JAVA技術(shù)在MES系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉 超

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢430074）

目前國內(nèi)大多數(shù)制造型企業(yè)都采用了MES以及ERP系統(tǒng)來進(jìn)行生產(chǎn)管理和生產(chǎn)過程控制。但是由于車間生產(chǎn)條件天生的復(fù)雜性和動態(tài)性，尤其是關(guān)鍵瓶頸工序生產(chǎn)計劃的不確定性，整個生產(chǎn)系統(tǒng)效率提升的幅度相當(dāng)有限。將JAVA技術(shù)運用于MES系統(tǒng)，為解決關(guān)鍵瓶頸工序問題提供了一種可靠的思路和具體方法。

1 企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

本文對制造型企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品及具體生產(chǎn)方式進(jìn)行了研究分析。目前以企業(yè)小型零件生產(chǎn)線為具體研究對象，該生產(chǎn)線是非常典型的多品種、小批量生產(chǎn)模式，并具有如下特點。

1.1生產(chǎn)產(chǎn)品為小型零件，采用的是典型的小型零件加工模式。設(shè)備采用通用機(jī)床，零件基本全在機(jī)床上共線生產(chǎn)，生產(chǎn)前期準(zhǔn)備時間長，生產(chǎn)效率偏低。

1.2該零件的訂單規(guī)模不等，大訂單月產(chǎn)量可達(dá)十萬只，小訂單年產(chǎn)量僅幾千只。采用訂單驅(qū)動式的生產(chǎn)計劃，導(dǎo)致生產(chǎn)線上品種更換頻率大。

1.3由于零件加工精度的要求各不相同，導(dǎo)致某些零件需要進(jìn)入某些特殊工序生產(chǎn)，但是大部分零件都要求通過同樣的關(guān)鍵工序。生產(chǎn)關(guān)鍵工序流程如圖1所示。

因為具有上述特點，所以該廠是很典型的多品種小批量型生產(chǎn)企業(yè)，不同產(chǎn)品之間工藝相似、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似，故可采用同一生產(chǎn)線生產(chǎn)。大部分產(chǎn)品通過同種關(guān)鍵工序，具有實施成組技術(shù)的客觀條件，所以該企業(yè)能夠采用成組技術(shù)對整個小型零件生產(chǎn)中的關(guān)鍵生產(chǎn)工序進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

圖1 生產(chǎn)關(guān)鍵工序流程圖

2 相關(guān)技術(shù)和背景

2.1 MES制造執(zhí)行系統(tǒng)相關(guān)介紹

MES的概念來源于20世紀(jì)90年代初美國的制造界，其業(yè)務(wù)功能是直接面向制造過程。它的應(yīng)用可以解決企業(yè)上層生產(chǎn)計劃管理與下層生產(chǎn)過程控制之間難以相互協(xié)調(diào)的矛盾。MES作為現(xiàn)代化的計算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，已經(jīng)具備各種生產(chǎn)過程相關(guān)控制管理的功能模塊［1］.

2.2 相關(guān)JAVA技術(shù)

JAVA是一種簡單的、多平臺的、面向?qū)ο蟮摹⒎植际降摹⒔忉屝缘摹踩摹⒔Y(jié)構(gòu)的、中立的、性能非常優(yōu)異的多線程動態(tài)語言。

JAVA編程語言的技術(shù)風(fēng)格很像C、C++語言。JAVA是純粹的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，它繼承了C++語言面向?qū)ο蠹夹g(shù)。JAVA舍棄了C++語言中很容易犯錯的指針、運算符重載、多重繼承型等特性，同時增加了垃圾回收器，用于回收系統(tǒng)中不再被引用的對象所占用的內(nèi)存，能夠釋放內(nèi)存空間，使得開發(fā)人員不再擔(dān)憂開發(fā)過程中的內(nèi)存管理。該語言不同于一般的編譯執(zhí)行語言和解釋執(zhí)行語言，它首先將相關(guān)源代碼編譯成二進(jìn)制字節(jié)碼，然后依靠不同平臺上的相關(guān)虛擬機(jī)來解釋執(zhí)行，故能夠?qū)崿F(xiàn)“一次編譯、多處執(zhí)行”的跨平臺操作。

3 成組技術(shù)的基本原理

成組工藝是成組技術(shù)的核心，所謂成組工藝，是把結(jié)構(gòu)類似的零件組成一個相同的零件族（組），并按照零件族安排制造。因而擴(kuò)大了生產(chǎn)批量，能夠較大幅度提高生產(chǎn)效率［2］，成組技術(shù)的基本原理如圖2所示。

圖2 成組技術(shù)原理圖

零件的相似性是運用成組技術(shù)的必要條件。相似的零件是指幾何形狀精度相似，尺寸相近，故制造工藝也相近的零件。制造工藝的相近表現(xiàn)在三個方面，即采用基本相同的制造方法，使用同類的夾具進(jìn)行安裝固定，測量的時候運用相近的測量工具。

4 關(guān)鍵程序

利用JAVA程序開發(fā)一套程序，主要作用是對成組零件進(jìn)行調(diào)度和優(yōu)化排序，并將其嵌套入MES系統(tǒng)中，使生產(chǎn)線上關(guān)鍵工序的產(chǎn)出最大，提高生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益。在目前的MES系統(tǒng)框架下，JAVA開發(fā)的算法主要存放于模型算法庫中，在系統(tǒng)需要對關(guān)鍵工序的成組零件進(jìn)行排序和調(diào)度時，立刻從算法庫中調(diào)用該算法進(jìn)行運算，完成系統(tǒng)中相關(guān)排序和調(diào)度。MES框架邏輯結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 MES框架邏輯結(jié)構(gòu)圖

關(guān)鍵程序如下：

該關(guān)鍵程序使用遺傳算法中的經(jīng)典算法來進(jìn)行迭代運算，計算相關(guān)成組零件分類概率參數(shù)，然后利用參數(shù)迭代出目前的最優(yōu)化方案。在最優(yōu)化方案迭代計算完成以后，繼續(xù)采用其他算法對分組已經(jīng)完成的訂單進(jìn)行最優(yōu)化排序運算，使得關(guān)鍵工序上的產(chǎn)出最大化，同時關(guān)鍵設(shè)備的利用率也得到了大幅度提高，進(jìn)一步提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果證明該程序能夠快速響應(yīng)，運算出符合生產(chǎn)現(xiàn)場情況和高生產(chǎn)效率的產(chǎn)線調(diào)度計劃。能夠高效、準(zhǔn)確地收集和傳遞零件在整個生產(chǎn)過程的信息，實現(xiàn)生產(chǎn)過程作業(yè)狀態(tài)和物流狀態(tài)的實時在線監(jiān)控和管理。

［1］任守綱.基于構(gòu)件的制造執(zhí)行系統(tǒng)產(chǎn)品線關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.南京航空航天大學(xué)，2005.

［2］梅紅，田民亮.基于構(gòu)件的印染行業(yè)MES整體架構(gòu)研究［J］.計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012，9：68-71.

［3］付明騰，劉東飛.JSF與EJB3.0集成應(yīng)用研究冊［J］.電腦知識與技術(shù)，2011：1670-1671.