基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺的應(yīng)用研究

劉青 鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺的應(yīng)用研究

劉青 鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院

信息化和數(shù)字化的發(fā)展推動了MES在生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用，優(yōu)良的制造執(zhí)行系統(tǒng)必然需要一個實時高效、統(tǒng)一開放的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)為支撐，本文構(gòu)建了基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺，并分析了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能模型及開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，該系統(tǒng)實時高效、可集成性高、可維護性好。

MES 數(shù)據(jù)平臺 生產(chǎn)制造

1 引言

經(jīng)濟全球化的發(fā)展，導(dǎo)致我國制造業(yè)所面對的國內(nèi)外競爭越加激烈，要想在殘酷的競爭中擁有一席之地，只有努力創(chuàng)新、增強核心競爭力；利用現(xiàn)代信息技術(shù)科學(xué)管理、提高生產(chǎn)效率。隨著數(shù)字化、信息化在制造業(yè)中的推廣，人們提出了制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System, MES）的概念，把企業(yè)資源管理和生產(chǎn)過程控制緊密地結(jié)合起來，既要生產(chǎn)出滿足客戶需求的高質(zhì)量產(chǎn)品，又要有效地控制制造成本，幫助企業(yè)建立差異化競爭優(yōu)勢。因此，企業(yè)不僅要做到設(shè)備先進、工藝優(yōu)良，還需要有一個強大的信息管理系統(tǒng)作為支撐，該系統(tǒng)能夠及時采集生產(chǎn)過程中所有靜動態(tài)數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)及標準數(shù)據(jù)進行比對、分析，把處理結(jié)果準確及時地反饋到計劃制訂、質(zhì)量控制、工藝改進、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)中，以實現(xiàn)對人、機、物、計劃執(zhí)行進度和質(zhì)量控制等信息的有效監(jiān)控和管理，實現(xiàn)制造過程的高效和規(guī)范。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的功能模型

在企業(yè)管理系統(tǒng)中，首先是“面向客戶”的計劃層ERP系統(tǒng)產(chǎn)生生產(chǎn)計劃，然后由“面向車間生產(chǎn)控制”的執(zhí)行層MES實時采集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類靜動態(tài)數(shù)據(jù)，最后由計算機控制對生產(chǎn)過程進行有效的優(yōu)化。MES的功能模型如下圖1所示。

圖1 制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能模型

3 基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺分析

3.1 制造業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)管理中存在的問題

信息化和數(shù)字化的發(fā)展推動了MES在生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用，但由于信息技術(shù)水平參差不齊，數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)不能滿足企業(yè)需求，充分發(fā)揮MES的作用，主要存在以下幾個問題：

①信息時效性差，大部分制造車間的自動化水平不高，信息采集方法比較原始，當前生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)大都來源于管理人員的記錄統(tǒng)計和關(guān)鍵工位的崗位記錄，滯后明顯，無法給企業(yè)其他信息系統(tǒng)和管理人員提供實時準確的數(shù)據(jù)支持，影響企業(yè)的高效有序運行。

②信息集成性差，國內(nèi)企業(yè)中使用的MES功能簡單，與其他信息化系統(tǒng)集成困難，使得企業(yè)實施的多個信息系統(tǒng)各自獨立工作，缺乏協(xié)調(diào)一致性。出現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余、統(tǒng)計口徑不一致、模塊重疊等問題，制約了企業(yè)數(shù)字化和信息化的發(fā)展。

③信息利用率低，底層數(shù)據(jù)采集規(guī)模不足，記錄口徑不同，數(shù)據(jù)特征不明顯，缺少先驗信息，數(shù)據(jù)可加工性差，無法形成有效性信息，二次利用率低。

④信息管理效率低，車間制造過程中的信息傳遞大多采用紙質(zhì)記錄單進行，技術(shù)部門編制好的工藝指導(dǎo)書也大多采用紙質(zhì)文檔下發(fā)到車間，效率較低，保管不便，不利于數(shù)據(jù)的快速查詢和產(chǎn)品生產(chǎn)過程的追朔。

3.2 車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺的體系結(jié)構(gòu)

針對上述問題，為了更好地與企業(yè)其它信息系統(tǒng)有機集成，高效地發(fā)揮MES的作用，構(gòu)建了面向車間級的數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺，該系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)模式開發(fā)，由數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和應(yīng)用層三部分和數(shù)據(jù)庫組成。

數(shù)據(jù)訪問層：實時準確地采集車間在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的各種靜動態(tài)原始數(shù)據(jù)，比如計劃進度、物料消耗、設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量控制、開工率、產(chǎn)品更換次數(shù)等信息，分類存放于數(shù)據(jù)庫中，在執(zhí)行階段訪問數(shù)據(jù)庫，讀取相關(guān)信息進行分析處理。

業(yè)務(wù)邏輯層：對原始數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類型和來源進行分析、處理、建模，為生產(chǎn)調(diào)度、物料監(jiān)控、計劃編制、質(zhì)量控制、工藝管理、設(shè)備保養(yǎng)、人員管理等不同功能模塊和系統(tǒng)間的交互提供全面而準確的實時數(shù)據(jù)支持，做到基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)各個功能模塊之間的有效集成，在企業(yè)內(nèi)部形成高效統(tǒng)一的信息管理系統(tǒng)。

應(yīng)用層：人機交互界面，包括普通用戶界面、系統(tǒng)管理員界面、Web瀏覽器等。用戶崗位不同則權(quán)限不同。各個制造車間設(shè)置電子看板、PC機等終端，用戶可以通過IE等瀏覽器訪問車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺，實時地了解制造車間的生產(chǎn)信息。

3.3 車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺的功能模塊

根據(jù)車間數(shù)據(jù)信息的類型、來源與服務(wù)對象，結(jié)合制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能模型，構(gòu)建的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺包含以下幾個功能服務(wù)模塊：

①生產(chǎn)調(diào)度：從當前計劃情況、生產(chǎn)進度、物料人員狀態(tài)等方面對制造過程各環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，合理分配生產(chǎn)資源。

②資源分配和狀態(tài)管理：對車間的生產(chǎn)資料、設(shè)備運行狀態(tài)等進行監(jiān)控，跟蹤分析生產(chǎn)資源的利用效率。

③人力資源管理：對生產(chǎn)過程中的操作、管理及技術(shù)人員進行監(jiān)控，合理配置人力資源。

④工序詳細調(diào)度：根據(jù)下發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)、車間當前的物料準備、生產(chǎn)線設(shè)備的開工條件等合理制訂工序級生產(chǎn)計劃。

⑤現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集：采用數(shù)字化檢測傳感技術(shù)，建立底層檢測傳感網(wǎng)絡(luò)，實時采集現(xiàn)場人、機、物等狀態(tài)信息，為生產(chǎn)管理和決策提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

⑥生產(chǎn)質(zhì)量管理：監(jiān)控關(guān)鍵工序的質(zhì)量信息波動，追朔生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，把好檢驗關(guān)，嚴控不合格品率。

⑦生產(chǎn)過程管理：以車間、生產(chǎn)線、工序等為單位、從物料、質(zhì)量、人員、設(shè)備等方面進行管理，實現(xiàn)在制品的全過程實時跟蹤和制造過程信息的看板實時展示。

⑧產(chǎn)品追蹤數(shù)據(jù)管理：主要對生產(chǎn)產(chǎn)品的物料來源、設(shè)備狀態(tài)、操作人員及質(zhì)量檢驗等信息進行統(tǒng)計，使每件產(chǎn)品的生產(chǎn)過程清晰可查，數(shù)據(jù)可追朔，為管理者的決策提供參考。

⑨生產(chǎn)性能分析：主要統(tǒng)計流水線的載荷率與均衡性、設(shè)備工具的開工率以及產(chǎn)品的不良率等信息，為生產(chǎn)工藝的改善、生產(chǎn)效率的提高提供分析依據(jù)。

⑩生產(chǎn)設(shè)備管理：對設(shè)備的利用率、故障率、開停機狀態(tài)參數(shù)、零件加工狀態(tài)參數(shù)和運行狀態(tài)參數(shù)等進行加工分析，為生產(chǎn)計劃的制訂與執(zhí)行提供分析依據(jù)。

○11數(shù)據(jù)文檔管理：對設(shè)備記錄、質(zhì)檢記錄、工藝更改記錄等數(shù)據(jù)進行分類歸檔管理，可在系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)的快速查詢，便于管理人員全面準確地了解車間的生產(chǎn)情況。

3.4 系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

本文構(gòu)建的面向制造過程的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺，基于Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，采用了 JSP、Javascript、Servlet、Ajax、Extjs、Hibernate、JDBC等關(guān)鍵技術(shù)。其中，JSP和Servlet在服務(wù)器端運行；Javascript可用來給HTML頁面添加動態(tài)效果；Ajax可以使服務(wù)器端與客戶端之間的數(shù)據(jù)交互更加靈活迅速；Extjs可以在客戶端用來創(chuàng)建美觀的web應(yīng)用程序界面；Hibernate可以對JDBC進行輕量級對象封裝，使Java程序員可以使用對象編程思維來自由操縱數(shù)據(jù)庫；JDBC可以為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一訪問。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于MES的車間數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一平臺，具有實時高效性、可集成性高、可維護性好的特點，為MES的運行提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。

[1]裴志松．淺談Struts2框架連接數(shù)據(jù)庫的幾種方式[J]．通訊世界，2016年第13期總第296期：229

[2]翟高粵．基于SSH框架的高校餐費管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．計算機時代，2015年第5期總第275期：47-49

2016年江蘇省高職院校教師專業(yè)帶頭人高端研修，計劃編號：2016TDFX015。