MES系統在水產加工車間的應用*

鄒佳霖，范寶德，韓兆玉

(煙臺大學 計算機與控制工程學院，山東 煙臺 264005)

0 引言

作為先進車間管理技術的載體，執行制造系統(Manufacture Execute System，MES)在幫助制造企業實現生產的自動化、智能化和無紙化等方面發揮著巨大作用。它通過精確的高級自動排產技術、全集成的協同制造、自動化的數據采集、全透明的決策支持以及簡易直觀的人性化操作界面來實現生產過程管控的數字化。

水產品加工是一個流水線型生產處理過程，所需采集的數據種類復雜(例如原材料批次、工人績效、設備數據等)，車間的突發狀況較多，需要管理人員進行及時處理。而目前的企業一般采用手工記錄報表，通過員工的層層上報來實現上下層之間的數據獲取及管理，由于人工采集數據效率低下，信息流通速度較慢，使得管理人員面對突發情況無法靈活應對，對于管理層生產計劃的制定可能產生負面影響[1]。

這種依靠人工組織與管理的方式已不適應企業發展的需要，為改變企業現有情況，設計了這套MES系統，可以為整個生產活動的優化提供有力的支撐[2]。通過對數據進行采集、管理與統計分析，可為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業環境[3]，改變了以“紙”作為交互媒介的工作方式。

1 水產品加工關鍵工序及所需設備

1.1 關鍵工序

以常見的魚類產品為例，產品的種類雖復雜，但是生產歷經的工序以及每道工序所需的設備大致相同，其加工流程如圖1所示。

1.2 關鍵設備及功能

設備是產生以及記錄數據的重要部分，其所在的工序以及其對應的功能如表1所示。

圖1 水產品加工關鍵工序

設備名稱所在工序功能ID卡去頭、開片、挑刺、切段、烘烤存儲員工個人信息ID讀卡器去頭、開片、挑刺、切段、烘烤讀取員工ID卡信息臺式電子秤去頭、挑刺對半成品稱重紅外計數器包裝掃描產品計數條碼打印機包裝獲取產品信息生成條形碼

圖3 MES基礎功能模型

每道工序的設備之間不是獨立的個體，為了方便數據的采集，需要在設備之間進行綁定建立設備組，例如去頭作業中由于多人共用一個電子秤，需要員工刷卡記錄績效，則電子秤與讀卡器可綁定為一個設備組，當稱重完成后員工通過讀卡器刷卡，讀卡器向電子秤傳送一個觸發反應，同時向MES系統傳送員工的ID卡信息，電子秤接收到觸發反應后，向MES系統發送讀取數據請求，MES系統則讀取電子秤中的稱重數據，并結合員工信息保存至數據庫，這便是一個完整的數據采集過程。生產設備的整體連接結構如圖2所示。

圖2 MES設備連接結構圖

2 水產車間MES系統設計

2.1 MES基礎功能模型

針對水產車間的加工特點，將MES的功能分為7個模塊：系統設置模塊、基礎資料管理模塊、工藝管理模塊、生產訂單管理模塊、質量管理模塊、績效管理模塊和設備管理模塊。基礎功能模型如圖3所示。

MES功能的設計覆蓋了整個車間生產流程，實現了從員工到部門、訂單到原材料到產品到質量、設備到工序等關鍵點管理，同時為確保信息的安全性，對不同的用戶進行了權限的分配，從而實現安全的數據共享[4]，確保了生產的每一步都能夠被系統所記錄及約束，盡量保證車間處于無紙化運行狀態。

2.2 MES系統關鍵流程分析

(1)系統連接現場看板：車間內可設置物料清單看板、訂單完成進度看板、異常工序看板等，看板連接系統，可實時顯示生產過程中產生的最新數據，管理者可根據看板顯示的數據及時做出決策，實現生產透明化。

(2)生產進度實時追蹤：可根據系統內建立的報表查看當前訂單完成進度、工人工作效率、設備利用情況等，可及時發現執行中產生的問題并進行處理。

(3)自動化數據采集：通過ID讀卡器、紅外對射計數器等設備對數據進行自動化采集，改變了以往人工手工記錄的落后情況，能夠準確、快速地實現數據反饋，避免人為記錄差錯，使工人將更多的精力集中在現場操作上，提高生產效率。

(4)產品質量實時追蹤：通過條碼技術跟蹤產品從物料投產到成品出庫的整個生產流程，實時采集生產過程中產生的所有數據，產品售后出現的一切問題都可以通過掃描包裝條形碼來進行追溯，提供了強有力的售后保障服務。

2.3 MES系統框架設計

水產車間MES系統框架采用MVC多層架構的設計模式，分為展現層、控制層、業務邏輯層、數據訪問層、數據存儲層。在框架的各個層次封裝了高度可復用的功能與方法，并提供了一個穩定的基礎架構，解決了各種技術難題。同時系統架構必須要求性能卓越、穩定，并在各個層次中采用了緩存技術，作為系統框架的一部分。其技術框架設計如圖4所示。

圖4 MES技術框架

(1)展現層：展現層用于與用戶的交互，與控制層之間保持一對一的關系，提供給控制層處理顯示的操作，主要用JSP、JS、HTML等技術實現；此外在展現層中可以充分利用SiteMesh、BootStrap、JQuery、JQuery-zTree、TreeTable、Jericho Tab等開源技術。

(2)控制層：分派用戶的請求并選擇恰當的視圖用于顯示，同時它可以解釋用戶的請求并將它們映射成可執行的操作。在控制層主要采用了Spring MVC、Servlet、Filter等多種技術。

(3)業務邏輯層：業務邏輯層用來根據具體的需求來進行業務邏輯處理，提供了問題處理的操作過程。在業務邏輯層可以使用Spring、JavaBean等技術。

(4)數據訪問層：數據訪問層用來對數據存儲層的數據進行直接的增、刪、改、查等操作。在數據訪問層主要采用了MyBatis技術來實現對數據庫的讀寫封裝。

(5)數據存儲層：數據存儲層包含了應用問題的所有核心數據，它可以是各種數據庫(Oracle、MS SQL Server、MySQL、DB2、Derby等)以及各種數據文件。

2.4 MES系統實現

本文設計的水產MES系統是一個基于B/S模式的Web應用系統，在B/S模式下管理人員可以通過瀏覽器對系統進行遠程操控，不但維護和升級方式簡單，還可以降低成本和選擇不同的操作系統來運行服務端[5]。以Web Service為接口可以實現各系統之間的集成，保證了各個系統的獨立性；以Java為編程語言，可實現跨平臺性，便于在各個服務器部署；為了使其具有可復用性，使得開發人員不再需要對同一基礎功能進行重復實現，對一些常用的JS進行了封裝，包括TreeTable樹形列表、zTree樹形控件、JQuery函數封裝、信息提示Jbox封裝、樹形選擇控件封裝等，同時封裝了Java基礎通用類庫，提升了系統的可復用層次。

水產MES系統以SSM作為基礎框架，數據庫設計采用了MySQL數據庫管理系統，并使用Navicat為MySQL提供可視化的用戶界面。運行環境為Windows + MyEclipse+JDK1.8 + Tomcat7 + MySQL + Navicat。

3 結論

本文所設計的水產MES系統借鑒了當前主流MES系統的模塊設計，以SSM為框架，將整個系統劃分為5層，并已得到初步實現。由于該系統重點在于MES系統的基礎功能，對于某些高級自動化功能并沒有涉及，模塊設計有待補充，后期還可引入安卓PAD等移動端操作設備，實現系統的移動操作。