“看得見”的工廠—MES數(shù)據(jù)采集技術(shù)全景圖

MES系統(tǒng)通過(guò)多種數(shù)據(jù)采集和對(duì)接方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的全面采集和管理，為企業(yè)的生產(chǎn)管理和決策提供有力支持。

AI智能化MES、免費(fèi)MES、AI Agent、智能化MES、裝配行業(yè)MES、組裝行業(yè)MES、萬(wàn)界星空科技MES系統(tǒng)中的設(shè)備管理功能涵蓋了設(shè)備信息管理、狀態(tài)監(jiān)控、維護(hù)管理、績(jī)效管理和工裝資源管理等多個(gè)方面，確保了設(shè)備的良好運(yùn)行和高效利用。

一、 MES數(shù)據(jù)采集的重要性：

1、數(shù)據(jù)采集的核心目標(biāo)：

實(shí)時(shí)化： 獲取產(chǎn)線、設(shè)備、人員、物料的最新狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn)。

自動(dòng)化： 替代傳統(tǒng)人工錄入，避免延遲、錯(cuò)誤，提高效率。

精細(xì)化： 收集粒度的數(shù)據(jù)（如秒級(jí)設(shè)備狀態(tài)、單個(gè)工件加工參數(shù)），為深度分析提供基礎(chǔ)。

二、 MES數(shù)據(jù)采集的主要技術(shù)分類與詳解

1. 基于設(shè)備與自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集

（1）PLC采集

原理： 通過(guò)工業(yè)通信協(xié)議（如OPC UA、Modbus TCP/IP、Profinet、EtherNet/IP等）直接與設(shè)備控制器（PLC）進(jìn)行通信，讀取其內(nèi)存寄存器中的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)內(nèi)容： 設(shè)備啟停狀態(tài)、報(bào)警信息、產(chǎn)量計(jì)數(shù)、工藝參數(shù)（如溫度、壓力、速度）。

優(yōu)點(diǎn)： 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高、精度高、無(wú)需人工干預(yù)。

挑戰(zhàn)： 需要設(shè)備開放通信接口，協(xié)議不統(tǒng)一可能導(dǎo)致集成復(fù)雜度高。

（2）CNC/DNC系統(tǒng)集成

原理： 通過(guò)DNC（分布式數(shù)控）網(wǎng)絡(luò)或直接接口（如以太網(wǎng)）與數(shù)控機(jī)床通信。

數(shù)據(jù)內(nèi)容： 程序號(hào)、加工狀態(tài)（運(yùn)行、暫停、報(bào)警）、坐標(biāo)信息、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、報(bào)警代碼等。

優(yōu)點(diǎn)： 能獲取到最核心的加工過(guò)程數(shù)據(jù)。

（3）傳感器與IO模塊

原理： 對(duì)于非智能的“啞設(shè)備”，通過(guò)加裝傳感器（如光電傳感器、接近開關(guān)、電流傳感器、振動(dòng)傳感器）和IO采集模塊，將物理信號(hào)（通斷、電流、振動(dòng)）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

數(shù)據(jù)內(nèi)容： 設(shè)備運(yùn)行/空閑狀態(tài)（通過(guò)檢測(cè)振動(dòng)或電流）、產(chǎn)量計(jì)數(shù)（通過(guò)光電傳感器）、門開關(guān)狀態(tài)等。

優(yōu)點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)對(duì)老舊設(shè)備的智能化改造，成本相對(duì)較低。

挑戰(zhàn)： 需要硬件改造和安裝，部署工作量較大。

2. 基于標(biāo)識(shí)與識(shí)別的數(shù)據(jù)采集

（1）條碼技術(shù)

原理： 使用一維碼或二維碼標(biāo)識(shí)對(duì)象，通過(guò)手持式或固定式條碼掃描器進(jìn)行識(shí)別。

應(yīng)用場(chǎng)景： 工單開工/完工匯報(bào)、物料收發(fā)、倉(cāng)庫(kù)管理、質(zhì)量檢驗(yàn)。

優(yōu)點(diǎn)： 技術(shù)成熟、成本低廉、部署簡(jiǎn)單。

挑戰(zhàn)： 需要視線范圍內(nèi)掃描，易受油污損壞，信息容量有限。

（2）RFID技術(shù)

原理： 通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別附著在物體上的電子標(biāo)簽，無(wú)需光學(xué)視線。

優(yōu)點(diǎn)： 非接觸、可讀寫、多標(biāo)簽批量讀取、抗污染能力強(qiáng)。

挑戰(zhàn)： 成本高于條碼，金屬和液體環(huán)境對(duì)信號(hào)有干擾。

（3）其他識(shí)別技術(shù)

DPM（直接部件標(biāo)示）： 將二維碼或Data Matrix碼直接雕刻或激光打標(biāo)在零件表面，耐高溫、耐腐蝕，適用于全生命周期追溯。

OCR（光學(xué)字符識(shí)別）： 通過(guò)工業(yè)相機(jī)識(shí)別零件本身的字符編號(hào)，適用于特定行業(yè)（如半導(dǎo)體）。

3. 基于人機(jī)交互的數(shù)據(jù)采集

（1）工位終端/觸摸屏

原理： 在產(chǎn)線關(guān)鍵工位部署計(jì)算機(jī)或工業(yè)觸摸屏，工人通過(guò)MES客戶端界面進(jìn)行操作和匯報(bào)。

數(shù)據(jù)內(nèi)容： 開工/完工確認(rèn)、質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果（良品/不良品數(shù)量及缺陷代碼）、物料消耗、設(shè)備點(diǎn)檢、異常情況上報(bào)。

優(yōu)點(diǎn)： 交互友好，可采集結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)。

挑戰(zhàn)： 增加操作員負(fù)擔(dān)，依賴人員的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

（2）移動(dòng)終端（PDA/手機(jī)/平板）

原理： 操作員手持移動(dòng)設(shè)備，通過(guò)掃描或手動(dòng)輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。特別適用于倉(cāng)庫(kù)管理、現(xiàn)場(chǎng)巡檢、設(shè)備維護(hù)等移動(dòng)場(chǎng)景。

優(yōu)點(diǎn)： 靈活性高，覆蓋范圍廣。

挑戰(zhàn)： 設(shè)備管理、電池續(xù)航、網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題。

三、 數(shù)據(jù)采集的技術(shù)架構(gòu)與關(guān)鍵組件

1.  設(shè)備層： 各類生產(chǎn)設(shè)備、傳感器、識(shí)別裝置。

2.  采集層：

協(xié)議網(wǎng)關(guān)： 負(fù)責(zé)協(xié)議轉(zhuǎn)換，將不同設(shè)備的不同協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（如OPC UA, MQTT）。

SCADA系統(tǒng)： 在部分場(chǎng)景下，SCADA作為車間級(jí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以成為MES的數(shù)據(jù)提供者。

邊緣網(wǎng)關(guān)： 具備邊緣計(jì)算能力，可在數(shù)據(jù)源頭進(jìn)行初步過(guò)濾、清洗、計(jì)算，再上傳至MES，減輕服務(wù)器壓力。

3.  傳輸層： 工業(yè)以太網(wǎng)、Wi-Fi、5G等網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

4.  平臺(tái)層： MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，接收、存儲(chǔ)和處理所有采集到的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵通信技術(shù)：

OPC UA： 已成為工業(yè)互聯(lián)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，提供統(tǒng)一的信息模型和安全通信機(jī)制，尤其適用于從PLC/CNC采集數(shù)據(jù)。

MQTT： 一種輕量級(jí)的發(fā)布/訂閱消息傳輸協(xié)議，非常適合在帶寬不穩(wěn)定或資源受限的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）環(huán)境中使用，是未來(lái)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的重要方向。

MES數(shù)據(jù)采集技術(shù)是數(shù)字化工廠的基石。成功的實(shí)施并非簡(jiǎn)單地堆砌技術(shù)，而是需要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求、設(shè)備現(xiàn)狀和投資預(yù)算，進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，選擇最適合的方案。一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，應(yīng)該像人體的神經(jīng)系統(tǒng)一樣，既靈敏又可靠，為MES大腦和上層決策提供源源不斷的高質(zhì)量“養(yǎng)分”，最終驅(qū)動(dòng)制造過(guò)程持續(xù)優(yōu)化和智能化升級(jí)。