MES與工業自動化生產線實驗平臺的集成

陸 煒 毛曉露

（南京航空航天大學金城學院，江蘇 南京 211156）

制造執行系統MES是一種能夠對生產車間發生的實時事件作出快速響應的車間信息化管理系統。而工業自動化生產線實驗平臺是開放式的自動化生產線教學實驗設備，其綜合應用工業自動化生產線中所需的多種技術，充分體現了綜合性與系統性特點。將MES應用于工業自動化生產線實驗平臺可以有效的縮短學校教學與工程實際應用之間的距離，更加真實、全面的模擬實際生產車間的運行管理情況，為培養制造信息化人才提供硬件條件。

1 MES集成功能設計

MES具有十幾個典型功能，現結合MES在企業中的實際應用，再根據工業自動化生產線實驗平臺的實際功能需求，將MES功能進行簡化并選取生產計劃管理，分派生產單元，生產狀態管理，數據采集四項功能進行開發并集成到工業自動化生產線實驗平臺中。

根據功能需求分析及架構，集成到工業自動化生產線的主要功能為：制定和下達生產計劃、分配生產線或加工中心、制定產品工藝路線以及采集生產線數據等。其中生產線數據包括：各工作單元的加工狀況、傳感器的檢測數據、廢料廢品信息以及生產線故障信息等。由此設計出MES終端系統的任務流與數據流框圖如圖1所示。

圖1 MES系統任務流與數據流

因此，MES終端系統包含生產計劃管理模塊、工藝管理模塊、生產線管理模塊、生產統計分析模塊、設備維護管理模塊共五大功能模塊。

1.1 生產計劃管理模塊是MES的上層，用戶在此進行生產計劃的編制、維護和下達等，此處編制的生產計劃可以直接下達到車間一級。根據對系統需求的分析，設計生產計劃管理模塊包括生產計劃編制、生產訂單維護和生產訂單下達三個子模塊：1.1.1 生產計劃編制主要是用戶進行生產計劃的編制，包括計劃號、產品名、計劃數量、計劃日期等屬性。其中產品名是該條生產訂單所需要生產的產品，分為黑色尼龍零件、白色尼龍零件和銀白色金屬零件。1.1.2 生產訂單維護主要是用戶根據庫存情況確定生產數量，對于有獨立需求的零件也可以直接在生產訂單維護界面上進行調整。1.1.3 生產訂單下達是用戶確定生產計劃后，將其下達至車間一級某條生產線或加工中心。

1.2 工藝管理模塊主要是對產品的加工工藝進行管理，工藝路線是企業編制生產、采購計劃和進行生產調度的重要依據，因為工藝實質上是設計與制造的連接樞紐，在其中發揮資源整合的作用。該模塊的具體功能包括工藝路線制定和工藝路線維護：

1.2.1 工藝路線制定主要是用戶進行產品工藝路線的制定，本自動化生產線所生產的3種不同產品均有各自特定的工藝路線，工藝路線信息包括工序名稱、工序號以及工序相關工時等。所有產品工藝路線信息數據均存儲于數據庫中。1.2.2 工藝路線維護是對已制定完成的產品工藝路線進行調整和確認。由于產品的工藝路線信息存儲于數據庫，因此如果產品的工藝路線信息發生改變，數據庫中的產品信息也要同步更新，保持信息一致。

1.3 生產線管理模塊將已下達的生產訂單分配到相應的生產線或加工中心，并依據指令開始進行加工。并且在加工過程中MES會提供可視化界面對生產線加工情況進行監控，當發生異常時，會發出警報提示。

1.4 生產統計分析模塊的主要功能是對生產過程中產生的數據進行統計，并且為車間生產提供報表分析。根據系統需求分析，設計生產統計分析模塊主要對生產訂單、廢料、廢品、生產線故障等四類信息進行數據統計與分析，并以表格的方式將這些數據展示出來，這樣能夠直觀全面的了解產品的合格率、廢品率等情況。

1.5 設備維護管理模塊主要用于對生產線進行增減和修改，以及對生產線中的某個工作單元進行增減和修改。此外，對產品名稱、產品類型、所需原料等產品信息也可進行維護和修改。

2 MES與工業自動化生產線實驗平臺的集成

設計完MES的主要功能模塊，下一步是將在這些功能模塊集成到工業自動化生產線實驗平臺中。

2.1 在MES的生產計劃管理模塊中添加自動化生產線三種產品的生產數據及工藝路線。在MES的“基礎數據管理”模塊下的“產品結構樹維護”界面，在“所有產品”條目中添加需要定義的產品。將自動化生產線模擬生產的產品定義為“APS000（APS總成）”，再進一步完善該產品的結構，將黑色尼龍工件定義為APS0001（APS黑色工件），白色尼龍工件定義為APS0002（APS白色工件），金屬色工件定義為APS0003（APS金屬色工件），最后再加上采購件APS0004（APS采購件）形成完整的產品結構樹。其中三種自制件還必須要制定工藝路線，打開“基礎數據管理”下的“工藝路線維護”界面，在物料維護信息中的添加工序名稱、工序號等，將黑色尼龍工件、白色尼龍工件和金屬色工件的工序號分別設置為10、20、30。

2.2 將自動化生產線添加到可分派工作中心列表中，并將數據寫入系統數據庫中。根據MES系統任務流和數據流框圖，在“基礎數據管理”模塊的“工作中心維護”界面中將自動化生產線定義為“工作中心001，APS加工中心”，并且將“工作中心002”定義為粗加工工作中心，“工作中心003”定義為熱處理工作中心。

2.3 在控制程序中建立數據表，與系統數據庫中對應的數據項進行關聯綁定，數據項分別是“計劃號”、“工序號”、“產品名”、“計劃數量”、“生產數累計”、“生產不合格品累計”和“不合格原料累計”。數據表建立完成后在控制程序中將兩張表進行關聯與綁定。數據表綁定完畢后在組態程序腳本中添加SQL數據庫操作語句，使控制程序運行時能夠對數據庫進行讀寫操作。首先在進入窗口時連接數據庫，打開綁定的數據表并從數據表中讀取“計劃號”、“產品名”、“工序號”、“計劃數量”等生產訂單數據：

這樣在控制程序運行時能夠實時向MES進行數據反饋，如圖2所示。

圖2 自動化生產線數據反饋