JAVA技術在MES系統中的應用

劉 超

（湖北工業大學，湖北 武漢430074）

目前國內大多數制造型企業都采用了MES以及ERP系統來進行生產管理和生產過程控制。但是由于車間生產條件天生的復雜性和動態性，尤其是關鍵瓶頸工序生產計劃的不確定性，整個生產系統效率提升的幅度相當有限。將JAVA技術運用于MES系統，為解決關鍵瓶頸工序問題提供了一種可靠的思路和具體方法。

1 企業生產現狀分析

本文對制造型企業相關產品及具體生產方式進行了研究分析。目前以企業小型零件生產線為具體研究對象，該生產線是非常典型的多品種、小批量生產模式，并具有如下特點。

1.1生產產品為小型零件，采用的是典型的小型零件加工模式。設備采用通用機床，零件基本全在機床上共線生產，生產前期準備時間長，生產效率偏低。

1.2該零件的訂單規模不等，大訂單月產量可達十萬只，小訂單年產量僅幾千只。采用訂單驅動式的生產計劃，導致生產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，導致某些零件需要進入某些特殊工序生產，但是大部分零件都要求通過同樣的關鍵工序。生產關鍵工序流程如圖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企業，不同產品之間工藝相似、產品結構相似，故可采用同一生產線生產。大部分產品通過同種關鍵工序，具有實施成組技術的客觀條件，所以該企業能夠采用成組技術對整個小型零件生產中的關鍵生產工序進行技術改進。

圖1 生產關鍵工序流程圖

2 相關技術和背景

2.1 MES制造執行系統相關介紹

MES的概念來源于20世紀90年代初美國的制造界，其業務功能是直接面向制造過程。它的應用可以解決企業上層生產計劃管理與下層生產過程控制之間難以相互協調的矛盾。MES作為現代化的計算機輔助生產管理系統，已經具備各種生產過程相關控制管理的功能模塊［1］.

2.2 相關JAVA技術

JAVA是一種簡單的、多平臺的、面向對象的、分布式的、解釋性的、安全的、結構的、中立的、性能非常優異的多線程動態語言。

JAVA編程語言的技術風格很像C、C++語言。JAVA是純粹的面向對象的程序設計語言，它繼承了C++語言面向對象技術。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，用于回收系統中不再被引用的對象所占用的內存，能夠釋放內存空間，使得開發人員不再擔憂開發過程中的內存管理。該語言不同于一般的編譯執行語言和解釋執行語言，它首先將相關源代碼編譯成二進制字節碼，然后依靠不同平臺上的相關虛擬機來解釋執行，故能夠實現“一次編譯、多處執行”的跨平臺操作。

3 成組技術的基本原理

成組工藝是成組技術的核心，所謂成組工藝，是把結構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。因而擴大了生產批量，能夠較大幅度提高生產效率［2］，成組技術的基本原理如圖2所示。

圖2 成組技術原理圖

零件的相似性是運用成組技術的必要條件。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，使用同類的夾具進行安裝固定，測量的時候運用相近的測量工具。

4 關鍵程序

利用JAVA程序開發一套程序，主要作用是對成組零件進行調度和優化排序，并將其嵌套入MES系統中，使生產線上關鍵工序的產出最大，提高生產線的經濟效益。在目前的MES系統框架下，JAVA開發的算法主要存放于模型算法庫中，在系統需要對關鍵工序的成組零件進行排序和調度時，立刻從算法庫中調用該算法進行運算，完成系統中相關排序和調度。MES框架邏輯結構圖見圖3。

圖3 MES框架邏輯結構圖

關鍵程序如下：

該關鍵程序使用遺傳算法中的經典算法來進行迭代運算，計算相關成組零件分類概率參數，然后利用參數迭代出目前的最優化方案。在最優化方案迭代計算完成以后，繼續采用其他算法對分組已經完成的訂單進行最優化排序運算，使得關鍵工序上的產出最大化，同時關鍵設備的利用率也得到了大幅度提高，進一步提高了企業的經濟效益。

5 結論

現場應用結果證明該程序能夠快速響應，運算出符合生產現場情況和高生產效率的產線調度計劃。能夠高效、準確地收集和傳遞零件在整個生產過程的信息，實現生產過程作業狀態和物流狀態的實時在線監控和管理。

［1］任守綱.基于構件的制造執行系統產品線關鍵技術研究［D］.南京航空航天大學，2005.

［2］梅紅，田民亮.基于構件的印染行業MES整體架構研究［J］.計算機系統應用，2012，9：68-71.

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