用在環境感測,不在意資料是否會遺失,因為下一次的資料取樣很快就會被published出來。
    • “At least once",至少一次,這種quality保證訊息會送達,只是可能會發生重複發送訊息的狀況。
    • “Exactly once",確定一次,確認訊息只會送到一次。這種quality適合用在計費系統,系統只要有重複收到資料、或是資料遺失狀況發生,就會造成系統錯誤。
  4. 由於他的header固定長度為2byte,因此可以減少封包傳送時的額外負載,並減少所需的網路頻寬。
  5. 當異常斷線發生時,會使用最後遺囑(Last Will and Testament)的機制,通知各個感興趣的client。

MQTT現況:

MQTT現階段並不是一個標準化的Protocol,還在持續改進中,目前為MQTT V3.1。不過IBM已於2013年已經將它交給OASIS進行標準化了,並且一直以來IBM對此協定採開放、免授權費的方式讓它能夠被散佈,因此相信不久的將來會成為一個主流的Protocol。

而目前支援MQTT的Client API,有Eclipse Phno Project有對MQTT client支援,其支援C、Java、Javascript、C++等等的語言,可說是支援度很高的Project。而目已經在應用MQTT的,最知名的應該就是Facebook Message App了吧,可以參考此篇文章文章

參考:
MQTT v3.1 specification