集成MES軟件平臺(tái)構(gòu)建

崔翹楚 晉芳華

摘 要： 近年來，隨著經(jīng)濟(jì)全球化帶來的世界制造業(yè)的不斷發(fā)展以及日趨激烈的市場競爭，我國制造企業(yè)急需通過改進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場管理策略來提高生產(chǎn)效率。通過制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）提高改進(jìn)改進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場管理策略進(jìn)而提高生產(chǎn)效率是現(xiàn)代制造企業(yè)常用的手段。本文通過分析當(dāng)前當(dāng)前MES的現(xiàn)狀提出了一種模塊化的集成MES軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，通過對(duì)車間運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和分析來提高制造工廠對(duì)生產(chǎn)管理過程情況掌控的實(shí)時(shí)性、可視性、透明度和追溯性，從而實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和控制生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞： 集成MES；對(duì)象模型；模塊化；服務(wù)化；二次開發(fā)；信息化

引 言

以下內(nèi)容按單、雙欄排版均可。制造執(zhí)行系統(tǒng) MES 是通過對(duì)車間運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和分析來實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，其目標(biāo)是縮短產(chǎn)品制造周期，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的瓶頸，改進(jìn)生產(chǎn)線運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率和控制生產(chǎn)成本。MES可分為兩大類：專用的MES 系統(tǒng)（Point MES）[1]。它主要是針對(duì)某個(gè)特定的領(lǐng)域問題而開發(fā)的系統(tǒng)，如車間維護(hù)、生產(chǎn)監(jiān)控、有限能力調(diào)度或是SCADA[2]等；集成的MES系統(tǒng) （Integrated MES）[3]。該類系統(tǒng)起初是針對(duì)一個(gè)特定的、規(guī)范化的環(huán)境而設(shè)計(jì)的，如今已拓展到許多領(lǐng)域，如航空、裝配、半導(dǎo)體、食品和衛(wèi)生等行業(yè)，在功能上它已實(shí)現(xiàn)了與上層事務(wù)處理和下層實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的集成。下面將提出一種集成MES軟件平臺(tái)構(gòu)建方法，通過 MES 系統(tǒng)的實(shí)施幫助制造業(yè)建立信息化、實(shí)時(shí)化和透明化的制造工廠[4]。

0 集成MES軟件平臺(tái)體系架構(gòu)

集成MES軟件平臺(tái)將信息、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化、現(xiàn)代管理與制造技術(shù)相結(jié)合，如下圖1所示，集成MES軟件平臺(tái)以數(shù)據(jù)中心和服務(wù)中心為依托，借助于各類業(yè)務(wù)模塊如數(shù)據(jù)采集模塊、業(yè)績分析模塊、產(chǎn)品跟蹤模塊、設(shè)備維系管理模塊、工藝過程管理模塊等，實(shí)現(xiàn)制造控制智能化、生產(chǎn)過程透明化、制造裝備數(shù)控化和生產(chǎn)信息集成化。

1 集成MES軟件平臺(tái)構(gòu)成

MES集成模型是一種三層結(jié)構(gòu)，MES 作用于上層信息管理系統(tǒng)如ERP[5]、CRM[6] 與現(xiàn)場控制系統(tǒng) Process Control System[7] 之間，它們相互協(xié)調(diào)和配合。MES 處于計(jì)劃層和車間層操作控制系統(tǒng)之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，MES 可以為用戶提供一個(gè)快速反應(yīng)有彈性精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境幫助企業(yè)減低成本按期交貨提高產(chǎn)品的質(zhì)量和提高服務(wù)質(zhì)量。如下圖所示，集成MES 為企業(yè)提供企業(yè)級(jí)的 MES 應(yīng)用平臺(tái)，底層支持 SQL Server、Oracle、DB3 等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要包含了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯和規(guī)則，WEB 服務(wù)層則利用 IIS[8]。基于集成MES企業(yè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)級(jí)的精益制造管理，因?yàn)榧蒑ES是一種平臺(tái)化的MES產(chǎn)品，通過靈活的建模和配置方法就能夠滿足不同客戶在不同行業(yè)環(huán)境下的特殊需求。能夠針對(duì)單元化和模塊化制造環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確的建模，從而提供一種立即可用且靈活應(yīng)變的解決方案?；卺槍?duì)制造產(chǎn)品的復(fù)雜特性，它能夠準(zhǔn)確、簡便而高效地滿足制造企業(yè)客戶當(dāng)前和將來的需求。

作為一種基于模型的解決方案，集成MES是在可配置、可擴(kuò)展的應(yīng)用程序平臺(tái)上構(gòu)建起來的新一代MES 軟件產(chǎn)品。用戶可以輕易地對(duì)集成MES 進(jìn)行配置，以滿足每個(gè)產(chǎn)品、流程、轉(zhuǎn)包商和工廠的特定需求。這一靈活性使得客戶公司能夠借助集成MES來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，而不會(huì)對(duì)功能、可見性或控制能力方面產(chǎn)生任何負(fù)面影響。集成MES 系統(tǒng)軟件平臺(tái)由對(duì)象模型構(gòu)建器、界面和表單構(gòu)建器、執(zhí)行處理模塊、通信服務(wù)和API接口5部分組成，對(duì)象模型構(gòu)建器用于構(gòu)建業(yè)務(wù)所需的某些車間、工廠屬性或生產(chǎn)流程所需模板，對(duì)象在建模后以對(duì)象模型的形式與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)形成映射關(guān)系；表單和界面構(gòu)建器用于用戶定制自己實(shí)際所需的報(bào)表或軟件界面；執(zhí)行、處理模塊是構(gòu)成模塊化的集成MES軟件平臺(tái)的支撐；通信模塊為軟件平臺(tái)提供數(shù)據(jù)傳輸支撐；公用API為用戶二次開發(fā)提供公共接口。

1.1 對(duì)象模型構(gòu)建器

集成MES對(duì)象模型[10]構(gòu)建器用于定義對(duì)象模型，對(duì)象模型是生產(chǎn)執(zhí)行過程中總結(jié)出來的獨(dú)立的具有一定規(guī)律的模型，模型本身可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式，也可作為數(shù)據(jù)分化、處理的依據(jù)。對(duì)象模型包含內(nèi)容如下圖4所示：它通過對(duì)生產(chǎn)過程中所涉及靜態(tài)環(huán)境和動(dòng)態(tài)流程進(jìn)行詳盡的描述實(shí)現(xiàn)物理建模、產(chǎn)品建模和工藝建模，物理建模包括：企業(yè)模型、工廠模型、車間模型、產(chǎn)線模型、恭維模型、設(shè)備模型、倉庫模型、人員模型和部門模型等；產(chǎn)品模型包括產(chǎn)品的基本屬性、物料清單等；工藝模型包括工序模型、工藝模型、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)等。集成MES對(duì)象模型與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，利用對(duì)象模型構(gòu)建器創(chuàng)建、刪除或修改對(duì)象模型時(shí)，數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)和表之間的邏輯關(guān)系也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。采用面向?qū)ο竽Ｐ图夹g(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息可視化[11]，讓用戶更關(guān)注業(yè)務(wù)本身，而不需要關(guān)注技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。

集成MES單一對(duì)象模型結(jié)構(gòu)如上圖2所示：通過對(duì)同級(jí)對(duì)象模型關(guān)系和父子對(duì)象模型[12]之間關(guān)系的描述，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各類業(yè)務(wù)對(duì)象的業(yè)務(wù)流程、內(nèi)外邏輯和各類表單表單結(jié)構(gòu)等進(jìn)行靈活的配置和部署，以適應(yīng)靈活多變的業(yè)務(wù)。

1.2 界面和表單構(gòu)建器

基于集成MES界面和表單構(gòu)建器，用戶可以根據(jù)自身生產(chǎn)業(yè)務(wù)的實(shí)際需求，只需要少量的編程以快速定制符合自身需要的界面和表單。界面和表單構(gòu)建流程如下圖3所示，用戶首先選擇是否創(chuàng)建新的界面或表單。若是，則導(dǎo)入對(duì)象模型列表；若否，則導(dǎo)入已經(jīng)創(chuàng)建的表單或界面產(chǎn)品。導(dǎo)入對(duì)象模型或已有表單或界面產(chǎn)品后，用戶可設(shè)置或修改顯示項(xiàng)和顯示風(fēng)格[13]，最終生成并導(dǎo)出導(dǎo)出界面和表單產(chǎn)品。

1.3 執(zhí)行、處理模塊

執(zhí)行和處理模塊可用于產(chǎn)生報(bào)表數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析并支持對(duì)生產(chǎn)過程的輔助決策：用戶可依賴通信服務(wù)和API[14]接口只需要少量的編程，通過對(duì)生產(chǎn)過程中的靜態(tài)數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)工藝、試驗(yàn)等各類報(bào)表數(shù)據(jù)生成，生產(chǎn)效率、計(jì)劃進(jìn)度等數(shù)據(jù)分析，生產(chǎn)計(jì)劃制定等輔助功能。

1.4 通信服務(wù)

集成MES通信服務(wù)作用范圍如圖4所示，通信服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)集成MES內(nèi)部之間或集成MES 與其他 集成MES實(shí)例或外部應(yīng)用程序如ERP通信的功能。通信的數(shù)據(jù)格式有以下幾種：自由格式報(bào)文、自由文件和對(duì)象模型數(shù)據(jù)，前兩者主要用于集成MES與外部模塊或MES內(nèi)部特殊消息的傳遞，而對(duì)象模型數(shù)據(jù)則用于數(shù)據(jù)中心和各業(yè)務(wù)模塊之間消息的傳遞。

1.5 二次開發(fā)API接口

集成MES的API接口主要包含包括以下4種：對(duì)象模型數(shù)據(jù)操作接口主要實(shí)現(xiàn)集成MES中各類模型數(shù)據(jù)的生成、導(dǎo)入和導(dǎo)出，如工程設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)等；基本統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)算接口主要實(shí)現(xiàn)對(duì)集成MES中各類模型數(shù)據(jù)提供公用的統(tǒng)計(jì)計(jì)算接口，如方差、標(biāo)準(zhǔn)差等等；通信接口是通訊模塊的導(dǎo)出接口，為用戶二次開發(fā)業(yè)務(wù)模塊時(shí)提供數(shù)據(jù)通訊保障。

2 結(jié)語

本文提出一種基于模塊化和服務(wù)化的集成MES軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，通過對(duì)軟件架構(gòu)和軟件構(gòu)成的介紹，解決了對(duì)生產(chǎn)管理過程情況掌控的實(shí)時(shí)性、可視性、透明度、追溯性不足的問題，實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃、進(jìn)度、質(zhì)量、資源等所有制造信息的監(jiān)控和反饋。

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