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TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 1 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 AUTOMAZIONE I TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES Redazione.

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1 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 1 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 AUTOMAZIONE I TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES Redazione a cura dell'Ing. Letterio Zuccaro

2 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 2 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 ARCHITETTURA DI SISTEMA TECNOLOGIE INFORMATICHE Metodi di acquisizione dei dati Tecnologie di comunicazione Sistemi di memorizzazione STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO Richiami sui sistemi informativi aziendali I Manufacturing Execution Systems Funzioni primarie e di supporto dei MES Tecnologie informatiche impiegate nei MES Un esempio pratico: QCADOO MES

3 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 3 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 MES Architettura di Sistema

4 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 4 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Architettura del sistema L'architettura del sistema varia a seconda dello scenario applicativo nel quale il MES è impiegato. Singolo PC Rete di PC (LAN) Architettura Applicazione … Un settore dellimpianto … Tutto limpianto Internet Impianti in stabilimenti diversi

5 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 5 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Configurazioni del sistema MES Workstation Stampanti … MES Stampanti Macchine Planning System - Ordini di lavorazione inseriti da un operatore tramite terminale - Setup macchine ad opera di personale addetto - Ordini di lavorazione gestiti da ERP/MRP - Setup macchine ad opera del MES mediante apposita interfaccia Workstations

6 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 6 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 MES Tecnologie Informatiche

7 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 7 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Logica Plug and Play Capacità di supportare e integrare componenti hardware/software senza la necessità di riconfigurare o riprogrammare lintero sistema Scalabilità Possibilità di scegliere le caratteristiche del sistema informatico secondo le esigenze: capacità di storage, dispositivi supportati (terminali, macchine, periferiche), capacità computazionali Affidabilità Sistema fault-tolerant in grado di rispondere a eventi inattesi Capacità di Backup/Restore e Disaster Recovery Requisiti

8 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 8 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Pochi sistemi informatici sono in grado di operare in modo molto efficace senza informazioni e i sistemi MES non sono da meno. Definizione: E la memorizzazione di elementi informativi riguardanti uno o più eventi nel luogo in cui levento avviene e contemporaneamente (o quasi) allaccadimento dellevento Jonathan Cohen, 1994, Automatic Identification and Data Collection Systems Fasi: Raccolta dati Acquisizione ComunicazioneMemorizzazione

9 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 9 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Principio del Garbage In / Garbage Out Requisiti: Strumenti per la raccolta dati: Acquisizione I computer processano in modo acritico anche un insieme di dati in entrata palesemente insensati (Garbage In) producendo a loro volta un risultato insensato (Garbage Out) Scanners di codici a barre Trasmettitori in radio frequenza Programmable Logic Controllers … Accuratezza (Precisione) Qualità Disponibilità immediata (Rapidità)

10 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 10 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Lo strumento più comune per raccogliere e collezionare dati o Economico o Rapido o Preciso o Pratico -Funzionamento Un dispositivo laser viene fatto passare di fronte alle barre del codice che, opportunamente illuminate, riflettono il segnale derivante dalla presenza di zone bianche e nere alternate. -Componenti Lettore di codici a barre Lettore Etichetta Decoder Interfaccia PC

11 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 11 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 – Casi duso o identificazione di un pezzo o un articolo o invio di messaggi da una stazione di lavoro al sistema – Metodi di produzione delle etichette Prestampate Generate on-site Lettore di codici a barre

12 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 12 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Uno strumento eccellente per raccogliere dati quando è richiesto linterfacciamento umano consentendo al personale di compiere altre operazioni -Componenti Terminali vocali -Caratteristiche Istruzioni con voce artificiale in risposta ad ogni richiesta Metodi sicuri per garantire laccuratezza dei dati -Vantaggi Personale libero di svolgere altre funzioni Acquisizione dati immediata Accuratezza Riconoscimento vocale Cuffie e microfono wireless + base radio

13 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 13 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Sistemi che controllano le apparecchiature presenti nellimpianto, tipicamente costituiti da controllori logici programmabili (Programmable Logic Controller). PLC -Il PLC esegue un programma ed elabora i segnali digitali ed analogici provenienti da sensori e diretti agli attuatori presenti in un impianto industriale -Vantaggi: Garanzia di qualità dellinformazione Dati al tempo di esecuzione Informazioni dettagliate sullo stato delle apparecchiature Sistemi per il controllo dei dispositivi -Oggetto hardware componibile. -Caratteristica principale: robustezza Posto in quadri elettrici in ambienti rumorosi, con molte interferenze elettriche, con temperature elevate o con grande umidità. In funzione 24 ore su 24, per 365 giorni all'anno, su impianti che non possono fermarsi mai.

14 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 14 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Di grande ausilio quando il MES deve comunicare direttamente con il personale impiegato nellimpianto I terminali touch screen offrono un enorme vantaggio attraverso la loro capacità di inserire dati di input senza lutilizzo di tastiera o scanner. Utilizzati per lidentificazione di oggetti Costituiti da telecamere che registrano fotogrammi Grazie alla elevata capacità di cattura (500 fps) permettono di rilevare e segnalare componenti difettose Touch screens Sistemi visivi

15 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 15 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Tipicamente, i MES si servono di reti locali (LAN) per connettere i dispositivi (macchine, PLC, dispositivi di acquisizione...) che sono collocati in unarea geografica limitata. Collegando uffici, sistemi informativi, impianti viene garantita la comunicazione in tutta lazienda consentendo la trasmissione di dati ad ogni nodo della rete. Tipologie di trasmissione nelle reti Comunicazione Unicast uno a uno Multicast Uno a molti Broadcast Uno a tutti

16 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 16 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 La topologia di una rete definisce la disposizione nello spazio e il conseguente funzionamento dei suoi diversi dispositivi. Topologia delle reti LAN Rete a bus Ogni nodo è collegato in modo lineare attraverso un cavo Rete a stella Ogni nodo è collegato ad un punto centrale (centrostella) Rete ad anello Ogni nodo è collegato ad altri due formando un cerchio + guasto non compromette comunicazione - ogni nodo può intercettare comunicazione - traffico elevato sul canale + difficile intercettare comunicazione + guasto nodo non compromette comunicazione - guasto centrostella sì - traffico elevato al centrostella + copre distanze maggiori - guasto nodo compromette comunicazione - ogni nodo può intercettare comunicazione - traffico elevato sulla rete Rete mesh Non esiste infrastruttura, ogni nodo che fa parte della rete deve anche provvedere ad instradare i dati che non sono diretti a lui + semplice da realizzare, estendibile - mezzo condiviso riduce la banda

17 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 17 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Mezzi trasmissivi Ingombro: – Wired: predisposizione tracce e canalette per la posa dei cavi e punti rete – Wireless: nessuna predisposizione o tracce Costi: – Wired : costosa predisposizione del cablaggio, costo contenuto dei dispositivi di rete. – Wireless: costo nullo del cablaggio, costi contenuti dei dispositivi di rete Efficienza: – Wired : velocità elevate, poco soggette a disturbi elettrici. – Wireless : velocità contenute, soggette a interferenze elettromagnetiche. Sicurezza: – Wired : sicurezza maggiore data dalla necessità di possedere accesso fisico alla struttura. – Wireless: livello di sicurezza inferiore (i dati vengono trasmessi in radiofrequenza). Il livello di accesso alla rete può però essere autenticato e crittografato. Wired vs Wireless

18 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 18 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Tecnologie implementative Standards IEEE 802 Ethernet Protocollo più diffuso per reti LAN (90%) Architettura a bus Velocità di trasmissione 10/100/1000Mbps Protocollo CSMA/CD per rilevare collisioni WiFi Protocollo più diffuso per reti WLAN Opera su radio frequenze di 2.4/5Ghz Velocità di trasmissione 11/54/300Mbps Protocollo CSMA/CA per evitare collisioni Reti wireless Reti wired (cablate)

19 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 19 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Una collisione si verifica nel momento in cui due o più dispositivi tentano di utilizzare contemporaneamete il canale (wired o wireless) Protocollo per laccesso multiplo al canale CSMA Carrier Sense Multiple Access: Se il canale è libero, trasmetti lintero pacchetto. Se il canale sta già trasmettendo, aspetta. CD (Collision Detection) Se rilevi una collisione, ferma la trasmissione CA (Collision Avoidance) Usa procedura di backoff casuale per risolvere la contesa con altre stazioni che vogliono trasmettere allo scopo di evitare le collisioni Gestione delle collisioni Wired Wireless ascolta prima di trasmettere

20 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 20 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Componenti – Cavo Formato dei dati I dati viaggiano organizzati in frame (trama) Ethernet Indirizzo MAC (Media Access Control) Numero di 48 bit (6 byte) che identifica univocamente la scheda hardware Es. AB:CD:DE:EF:AA:BB Doppino telefonico Connettore RJ-45 Trasmissione - HalfDuplex - FullDuplex – Scheda di rete

21 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 21 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Molto spesso una rete locale Ethernet si realizza avvalendosi di particolari dispositivi (hub o switch) da cui si dipartono i diversi collegamenti ai nodi. LAN Ethernet Una LAN con hub o switch centrale ha topologia fisica a stella, ma topologia logica bus. Infatti è il dispositivo centrale (hub o switch) che funziona da bus cui sono collegate tutte le ramificazioni della rete. Uno switch si differenzia da un hub per le funzioni logiche che implementa, grazie alle quali è in grado di ottimizzare la banda disponibile e rendere più sicuri i collegamenti

22 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 22 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Componenti – Access Point Formato dei dati I dati viaggiano organizzati in frame Apposito servizio (integration) si occupa di convertite frame in altri formati (ad es. Ethernet 802.3) WiFi Coordina laccesso e lo scambio dei dati sul canale wireless – Schede wireless Indirizzo MAC 48 bit PCI USB

23 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 23 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Tipologie Infrastuttura I terminali senza fili client si connettono ad un punto di accesso che coordina la comunicazione sul canale Topologia di rete: stella Ad-Hoc I terminali senza fili client si connettono gli uni agli altri per costituire una rete peer to peer (P2P), nella quale ogni terminale ha allo stesso tempo il ruolo di client e di punto di accesso. Topologia di rete: mesh LAN WiFi (WLAN)

24 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 24 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 In ambito MES, si possono distinguere due tipologie di applicazioni che sfruttano trasmissioni in radio frequenza Wireless in MES Scambio di dati tra diverse postazioni dello stabilimento senza la necessità di cablare lintero impianto Identificazione e tracking di oggetti e macchine tramite microchip

25 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 25 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Radio Frequency Identification = Identificazione in radio frequenza o Tecnologia per lidentificazione automatica e la tracciabilita di prodotti, confezioni, scatole, container, ecc o Il principio di funzionamento e quello di leggere tramite un segnale in radiofrequenza delle informazioni digitali memorizzate su un chip attaccato ai prodotti o Funzioni di anticollisione (possibilità di leggere da più chip contemporaneamente) e autenticazione o La lettura/scrittura avviene a distanza anche attraverso altri materiali o Lavorano su frequenze di comunicazione diverse comprese fra i 125 KHz ed i 2,4GHz RFID Il compito principale di un sistema RFID è di trasferire i dati nei chip e di recuperare i dati nei tempi e nei modi opportuni in modo da soddisfare particolari esigenze applicative

26 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 26 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Componenti: - Tag: dispositivo elettronico che contiene le informazioni per l'identificazione. Il tag è costituito da un chip elettronico che contiene le informazioni e da una piccola antenna. - Reader: apparato elettronico usato per interrogare il tag e ricevere le informazioni in risposta - Antenna: collegata al reader, permette di trasmettere e ricevere le onde radio per la comunicazione tra il reader e il tag RFID

27 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 27 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Tag I tag o transponder sono dei piccoli circuiti elettronici radiotrasmettitori: Tipologie: RFID Contengono un codice identificativo univoco impostato in fabbrica (EPC: Electronic Product Code) Garantiscono funzioni di anticollisione Disponibili in vari formati e supporti (ad es. smart label) Tag attivo Alimentato da una batteria interna Tempo medio di durata di una batteria 6/7 anni. Tag passivo Alimentazione fornita dal reader mediante accoppiamento induttivo I Tag passivi non hanno alcun bisogno di manutenzione e virtualmente hanno una durata illimitata. RO – sola lettura la tecnologia RFID è utilizzata come sostituto diretto della tecnologia del codice a barre. RW – lettura/scrittura la tecnologia RFID può essere utilizzata come una memoria di dati elettronica dinamica

28 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 28 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Collisioni Se più tag RFID sono nel campo dazione del Reader è necessario che si accordino sul momento in cui trasmettere per evitare collisioni Procedure anticollisione TDMA-based (accesso multiplo a divisione di tempo) RFID - Tree algorithm Discriminazione effettuata in maniera casuale Reader suddivide tags in sottoinsiemi Oggi sottoinsieme trasmette in slots temporali diversi Procedura ricorsiva, termina quando un solo tag trasmette - Query Tree Protocol Discriminazione mediante ID del tag Reader invia prefisso binario Tag risponde se lID presenta quel prefisso Procedua ricorsiva, termina quando un solo tag trasmette - ALOHA Quando hai dati da trasmettere, trasmetti Tags trasmettono in maniera indipendente Probabilità di successo = 18% Varianti: Slotted ALOHA Tags trasmettono allinizio di un time-slot Probabità di successo raddoppia Reader-oriented Tag-oriented

29 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 29 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Scenari applicativi RFID Identificazione ed inventario di materiali pesanti Bobine di carta, plastica, tubi, cordame ecc. che normalmente sono confezionati in bobine, possono essere identificati con un Tag. Vantaggi: identificazione senza bisogno di spostare i rotoli; possibilità di aggiornare le informazioni del contenuto man mano che parte di esso viene prelevato. Inventario e prelievo a magazzino Identificare ogni contenitore o ogni scaffale di magazzino con Tag riduce gli errori nei prelievi e migliora lidentificazione in ambienti polverosi. In questo caso i carrelli di prelievo montano a bordo un lettore con unantenna che legge i codici autorizzando il prelievo ed aggiornando le quantità. Controllo sulle linee di produzione I Tag che accompagnano un prodotto in corso di lavorazione su una linea di montaggio rappresentano veri e propri database ambulanti che possono essere letti e scritti Laggiornamento dei dati mediante terminali portatili avviene in tempo reale e segue le fasi di lavorazione.

30 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 30 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Barcode vs RFID Codice a barreTag RFID La modalità di accesso è di sola lettura.La modalità di accesso è di lettura o scrittura Il codice a barre deve essere direttamente visibile al lettore.Reader e Tag non necessitano di un contatto visivo. La lettura dei codici a barre è sequenziale, è possibile cioè identificare un prodotto alla volta. Un lettore è in grado di comunicare anche con centinaia di tag in pochi istanti, grazie agli algoritmi di anticollisione. La distanza massima di lettura è di poche decine di centimetri. La distanza di lettura può essere dellordine dei metri nei tag passivi La quantità massima di informazione memorizzabile è di 100 byte I tag passivi memorizzano da 128 byte a 8 Kbyte di informazioni; I lettori sono estremamente sensibili ad alterazioni ottiche, abrasioni e macchie. I lettori sono totalmente insensibili allo sporco e a qualsiasi tipo di illuminazione presente. Non esistono particolari sistemi di sicurezza. La sicurezza dellaccesso alle informazioni è garantita da sistemi di crittografia. Duplicare un codice a barre è estremamente semplice.Duplicare lidentificativo unico del Tag è praticamente impossibile Il costo di un codice a barre è praticamente nullo.Il costo di un Tag è ancora elevato per alcuni campi di applicazione.

31 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 31 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Tipicamente tutta la mole di informazioni gestite dai MES (dati del processo produttivo, stato delle macchine, disponibilità di materiali, log di produzione....) è immagazzinata in basi di dati relazionali. Base di Dati Una base di dati è un insieme di dati correlati, organizzati in modo che possano essere manipolati e che possano evolvere nel tempo. Memorizzazione Modello relazionale La struttura fondamentale e' appunto la relazione, cioe' una tabella bidimensionale costituita da righe (tuple) e colonne (attributi) Tale modello è il più diffuso dal momento che costituisce uno strumento efficace per rappresentare insiemi di dati fortemente legati tra di loro, (ad es. ai fornitori sono collegate le merci, al personale le stazioni di lavoro, ecc.) RepartoStazioneOperazioneDescrizione ABC Punzonatura ABC Foratura ABC Saldatura DEF Levigatura MNO Verniciatura XYZ Imballaggio

32 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 32 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Il software che gestisce lintero database, la struttura delle informazioni, le loro interazioni e gli strumenti di gestione, interrogazione, aggiornamento e visualizzazione dei dati. Servizi Persistent storage: come un file system, un DBMS permette la memorizzazione di grandi quantità di dati, ma garantisce una flessibilità molto più elevata Programming interface: permette agli utenti di accedere e modificare i dati attraverso un potente linguaggio di interrogazione (SQL) Transaction management: supporta l'accesso concorrente ai dati evitando conseguenze indesiderate dovute a crash del sistema o dell'applicazione DBMS comuni : MySQL, PostgreSQL, Oracle, MS Access DBMS (DataBase Management System)

33 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 33 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 SQL - Structured Query Language Linguaggio standard per leggere, modificare e gestire dati memorizzati in un sistema di gestione di basi di dati relazionali Queries più comuni: DBMS: Programming interface Creazione DB CREATE DATABASE Creazione Tabella CREATE TABLE ( [NOT NULL], … [NOT NULL]); Recupero informazioni SELECT,... FROM [WHERE ]; Inserimento entry INSERT INTO [(, … )] VALUES (, … ); Modifica entry UPDATE SET =, …, = [WHERE ]; Eliminazione entry DELETE FROM [WHERE ];

34 TECNOLOGIE INFORMATICHE IMPIEGATE NEI MES slide 34 L. Zuccaro A.A. 2012/2013AUTOMAZIONE 1 Transazioni Unità elementari di lavoro sulla base di dati di cui si vogliono garantire proprietà di correttezza, robustezza e isolamento I DBMS prevedono meccanismi per gestire la definizione e lesecuzione di transazioni Proprietà (ACID) Atomicità: ciascuna transazione è ununità indivisibile di esecuzione Consistenza: lesecuzione di una transazione non deve violare lintegrità della base di dati Isolamento: il risultato dellesecuzione di una transazione deve essere indipendente dallesecuzione di altre transazioni Persistenza (Durability): gli effetti dellesecuzione di una transazione andata in commit non devono essere persi DBMS: Transaction management Sintatticamente una transazione è inclusa tra i comandi begin transaction e end transaction; allinterno possono comparire i comandi di commit work e rollback work. commit trasferisce gli effetti della transazione sulla base di dati rollback (abort) annulla gli effetti della transazione e lascia inalterata la base di dati Trasferimento di dieci unità da X a Y (es. Conti correnti) begin transaction X := X - 10; Y := Y + 10; commit work; end transaction


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