西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都有限公司,簡稱SEWC,位于四川省成都市高新西區(qū),是西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品全球第三大研發(fā)中心,也是西門子在德國以外建立的首家數(shù)字化工廠,于2018年被世界經(jīng)濟(jì)論壇評為“全球九家最先進(jìn)的工廠”之一。

SEWC主要負(fù)責(zé)研發(fā)和生產(chǎn)SIMATIC工業(yè)自動化系統(tǒng)系列產(chǎn)品,包括PLC (可編程邏輯控制器)、HMI (人機(jī)交互界面)、IPC (工業(yè)電腦)、IOT (工業(yè)網(wǎng)關(guān)),以及工業(yè)邊緣計算軟件產(chǎn)品,以供應(yīng)中國及全球工業(yè)市場。

隨著團(tuán)隊效率和技術(shù)能力的持續(xù)提升,數(shù)字孿生、數(shù)據(jù)分析、人工智能和自動化技術(shù)在SEWC不斷迭代。在產(chǎn)品質(zhì)量方面,從建廠伊始SEWC就保持在世界級的水平,制程質(zhì)量高達(dá)99.999%。在產(chǎn)品生產(chǎn)方面,SEWC以本地化生產(chǎn)與先進(jìn)的生產(chǎn)模式更好地服務(wù)中國客戶,助力中國工業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造轉(zhuǎn)型。

成立十年,SEWC從零開始,運(yùn)用數(shù)字化技術(shù),釋放人的無限潛能,逐漸成長為引領(lǐng)數(shù)字化未來的制造業(yè)燈塔工廠和碳中和工廠。

亟須突破傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫瓶頸 保障連續(xù)生產(chǎn)

形勢和環(huán)境造就了產(chǎn)業(yè)界一場有關(guān)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的集體變革,數(shù)字化技術(shù)的洪流在各個產(chǎn)業(yè)鏈的主干和枝節(jié)涌現(xiàn)。在工業(yè)制造領(lǐng)域,能否通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)要素、生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的緊密配合,高效規(guī)劃、管理整個生產(chǎn)流程,是企業(yè)提升韌性、贏得競爭的關(guān)鍵。

SEWC作為西門子在中國第一家成熟的數(shù)字化工廠,MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))的重要性不言而喻。但隨著企業(yè)業(yè)務(wù)的持續(xù)快速變化,新的個性化應(yīng)用場景不斷產(chǎn)生,傳統(tǒng)MES已難以適應(yīng)企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的需要。

在SEWC,1萬平米左右的空間要生產(chǎn)2300多種產(chǎn)品,而且往往是不同的生產(chǎn)方式混合在一起。大批量的混合式生產(chǎn)衍生出新的核心需求,催生出新一代制造執(zhí)行系統(tǒng)。

SEWC的上一代MES系統(tǒng)SimaticIT,可以與生產(chǎn)線上的各種設(shè)備和系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計劃的監(jiān)控和執(zhí)行,有助于優(yōu)化生產(chǎn)流程,減少生產(chǎn)中斷和資源浪費(fèi),但是它基于傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫需要運(yùn)維人員不斷地重新定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在海量數(shù)據(jù)并行處理時也容易導(dǎo)致宕機(jī)。隨著產(chǎn)線的增加,傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫由于缺乏橫向擴(kuò)展機(jī)制,給系統(tǒng)運(yùn)維增加了許多難題,尤其是在需要對系統(tǒng)進(jìn)行安全維護(hù)的情況下,為了避免對數(shù)據(jù)產(chǎn)生破壞,就不得不將生產(chǎn)停下來。

總體而言,在現(xiàn)代化數(shù)字生產(chǎn)應(yīng)用中,上一代MES系統(tǒng)面臨靈活性缺失、開發(fā)效率低;存在數(shù)據(jù)庫單點(diǎn)故障、無高可用性保障;缺乏橫向擴(kuò)展機(jī)制;運(yùn)維便捷性有待提升、影響生產(chǎn)連續(xù)性等一系列挑戰(zhàn)。

攜手MongoDB構(gòu)建下一代制造執(zhí)行系統(tǒng)MEMO的數(shù)據(jù)底座

當(dāng)傳統(tǒng)MES系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化數(shù)字生產(chǎn)的需求時,新一代制造執(zhí)行系統(tǒng)MEMO(制造運(yùn)營模塊化生態(tài)系統(tǒng))應(yīng)運(yùn)而生。MEMO主要用于生產(chǎn)過程的設(shè)備集成、流程控制互鎖、數(shù)據(jù)收集、訂單執(zhí)行、產(chǎn)品追溯等,具備以下特點(diǎn):基于容器私有云平臺和微服務(wù)架構(gòu)構(gòu)建;基于API的互相訪問,提升了開放性;基于DevOps流程開發(fā)自定義應(yīng)用;易于在各工廠之間進(jìn)行復(fù)制擴(kuò)展;基于更加靈活易用高可靠的數(shù)據(jù)庫。

在構(gòu)建MEMO系統(tǒng)的過程中,由于摒棄了傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的思維模式,對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靈活性、高可用性和開放性提出了新的要求,因此,SEWC選擇了MongoDB的分布式文檔模型數(shù)據(jù)庫。

在數(shù)據(jù)的靈活性支撐方面,MEMO系統(tǒng)基于MongoDB靈活的文檔模型,可以將系統(tǒng)的中的對象用JSON來表達(dá),在線進(jìn)行模型調(diào)整,快速適應(yīng)變化,提升開發(fā)效率,并且對于工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)中關(guān)系型數(shù)據(jù)庫所支持的數(shù)據(jù)承載,MongoDB也可以處理。

在高可用保障方面,區(qū)別于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,MongoDB具備一主多從的高可用復(fù)制集架構(gòu),保證了集群高可用,且具備自愈能力。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時,兩個備節(jié)點(diǎn)自動選舉出新的主節(jié)點(diǎn),主備切換,無縫提供服務(wù)。MongoDB驅(qū)動能夠自動進(jìn)行重試,保證業(yè)務(wù)完整無感知。與此同時,MongoDB可配置備節(jié)點(diǎn)跨機(jī)架或數(shù)據(jù)中心部署,具備更高級別的數(shù)據(jù)容災(zāi)能力。

此外,MongoDB Ops Manager提升了運(yùn)維效率,如集群健康檢測、監(jiān)控報警、查詢優(yōu)化、備份恢復(fù)等。通過設(shè)置豐富的集群健康指標(biāo)監(jiān)控及預(yù)警,可實(shí)時監(jiān)控集群狀態(tài);能夠配合Performance Advisor進(jìn)行優(yōu)化、自動部署、升級和擴(kuò)展,減少維護(hù)宕機(jī)窗口;通過靈活備份策略支撐,實(shí)現(xiàn)連續(xù)備份及按時間點(diǎn)恢復(fù)。

避免宕機(jī)風(fēng)險 提升運(yùn)維效率 解放生產(chǎn)力

伴隨著工業(yè)智能場景的落地,數(shù)據(jù)量的急劇增長成為推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)業(yè)務(wù)邊界向下延伸時,每時每刻產(chǎn)生的工業(yè)數(shù)據(jù)對存儲管理和數(shù)據(jù)庫帶來的壓力,是企業(yè)亟須優(yōu)先解決的難題。

對于一家制造型企業(yè)而言,SEWC的業(yè)務(wù)場景大多是實(shí)時性的。傳統(tǒng)信息化系統(tǒng)運(yùn)行過程中允許宕機(jī),但工業(yè)場景不允許。隨著接入設(shè)備數(shù)量的迅猛增長,傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫無法勝任工業(yè)海量實(shí)時數(shù)據(jù)管理。

1.提升開發(fā)靈活性

基于MongoDB的MEMO MES系統(tǒng)在開發(fā)過程中,靈活性得到了極大的提升,全方位適配混線生產(chǎn)、柔性生產(chǎn)、數(shù)字化生產(chǎn)的層級需求。

2.滿足高可用需求

MongoDB基于復(fù)制集的部署架構(gòu),設(shè)計靈活,減少系統(tǒng)不能提供服務(wù)的時間,實(shí)現(xiàn)了冗余+自動故障轉(zhuǎn)移的高可用性。

3.實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)維

基于MongoDB Ops Manager提升了自動化運(yùn)維的效率,保證業(yè)務(wù)連續(xù)性,將過去需要一兩天才能完成的工作縮減至幾個小時乃至幾分鐘,釋放了運(yùn)維人員的時間。

西門子成都全球燈塔工廠(SEWC)IT工程師田爵松表示:“數(shù)據(jù)庫的高可用性是保障工廠不停工、連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。在混線生產(chǎn)的情況下,MongoDB對于我們MEMO系統(tǒng)的數(shù)據(jù)靈活性支撐,保證了產(chǎn)線不停機(jī)生產(chǎn),將運(yùn)維人員從僵化的工作任務(wù)中釋放出來,從而能夠騰出時間和精力去完成更多高價值工作,極大地提升了運(yùn)維效率,減少了不必要的人工成本。未來,我們期待能夠透過MongoDB新版本、新功能深入更多工業(yè)場景,探索更多制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的前沿應(yīng)用?！?